Изменение экологического состояния Юмагузинского водохранилища после строительства

Автор: Шкундина Фаина Борисовна, Полева Александра Олеговна, Зарипова Регина Талгатовна

Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu

Рубрика: География и геоинформатика

Статья в выпуске: 1 (15), 2016 года.

Бесплатный доступ

Изучен фитопланктон и гидрохимические показатели Юмагузинского водохранилища (Южный Урал). Развитие Юмагузинского водохранилища характеризуется умеренным эвтрофированием. В настоящее время ситуация улучшилась и соответствовала нашему прогнозу при стоке 0,95 %. В 2012, 2014 и 2015 гг. было выявлено 80 видов и внутривидовых таксонов водорослей и цианобактерий, при наибольшем видовом разнообразии диатомовых и зеленых водорослей. Проявилась тенденция увеличения численности и биомассы в 2006-2007 гг. и уменьшение этих показателей в 2012-2015 годах. Вниз по течению минерализация воды постепенно снижается и у плотины происходит некоторое разбавление.

Еще

Фитопланктон, водохранилище, эвтрофирование, "цветение" воды, водорослевое сообщество, экосистема, доминирующие комплексы, гидробионты

Короткий адрес: https://sciup.org/149131381

IDR: 149131381   |   DOI: 10.15688/jvolsu11.2016.1.6

Текст научной статьи Изменение экологического состояния Юмагузинского водохранилища после строительства

DOI:

Фитопланктон водохранилищ горного типа изучен недостаточно. Планктонные водоросли и цианобактерии водохранилищ горного типа активно исследуются в Таджикистане [6; 7; 17]. В составе фитопланктона Ну-рекского водохранилища, расположенного в горной области Таджикистана, отмечен 101 вид и внутривидовой таксон. Доминирующими группами являлись диатомовые – 47 видов, за ними шли зеленые – 27, золотистые – 14 и сине-зеленые – 10, пирофитовые – 3, эвгленовые – 3 вида. Количественно преобладали Synedra acus var. radians , Cyclotella comta , Carteria multiffilis . В Муминабадском водохранилище было представлено 95 таксонов, из них сине-зеленые – 5, золотистые – 13, диатомовые – 23, пирофитовые – 3, эвглено-вые – 11, зеленые – 40. Наблюдалось стабильное развитие зеленых водорослей, особенно протококковых [6]. В планктоне Черекского водохранилища за период с 2004 по 2008 г. было отмечено 943 таксона водорослей, из них Cyanophyta – 120, Chrysophyta – 61, Bacillariophyta – 250, Xanthophyta – 165, Pyrrophyta – 53, Euglenophyta – 112, Chlorophyta – 182.

Диатомовые по численности и видовому разнообразию в планктоне водохранилища являются преобладающими. В отличие от водорослей других групп, развитие которых приурочено к определенному периоду, они вегетируют круглый год, иногда вызывая подледное цветение. Во многих водохранилищах

Северной Америки преобладают диатомовые рода Achnanthes [19].

Для водохранилищ северо-восточной части Бразилии (Жоао Алвеш, Марешаль Дат-ра и Санта-Крус) характерно преобладание зеленых водорослей – 39 видов из 63 [14]. Среди цианобактерий наблюдается доминирование Cylindrospermopsis raciborski и Microcystis aeruginosa, которые вызывают отравление пресной воды [18; 21]. Общее число диатомовых на момент исследования составило 11 видов, среди них – Aulacoseira granulata , Aulacoseira distan и Cyclotella meneghiniana. Dinophyta представлен родами Peridinium и Gymnodinium [14] .

Основные тенденции антропогенного эв-трофирования подробно изучены для озер республики [10]. На территории Республики Башкортостан водохранилища горного типа играют большую роль. Централизованное водоснабжение крупных промышленных центров Республики Башкортостан обеспечивается инфильтрационными водозаборами, расположенными в долине р. Белой. Река Белая – один из крупных притоков р. Камы – имеет длину 1 430 км. Эта река – самая большая на территории республики Башкортостан. Фитопланктон р. Белой активно изучался в последние годы [20].

В верхнем течении р. Белой находится Юмагузинское водохранилище (ЮВ), оно горного типа, с максимальной глубиной 60 м (рис. 1). Рабочему подпорному уровню (РПУ)

Рис. 1. Схема расположения створов (км) Юмагузинского водохранилища

260,0 м соответствуют: объем – 456 млн м3, площадь зеркала – 25 км2, длина водохранилища – 65 км. Уровень мертвого объема (УМО) водохранилища принят 225,0 м. Водохранилище осуществляет сезонное регулирование стока [12].

Кроме этого, ЮВ обеспечивает противопаводковую защиту населенных пунктов, в том числе крупных промышленных центров Республики Башкоростан городов Кумертау, Мелеуз, Салават, Ишимбай, Стерлитамак с населением около 850 тыс. человек и 72 тыс. га земель сельскохозяйственного назначения на участке среднего течения р. Белой, поддержание требуемых гарантированных уровней воды в р. Белой в местах существующих водозаборов, попутное использование энергии попусков для выработки электроэнергии на ГЭС. Комплекс гидротехнических сооружений Юмагузинско-го гидроузла расположен в 952 км от устья р. Белой на территории Кугарчинского района Республики Башкортостан.

Химический состав в целом на всем протяжении (от с. Максютово до створа) достаточно однороден и характеризуется гидрокар-бонатным магниево-кальциевым составом. Минерализация воды в летне-осенний период в верхнем течении, где начинается подпор, составляет 0,23 г/дм3 [5]. Вниз по течению минерализация воды постепенно снижается и у плотины она не превышает 0,17 г/дм3, то есть происходит некоторое разбавление (табл. 1).

На территории Республики Башкортостан подробно изучен фитопланктон Павловского водохранилища [1; 9]. Исследования В.Ф. Мухутдинова показали, что в Юмагузин-ском водохранилище наблюдается «цветение» воды. Исключением явился первый год вслед- ствие несформированности водорослевого сообщества и, вероятно, из-за присутствия в теплый период мощной сероводородной зоны в гиполимнионе (ниже 13 м) на протяжении 19 км (а возможно, и выше) [4].

Химический состав воды Юмагузинско-го водохранилища в период последних исследований представлен в таблице 1.

Отбор проб фитопланктона и их обработка осуществлялись по стандартной методике [3].

Для прогноза состояния экосистемы р. Белой после строительства Юмагузинс-кого водохранилища были взяты пробы для изучения фитопланктона в 1999 г. выше по течению места строительства и на месте строительства [8]. В большинстве отобранных проб по численности преобладали представители Cyanobacteria. Рассмотрим доминирующие комплексы видов на изученных створах (табл. 2). Прежде всего, обращает на себя внимание интенсивное развитие Aphanizomenon flos-aquae в районе Узяк-ского гидроузла. Этот вид при большой численности вызывает «цветение» воды.

В Юлдашевском пруду отмечены и максимальные количественные показатели развития фитопланктона (биомасса – 6,695 г/м3, а численность – 9 796 тыс. кл/л).

На основе полученных данных был сделан прогноз, что возможны два варианта изменения экосистемы р. Белой в результате строительства Юмагузинского водохранилища: а) вариант Нижнекамского водохранилища с сильным эвтрофированием и интенсивным развитием фитопланктона; б) вариант Нугушского водохранилища с умеренным и интенсивным эвтрофированием и мезотроф-но-олиготрофными условиями.

Таблица 1

Химический состав воды Юмагузинского водохранилища в июне 2012 г. (мг/дм3)

Показатель

Минимум

Максимум

ПДК рх

Водородный показатель pH

6,9

8,4

6,5–8,5

ХПК, мгО 2 /дм3

15,5

23,3

15,0

БПК, мгО 2 /дм3

1,9

7,4

2

Нефтепродукты

<0,05

0,05

0,05

Фенолы летучие

<0,001

0,001

0,001

Кальций

16,0

30,1

180,0

Железо общее

0,08

0,53

0,1

Нитрит-ион

0,02

0,05

0,08

Нитрат-ион

0,5

6,1

40,0

Растворенный кислород

6,6

12,2

6,0

Нами была выполнена комплексная оценка состояния экосистемы Юмагузинского водохранилища в 2007 г. [2] на основе интегрального индекса экологического состояния экосистемы (ИИЭС) по методу Д.Б. Гелашвили и др. [12]. Этот индекс дает возможность оценить суммарный эффект воздействия загрязнения на сообщества гидробионтов и на экосистему в целом:

ИИЭС = (сумма Bi + сумма Hi) / (Nb + Nh), где Bi – используемые биологические показатели; Hi – используемые гидрохимические показатели; Nb и Nh – количество показателей каждого класса, включенных в расчет.

В таблице 3 приведена балльная оценка концентрации химических веществ и биологических показателей для Юмагузинского водохранилища за 2007 год. Данные исследований показывают, что ИИЭС составил 3,47; это позволяет отнести Юмагузинское водохранилище к зоне относительного экологического благополучия.

В 2007 г. в верховьях водохранилища была отмечена высокая численность нитчатых цианопрокариот (Phormidium sp. sp., Plectonema notatum). Большую биомассу создавали представители рода Synedra. Биомасса водорослей изменялась в августе в пределах от 1,1303 до 35,663 г/м3. Минимум биомассы был зафиксирован на створе 3 км, расположенном ближе к приплотин-ному участку, а максимум биомассы пришелся на створ 26 км, который приурочен к средней части водохранилища. В августе на значительной части акватории водохранили- ща визуально наблюдалось «цветение» воды. На 15-м км степень «цветения» относилась ко II–III классам. Как и в августе 2005 г., в августе 2007 г. наблюдалась вспышка численности динофитовых водорослей. Отличие «цветения» в 2006 г. заключалось в том, что пятно было значительно меньше, чем в 2007 году. В 2006 г. «цветение» было вызвано массовым развитием Anabaena scheremetievi, а в 2007 г. – развитием Sphaerocystis planctonica.

Мы проследили изменения в составе фитопланктона Юмагузинского водохранилища за период с 2004 по 2015 год (см. рис. 2). С 2004 г. общее число видов в составе автотрофного планктона увеличилось за счет появления типичных для водохранилища водорослей. В цианобактериально-водорослевом ценозе доминировали зеленые и диатомовые водоросли. Доля цианобактерий и золотистых водорослей в 2006–2007 гг. возросла по отношению к 2004 г., что является настораживающим фактором, указывающим на ускоренную эвтрофикацию водоема.

В 2012, 2014 и 2015 гг. было выявлено 80 видов и внутривидовых таксонов водорослей и цианобактерий, из них Bacillariophyta – 35, Chlorophyta – 31, Cyanobacteria – 6, Xantophyta – 3, Dinophyta – 3, Euglenophyta – 2, Chrysophyta – 1.

Доминирующими по численности видами явились Chlorella vulgaris Beijer, Kirchniriella obesa (W. West) Schimidle, Synechocystis salina Sauv., Peridinum cinctum (O. Mull.) Ehr., Merismopedia minima G. Beck, Scenedesmus quandricanda (Turp.) Breb.; по биомассе – Chlorella vulgaris Beijer, Chlamydomonas

Таблица 2

Доминирующие комплексы видов на различных створах р. Белой

Названия створов Доминирующие комплексы видов Район Каповой пещеры Oscillatoria sp. sp., Fragilaria brevistriata, Chara-ciochloris crassa, Achnanthes minutissima Узякский гидроузел Aphanizomenon flos-aguae, Oocystis lacustris Pandorina morum,Characium acuminatum Asterionella Formosa Ручей Черный ключ Spirogira fluviatilis Hilse, Sp. mirabilis (Hass.) Kutzing, Oscillatoria limosa Ag. Ильтебановское водохранилище Merismopedia tenuissima, Synechococcus elongatus, Synechocystis salina Юлдашевский пруд Fragilaria brevistriata, Fr. virescens, Cymbella ven-tricosa, C. pusilla. Synechocystis aquatilis vulgaris Ehr., Peridinum cinctum (O. Mull.) Ehr., Euglena viridis Stein.

Количественные характеристики фитопланктона Юмагузинского водохранилища были подвержены существенным изменениям (табл. 4). Четко проявилась тенденция увеличения численности и биомассы в 2006–2007 гг. и уменьшение этих показателей в 2012–2015 годах.

В 2006 г. режим работы Юмагузинского гидроузла не соответствовал оптимальному с точки зрения экологического состояния водоема вследствие подъема уровня воды в водоеме до отметки 261,8 м. В этих условиях порядка 20 км2 пойменной части реки Белой было затоплено. Под водой оказались неподготовленные территории вместе с прибрежными лесами и пойменными лугами. Приток органических веществ увеличился, что вызвало ухудшение ситуации с качеством воды в водохранилище в августе.

Сделанный нами прогноз по биомассе фитопланктона Юмагузинского водохранилища (рис. 3) полностью подтвердился для стока 0,5 % обеспеченности в 2009 году. Развитие Юмагузинского водохранилища характеризуется умеренным эвтрофированием. В настоящее время ситуация улучшилась и соответствовала нашему прогнозу при стоке 0,95 %.

Таблица 3

Балльная оценка концентрации химических веществ и биологических показателей для Юмагузинского водохранилища за 2007 г.

Показатели

Размерность

Пределы изменений

Баллы

Химическое потребление кислорода (ХПК)

мгО 2 /дм3

6,5–18,3

4

Азот аммонийный

мг/дм3

0,24–3,90

3, 2, 1

Азот нитритный

мг/дм3

0,03–0,036

2

Азот нитратный

мг/дм3

0,1–19,1

4, 3, 2, 1

Фосфаты

мг/дм3

0,01–0,129

4, 3, 2

Фенолы

мкг/дм3

0,002–0,004

3

Численность макрозообентоса

экз./м2

14–85,8

4

Количество видов

экз.

18

4

Таблица 4

Количественные характеристики развития фитопланктона Юмагузинского водохранилища по годам

Показатели

2004

2005

2006

2007

июнь 2012

октябрь 2014

май 2015

Среднегодовая численность, тыс. кл/дм3

7 044

5 241

13 573,7

9 612,6

95,8

128,2

246,9

Среднегодовая биомасса, г/м3

1,49

4,48

17,9

10,3

0,3

0,5

0,8

Рис. 2. Состав фитопланктона Юмагузинского водохранилища в разные годы

Рис. 3. Прогноз изменения биомассы фитопланктона Юмагузинского водохранилища (г/м3)

В заключение можно отметить, что современное состояние фитопланктона свидетельствует о формировании олиготрофных условий, благоприятных для формирования удовлетворительного качества воды водозаборов, расположенных в среднем течении р. Белой.

Список литературы Изменение экологического состояния Юмагузинского водохранилища после строительства

  • Абдрахманов, Р. Ф. Особенности гидрохимического и гидробиологического режимов Павловского водохранилища / Р. Ф. Абдрахманов, Ф. Б. Шкундина, А. О. Полева // Водные ресурсы. - 2014. - Т. 41, № 1. - С. 83-93.
  • Абдрахманов, Р. Ф. Юмагузинское водохранилище: формирование гидробиологического и гидрохимического режимов / Р. Ф. Абдрахманов, В. А. Тюр, В. М. Юров. - Уфа: Информреклама, 2008. - 152 с.
  • Водоросли: справочник / под ред. С. П. Вассера. - Киев: Наук. думка, 1989. - 608 с.
  • Мухутдинов, В. Ф. Формирование фитопланктона Юмагузинского водохранилища и «цветение» в первые годы после зарегулирования / В. Ф. Мухутдинов // Теоретические проблемы экологии и эволюции. Теория ареалов: виды, сообщества, экосистемы. V Любищевские чтения. - Тольятти, 2010. - С. 120-125.
  • Полева, А. О. Мониторинг экологического состояния Юмагузинского водохранилища по фитопланктону / А. О. Полева, Ф. Б. Шкундина, Р. Т. Зарипова // Экологическая безопасность и охрана окружающей среды в регионах России: теория и практика: материалы Всерос. науч.-практ. конф., г. Волгоград, 12-13 окт. 2015 г. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2015. - С. 201-204.
Статья научная