ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 4, с. 404-411
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 574.24:574.583(470.22)
АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФИТОПЛАНКТОНА ОЗЕР СИСТЕМЫ РЕКИ КЕНТИ (РЕСПУБЛИКА КАРЕЛИЯ)
© 2014 г. Т. А. Чекрыжева
Институт водных проблем Севера КарНЦРАН 185030 Петрозаводск, просп. А. Невского, 50 E-mail: Tchekryzheva@mail.ru Поступила в редакцию 02.04.2012 г.
Представлены материалы наблюдений за фитопланктоном озер системы р. Кенти, в течение длительного времени испытывающих антропогенное воздействие техногенных вод Костомукшского горно-обогатительного комбината. Освещены особенности изменения численности и биомассы разных систематических групп фитопланктона, а также размерно-видовой структуры фитопланк-тонных сообществ. Эти изменения вызваны усилением антропогенного воздействия на экосистемы озер, в частности вследствие повышения минерализации воды и концентрации биогенных элементов, а также изменения ионного состава воды.
Ключевые слова: фитопланктон, видовой состав, индикаторные виды, численность, биомасса.
DOI: 10.7868/S032105961404004X
В течение длительного времени техногенные воды расположенного на северо-западе Республики Карелии Костомукшского горно-обогатительного комбината (ГОК) оказывают негативное воздействие на озера системы р. Кенти (рис. 1). С началом функционирования комбината (1982 г.) возрастает техногенная нагрузка прежде всего на верхнее озеро системы (Костомукшское), отделенное от нижерасположенных озер плотиной и превращенное в искусственный водоем (хвосто-хранилище) для захоронения отходов. Помимо техногенных вод хвостохранилища, источники загрязнения озер системы — воды рудничные (карьерные), фильтрационные и отводных каналов [19]. В первое десятилетие работы комбината (с 1982 по 1993 г.) объем техногенных вод, поступающих из хвостохранилища в озерно-речную систему, составлял 2 млн м3 в год. В последующий период (с 1994 г. по настоящее время) на порядок возросшие объемы техногенных вод (9—22 млн м3 в год) увеличили антропогенную нагрузку на верхние озера системы (Окунево, Поппалиярви) и стали распространяться на расположенные ниже источника загрязнения озера (Койвас, Кенто). В верхних озерах системы (Окунево, Поппалиярви) в наблюдаемый период начались более существенные изменения ионного состава воды (преобладание калия в катионном составе и сульфатов — в анионном) по сравнению с расположенными ниже
озерами (Койвас, Кенто). В период наблюдений с 1995 по 2008 г. отмечается возрастание концентрации азотистых веществ в воде хвостохранилища и во всех озерах системы р. Кенти [12].
Особенность антропогенной нагрузки на экосистемы озер р. Кенти (табл. 1) связана, таким образом, с особенностями техногенных вод комбината (источника минерального загрязнения), которые из слабоминерализованных гидрокарбонатно-кальциевых превратились в сульфатно-калиевые слабощелочные повышенной минерализации с аномальным соотношением, по сравнению с природным фоном, ионов калия, сульфатов и нитратов [12, 19]. Фитопланктон озер системы р. Кенти изучался в ходе комплексных исследований, выполняемых Институтом водных проблем Севера КарНЦ РАН с 1987 по 2008 г.
Цель настоящей работы заключается в оценке экологического состояния и выявлении изменений в фитопланктоне озер системы, находящихся под влиянием техногенных вод ГОК [6, 22, 23].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материалом для работы послужили пробы фитопланктона, отобранные в летние месяцы (июль-август) 1987, 1994, 1996, 1999, 2003, 2008 гг. на озерах системы р. Кенти (Окунево, Поппалиярви, Койвас, Кенто), находящихся под влияни-
Рис. 1. Карта-схема расположения обследованных озер системы р. Кенти.
ем техногенных вод Костомукшского ГОК. Оз. Костомукшское, преобразованное для захоронения отходов, с момента эксплуатации утратило свои природные особенности. Верхние озера Окунево, Поппалиярви — высокопроточные и небольшие по площади (соответственно 51 и 128 км2) водоемы по сравнению с нижерасположенными озерами Койвас, Кенто, имеющими замедленный водообмен и большие площади (356 и 677 км2) [18].
Пробы фитопланктона (объемом 1 л), отобранные со стандартных горизонтов (0.5, 2.0, 5.0, 7.0, 10.0 м, придонный), консервировали йодно-фор-малиновым фиксатором, концентрировали методом прямой фильтрации через мембранные фильтры с диаметром пор 0.95—1.02 мкм [10] до объема 5 мл. Количественный учет клеток фито-
планктона и определение их размеров проводили в камере Нажотта объемом 0.02 см3. Биомассу фи-топланктонных организмов вычисляли стандартным счетным объемно-весовым методом [27] с использованием таблиц [11].
Географическое распространение водорослей и их экологические характеристики устанавливали в соответствии с [2, 4, 7, 20]. Индикаторную значимость отдельных видов водорослей определяли по спискам сапробных организмов [2—4]. Качество воды оценивалось с использованием выявленных в фитопланктоне индикаторных организмов по Пантле-Букку в модификации Сладече-ка [3, 13, 31] и в соответствии с эколого-санитарной классификацией [17, 21]. Степень сходства видового состава озер определяли с помощью коэффициента Серенсена, степень доминирования — с помо-
Таблица 1. Калий, азот и минерализация воды озер системы р. Кенти [12]
Озеро Год K+ , мг/л Nобщ, мг/л Сумма ионов, мг/л
Окунево 1994 67.0 3.8 318.2
1999 99.0 22.8 451.1
2003 90.6 4.8 10.1
2006 85.4 10.8 402.5
Поппалиярви 1994 42.4 4.2 185.9
1996 53.4 6.5 184.4
1999 57.4 16.2 265.8
2003 54.1 3.0 320.0
2006 71.3 5.3 352.5
Койвас 1994 8.5 2.0 63.9
1996 25.2 1.0 102.2
2003 26.1 2.0 150.0
2006 32.6 1.3 172.2
Кенто 1994 5.2 - 34.5
1996 15.0 1.5 68.1
1999 17.4 - 83.5
2003 16.4 1.8 80.0
2006 25.1 0.7 148.3
щью индекса Симпсона, в качестве меры видового разнообразия фитопланктонных сообществ озер использовали информационный индекс Шеннона, рассчитанный по биомассе [15, 16]. Принадлежность обнаруженных в пробах видов фитопланктона к различным размерным фракциям определяли с учетом рекомендаций [14], согласно которым водоросли размером 10—50 мкм относятся к нанопланктонной фракции, крупнее — к микропланктону, мельче — к ультрапланктону.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На основании результатов многолетних исследований в составе фитопланктона озер системы р. Кенти выявлено 177 видов, разновидностей и 178 форм из 8 систематических отделов: ВасШайорИуга — 68 (38% общего числа видов), СЫогорИуга - 41 (23%), СИ^орИуга - 28 (16%), СуапорИуга - 12 (7%), СгургорИуга - 8 (5%), Еи-§1епорИуга - 11 (6%), Dinophyta - 8 (5%), 4 Хап&о-рИуа - 2 (1%). В верхних озерах Окуневое и По-ппалиярви, наиболее подверженных антропогенному влиянию, обнаружено 65 и 82 таксона рангом ниже рода, а в удаленных от источника за-
грязнения озерах Койвас и Кенто — соответственно 91 и 104 [5, 28, 29]. Наиболее разнообразны во всех озерах системы диатомовые, зеленые, золотистые и синезеленые водоросли, составляющие 85% общего числа обнаруженных видов, что характерно для альгофлоры планктона озер и рек Карелии [1].
Анализ видового состава планктонных водорослей каждого озера системы р. Кенти выявил также достаточно высокую степень сходства (по коэффициентам Серенсена) их флористических списков (50—70%). Следует отметить, что в наибольшей степени схожей оказалась флора озер Окунево и Поппалиярви (70%). Отмечено увеличение видового разнообразия (по индексу Шеннона) фитопланктонных сообществ от верхних озер системы (в оз. Окунево — 2.87 ± 0.28 и в оз. Поппалиярви — 2.59 ± 0.62) по направлению к нижерасположенным водоемам (в оз. Койвас — 2.99 ± 0.18 и в оз. Кенто - 3.24 ± 0.29).
Выполненный эколого-географический анализ флоры показал, что в фитопланктоне озер системы р. Кенти в течение всего периода наблюдений преобладали широко распространенные кос-мополитные виды водорослей (85% общего числа видов) при участии арктоальпийских (8.5%) и бо-реальных (6.5%) видов. До 85% общего числа видов обнаруженных водорослей относились к пелагическим и литоральным формам планктона. По отношению к pH среды выделены индифферентные (76%), алкалифильные (18%) и ацидофильные (6%) виды. По степени минерализации по шкалам галобности, помимо большого количества индифферентных видов (82%), разнообразно представлены в планктоне озер галофилы (18%). Среди галофильных видов обнаружены представители диатомовых водорослей Diatoma elongatum (Lyngb.) Ag., Nitzschia palea (Kütz.) W Sm., Nitzschia sigma (Kütz.) W. Sm., Navicula radiosa Kütz.
Качество или степень органического загрязнения воды озер системы оценивалось по выявленным видам-индикаторам сапробности, доля которых достигала в озерах 62% всего состава водорослей. Большинство из них (70%) относились к олигосапробным, олиго^-мезосапробным и ß-мезосапробным видам. С высокой степенью сапробности (26% всего состава видов индикаторов сапробности) присутствовали ß-a-, a- и p-a-сапробные виды, развивающиеся в озерах с органическим загрязнением (Pseudanabaena catenata Laut., Oscillatoria tenuis Ag. (синезеленые), Cryp-tomonas erosa Ehr., Cryptomonas ovata Ehr. (крип-тофитовые), Stephanodiscus hantzschia Grun.,
N 3000
2500 2000 1500 1000 500 0
B
2.0
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0
1 2
Рис. 2. Межгодовая изменчивость численности N тыс. кл/л, и биомассы В, мг/л, фитопланктона в озерах системы р. Кенти в 1987-2008 гг.
Nitzschia acicularis (Kütz.) W. Sm., Nitzschia palea (Kütz.) W. Sm., Nitzschia sigma (Kütz.) W. Sm. (диатомовые)).
В озерах Окунево и Поппалиярви, которые испытывают наибольшую антропогенную нагрузку в связи с их расположением ближе к источнику загрязнения, были отмечены самые высокие значения индексов сапробности (S = 2.1—2.3), соответствующие Р-мезосапробным условиям. Воды всех обследованных озер, согласно значениям индексов сапробности, рассчитанных по биомассе водорослей, относятся к классу удовлетворительно чистых. Различия имеются по разрядам качества вод. Так, в озерах Койвас и Кенто вода достаточно чистая, а в Окунево и Поппалиярви — слабо загрязненная [17].
В оз. Костомукшском в 1981 г. суммарная биомасса фитопланктона достигала 1.80 мг/л, основную д
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.