Химический состав воды и структура фитопланктона в нижнем бьефе Красноярской ГЭС

Наряду с исследованием водорослей проводили химические наблюдения согласно общепринятым в гидрохимии методам [17, 18]. Мутность, цветность, рН, температура воды, аммонийный азот определялись ежедневно; минерализация, общая жесткость, перманганатная окисляемость, растворенный кислород, нефтепродукты, железо, хлориды – ежемесячно, остальные химические показатели – ежеквартально. В качестве критериев при оценке качества воды использовали предельно допустимые концентрации (ПДК), нормируемые для вод как хозяйственно-бытового [19], так и рыбохозяйственного значения [20].

Результаты исследований. До зарегулирования верхний участок Енисея (от истока р. Большой Енисей до устья р. Ангары) относился к олиготрофному водотоку, где закономерности формирования гидрохимического режима определялись климатическими условиями бассейна и режимов водного стока. Содержание биогенных элементов было низким, минерализация воды в течение года колебалась в пределах от 65 до 270 мг/л [21, 22]. Численность и биомасса фитопланктона эпизодически увеличивались до 0,16 млн кл/л и 63 мг/м ³ соответственно [2].

Химический состав воды. В первые годы функционирования Красноярского водохранилища диапазон колебания минерализации воды в верхнем и нижнем бьефах стал меньше и составил 81–140 мг/л и 101– 137 мг/л соответственно [3]. В настоящее время в нижнем бьефе амплитуда колебаний минерализации воды составляет 59,4–117,0 мг/л (в среднем 84,7±1,4 мг/л) (табл. 1). Сглаженные внутригодовые ее изменения в течение года обусловлены влиянием вышерасположенного по течению водохранилища, где аккумулируются маломинерализованные снеговые воды.

Таблица 1

Основные гидрохимические характеристики р. Енисей в нижнем бьефе Красноярской ГЭС (2008–2011 гг.)

Показатель	2008	2009	2010	2011
1	2	3	4	5
мг/л
Минерализация	59,40–91,80	75,20–117,00	72,00–100,00	70,40–99,60
	82,58±2,51	89,03±3,42	82,37±2,43	84,77±2,22
SO 42-	5,83–10,20	5,38–9,81	6,93–16,10	4,79–5,42
	7,73±0,91	7,47±0,93	13,51±2,20	5,08±0,13
Cl -	-	2,07–2,25	0,99–2,33	0,52–2,74
	-	2,16±0,09	1,66±0,67	0,86±0,20
Ca 2+	16,80–20,10	15,70–20,50	15,80–24,60	16,60–20,50
	18,45±0,68	18,18±0,38	19,72±0,75	18,96±0,36
Mg 2+	-	2,40–2,80	2,30–2,70	2,20–3,70
	-	2,70±0,10	2,58±0,09	2,75±0,33
N-NO 3-	0,75–0,98	0,78–0,89	0,74–0,87	0,55–0,72
	0,86±0,05	0,84±0,03	0,82±0,03	0,66±0,04
N-NH 4+	0.09-0.16	0.02-0.14	0,02–0,05	0,03–0,06
	0,13±0,01	0,08±0,01	0,04±0,002	0,04±0,003
Кремний	1,49–2,40	2,03–3,24	2,35–3,02	1,94–2,44
	2,04±0,19	2,60±0,27	2,63±0,14	2,17±0,12
Фториды	0,076–0,130	0,073–0,100	0,067–0,120	0,072–0,094
	0,094±0,012	0,088±0,006	0,099±0,016	0,081±0,006
Нефтепродукты	0,006–0,020	0,006–0,020	0,006–0,017	0,006–0,010
	0,009±0,002	0,013±0,002	0,010±0,002	0,007±0,0004
Мутность	0,81–1,12	0,75–1,54	0,78–1,96	0,74–1,33
	0,98±0,03	1,07±0,08	1,13±0,10	1,00±0,01
Цветность, град	6,80–11,74	6,96–10,26	9,24–13,33	7,61–9,74
	9,02±0,52	8,81±0,33	10,36±0,35	8,88±0,18
Общая жесткость, ºЖ	1,18–1,40	1,15–1,31	0,94–1,75	1,04–1,29
	1,23±0,02	1,22±0,02	1,29±0,07	1,17±0,03

Окончание табл. 1

1	2	3	4	5
Температура, ºС	1,86–14,00	2,81–13,50	2,30–11,00	2,05–13,00
	6,56±1,07	6,76±0,91	5,41±0,83	6,17±0,97
pH	7,22–8,40	7,00–8,35	6,98–7,95	7,22–7,88
	7,70±0,07	7,61±0,06	7,59±0,04	7,70±0,04
мг О 2 /л
Растворенный кислород	10,00–13,36	9,30–14,00	9,80–12,80	9,30–13,40
	12,29±0,28	11,52±0,47	11,53±0,27	11,54±0,38
БПК 5	0,90–3,00	0,70–0,90	0,90–1,40	0,90–1,20
	1.53±0.50	0.78±0.05	1.20±0.11	1.05±0.06
мг О/л
Перманганатная окисляемость	1,95–3,08	2,28–3,59	2,30–5,29	2,39–3,96
	2,52±0,11	2,66±0,10	3,52±0,23	2,95±0,15
ХПК	5,90–7,90	5,20–7,90	5,30–8,50	5,80–10,60
	6,48±0,48	6,15±0,60	7,40±0,73	8,33±1,07

Примечание: «-» – данные отсутствуют; над чертой – предельные, под чертой – средние значения концентраций.

Из основных ионов, определяющих степень насыщения воды неорганическими (минеральными) веществами, преобладали ионы кальция (см. табл. 1). В 2011 году концентрация сульфатов и хлоридов была наименьшей, что, возможно, связано с уменьшением концентраций главных ионов в водохранилище и основных притоках. Вода р. Енисей в нижнем бьефе характеризуется нейтральной и слабощелочной реакцией среды (рН=6,98–8,40), по классификации [18] жесткость воды соответствует категории «мягкая». Максимальный прогрев воды в реке в период наблюдений зарегистрирован в августе (14,0 ºС), до зарегулирования – в июле (16,6 ºС) [21, 23]. В течение 2008–2011 гг. концентрации биогенных элементов низкие (см. табл. 1). За период наблюдений N-NO 2 аналитически не обнаруживался. Концентрации фосфатов (PО 4 ) и фосфора общего (P общ ) на исследуемом участке реки составляли 11–20 и 4–32 мкг/л соответственно.

Кислородный режим водотока характеризуется как благополучный. Межгодовое распределение растворенного кислорода в воде стабильное. Содержание органических веществ по бихроматной окисляемости (ХПК) в течение четырех лет изменялось от 5,20 до 10,60 мг О/л с увеличением данного показателя к 2011 году в 1,3 раза, что может быть отражением усилившейся антропогенной нагрузки. В межгодовом аспекте с 2008 по 2011 г. концентрация нефтепродуктов остается в пределах ПДК, при этом отмечается увеличение концентрации нефтепродуктов в 2009 году. В этом же году значительно снизился показатель БПК 5 (см. табл. 1).

Из общей выборки результатов исследований по металлам следует отметить железо, медь, цинк и марганец, поскольку данные показатели имели значения близкие либо выше ПДК рыбохозяйственных водоемов (табл. 2). Содержание железа, марганца не выходило за пределы ПДК. Концентрации остальных металлов превышали ПДК для воды рыбохозяйственного значения (особенно медь).

Межгодовая динамика концентраций металлов в воде р. Енисей, мкг/л

Таблица 2

Элемент	2008 г.	2009 г.	2010 г.	2011 г.	ПД	К
					ХБ	РХ
Железо	20,0–61,0 48,0±9,5	25,0–87,0 61,4±12,9	21,0–84,0 57,6±11,7	30,0–92,0 44,1±4,9	300	100
Медь	- -	1,2–2,4 1,7±0,3	1,1–2,9 1,8±0,6	1,6–3,1 2,1±0,4	1000	1
Цинк	1,8–16,0 6,8±4,6	10,0–18,0 13,0±2,5	3,6–5,1 4,5±0,5	2,7–15,0 6,6±2,9	5000	10
Марганец	2,2–7,4 5.4±1.2	5,7–7,9 7.2±0.6	4,2–6,0 4.9±0.6	4,2–6,1 4.9±0.6	100	10

Примечание: «-» – данные отсутствуют; над чертой – предельные, под чертой – средние значения концентраций элементов; ХБ – хозяйственно-бытовое; РХ – рыбохозяйственное значение.

Динамика фитопланктона. В фитопланктоне р. Енисея обнаружено 99 таксонов водорослей ниже рода, относящихся к 6 отделам, 8 классам, 15 порядкам, 28 семействам и 47 родам. Особую роль в формировании фитоценоза исследуемого участка реки на протяжении четырех лет наблюдений играли диатомовые и зеленые водоросли (88% от общего числа видов). Основу видового богатства диатомовых водорослей при высокой скорости течения составляли донные формы: род Navicula включал 14 таксонов , Gomphonema и Cymbella по 7 и 5 таксонов соответственно. В отделе зеленых наиболее представлен порядок Chlorococcales , на долю которого приходится 64% от числа видов отдела. Отделы синезеленые, динофито-вые, золотистые и криптофитовые немногочисленны и характеризовались небольшим видовым разнообразием. В сумме они составляли 12% (12 видов).

Проанализировав таксономический состав альгофлоры планктона за четыре года наблюдений, установили, что межгодовые изменения таксономического состава фитопланктона незначительны. Это подтверждается высокими коэффициентами флористического сходства, которые изменялись от 60 (для 2008–2009 гг.) до 87% (для 2009–2010 гг.). Доминирующими видами, в независимости от сезона, из диатомей являлись Diatoma vulgare Bory, Fragilaria crotonensis Kitt., Melosira varians Ag., Nitzschia dissipata (Kutz.) Grun.; из синезеленых – Chamaesiphon curvatus (Borzi) Nordst. По частоте встречаемости (более 50%) на исследуемом участке выделяются: в 2008 году F. crotonensis Kitt . (50%), в 2009 году – Asterionella formosa Hass. (83%), в 2010 и 2011 годах – Cyclotella radiosa (comta) (Grun.) (83 и 69% соответственно).

Степень сложности альгоценозов по индексу Шеннона варьировала от 2,40±0,18 (2008 г.) до 3,10±0,10 (2011 г.) (табл. 3). Высокие значения H b зарегистрированы в весенне-летний период (2,94±0,13), а более низкие характерны для сообществ зимнего планктона (2,01±0,24). В этот период в биомассе альгоце-ноза доминировали 1–2 таксона.

Проведенный эколого-географический анализ альгофлоры планктона показал, что в зависимости от места обитания основная часть водорослей – это планктонно-бентосные формы (38%). В равном количестве представлены типично планктонные (27%) и бентосные формы (26%). Подавляющее большинство зарегистрированных водорослей (90%) имеют широкое географическое распространение (относятся к видам-космополитам). Виды-индифференты по отношению к проточности преобладали (70%) над всеми остальными. Среди показателей температурных условий также преобладали индифференты (76%). По отношению к активной реакции среды (рН) основная часть водорослей, для которых известна эта характеристика, представлена или видами-индифферентами, или обитателями щелочных вод (алкалифилами) [12].

Таблица 3

Межгодовая динамика численности (N, млн кл/л), биомассы (B, мг/л), индексов сапробности (S) и видового разнообразия ( Н b ) фитопланктона в нижнем бьефе Красноярской ГЭС (2008–2011 гг.)

Показатель	2008	2009	2010	2011
N	0,07–5,53 1,12±0,19	0,19–12,25 0,94±0,27	0,21–9,89 1,23±0,27	0,42–10,34 1,25±0,26
B	0,11–9,90 1,67±0,27	0,13–23,00 1,57±0,52	0,07–9,17 1,18±0,25	0,11–10,88 1,46±0,28
S	1,49–1,90 1,74±0,06	1,23–2,33 1,68±0,03	1,33–2,80 1,86±0,05	1,42–2,45 1,95±0,03
Н b	1,77–2,83 2,40±0,18	2,33–3,40 2,75±0,15	1,84–3,09 2,69±0,18	2,36–3,52 3,10±0,10

Примечание: над чертой–- предельные, под чертой – среднегодовые значения показателей.

Численность фитопланктона за период с 2008 по 2011 год изменялась от 0,07 (январь 2008 г.) до 12,25 (июнь 2009 г.) млн кл/л при среднем значении 1,14±0,26 млн кл/л. Биомасса варьировала от 0,7 (январь 2010 г.) до 23,00 (июнь 2009 г.) мг/л, в среднем составляя 1,46±0,28 мг/л (см. табл. 3). В межгодовой динамике численности планктона отмечается незначительное увеличение данного показателя от 1,12 (2008 г.) до 1,26 млн кл/л (2011 г.). Максимальное значение биомассы фитопланктона, наоборот, зарегистрировано в 2008 году (1,55±0,27 мг/л) с последующим его понижением к 2011 году (1,44±0,28 мг/л). Увеличение численности водорослей на фоне более медленного роста их биомассы свидетельствует о преобладании в фитопланктоне мелкоклеточных видов, что в свою очередь наблюдается при увеличении антропогенной нагрузки [9]. Трофический статус р. Енисей на исследуемом участке по биомассе фитопланктона [15] в 2008– 2011 годах соответствует мезотрофному типу.

От общего количества видов индикаторы сапробности составляли 79%. Среди них преобладали виды-мезосапробионты (58%). На долю водорослей –показателей низкой степени органического загрязнения (от ксе-но-олиго- до олиго-бетамезосапробионтов) приходилось 28%. Вдвое меньше отмечено видов-альфамезосапробионтов и полисапробов (14%), толерантных к значительному органическому загрязнению. Доминирование в видовом составе водорослей группы β-мезосапробионтов определяет и качество воды р. Енисей. Так, за период исследований индексы сапробности (ИС) колебались в пределах от 1,23 (март 2009 г.) до 2,80 (апрель 2010 г.). Среднее значение ИС за период исследования, соответствующее β-мезосапробной зоне [15, 16], составляло 1,84±0,02 (см. табл. 3). Итоговая ранговая оценка показала, что в целом качество воды р. Енисей в нижнем бьефе, с учетом индекса сапробности и биомассы фитопланктона, определяется β-мезосапробной зоной, 3-м классом качества – удовлетворительно чистая, достаточно чистая.

Заключение. В настоящее время в нижнем бьефе Красноярской ГЭС наблюдается низкая внутригодовая вариабельность значений минерализации воды. В многолетней динамике сульфатов и хлоридов отмечена тенденция уменьшения их концентрации, что, возможно, связано со снижением концентраций главных ионов в водохранилище и основных притоках. Качество воды р. Енисей по всем химическим показателям удовлетворяет требованиям для воды водных объектов хозяйственно-питьевого водопользования, но при этом по ряду показателей (цинку и меди) не соответствует требованиям для воды водных объектов рыбохозяйственного значения. В фитопланктоне на сегодняшний момент обнаружено 99 видов водорослей. По биомассе фитопланктона трофический статус р. Енисей на исследуемом участке соответствует мезотроф-ному типу. Качество воды, с учетом индекса сапробности и биомассы фитопланктона, определяется β-мезосапробной зоной, 3-м классом качества – удовлетворительно чистая, достаточно чистая.