ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 6, с. 596-605
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 556.541574.583(282.256.341)
ДИНАМИКА КОНЦЕНТРАЦИЙ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ФИТОПЛАНКТОНА В УСТЬЕ р. СЕЛЕНГИ И НА СЕЛЕНГИНСКОМ МЕЛКОВОДЬЕ (оз. БАЙКАЛ)
© 2014 г. И. В. Томберг, Л. М. Сороковикова, Г. И. Поповская, Н. В. Башенхаева,
В. Н. Синюкович, В. Г. Иванов
Лимнологический институт СО РАН 664033 Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 E-mail: kaktus@lin.irk.ru Поступила в редакцию 31.05.2012 г.
Исследована сезонная и межгодовая динамика содержания биогенных элементов, органического вещества, качественного и количественно состава фитопланктона в воде проток дельты р. Селенги. Показано распределение этих компонентов от устья протоки Харауз (основная протока) до акватории Селенгинского мелководья в разные гидрологические сезоны. Установлено, что в летне-осенний период в результате потребления фитопланктоном нитратного азота и фосфатного фосфора в зоне смешения речных и озерных вод их концентрации уменьшаются на 30 и 50% соответственно.
Ключевые слова: биогенные вещества, фитопланктон, сезонные изменения, зона смешения, Селен-гинское мелководье, оз. Байкал.
Б01: 10.7868/80321059614050162
Селенгинское мелководье — одно из наиболее продуктивных районов Байкала. Оно отличается небольшими глубинами, 10-метровая изобата проходит на расстоянии 2—4 км, 50-метровая — 8 км от восточного берега. Максимальные глубины в открытом Байкале напротив дельты р. Селенги не превышают 420 м [5]. Дельта реки вдается в озеро, протягиваясь вдоль береговой линии более чем на 60 км. Гидрологический режим Селенгинского мелководья весьма сложен, характеризуется высокой изменчивостью течений и неустойчивостью температур. Большое влияние на район оказывает р. Селенга, несущая в озеро до 50% водного и более половины химического стока.
Воды р. Селенги, поступающие на мелководье, отличаются от озерных по своему химическому составу, количественным и качественным показателям фитопланктона, они — постоянный источник биогенных (БВ) и органических веществ (ОВ) [1, 4, 20, 18, 21]. Хорошая прогреваемость водных масс в сочетании с повышенным содержанием БВ по сравнению с районами открытого Байкала способствуют интенсивному развитию фитопланктона на мелководье, в составе которого лидирующее положение занимают мелкие центрические диатомовые [6].
В настоящей работе рассматривается сезонная и пространственная динамика концентраций БВ и фитопланктона в устьях проток дельты р. Селенги и их трансформация на акватории Селен-гинского мелководья.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Комплексные исследования выполнялись в 2002—2007 гг. в различные гидрологические фазы (зимняя, летняя и осенняя межень, весеннее половодье) в дельте р. Селенги и на акватории Се-ленгинского мелководья. Пробы воды отбирались в протоках дельты и на трансекте Харауз (основная протока) — Красный Яр на станциях, расположенных на расстояниях 1, 3, 5, 7 км от внешнего края дельты, с горизонтов 0, 5, 10, 30 м с помощью глубоководного батометра системы Нансена.
Для химического анализа пробы воды фильтровали через мембранный поликарбонатный фильтр с диаметром пор 0.45 цк. Анализ проводился в первые сутки после отбора проб общепринятыми в гидрохимии пресных вод методами [15, 22, 27]. Общее содержание ОВ определяли по бихроматной окисляемости (БО), содержание легкогидролизуемого ОВ — по изменению кон-
Таблица 1. Концентрация БВ, расход воды и биомасса фитопланктона в устье протоки Харауз в зимний период
Год Водный сток, м3/с 81, мг/л N Н+, мг К/л N О-, мг К/л Рмин мг р/л ^бщщ мг р/л Биомасса фитопланктона, мг/м3
2002 81.6 3.90 0.01 0.45 0.012 0.030 240
2003 31.2 3.90 0.02 0.26 0.029 0.030 465
2004 54 5.50 0.02 0.55 0.027 0.027 145
2005 42 4.80 0.02 0.43 0.025 0.026 480
2007 61.5 5.32 0.03 0.62 0.042 0.061 Не определялось
центрации кислорода за 5 и 20 сут (БПК5 и БПК20) [13, 14]. Правильность выполняемых химических анализов контролировалась международной программой ЕЛКЕТ по тестированию образцов "искусственных поверхностных вод" (2002—2007 гг.).
Для количественного учета фитопланктона применяли отстойный метод. Пробы фиксировали раствором Люголя. Подсчет водорослей проводили по методу Гензена [9, 16].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При средней водности р. Селенга выносит в оз. Байкал почти 29 км3 воды в год, причем 80% — в теплое время года. Период исследования характеризовался низкой водностью [20]. Минимальные расходы воды (614 м3/с) зарегистрированы в июле 2003 г., максимальные (2600 м3/с) — в июле 2006 г. Изменения водного стока определяли внутригодовую и межгодовую динамику концентраций БВ в селенгинских водах, их поступление в озеро и пространственное распределение на акватории мелководья. Наиболее высокие концентрации азота и фосфора в воде реки наблюдались в условиях повышенной водности, что обусловлено поступлением компонентов с водосборной территории. Кроме того, во время паводка повышалось содержание взвешенных веществ, обусловливая снижение интенсивности развития водорослей и потребление питательных веществ [12], что также способствовало повышению концентраций БВ в речных водах. Показатели динамики концентраций этих компонентов в протоках дельты р. Селенги в период открытого русла близки между собой. Зимой малые протоки дельты в верхнем течении промерзали, что определяло особенности питания и содержания БВ и фитопланктона в этот период [17].
Распределение речных вод по акватории Се-ленгинского мелководья и трансформация химических компонентов зависят от физико-химиче-
ских и гидрофизических процессов в протоках дельты и на мелководье.
Зима. В протоках дельты р. Селенги зимой наблюдались наиболее низкие расходы воды и повышенные концентрации БВ. Межгодовые изменения их концентраций даже в подледный период в значительной степени зависели от интенсивности развития фитопланктона и водности реки (табл. 1).
Зимой распределение речных вод и химических компонентов по акватории мелководья при одинаковых температурных условиях и близких содержаниях БВ в воде реки различалось в межгодовом аспекте (рис. 1; табл. 1). Так, в марте 2004 г. на мелководье наблюдалась четкая стратификация речных и озерных вод. Более минерализованные, тяжелые селенгинские воды опускались и распространялись в придонном слое [23]. Содержания БВ (в первую очередь — кремния как индикатора речных вод) у дна были значительно выше, чем на поверхности. С удалением от места впадения реки концентрации кремния, нитратного азота и минерального фосфора в придонном слое постепенно снижались в результате разбавления селенгинских вод байкальскими. Некоторое повышение концентраций кремния и фосфора отмечалось на расстоянии 3 км от устья, что может быть связано с выходом грунтовых вод. В поверхностном слое уже в пределах первого километра от устья протоки Харауз концентрации кремния и минерального фосфора снижались в 5 раз, нитратного азота — на порядок и были близки к таковым в воде открытого Байкала (рис. 1). С удалением от устья реки (1—5 км) распределение их концентраций было почти равномерным. Выравнивание концентраций БВ по вертикали и приближение их к уровню таковых в озере отмечено на расстоянии 5 км от устья протоки Харауз.
Распределение фитопланктона на акватории мелководья зимой 2004 г. соответствовало распределению химических элементов — в придонной области распространялись речные воды с характерными видами водорослей 8упеёга, №128сЫа
N0-
мг 81/л 6 г
2004 г.
0
мг ^л 0.6 г
■ -
• □
мг Б1/л 6 г
2005 г.
0
мг ^л 0.6
1
2
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7
4
3
2
6
7
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
0
ро4-
мг Р/л 0.03
0.02 -
0.01 -
0
1
2
3
4
5
Расстояние от устья протоки Харауз, км
мг Р/л 0.03
0
1234567
Расстояние от устья протоки Харауз, км
Рис. 1. Распределение концентраций БВ в поверхностном (1) и придонном (2) слоях на полуразрезе протока Харауз— м. Красный Яр зимой.
§гаеШЮгш18, СЫого§опшш ророуп, мелкими центрическими диатомовыми из рода 81еркапоё1зси8. В поверхностном слое на расстоянии 1 км от устья в составе водорослей уже преобладали озерные виды Ли1аео8е1га Ыапё1са, Рейётшт Ъа1еа1еп8е, Gyшnodiniuш Ъа1еа1еп8е. Отмечено, что в 1 км от устья интенсивность развития фитопланктона была выше, чем в реке и озере, в основном за счет развития озерного комплекса. С удалением от устья реки на расстояние 3—5 км численность и биомасса водорослей в поверхностном слое снижались и изменялись в узких пределах. На станции на расстоянии 5 км от устья состав фитопланктона по всей глубине соответствовал таковому в открытом Байкале. Содержание органического фосфора и биомасса фитопланктона (рис. 2) были максимальными в поверхностном слое в 1 км от устья. Здесь отмечена и высокая концентрация
органического углерода — до 2.7 мг С/л. Содержание же минеральных форм БВ на придельтовом участке мелководья (до 1 км от берега) были минимальными. Несмотря на низкую интенсивность развития зимнего фитопланктона, его роль в трансформации БВ, поступающих с речным стоком, достаточно четко выражена. Коэффициенты корреляции между биомассой фитопланктона и концентрациями минерального азота и фосфора составляют —0.57 и —0.66 соответственно.
На придельтовом участке мелководья в марте 2005 г., как и в предыдущий год, наблюдалось снижение содержания в воде БВ. В 1 км от устья реки концентрации биогенов были в 3—5 раз ниже, чем в речной воде (рис. 1). Однако стратификация речных и озерных вод на мелководье в 2005 г. не наблюдалась. Во всем слое воды на расстоянии
мг Р/л
2004 г.
мг/м3
мг Р/л
2005 г.
2
4
6
1 2 3 4 5 6 7
мг/м3
8
Расстояние от устья протоки Харауз, км
Расстояние от устья протоки Харауз, км —о— 1 —•— 2--+--3
Рис. 2. Концентрации минерального (1) и органического (2) фосфора, биомасса фитопланктона (3) в поверхностном слое воды на трансекте протока Харауз—м. Красный Яр в марте 2004 и 2005 гг.
0
0
более 1 км от устья реки концентрации БВ изменялись незначительно и были близкими к таковым в байкальской воде.
В марте 2005 г. распределение фитопланктона на мелководье соответствовало динамике кон
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.