Комплексная оценка экологического состояния пойменного озера Холуново по химическим и биологическим показателям

Озеро 1 Х олуново является частью государственного памятника природы регионального значения «Комплекс пойменных озер Холуново, Кри-вель, Черное» (согласно Постановлению правительства Кировской области от 05.11.2019 № 574-П), созданного в целях сохранения в естественном состоянии пойменных биогеоценозов, старичных озёр в пойме реки Вятки, находящихся на разной стадии зарастания, являющихся местом обитания (гнездования) или временного пребывания в период весенних и осенних миграций редких видов птиц, в том числе занесённых в Красную

книгу Кировской области (Постановление правительства Кировской области от 28.07.2020 №404-п). На акватории озера Холуново отмечены 2 типа местообитаний общеевропейского значения, находящихся под угрозой: 1) Frogbit Hydrocharis morsus-ranae rafts / Водокрасовые ( Hydrocharis morsus-ranae ) ковры – свойственные Палеарктике сообщества со значительным участием Hydrocharis morsus-ranae , свободно плавающие на поверхности водоёмов; 2) Floating Stratiotes aloides rafts / Тело-резовые ( Stratiotes aloides ) ковры – свойственные Палеарктике сообщества Stratiotes aloides , свободно плавающего на поверхности водоёмов (Егорова, Егошина, 2020). Для составления экологической характеристики указанных местообитаний необходимы актуальные данные о гидрохимии и составе фитопланктона озера Холуново.

Озеро Холуново расположено в пойме правого берега р. Вятки ниже посёлка Сидоровка. Это самое большое пойменное озеро в окрестностях г. Кирова – административного центра Кировской области. Озеро имеет серповидную форму. Длина водоёма составляет 4,0 км, средняя ширина 0,16 км, максимальная – 0,3 км, глубина – до 3 м. В настоящее время озеро Холуново используется для рекреации и рыболовства и практически не испытывает техногенной нагрузки. Это позволяет рассматривать данный водоём в качестве фонового объекта при изучении и оценке состояния аналогичных пойменных озёр, расположенных вблизи г. Кирова и испытывающих техногенную нагрузку.

Цель данного исследования – оценить экологическое состояние озера Холуново по результатам гидрохимического и биологического анализов.

Материалы и методы

В летний сезон 2022 г. было проведено обследование озера, отбор проб воды для химического анализа и биотестирования, а также изучения видового состава фитопланктона. Пробы воды из озера Холуново отбирали в одном створе, расположенном в центральной части озера, с поверхности (глубина 0–0,05 м), с глубины 2,5 м (условно срединного слоя) и из придонного слоя (глубина 2,85 м).

Физико-химический анализ проб воды проводили в аккредитованной лаборатории Вятского государственного университета по аттестованным методикам измерения. В ходе выполнения работ определяли общие и суммарные показатели качества природных поверхностных вод: органолептические показатели (запах, цветность, мутность), водородный показатель (рН), растворённый кислород, химическое потребление кислорода (ХПК), перманганатную окисляемость (ПО), общую минерализацию, минеральные соединения азота и фосфора, основные катионы (кальций, магний, натрий) и анионы (хлориды, сульфаты). Результаты гидрохимического анализа позволяют оценить трофическое состояние водного объекта и его пригодность для заселения различными гидробионтами.

Экотоксикологический анализ воды проводили с использованием трёх тест-объектов разных тро- фических групп. В биотесте с использованием низших ракообразных Daphnia magna Straus (дафний) оценивали гибель особей за 4 суток эксперимента, в биотесте с использованием простейших Paramecium caudatum Еhrenberg (инфузорий) – хемотаксическую реакцию, в биотесте с использованием бактерий (люминесцентный штамм Escherichia coli, используемый в тест-системе «Эколюм») – биолюминесценцию. Определение острой токсичности проводили в соответствии с аттестованными методиками измерений: ФР.1.39.2007.03222, ФР.1.39.2015.19242, ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-04. Экотоксикологический анализ позволяет оценить, насколько безопасно использование воды из водоёма для живых организмов, в том числе для человека.

Кроме химического и токсикологического анализов проводили также альгологический анализ. Данные этого анализа позволяют оценить сапроб-ность водоема, то есть степень его загрязнённости органическими веществами. Пробы воды объёмом 0,5 дм3, отобранные для изучения фитопланктона, сразу после отбора фиксировали 2 мл 40% раствора формалина и отправляли в лабораторию для отстаивания и последующего анализа. Определение видов фитопланктона проводили по отечественным и зарубежным определителям с помощью лабораторного микроскопа Микмед-6 вариант 7.

Результаты и обсуждение

Согласно результатам гидрохимического анализа, вода в озере Холуново относится к группе нейтральных вод (рН от 6,5 до 7,4), является ульт-рапресной (минерализация составляет на поверхности 76, у дна – 111 мг/дм3). Содержание азота, калия, натрия, магния, кальция, а также хлорид и сульфат-ионов в воде озера Холуново увеличивается с глубиной (табл. 1). Наибольший рост концентраций отмечен нами для ионов аммония, что может быть связано с развитием процессов разложения азотсодержащих органических веществ, находящихся в донных отложениях озера Холуно-во.

Таблица 1

Концентрации неорганических ионов в пробах воды из озера Холуново в 2022 году (мг/дм3)

Concentrations of inorganic ions in water samples from Lake Kholunovo in 2022 (mg/dm3)

Глубина отбора, м	NH 4 +	К+	Na+	Mg2+	Ca2+	NO 3 -	Cl-	SO 4 2-
0–0,05	0,81±0,28	1,1±0,17	3,9±0,6	3,4±0,7	16,3±1,6	0,27±0,04	1,05±0,11	1,36±0,14
2,5	7,6±1,6	2,6±0,5	6,7±1,3	5,9±1,2	28,3±2,8	2,5±0,4	2,1±0,3	4,4±0,4
2,85 (придонная проба)	17,9±3,8	3,2±0,6	7,8±1,6	7,7±1,5	28,0±2,8	2,9±0,4	2,1±0,3	3,9±0,4

Примечание : содержание PO 4 ^3- во всех пробах было ниже предела обнаружения методом ионной жидкостной хроматографии.

Содержание органических веществ, определяемое по величине значений ХПК и ПО, невысокое, в поверхностном, срединном и придонном слоях воды озера Холуново отличается несущественно (табл. 2). При этом концентрация растворённого в воде кислорода значительно снижается с глубиной, что может указывать на активное развитие восстановительных процессов на дне озера. Низкое содержание растворённого кислорода, отмеченное нами в придонном слое воды озера Хо-луново, может негативно отразиться на состоянии гидробионтов и вызвать заморные явления.

Таблица 2

Значения показателей, характеризующих содержание органических веществ в воде озера Холуново

Values of indicators characterizing the content of organic substances in the water of Lake Kholunovo

Глубина отбора, м	Растворённый кислород, мг/дм3	Химическое потребление кислорода, мгО/дм3	Перманганатная окисляемость, мгО/дм3
0–0,05	8,0±1,3	16±5	6,8±0,7
2,5	2,24±0,36	16±5	5,9±0,6
2,85 (придонная проба)	1,98±0,32	21±6	6,5±0,7

Оценка качества поверхностных вод с экологических позиций, проведённая в соответствии с ГОСТ Р 58556-2019, показала, что вода в озере Холуново по гидрохимическим показателям соответствует 2 классу качества – слабо-загрязнённые воды. Для экосистемы озера Холуново характерно слабое антропогенное воздействие. Озеро находится в естественном состоянии.

Химический состав воды может оказывать влияние на её токсичность для гидробионтов. Согласно результатам биотестирования, пробы воды, отобранные с поверхности озера Холуново, для которых характерно минимальное содержание неорганических ионов, нейтральная реакция среды (рН 7,4) и довольно высокое содержание растворённого кислорода (8,0 мг/дм3), не оказывают острого токсического действия на тест-организмы: Daphnia magna, Paramecium caudatum и Escherichia coli (тест-систему «Эколюм»). Однако вода, отобранная из среднего и придонного слоёв воды озера Холуново, оказывает острое токсическое действие на P. caudatum и E. coli (табл. 3).

Таблица 3

Результаты биотестирования проб воды из озера Холуново

Results of biotesting of water samples from Lake Kholunovo

Глубина отбора	Тест-объект			Заключение о токсичности пробы
	Daphnia magna	Paramecium caudatum	Escherichia coli (тест-система «Эколюм»)
	Определяемый параметр
	Гибель особей, %	Индекс токсичности (усл. ед.), группа токсичности
0–0,05 м	0	0,145±0,039 I группа	0 I группа	не оказывает острое токсическое действие
2,5 м	40	0,54±0,14 II группа	40,73±12,22 II группа	оказывает острое токсическое действие в биотестах по P. caudatum и тест-системе «Эколюм». В биотесте по D. magna гибель особей находится на пограничном значении, требуется определение хронической токсичности в биотесте по D. magna
2,85 м (придонная проба)	0	0,42±0,11 II группа	50,29±15,09 III группа	оказывает острое токсическое действие в биотестах по P. caudatum и тест-системе «Эколюм»

Результаты гидрохимического анализа позволяют предположить, что токсичность воды на глубине 2,5 и 2,85 м связана с совокупным действием нескольких факторов. В среднем и придонном слоях воды отмечены высокое содержание аммонийного азота (до 17,9 мг/дм3 в придонном гори- зонте), низкое – растворённого в воде кислорода (до 1,98 мг/дм3 в придонном горизонте) и слабокислая реакция среды (рН 6,5). Согласно литературным данным, в условиях дефицита кислорода и при снижении рН токсичность соединений аммония для гидробионтов увеличивается (Thurston et al., 1981;

Allan et al., 1990; Richardson et al., 2001).

При проведении биотестирования отмечено, что бактерии тест-системы «Эколюм» оказались наиболее чувствительными, а ракообразные Daphnia magna – наиболее устойчивыми тест-организмами при определении острой токсичности проб воды.

Согласно результатам альгологического анализа, всего в составе альгоцианофлоры фитопланктона озера Холуново выявлено 40 видов микрофототрофов, в том числе: Cyanobacteria – 7 видов; Chlorophyta – 17; Xanthopyta – 2; Euglenophyta – 3; Bacillariophyta – 8; Chrysophyta – 1; Dinophyta – 1. При изучении фитопланктона отмечено, что количество видов водорослей и цианобактерий (ЦБ) уменьшается с глубиной (табл. 4).

Таблица 4

Видовое разнообразие водорослей и цианобактерий в озере Холуново на разных глубинах в 2022 г.

Species diversity of algae and cyanobacteria in Lake Kholunovo at different depths in 2022

Глубина отбора, м	Cyanobacteria	Отдел				Всего
		Chlorophyta	Bacillariophyta	Euglenophyta	другие
0–0,05	6	14	4	3	4	31
2,5	2	5	2	2	1	12
2,85 (придонная проба)	2	6	2	2	1	13
Всего видов	7	17	8	3	5	40

Уменьшение видового разнообразия с глубиной (табл. 4) вполне закономерно, так как уменьшается поступление солнечной энергии, необходимой для фотосинтеза.

В формировании видового состава альгоциа-нофлоры озера Холуново главная роль принадлежит зелёным водорослям (табл. 4). В пробах фитопланктона обнаружены следующие таксоны: Ankistrodesmus sp., Chlorella vulgaris , Chlorococcum sp., Coelastrum microporum , Сrucigenia tetrapedia , Chlamydomonas sp., Dictyosphaerium ehrenber-gianum , Gonium pectoral , Oocystis sp., Kirchneriella obese , Lagerheimia ciliate, Tetraedron minimum, Scenedesmus denticulatus, S. quadricauda, S. bijuga-tus , Pediastrum boryanum , Staurastrum sp., Lager-heimia sp. Зелёные водоросли являются характерными представителями пресных стоячих вод от кислых до щелочных, встречаются в водоёмах с различной степенью солёности, трофности, содержания органических веществ (от ксено- до полисапробных) (Субботина и др., 2015; Ташлыкова, 2017).

Из Cyanobacteria в озере Холуново встречены Aphanizomenon flos-aquae, Microcystis aeruginosa, Merismopedia tenuissima, Pseudanabaena catenata, Anabaena sp., Phormidium formosum. Первые две ЦБ (A. flos-aquae и M. aeruginosa) часто вызывают «цветение» воды (Воякина и др., 2020; Горохова, 2022), являются видами-бета-мезосапробионтами. Остальные перечисленные виды ЦБ указывают на слабое загрязнение водоёма. При этом P. catenata является альфа-полисапробионтом, Ph. formosum – альфа-мезосапробионтом. Наличие аль- фа-мезосапробионтов – показатель существования очагов загрязнения в относительно чистых водоёмах, бета-мезосапробионты – показатели умеренного естественного загрязнения, характерного для богатого гидробионтами водоёма (Баженова и др., 2010; Утропова, Половинкина, 2018).

Из диатомовых водорослей отмечены: Acantho-ceras zachariasii (бета-олигосапробионт), Diatoma sp., Gyrosigma sp., Nitzschia sp . , N. palea, Synedra sp., Pinnularia sp., Navicula sp. Диатомовые водоросли – основное звено трофических цепей водных экосистем, играют ведущую роль в продуктивности водоёмов (Субботина и др., 2015).

Эвгленовые водоросли в озере Холуново представлены: Trachelomonas planctonica (бе-та-олигосапробионт), Phacus sp., Euglena sp . Эвг-леновые водоросли развиваются в водоёмах с замедленным стоком, умеренной минерализацией и повышенным содержанием органических веществ и биогенных элементов (Воденеева и др., 2007; Охапкин и др., 2010). Наличие в водах органических веществ животного происхождения способствует развитию эвгленовых водорослей. Способность к миксотрофному питанию обеспечивает их участие в самоочищении пресных вод и доочистке сточных вод различных предприятий.

Жёлтозелёные, золотистые, динофитовые водоросли представлены в озере Холуново единичными видами, широко распространёнными в водоёмах различного типа.

В целом по результатам изучения фитопланктона можно отметить, что в летнее время в озере преобладают зелёные водоросли, что характерно для многих водоёмов умеренной зоны (Деревенская и др., 2012; Ташлыкова, Афонина, 2018; Станиславская, Афанасьева, 2019; Дрозденко, Кек, 2022). В озере присутствуют виды-индикаторы слабого загрязнения, в основном являющиеся бе-та-мезосапробионтами.

Заключение

Проведение комплекса химических и биологических анализов позволило оценить экологическое состояние пойменного озера Холуново. Отмечено, что воды озера характеризуются как слабозагряз-нённые. В поверхностном слое воды зафиксировано довольно высокое содержание растворённого в воде кислорода (8,0 мг/дм3), нейтральное значение рН (7,4), низкое содержание основных неорганических ионов и органических веществ. С увеличением глубины до 2,85 м. (придонная проба) возрастает содержание аммонийного азота, уменьшается концентрация растворённого в воде кислорода и значение рН. Эти факторы оказывают влияние на токсичность воды для живых организмов, что подтверждается результатами биотестирования. Пробы воды, отобранные с глубины 2,5 и 2,85 м, оказывают острое токсическое действие на тест-организмы Paramecium caudatum и Escherichia coli. Фитопланктон озера Холуново распределён по глубине неравномерно. Максимальное видовое разнообразие фитопланктона отмечено в поверхностном слое воды. С глубиной оно уменьшается. В озере преобладают зелёные водоросли. Среди видов фитопланктона отмечены индикаторы слабого загрязнения, что согласуется с данными химического анализа воды.

Так как озеро Холуново является частью государственного памятника природы регионального значения, в его водоохранной зоне и на акватории ограничена какая-либо деятельность. Данное озеро предложено рассматривать в качестве фонового объекта при изучении и оценке состояния аналогичных пойменных озёр, расположенных в долине реки Вятки и испытывающих техногенную нагрузку.