ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2013, том 40, № 1, с. 62-69
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 556.555.6:581.132
ОСАДОЧНЫЕ ПИГМЕНТЫ И СКОРОСТЬ ИЛОНАКОПЛЕНИЯ КАК ПОКАЗАТЕЛИ ТРОФИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА1
© 2013 г. Л. Е. Сигарева, В. В. Законнов, Н. А. Тимофеева, В. В. Касьянова
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок Некоузского р-на Ярославской обл. E-mail: sigareva@ibiw.yaroslav.ru Поступила в редакцию 12.11.2010 г.
Изучены вертикальное распределение осадочных пигментов (суммы хлорофилла а с феопигмента-ми) и скорость илонакопления за период существования Рыбинского водохранилища от заполнения в 1941 по 2009 г. Диапазон концентраций пигментов (7—232 мкг/г сухого осадка) в слоях кернов включает значения, характерные для всех типов трофического состояния водоемов, но большинство величин (81%) относится к категориям "мезотрофный" и "эвтрофный". Среднее содержание пигментов в кернах для периодов между грунтовыми съемками, выполненными в 1955, 1978, 1992 и 2009 гг., составило 525.4, 248.8, 200.6 и 142.3 мг/(м2 год) соответственно. Средние скорости илонакопления на станциях уменьшались от съемки к съемке от 13.6—17.9 до 3.5—5.3 мм/год. Между среднегодовыми концентрациями пигментов в кернах и скоростью илонакопления установлена прямая положительная связь при более высоких величинах показателей в озеровидных участках по сравнению с речными.
Ключевые слова: стратиграфия, осадочные пигменты, водохранилище, илонакопление, трофическое состояние.
DOI: 10.7868/S0321059613010094
Исследование зависимости продуктивности пресноводных экосистем от осадкообразования и продукционных характеристик донных отложений (ДО) актуально для неглубоких водоемов, характеризующихся интенсивным воздействием осевшей из водной толщи взвеси [3, 7, 10, 17]. Однако механизм связи осадконакопления с трофическим состоянием водоемов исследован недостаточно. Для озер установлена высокая корреляция между первичной продукцией планктона и скоростью осадконакопления [7]. Для многих искусственных водоемов, особенно для сложных по морфометрии с исключительно высокой динамичностью абиотических условий и мозаичной структурой грунтового комплекса, такое сравнение не проводилось.
При исследованиях продукционных свойств разнотипных экосистем весьма важен анализ растительных пигментов в планктоне и ДО [9, 11, 12, 14, 19, 20, 22—24, 28]. Стратиграфические данные
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ
(проект 08-04-00384).
по растительным пигментам имеют первостепенное значение для изучения круговорота органического вещества (ОВ), закономерностей формирования продуктивности водной экосистемы, реконструкции ее динамики и климата [19, 21, 22, 24, 25, 26]. Многолетние материалы необходимы для выяснения механизма эвтрофирования на разных этапах сукцессии водных экосистем, а также для прогнозирования экологического состояния водоемов. Очевидно, что репрезентативность прогнозов, как и данных, восстановленных по стратиграфии, зависит от степени изученности количественных связей между показателями продуктивности и абиотическими характеристиками биотопов.
Цель исследования — оценить применимость данных о вертикальном распределении растительных пигментов в ДО и интенсивности илона-копления в изучении трофического состояния неглубокого крупного водохранилища (на примере Рыбинского).
Рыбинское водохранилище относится к верхневолжским водохранилищам и расположено в
зоне южной тайги. Площадь — 4550 км2, средняя глубина — 5.6 м. Это — один из немногих крупных искусственных резервуаров пресной воды, на котором выполняются регулярные многолетние наблюдения за водными организмами и абиотическими факторами их жизнедеятельности [18]. Оценки скоростей осадкообразования и величин соотношения площадей разнотипных грунтов проводятся с 1955 г. через каждые 15—20 лет [4, 5], растительные пигменты в ДО изучаются эпизодически с 1993 г. [11, 12]. Первые данные о вертикальном распределении растительных пигментов в ДО водохранилища были получены для неполных коротких колонок (от 5 до 30 см) [15]. В данной работе представлены более подробные стратиграфические данные по растительным пигментам в ДО, сформировавшихся за весь период существования водохранилища, в связи с интенсивностью илонакопления. С позиций геоэкологии и продукционной гидробиологии наибольший интерес представляет илонакопление на глубоководных станциях, где происходят необратимые процессы седиментации и аккумуляции веществ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалами для исследования послужили характеристики 302 слоев пяти колонок ДО, отобранных в июле 2009 г. в Рыбинском водохранилище на русловых станциях постоянных наблюдений, характеризующихся различной гидродинамической активностью. Глубины на станциях составили >10 м. Места отбора проб находились на речном Волжском плесе (Коприно, ст. 1), экотонном участке — в районе слияния водных масс Волжского и Главного плесов (Молога, ст. 2), озеровид-ном Главном плесе (Брейтово, ст. 3; Средний Двор, ст. 4) и речном Шекснинском плесе (ст. 5), подвергающемся влиянию г. Череповца (рис. 1).
Пробы (с ненарушенной структурой) отбирались до маркирующего первичного подстилающего горизонта грунтовой трубкой ГОИН длиной 1 м с диаметром вкладыша 4.5 см. Длина колонок на станциях с 1 по 5 — 49, 65, 54, 52 и 46 см, число анализируемых слоев — 62, 65, 66, 60 и 49 соответственно. Возраст колонок был приравнен ко всему периоду существования водохранилища (1941—2009 гг.) — 68 годам. Колонки делились на слои одинаковой толщины (0.7—1.0 см). Гранулометрический анализ образцов грунта выполнялся методом мокрого рассева на электромагнитной просеивающей установке "Analysette-3" фирмы Alfred Fritsch (Германия) с насадкой прецизионных микросит (до 5 ц). ОВ, естественную влажность и объемную массу отложений определяли
Рис.1. Карта-хема расположения станций (черные кружки) на Рыбинском водохранилище.
традиционными методами [1]. Растительные пигменты анализировались спектрофотометриче-ским методом в ацетоновом экстракте на спектрофотометре Лямбда-25 фирмы Perkin Elmer. Хлорофилл "а" и феопигменты рассчитывали по формулам Лоренцена [22], их сумму называли осадочными пигментами (ОП). Среднюю за год концентрацию пигментов для отдельных периодов оценивали с учетом скорости илонакопления за соответствующее время между грунтовыми съемками. Средняя скорость илонакопления на станциях в отдельные периоды существования водохранилища рассчитывалась исходя из разницы размеров кернов (от поверхности до маркирующего слоя), определенных во время последовательных грунтовых съемок (I — 1955, II — 1978, III — 1992, IV — 2009 гг.) с учетом продолжительности периодов между ними (табл. 1). Материалы зондирования ДО первых трех съемок — архивные данные лаборатории гидрологии и гидрохимии Института биологии внутренних вод РАН.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Скорость осадконакопления — один из факторов, обусловливающих различия продуктивности водных экосистем в пространственно-временном аспекте [7]. В Рыбинском водохранилище этот показатель характеризуется максимальным значением среди других верхневолжских водохранилищ [5]. На исследуемых глубоководных
Таблица 1. Показатели илонакопления на станциях Рыбинского водохранилища по результатам грунтовых съемок (ИП — илистый песок, ПИ — песчанистый ил, ГИ — глинистый ил, ТИ — торфогенный ил; здесь и в табл. 2 и 3: I, II, III, IV — грунтовые съемки в 1955, 1978, 1992 и 2009 гг. соответственно)
Показатель Станция I II III IV 1941-2009 гг.
Тип грунта 1 ПИ ГИ ГИ ГИ Илы
2 ПИ ГИ ГИ ГИ Илы
3 ПИ ГИ ГИ ГИ Илы
4 ТИ ТИ ТИ ТИ Илы
5 ИП ПИ ГИ ГИ Илы
Толщина 1 21 13 7 8 49
слоя, см 2 20 23 13 9 65
3 19 18 10 7 54
4 25 13 8 6 52
5 20 12 7 7 46
Скорость 1 15 5.7 5 4.7 7.2
илонакоп- 2 14.3 10 9.3 5.3 9.6
ления,
мм/год 3 13.6 7.8 7.1 4.1 7.9
4 17.9 5.7 5.7 3.5 7.6
5 14.3 5.2 5 4.1 6.8
Таблица 2. Гранулометрические характеристики кернов Рыбинского водохранилища
Показатель Станция I II III IV I-IV
Коэффи- 1 2.7 3.5 3.4 3.2 3.2
циент сор- 2 2.5 3.7 3.5 3.3 3.3
тировки 3 2.6 3.5 3.4 3.1 3.2
4 3.4 3.3 3.2 3.0 3.2
5 2.0 3.5 3.4 3.1 3.0
Коэффици- 1 0.50 0.45 0.44 0.40 0.45
ент асим- 2 0.55 0.50 0.45 0.39 0.47
метрии
3 0.48 0.45 0.44 0.38 0.44
4 0.35 0.33 0.32 0.32 0.33
5 0.52 0.51 0.48 0.39 0.48
Средний 1 0.15 0.08 0.10 0.06 0.10
диаметр 2 0.11 0.09 0.06 0.05 0.08
частиц, мм
3 0.12 0.08 0.06 0.06 0.08
4 0.07 0.07 0.05 0.04 0.06
5 0.25 0.09 0.05 0.05 0.11
станциях скорость илонакопления изменяется от 17.9 до 3.5 мм/год в зависимости от этапа существования водохранилища и типа биотопа (табл. 1). Скорость илонакопления варьирует по станци-
ям меньше (Cv = 11—29%), чем в периоды между грунтовыми съемками (Cv = 38—80%). Следовательно, ключевая роль в изменчивости этого показателя принадлежит временному фактору. Судя по приведенным выше коэффициентам вариации, минимальная изменчивость скорости илонакопления свойственна экотонной ст. 2, максимальная — озеровидной ст. 4.
Поэтапная (временная) изменчивость скорости илонакопления в Рыбинском водохранилище характеризуется тенденцией к уменьшению от съемки к съемке и неравномерностью по участкам. Максимальные величины показателей осадкообразования характерны для керна экотонной станции, затем в порядке убывания можно выделить озеровидные и речные участки (табл. 1). За 17 лет, прошедшие после третьей грунтовой съемки, скорость илонакопления уменьшилась на озе-ровидных участках и в зоне экотона, но практически не изменилась на речных станциях. В целом за весь период эксплуатации водохранилища произошли существенные изменения в осадкообразовании — на всех станциях скорость илонакоп-ления уменьшилась, на песчанистые илы наслоились глинистые, за исключением ст. 4, на которой во все периоды отмечался торфогенный ил.
Изменения типа грунта по вертикали колонки характеризуются неоднородной динамикой физико-химических свойств и гранулометрических характеристик, что позволило сравнить механические составы наносов, сформирован
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.