Гидрохимические характеристики и видовой состав планктона в озере Майбалык вблизи города Астана, Республика Казахстан

Материалы и методы

Объект исследования: озеро Майбалык, расположенное вблизи аэропорта г.Астаны, в непосредственной южной границе города (координаты 50˚59ʹ25ʺN 71˚30ʹ11ʺE). Площадь озера составляет 2000 гектаров. Материалом для исследования послужили образцы планктона, отобранные 26 сентября 2016 года.

Исследования проводились в полевых и лабораторных условиях. Были использованы гидрохимические, гидробиологические методы и метод микроскопирования.

Для изучения химического состава воды озера были отобраны пробы общим объемом 5 л. Определялись концентрация следующих веществ: сульфаты, хлориды, нитриты, нитраты, аммонийный азот, нефтепродукты, фенол, железо, марганец, медь, цинк, никель.

Гидрохимический анализ проводился в испытательной лаборатории ТОО «Эко-Аналит».

Отбор проб для гидробиологических исследований проводился с плавсредствами (лодка, катер, бот и т. д.), пригодных для данного типа водоема и использованных для отбора проб воды на гидрохимический анализ.

Пробы воды для изучения видового состава планктона отбирались кoнической плaнктoнной сетью (сеть Aпштейнa). Сеть сoстoит из кaпрoнoвoгo кoнусa с ширoким oснoвaнием, нaшитой нa метaллическoе кoльцo, в узкoм oснoвaнии имеющaя стaкaнчик, в кoтoрoм кoнцентрируется сoбирaемый плaнктoн.

Кaчественные лoвы планктона прoизвoдились с целью выявления егo видoвoгo сoстaвa. Для сбора планктона через сеть Aпштейнa было пропущено 100 литров воды, и был получен 1 литр концентрированной пробы.

Сразу же после отбора проб осуществлялось консервирование планктонных организмов добавлением к ним фиксирующего реагента – 4%-ного водного раствора формалина. Применяемый формалин не имел осадков.

В этом исследовании концентрирование проб проводились осадочным или «отстойным» методом. Отобранную пробу планктона отстаивали в затемненном месте 10–14 дней, после осаждения пробу концентрировали до объема 50–100 мл с помощью сифона. Процедура повторялась до достижения оптимального объема пробы.

Далее велись работы по определению видов планктона. Для этого использовались определители как советских ученых, так и современных [1–3]. Исследования по идентификации видов проводились в лаборатории прикладной экологии Евразийского Национального университета им. Л.Н. Гумилева.

Идентификация проводилась с помощью микроскопирования с использованием иммерсионного объектива 90 (2 мм) с увеличением х 40 раз, а зоопланктона - х 10 раз на микроскопе Olympus CX-31.

Было сделано около 400 фотографий фито- и зоопланктона для дальнейшего определения видов.

Определение фито- и зоопланктона проводилось с помощью полученных снимков в лаборатории и определителей планктона [4–5].

Фитопланктоны широко применяются в оценке экологического состояния водоемов. Для определения уровня загрязнения озера был использован метод Пантле – Букка.

Обсуждение результатов

Соленость озера Майбалык колеблется в зависимости от степени наполнения от соленого водоема (минерализация воды до 20–27 г/л) в годы обмеления до слабосолоноватого озера (минерализация воды до 1,0–1,5 г/л летом и зимой – 2,4 г/л) в годы наибольшей водности.

Химический состав воды сульфатно-хлоридный, смешанный по катионам. pH лежит в интервале 7,6–8,0. В периоды наибольшего обмеления со стороны озера ветер начинает разносить на город соленую пыль.

Почвы на прилегающей территории в основном лугово-каштановые, которые представлены карбонатными, солончаковатыми и намытыми породами. По морфологическим показателям почвы маломощные и их гумусовый горизонт (А+В) не превышает 30 см. Содержание гумуса колеблется от 5 до 7 %. Водный режим почв пульсирующий – кратковременные периоды обильного увлажнения чередуются с периодами обычного режима автоморфных почв. Грунтовые воды расположены на глубине 3–6 м. Растительность степная.

Во время отбора проб определяли прозрачность воды в озере с помощью диска Секки. Прозрачность колеблется от 0,5 м в прибрежных зонах до 1,5 м в глубоких местах озера. Это связано с тем, что озеро Майбалык относится к малым озерам, и илы со дна легко взмучиваются при ветровом перемешивании вод. В связи с развитием летом планктона и накоплением в зоне температурного скачка оседающих взвесей прозрачность воды в теплые времена года падает. Уменьшение прозрачности в придонном слое объясняется замедлением осаждения взвесей в этом слое из-за большей вязкости воды и возникновения конвективных движений у дна.

Цветность воды определяли по стандартному методу [6], сравнивая образец с дистиллированной водой. Цветность воды была оценена как «бесцветная».

Цвет воды в озере испытывает сезонные колебания и неоднороден в различных частях озера, так же, как и прозрачность. Растворённые вещества в воде, взвешенные минеральные частицы, микроорганизмы по-разному поглощают, рассеивают и отражают свет, придают воде грязноватые и мутные оттенки, а при большом количестве взвесей различного происхождения озеро принимает их цвет.

Для определения запаха колбу с притертой пробкой заполняли на 2/3 водой и закрывали, интенсивно встряхивая, затем открывали и определяли интенсивность и характер запаха.

Характер запаха в воде исследуемого озера определён как гнилостный, т. е. естественного происхождения. Это может объясниться обилием детрита.

Интенсивность запаха оценивалась по 5-балльной шкале по ГОСТ 3351. Полученное значение – 2 балла («слабая»). Для питьевой воды допускается запах не более 2 баллов.

Результаты гидрохимического анализа воды в озере Майбалык представлены в таблице.

Концентрации веществ и ПДК для рыбохозяйственных объектов

Наименование определяемого показателя	ПДК	Фактические результаты	Единицы измерения
Сульфаты	100,0	285,6	мг/л
Хлориды	300,0	770,0	мг/л
Нитриты	0,08	0,04	мг/л
Нитраты	40,0	1,2	мг/л
Аммонийный азот	2,0	˂0,075	мг/л
Нефтепродукты	0,05	0,09	мг/л
Фенол	0,001	˂0,0005	мг/л
Железо общее	0,1	0,06	мг/л
Марганец	0,01	0,005	мг/л
Медь	0,001	0,0014	мг/л
Цинк	0,01	0,01	мг/л
Никель	0,01	0,0012	мг/л

В составе воды наблюдается явное доминирование хлоридов, далее по долевому участию в химическом составе воды следуют сульфаты, нитраты, нефтепродукты, аммонийный азот, железо, нитриты, цинк, марганец, медь, никель и фенол.

Проведены исследования для выявления влияния химического состава воды на планктон.

В пресных водоемах обычно преобладают сине-зеленые, зеленые, диатомовые и динофито-вые водоросли. В рассматриваемом озере из диатомовых водорослей часто встречаются Amphora ovalis Kütz. и Сymbella sp, из зеленых – Crucigenia tetrapedia, Spirogyra, из сине-зеленых – Aphanizomenon.

В пробе озера Майбалык всего идентифицирован 31 вид фитопланктона.

Общий индекс сапробности водоема по методу Пантле и Букка найден на основании данных по видовому разнообразию, частоте встречаемости и индикаторной значимости видов водорослей и был равен 2,1, что соответствует β-мезосапробной зоне.

В пробах озера Майбалык зоопланктон представлен в высоком обилии. Идентицифированы 18 видов зоопланктона.

Общий индекс сапробности водоема по методу Р. Пантле и Г. Букк равен 1,74, что соответствует β – мезосапробной зоне сапробности водоема.

Для водных организмов среда их обитания является одновременно и их внутренней средой, они получают кислород, биогенные элементы и выделяют продукты жизнедеятельности [7].

Хлорид-ионы являются важнейшими показателями минерализации и генезиса природных вод [8]. Согласно проведенным исследованиям, содержание хлорид-иона вдвое превышает допустимую концентрацию в естественных условиях и составляет 770 мг/дм³.

Увеличение солености воды в природных водных объектах может привезти к общему снижению численности фитопланктона и зоопланктона в водоемах.

Один из видов зоопланктона, который резко реагирует на изменения окружающей среды, – это Daphniamagna из отдела ветвистоусые. Считается, что регулирование внутренней солёности под воздействием высоких или низких концентраций соли влечет за собой увеличение частоты дыхания Daphniamagna, так как осмотическое регулирование связано с повышением скорости обмена веществ. Изменение солёности водной среды оказывает значительное воздействие на Daphniamagna, на продолжительность жизни и скорость их роста, размер и количество потомства [9]. В озере Майбалык количество хлоридов значительно превышает ПДК, что влияет на количе- ство и относительную встречаемость особей Daphniamagna (по шкале Вислоуха оценивается на 2 балла).

Хлориды являются составной частью большинства природных вод. Большое содержание хлоридов в поверхностных водах редкое явление. Поэтому обнаружение большого показателя хлоридов является показателем возможного загрязнения воды промышленными и бытовыми стоками [10].

Среди анионов довольно высокие концентрации имеют сульфат-ионы, содержание которых в воде составляет 285,6 мг/дм3. Полученные значения концентрации сульфатов превышают показатель ПДК для рыбохозяйственных водоемов в два раза.

Генезис сульфат-ионов в поверхностных водах связан с процессами химического выветривания и растворения серосодержащих минералов. Значительные их количества поступают в водоемы в процессе отмирания и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком [11]. В то же время важно отметить, что источником их присутствия в водах являются сточные воды предприятий, бытовые стоки и воды, выносимые с сельскохозяйственных угодий [12]. Указанные источники происхождения сульфат-ионов применимы к территории исследования ввиду того, что озеро Майбалык граничит с землями сельскохозяйственных предприятии и поселка.

Содержание в воде биогенных элементов, таких как нитриты и нитраты, очень низкое, что объясняется большим количеством в озере макрофитов, так как в зарастающих водоемах биогенные элементы почти полностью используются [13]. Превышение ПДК по аммонийному азоту также не наблюдается.

Концентрация биогенных веществ в воде, как правило, прямо пропорционально численности планктонных организмов. Наличие биогенных элементов, в основном, требуют диатомовые водоросли, а зелёные и сине-зелёные менее требовательны к биогенным веществам. Хотя из фитопланктона доминирующими оказываются диатомовые водоросли. Это может объясняться тем, что им свойственен низкий температурный оптимум, так как пробы были взяты осенью.

Концентрации тяжелых металлов, таких как никель, марганец, железо, значительно меньше допустимых. Но наблюдается превышение концентрации меди и цинка.

Значительное количество цинка поступает в водные объекты в результате техногенного загрязнения, применения химических средств защиты растений [14]. Наиболее чувствительным видом из фитопланктона к присутствию в воде ионов цинка и меди является Scenedesmus из отдела зеленых водорослей. Происходит ингибирование фотосинтеза, что снижает жизнеспособность клеток водорослей [15]. Их встречаемость в воде оценивается в 3 балла.

Установлено, что усиливается токсическое воздействия тяжелых металлов на микроводоросли в условиях засоления. Металлы в малых концентрациях (0,0001 мг/л) в присутствии солей натрия проявляют токсическое воздействие в большей степени, чем в более высоких концентрациях (1,0 мг/л) [16]. Также увеличение хлоридной и сульфатной засоленности воды способствует усилению токсического действия тяжелых металлов в концентрациях выше ПДК [17].

По содержанию нефтепродуктов также наблюдается превышение ПДК (см. таблицу).

Чувствительность фитопланктона к растворенным нефтепродуктам зависит от вида. По данным [18], у большинства видов клеточное деление или отсутствует, или замедляется при концентрации нефтепродуктов 0,1 мг/л. В озере Майбалык концентрация нефтепродуктов составляет 0,09 мг/л, что может оказывать негативное влияние.

По данным [19], при концентрации растворенных нефтепродуктов равной ПДК и 10 ПДК, у зеленых водорослей Chlorella и Scenedesmus наблюдается стимулирование фотосинтетической активности, которая достигает максимума, а далее наступает угнетение [20]. При концентрации 500 ПДК водоросли полностью погибают. Относительная встречаемость этих видов в озере составляет, соответственно, 2 и 3.

С эфтрофикацией в биоценозах появляются или значительно увеличивают свою численность такие виды как Daphniagaleata, Daphnia cuculata, Ceriodaphnia, Leptodora, Chydorus, Leydigia, из которых в исследуемой воде присутствуют Ceriodaphnia и Chydorus (их встречаемость оценивается в 3).

Выводы

• 1.    При гидрохимическом анализе воды наблюдается превышение ПДК для рыбохозяйственных водоемов у сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, а также таких тяжелых металлов как медь и цинк.

• 2.    По гидробиологической оценке качества по формуле Пантле – Букка вода в озере Майба-лык относится к β-мезосапробному типу, что характеризуется как «умеренно загрязненная».

• 3.    Превышение концентрации веществ влияет на видовой состав и встречаемость планктонных организмов и может привезти к снижению численности фито- и зоопланктона.