УДК 574.632/.635 + 574.55(470)
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КИСЕГАЧ-МИАССОВСКОЙ ОЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ (ЮЖНЫЙ УРАЛ)
А. Г. Рогозин, рук. биологического отдела Ильменского гос. заповедника РАН, rogozin57@gmail.com
Исследована центральная часть Кисегач-Миас-совской озерной системы, расположенной в восточных предгорьях Южного Урала (Челябинская область России). Озеро Большой Кисегач — федеральный курорт и памятник природы регионального значения. Расположенное выше по течению оз. Малый Теренкуль ранее было приемником неочищенных сточных вод курорта, в настоящее время сброс стоков очистных сооружений перенесен в лежащее еще выше по каскаду оз. Табанкуль. Самоочищающие способности озерной системы подорваны, в Б. Кисегач поступает большое количество ортофосфатов из М. Теренкуля, что вызывает постепенное ухудшение качества воды и рекреационных свойств водоема. Необходимо провести реконструкцию очистных сооружений с целью улучшить очистку сточных вод по фосфору и произвести изъятие донных осадков из оз. Табан-куль, в котором легко происходит вынос фосфора из отложений.
The central part of the Kisegatch-Miassovo lake system (east foothills of the Southern Urals, Russia) was investigated. Lake Bolshoi Kisegatch is a federal resort and regional protected area. Lake Malyi Terenkul, located upstream, was earlier a final receiver of the resort's untreated sewage, currently, the wastewater treatment facilities transferred it to the situated above cascade of Lake Tabankul. Self-cleaning ability of the lake system now is undermined, Lake B. Kisegatch receives a large amount of orthophosphate from Lake M. Terenkul that causes a gradual deterioration of water quality and recreational qualities of the reservoir. The reconstruction of the wastewater treatment plants to improve the phosphorus removal should be taken and removal of sediments from Lake Tabankul, where phosphorus easily releases from sediments to water, must be done.
Ключевые слова: антропогенное эвтрофиро-вание, гипертрофия, сточные воды, курорты.
Keywords: cultural euthrophication, hyperthro-phy, wastewaters, resorts.
Введение. В Челябинской области находится крупная Кисегач-Миассовская система, состоящая из 8 озер, связанных более или менее постоянно существующими протоками, речками и ручьями (озера Мисяш — Большой Боляш — Табанкуль — Малый Теренкуль — Большой Кисегач — Малый Кисегач — Большое Миассово — Малое Миассово); в отдельные годы при высокой водности к системе могут также подключаться озера Еловое и Бараус. Среди них Мисяш, Малое Миассово, Большой Кисегач, Еловое — крупные рекреационные водоемы, причем два последних — региональные памятники природы; М. Ки-сегач, Б. Миассово и Бараус входят в состав Ильменского заповедника РАН. Санаторий «Кисегач» на оз. Б. Кисегач — один из старейших и крупнейших в России реабилитационных центров для больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Вместе с озером Б. Боляш, известным лечебными грязями, Б. Кисегач составляет ядро создающейся санаторно-курортной зоны общероссийского значения. Интенсивная эксплуатация названных водоемов в оздоровительных целях была начата еще в 1930-х гг. В связи с этим изучение экологического состояния Кисегач-Миас-совской озерной системы представляет большой научный и прикладной интерес.
Главным фактором риска, непрерывно ухудшающим экологическую ситуацию в озерах системы, является наличие большого числа рекреационных учреждений, санаториев, домов отдыха, как раз требующих для своего полноценного функционирования высокого качества водоемов.
Сточные воды санатория «Кисегач» первоначально сбрасывали без очистки в соседнее озеро М. Теренкуль. После мощного эвтрофирования последнего и перехода из олигомезотрофного в гипертрофное состояние вместилищем сточных вод стало оз. Табанкуль, следующее после М. Теренкуля вверх по каскаду. Табанкуль — промежуточное звено в Кисегач-Миассовской озерной системе — является в настоящее время приемником стоков очистных сооружений всех рекреационных и лечебных учреждений в данном районе. Сброс сточных вод в него был начат в 1953 г., причем до 1981 г. они поступали практически неочищенными. За этот период в донных отложениях озера был накоплен громадный объем биогенных веществ.
Материал и методы работ. Определение рН проводилось
3— + — —
потенциометрическим методом, НСО3 , КЩ , N02 , N03 , фосфат-ионов - по ГОСТ 4192—82, растворенный кислород
замеряли термооксиметром «АНИОН-4140». БПК5 определяли на приборе в соответствии с алгоритмом РД 52.24.420—95. Прозрачность измеряли по белому диску Секки.
Гипертрофное озеро Табанкуль имеет следующие основные характеристики. Площадь водного зеркала — 0,43 км , максимальная глубина — 5,1 м, средняя глубина — 2,6 м, пло-
2
щадь водосбора — 8,0 км . По термическому режиму это нестратифицированный полимик-тичный водоем вследствие малой средней глубины. Прозрачность озера составляет от 0,5 до 1,5 м. Влияние хлорсодержащих стоков, подавляющих развитие бактериопланктона, вносит вклад в относительно высокую прозрачность. Это также обусловлено составом фитопланктона — он представлен в основном крупными колониальными цианобактериями, относительно малоснижающими прозрачность.
Площадь водного зеркала гипертрофного оз. М. Теренкуль — 0,98 км2, максимальная глубина — 18,8 м, средняя глубина — 9,0 м. Площадь водосбора составляет 21,0 км2. Для озера Малый Теренкуль характерна резкая температурная стратификация. Вследствие морфо-метрических особенностей (большая средняя глубина, малая открытость, слабая перемеши-ваемость) озеро прогревается очень медленно. Большой вклад в температурный режим вносит антропогенное загрязнение — из-за массового развития фитопланктона прозрачность низкая (0,5—1,3 м), солнечная радиация проникает на небольшую глубину, прогрев воды ограничен тонким поверхностным слоем. Эпи-лимнион в озере достигает всего 2—4 м, температура нижних слоев гиполимниона не бывает выше 6,5 °С.
Озеро Б. Кисегач значительно крупнее — площадь его 14,1 км2, максимальная глубина — 32,5 м, средняя глубина — 14,6 м. Площадь озерного водосбора составляет 114 км2. Озеро — типичное для зоны умеренного климата стратифицированное димиктическое, максимальная толщина эпилимниона — 10 м. Прозрачность достигает 6 м, однако в периоды «цветения» воды снижается до 5 м. Все исследованные озера маломинерализованные.
Результаты и их обсуждение. Работа современных очистных сооружений на оз. Табанкуль далека от эффективной и направлена главным образом на снижение БПК. Из табл. 1 видно, что в стоках в высокой концентрации содержатся нитраты и фосфаты (очевидно, в основном полифосфаты синтетических моющих средств). В период, когда озеро покрыто льдом и развитие фитопланктона минимально, а
макрофиты отсутствуют, нитраты и фосфаты переходят в донные отложения, составляя нереализованную биогенную нагрузку [1].
После схода льда по мере прогрева воды начинается массовое развитие фитопланктона, имеющего первоначально неограниченные пищевые ресурсы. Из табл. 1 видно, что соотношение главных биогенных веществ (№Р) составляет в стоках 3,2—5,4 и является не оптимальным для развития фитопланктона, за исключением цианобактерий (оптимум для эукариотических водорослей составляет 7 < №Р < 12 [2] или, по другим данным — 16:1 [3]. Согласно исследованиям А. П. Левича с соавторами оптимум отношения №Р для СЫо-горЬуЬа составляет 15—20, для диатомовых от 5 до 20 [4]). Таким образом, исходная биогенная ситуация в озере целиком определяется антропогенным влиянием и является исходно благоприятной для развития цианофитного планктона ввиду азотного лимитирования и обилия фосфора [2, 4—6]. Малая средняя глубина озера способствует его быстрому и интенсивному прогреву, что также стимулирует развитие цианобактерий.
Содержание основных биогенных веществ в озере складывается как результирующее двух процессов — постоянного аллохтонного поступления со сточными водами и потребления их фитопланктоном (табл. 2). Поступлением веществ из оз. Боляш и автохтонным выносом из донных осадков можно пренебречь (в последнем случае — из-за высокой концентрации биогенных веществ в воде и обратного градиента для их растворимой фазы).
В мае при относительно низкой температуре воды в озере преобладают зеленые водоросли, составляя более 60 % общей численности фитопланктона. Клеточные квоты Chlorophyta по азоту относительно к квотам по фосфору довольно велики [4], соответственно, по мере про-
Таблица 1
Содержание биогенных веществ в сточных водах, сбрасываемых в оз. Табанкуль, мг/дм3
Дата N02 N0- роЗ №Р
26.05.05 0,165 0,002 7,60 3,90 3,3
23.06.05 0,800 0,130 7,60 3,70 3,9
13.07.05 0,175 0,002 9,80 3,05 5,4
11.08.05 0,040 0,006 9,65 5,00 3,2
28.09.05 0,120 н/о 11,4 3,80 4,9
грева воды и непрерывного нарастания биомассы фитопланктона содержание минерального азота начинает быстро падать. Уже в июне концентрация нитратов снижалась с 1,5 до 0,5 мг/дм3 в протоке в оз. М. Теренкуль, а концентрация ортофосфатов существенно не изменялась. В течение летних месяцев в озере наблюдается сильное перенасыщение поверхностного слоя воды кислородом (свыше 22 мг/дм3) в результате интенсивного фотосинтеза и его подщелачивание до 9,14 рН из-за сдвига карбонатного равновесия. При этом отношение N:P в водах озера еще более снижается по отношению к сточным водам (табл. 2) — до уровня менее 1. В таких условиях цианобактерии получают конкурентное преимущество — начиная с июня они полностью доминировали в планктоне, главным образом крупные колонии Microcystis aeruginosa, что неудивительно — оптимальное соотношение минимальных квот видов этого рода — 5 и менее [3, 4]. Кроме того, по мере прогрева воды в массе появляются крупные кладоцеры-фильтраторы (преимущественно Daphnia galeata, биомасса свыше 50 г/м3), которые выедают из планктона эука-риотические водоросли. В результате, уже в начале лета они составляют не более 0,1 % от общей численности фитопланктона (в дальнейшем их доля колеблется в зависимости от выедания зоопланктоном от 0,6 до 0,00001 %). Соотношение N:P к началу осени уменьшается до 0,1 и менее, таким образом, м
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.