ГЕОХИМИЯ, 2014, № 7, с. 579-589
ОСОБЕННОСТИ СЕЗОННОЙ И МЕЖГОДОВОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ИСТОКА РЕКИ АНГАРЫ (БАЙКАЛ)
C 1950 ПО 2010 гг.
© 2014 г. М. И. Кузьмин, Е. Н. Тарасова, Е. А. Мамонтова, А. А. Мамонтов, Е. В. Кербер
Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН 664033 Иркутск, ул. Фаворского, 1-а e-mail: tarasova@igc.irk.ru Поступила в редакцию 01.06.2012 г. Принята к печати 19.10.2012 г.
Исследована сезонная и межгодовая изменчивость компонентов трофического статуса (Сорг, Nopr, Рорг, кремния, взвешенного вещества и хлорофилла-а) и ионного состава (бикарбонаты, сульфаты, хлориды, кальций, магний, натрий и калий) в истоке Ангары с 1950 гг. Показано, что содержание и закономерность сезонных изменений указанных компонентов, а также тренды их среднегодовых величин в многолетнем масштабе в истоке Ангары обусловлены биологическими и гидрологическими процессами, а также антропогенными факторами, происходящими в озере Байкал, и они отражают современное состояние экосистемы озера.
Ключевые слова: исток р. Ангары, компоненты трофического статуса и ионного состава, многолетние наблюдения, тренды, оз. Байкал.
Б01: 10.7868/80016752514070048
ВВЕДЕНИЕ
Река Ангара (водный сток 60 км3 за год, площадь бассейна 1.1 млн км2) — единственный сток из озера Байкал. По водному стоку и по площади бассейна она уступает многим рекам Азии, но по длине водотока Селенга—Ангара—Енисей превосходит все реки Азии и является четвертой в мире после Амазонки, Нила и Миссисипи [1]. Исток р. Ангары расположен на северном берегу юго-западной части Байкала. Непосредственно к истоку подходят большие глубины озера: изобата в 500 м расположена в 1 км, а глубины в 1000 м — в 2.5 км от истока. Ширина реки у истока около километра, максимальная глубина 4—6 м, минимальная — 0.5—0.7 м [1]. Отличительной особенностью Ангары от других рек является редко наблюдаемая в природе равномерность стока в течение года. Расходы Ангары от истока до Иркутской ГЭС, построенной в 1957 году, существенно не возрастают, а режим стока целиком определяется положением уровня оз. Байкал. По данным Иванова И.Н. [2] отношение максимального расхода реки к минимальному в истоке составляет 6.2, для Волги у г. Куйбышева — 37, для Енисея у г. Красноярска — 80, для Днепра у г. Днепропетровска — 22.4. Принимая во внимание то, что слив воды из Байкала происходит с глубин 0—50 м [3], следует ожидать, что хи-
мический состав в истоке Ангары должен отражать таковой в поверхностных водах Южного Байкала.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Известно небольшое количество печатных работ по ионному составу ангарской воды: В.И. Концевич [4], П.Ф. Бочкарев [5] и М.Д. Николаева [6]. Первая работа касалась проб воды, отобранной у г. Иркутска. Регулярные систематические материалы по гидрохимии Ангары получены Иркутским управлением Гидрометслужбы и были обобщены П.Ф. Боч-каревым в монографии "Гидрохимия рек Восточной Сибири" за период 1938—1953 гг. М.Д. Николаева использовала данные анализов проб, отобранных в период открытой воды с 1957 по 1961 гг., причем применяемый ею весовой метод сульфатов и аргенометрический метод определения хлоридов дал завышенные величины.
Нами для анализа изменчивости среднегодовых величин компонентов ионного состава, органического вещества и биогенных элементов приняты данные, полученные в результате ежемесячного отбора проб по единой общепринятой в гидрохимической практике методике [7]. Наиболее полные систематические исследования (не менее одного раза в месяц) в истоке Ангары по
Таблица 1. Среднегодовое содержание сульфатов (мг/л) в основных притоках Байкала за период 1981—1984 гг. [3]
Притоки Сульфаты, мг/л Притоки Сульфаты, мг/л
Селенга 9.25 Рель 2.43
В. Ангара 4.48 Голоустная 14.23
Баргузин 7.34 Бугульдейка 23.91
Турка 3.69 Сухая 3.21
Снежная 4.00 Мысовая 3.68
Тыя 4.69 Половинная 6.39
Томпуда 8.15 Мантуриха 4.32
Хара-Мурин 3.30 Средняя по притокам 7.54
Утулик 7.12 Стоки БЦБК 300
ионному составу, перманганатной окисляемо-сти, кремния и минеральным формам азота и фосфора в нефильтрованной воде проводились в ЛИН СО РАН с января 1950 г. по декабрь 1955 г. И.В. Глазуновым [1], с января 1970 г. по декабрь 1975 г. — К.К. Вотинцевым и др. [8], с января 1981 г. по декабрь 1984 г. — Е.Н. Тарасовой и А.И. Мещеряковой [3]. Кроме того, в 1983, 1984, 2005 гг., а также с 2009 по 2011 гг. авторами (Тарасовой Е.Н.) выполнены исследования по содержанию компонентов трофического статуса по расширенной программе; были определены: общее количество взвешенного материала, содержание хлорофилл-а, кремния, взвешенных и растворенных форм минеральных и органических соединений углерода, азота и фосфора.
Заметим, что сравнение исследований настоящих и выполненных в предыдущие годы было возможно только с определяемыми в то время компонентами ионного состава, а также c минеральными формами азота и фосфора, кремния и органического вещества в нефильтрованной воде. Очень важно при сравнении многолетних исследований учитывать не только место и время отбора проб, но и применяемые методы, которые несмотря на их общеизвестность, могли иметь модификации и привести к неправильным выводам. Отметим, что исследования, проведенные в ЛИН СО РАН [1, 3, 9] и в 2005, 2009-2011 гг. в ИГХ СО РАН выполняли по единым методикам. Методы анализа подробно изложены в [1, 3, 9]. Пробы воды отбирали, как правило, в середине дня с глубины 0.2 м в количестве 5 л ближе к правому берегу. Анализы проводили в течение 2-3-х дней; пробы воды все это время находились в темноте.
С 1997 года и по настоящее время в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН под руководством П.В. Коваля и Ю.Н. Удодова проводятся ежеквартальные исследования ионного состава истока р. Ангары [10]. Отбор проб воды про-
водился на водозаборе в поселке Листвянке [11]. В конце 2010 г. на водозаборе была установлена бактерицидная лампа, и с этих пор вода, отобранная на водозаборе, пригодна как питьевой ресурс, но уже не отражает, к сожалению, современного состояния химического состава истока Ангары и озера Байкал из-за минерализации органического вещества.
Статистическая обработка данных (расчет средних величин, их ошибка, достоверность различия средних и др.) проводилась по программе "8ТАТ18ТГСА'6". Тренд сульфатов анализировали, применяя непараметрический сезонный тест Кендалла [12, 13] по среднегодовым данным, полученным как на основе месячных по отдельным периодам времени, так и за весь период исследования. Магнитуда тренда определялась по методу Тейля-Сена для оценки наклона кривых. При анализе трендов применялся пороговый уровень статистической значимостир < 0.05. Это обеспечивало по меньшей мере 95-процентную уверенность в том, что тренд, регистрируемый как возрастающий или убывающий, существенно отличается от нулевого.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Ионный состав
Результаты настоящего исследования представлены в табл. 1 и 2 и рис. 1. Содержание компонентов ионного состава (кальций, магний, натрий, калий, бикарбонаты, сульфаты, хлориды) воды истока р. Ангары мало менялось в течение года с 1950 по 1955 гг. [1]. Несмотря на постоянство ионного состава, отмечает автор, заметно увеличение в зимнее время суммы ионов за счет повышенного содержания бикарбонатов. Остальные компоненты даже в сумме своей составляют менее 10%-эквивалент от анионного состава воды, в то время как бикарбонаты — свыше 90. В 1957 гг. была построена Иркутская ГЭС, а в 1966 г. на берегу Южного Байкала в г. Байкальске — целлюлозно-бумажный комбинат, и ситуация изменилась.
Как видно из рис. 1, межгодовым колебаниям подвержены все компоненты ионного состава. Тренды увеличения их среднегодовых величин найдены для сульфатов, хлоридов и магния; уменьшение концентрации отмечено для кальция. Размах колебаний среднегодовых величин сульфатов значительно превышает точность метода. Отметим, что именно по содержанию сульфатов в пелагиали Байкала, как индикатора сточных вод Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК) были выделены следующие периоды [3]: период естественного состояния озера — до 1967—68 гг. (до строительства БЦБК); период слабого антропогенного воздействия до
Таблица 2. Среднегодовой ионный состав истока р. Ангары и Байкала (нефильтрованные воды), мг/л
Компоненты Исток Ангары Поверхностные воды оз. Байкал (0-0.5 м), 1981-1984 гг. [3]
1950-1955 [1] 1970-1984 [3, 8] 1997-2007 [10, 11, 25]
нсо- 67.51 61.15 65.97 67.1 ± 1.3
4.24 4.90 5.70 4.9 ± 0.40
С1- 0.43 0.68 0.61 0.6 ± 0.05
Са2+ 16.76 14.79 15.48 15.7 ± 0.47
МБ2+ 2.30 2.88 3.36 3.1 ± 0.21
+ К+ 4.29 3.51 4.18 4.5 ± 1.0
Таблица 3. Сезонные изменения относительного содержания хлорофилла-а, азота и фосфора во взвешенном органическом веществе (ВОВ) и взвешенного Сорг в общем количестве взвеси и в общем содержании органического вещества (Снф) истока Ангары в 2005 г., мас. %
Месяц Хлорофилл-а в ВОВ Морг в ВОВ Рорг в ВОВ Свзв во взвеси Свзв в Снф
I 0.01 9 0.28 60 13.7
II 0.44 11 1 12.2 15.1
III 0.44 19 0.63 20 7.5
IV - 22 0.71 28 6.6
V 0.32 17 0.56 22.5 9.5
VI 0.66 9 0.11 24.2 9.6
VII 1.83 11 0.16 50 33.9
VIII 1.45 9.7 0.17 26 23.8
IX 0.29 28 1.67 30 14.1
X 0.41 43 0.29 28 15.5
XI 2.1 7 0.45 22 9.9
Среднее 0.8 17 0.55 29 14
чал работать в 1967 г.). К 1983—1984 гг. концентрация сульфатов повысилась до 4.6 ± 0.6 мг/л, в водах истока она также повысилась и составляла 4.9 мг/л. К 1997—2007 гг. в водах истока Ангары найдено сульфатов 5.70 мг/л, в водах озера в 2005 г. — 5.7 ± 1.5 мг/л. Таким образом, состав вод истока Ангары, несомненно, отражает изменение в химическом составе воды Байкала, причем источник этих изменений — сточные воды БЦБК.
Органическое вещество и биогенные элементы
Результаты исследования представлены в табл. 3, 4 и рис. 2, 3.
Минеральные формы азота — азот нитритов, нитратов и аммонийный — определялись во все периоды исследований. В 1950—75 гг. аммонийный и нитритный азот отсутствовал во все сезоны года. В 2005 г. эти формы азота находили эпизодически: содержание аммонийного азота в сентябре составляло 9 мкг/л, в октябре — 22, затем концен-
1986 г.; п
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.