Природные парки "Аслы-куль" и "Кандры-куль" (Республика Башкортостан, Россия): химический состав воды озер и их трофический статус

В настоящее время оба озера с прилегающими территориями являются природными парками с очень высоким уровнем рекреационной нагрузки на водные экосистемы. Для планирования уровня рекреационной нагрузки, возможностей использования озер в рыбохозяйственных целях без ущерба для состояния водных экосистем и сохранения их эстетической и рекреационной привле- кательности необходимо проведение систематических и планомерных исследований по гидрологии, гидрохимии и гидробиологии оз. Аслы-Куль и Кандры-Куль. Тем не менее, исследования такого типа немногочисленны, и в настоящей работе мы представляем оценку химического состава воды и трофического состояния озер по результатам экспедиций 2010 и 2012 гг.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Оба озера расположены в западной части Республики Башкортостан, в лесостепном ландшафте (рис. 1) и незначительно различаются по морфометрическим характеристикам (табл. 1).

Отбор проб проводили 23-27.06.2010; 30.0802.09.2010; 26-30.05.2012; 17-22.07.2012 и 1721.09.2012. В оз. Кандры-Куль пробы отбирали по всей акватории озера, включая пелагиаль и литораль; а в оз. Аслы-Куль – в центральной части в области максимальных глубин и в северозападной литорали. Пробы воды отбирали батометром Руттнера объемом 2,5 л, одновременно измеряли прозрачность воды по диску Секки и физико-химические показатели. Гидрохимический анализ проводили стандартными методами [1, 2], концентрацию хлорофилла а (Хл а) определяли спектрофотометрически по [3]. Трофическое состояние озер оценивали в соответствии со шкалой Карлсона [4], используя индексы трофического состояния (TSI) по прозрачности воды (SD), концентрациям общего фосфора (TP) и Хл а (CHL). Считали, что при TSI<30 водоем относится к олиготрофному типу, от 30 до 50 – мезотрофному, а более 50 – эвтрофному.

Рис. 1. Карта-схема расположения исследованных озер

Таблица 1

Морфометрическая характеристика озер

Показатель	Озеро
	Аслы-Куль	Кандры-Куль
Высота над уровнем моря, м Происхождение Длина × ширина, км Площадь, км2 Объём, км3 Средняя глубина, м	221 Карстово-провальное 7 × 5 23,5 0,119 5,1	167 Карстово-провальное 8 × 3,6 15,6 0,1127 7,2

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Физико-химические показатели. Оз. Канд-ры-Куль с мая по сентябрь было термически стратифицировано (рис. 2). Зона основного термокли- на в этот период располагалась в интервале глубин 7-11 м. В конце сентября 2012 г. в озере произошло практически полное выравнивание температур по всему столбу воды. В более мелководном оз. Аслы-Куль термическая стратификация водной толщи отсутствовала, однако в июне 2010 г. в озере наблюдался небольшой поверхностный термоклин (рис. 2). Вода в литоральной части обоих озер (до глубин 3-3,5 м) прогревалась несколько сильнее, чем в поверхностном слое пела-гиали (табл. 2, рис. 2). Температурных различий между поверхностным и придонным слоями воды в литорали не обнаружено.

оз. Аслыкуль

В оз. Кандры-Куль прозрачность воды изменялась от 3 до 7 м по диску Секки, тогда как в оз. Аслы-Куль – от 1,3 до 3,6 м (табл. 5). Cредняя цветность воды в обоих озерах составляла ~10 ^o Pt, следовательно основной вклад в общее поглощение света водной толщей озер вносит биогенное и абиогенное взвешенное вещество.

Т, оС

7      11      15      19      23      27          7

pH

оз. Кандрыкуль

Рис. 2. Вертикальные профили температуры, pH и концентрации растворенного кислорода в пелагиали озер

Таблица 2

Пределы изменения физико-химических показателей в литоральной зоне озер

Период	Озеро
	Кандры-Куль			Аслы-Куль
	Т, оС	pH	О2, мг/л	Т, оС	pH	О2, мг/л
23-27.06.2010	20,6-29,5	8,4-8,7	8,5-14,0	20,2-21,4	8,5-8,7	11,0-18,5
30.08-02.09.2010	13,7-18,0	8,3-8,9	н/д	18,1-21,0	7,5-8,8	3,3-9,4
26-30.05.2012	12,1-17,1	8,6-8,7	6,2-10,3	16,4-16,6	7,6-8,7	8,5-9,0
17-22.07.2012	15,0-26,4	8,6-9,0	4,0-10,8	н/д	7,0-8,5	н/д
17-21.09.2012	12,7-14,3	8,7-8,8	8,5-11,8	13,2-15,4	8,8-8,9	9,5-9,9

Концентрация растворенного кислорода в поверхностном слое воды обоих озерах большую часть периода наблюдений превышала 85% насыщения. Максимальные концентрации кислорода в пелагиали составили 10,2 мг/л (117%) в оз. Кандры-Куль и 11,4 мг/л (135%) – в оз. Аслы-Куль. В литорали содержание растворенного кислорода было несколько выше и достигало 14 мг/л (166%) в оз. Кандры-Куль и 18,5 мг/л в оз.

Аслы-Куль. В придонных слоях воды оз. Канд-ры-Куль концентрация кислорода снижалась до 2,5-6,0 мг/л и в минимуме составляла всего 20% насыщения (рис. 2). В пелагиали оз. Аслы-Куль, за исключением июня 2010 г., концентрация кислорода во всей водной толще изменялась от 7 до 11,4 мг/л и практически не зависела от горизонта отбора проб (рис. 2). Таким образом, в оз. Аслы-Куль кислородный режим всей водной толщи является благоприятным для развития рыб и других гидробионтов с высокой потребностью в кислороде. В оз. Кандры-Куль в слоях ниже 8 м, в зоне летнего термоклина и в гиполимнионе, в середине и конце лета могут складываться неблагоприятные кислородные условия.

pH воды во всей водной толще озер в периода наблюдений находился в пределах 7,5-9,5 (рис. 2, табл. 2). Высокие величины Eh, +345 – +410 мВ в оз. Кандры-Куль и +280 – +420 мВ в оз. Аслы-Куль, свидетельствуют о том, что вся водная толща озер находится в окислительных условиях.

Химический состав воды. Основной ионный состав воды удобно представлять в виде формул Курлова, показывающих уровень общей минерализации (в г/л) и процентные доли эквивалент- ных концентраций главных катионов (в числителе) и анионов (в знаменателе). В табл. 3 представлены средние формулы Курлова, рассчитанные по нашим результатам 2010-2012 гг., а также по данным за август-октябрь 1969 г. в оз. Канд-ры-Куль и марте-октябре 1968 г. в оз. Аслы-Куль из работы Л.Е. Черняевой с соавторами [5]. "HCO3–" в них обозначает сумму ионов гидрокарбоната и карбоната, соотношение которых в исследованных озерах может варьировать из-за изменения pH даже в течение суток. Как в 19681969 гг., так и во время наших исследований сезонные изменения состава воды были очень невелики, а пространственные неоднородности в 2010-2012 гг. – еще менее выраженными.

Таблица 3

Основной ионный состав воды и общая минерализация воды озер

Озеро	1968-1969 гг.	2010-2012 гг.
Кандры-Куль	Mg 53,5 Na + K 31,7 Ca 14.8 ,     SO 62,3 HCO 35,6 Cl 2,1	Mg 55,4 Na + K 32,3 Ca 12,4 M 0,989 SO 59,2 HCO 37,5 Cl 3,3
Аслы-Куль	Na + K 60,3 Mg 33,7 Ca 6,0 M 1,956 ,     SO 64,2 HCO 30,0 Cl 5,9	Na + K 58,1 Mg 35,8 Ca 6,0 M 1,835 SO 462,7 HCO 331,4 Cl 5,9

Как видно из представленных данных, за прошедшие 50 лет в обоих озерах произошло небольшое опреснение воды, причем соотношение основных ионов осталось практически прежним. В обоих озерах в составе анионов преобладают сульфаты, а среди катионов – магний в оз. Кандры-Куль и натрий в оз. Аслы-Куль.

Концентрации сульфатов и магния в обоих водоемах превышают водохозяйственные ПДК, и эти ионы рассматриваются природоохранными органами как основные загрязнители воды озер. Поэтому необходимо подчеркнуть, что существующий основной состав воды озер, по всей видимости, является естественным, и современные экосистемы озер формировались именно при таком соотношении ионов. То же самое относится и к величине pH. Попытки приведения величины pH «в соответствие с ПДК», без сомнения, будут являться сильным стрессорным воздействием для экосистем оз. Кандры-Куль и Аслы-Куль, и могут привести к непредсказуемым последствиям.

Трофической статус озер – это обобщенная характеристика продуктивности водоемов, т. е., их удельной первичной продукции. Индекс трофического статуса Карлсона рассчитывается по трем показателям, прозрачности воды, концентрации общего фосфора и концентрации Хл а. В целом, на большой выборке озер, результаты, получаемые по этим трем параметрам, хорошо коррелируют, поскольку прозрачность определяется в основном развитием фитопланктона, а оно, в свою очередь, лимитируется доступностью фосфора. Однако в отдельных водоемах могут наблюдаться значительные отклонения, поскольку прозрачность определяется не только развитием фитопланктона, но и, например, взвешенными веществами различного происхождения, а также окрашенными органическими соединениями. Фосфор может недоиспользоваться из-за лимитирования другими факторами (например, светом или азотом), конкуренции фитопланктона с высшей водной растительностью или токсическим факторами [4, 6].

В исследованных озерах из-за пространственно-временных колебаний, TSI на разных станциях и в разные даты могут сильно различаться, попадая в различные градации трофической шкалы (табл. 4, рис. 3), причем индексы трофического состояния, рассчитанные по отдельным показателям, довольно слабо согласуются между собой. При этом TSI, рассчитанные по концентрации Хл а ("реализованная продуктивность"), существенно ниже, чем показатели, рассчитанные по двум остальным параметрам. Т.о., "потенциальная" продуктивность, оцениваемая по TSI P , используется в них не полностью, и планктон развивается в условиях заметного избытка фосфора. Содержание общего фосфора в обоих озерах изменяется в широких пределах, от 3,9 до 81 мкг Р/л (табл. 5), однако средние величины выше в оз. Кандры-Куль.

Различия между уровнем продуктивности в пелагиали и литорали в оз. Аслы-Куль отсут- ствуют, а в оз. Кандры-Куль выражены слабо. Концентрация Хл а (средняя и максимальная) была выше в оз. Кандры-Куль, однако и диапазон изменений концентрации Хл а в нем был шире (табл. 5). В оз. Аслы-Куль различия между концентрациями Хл а на разных станциях были относительно невелики (КВ = 32%), что может быть связано с меньшим числом проб, чем в оз. Кандры-Куль, либо отражает более сильное перемешивание водной массы оз. Аслы-Куль, по сравнению с оз. Кандры-Куль.

Таблица 4

Средние и медианные индексы трофического состояния литоральной и пелагической частей исследованных озер

Часть озера	Озеро
	Аслы-Куль			Кандры-Куль
	Индекс
	TSI(TP)	TSI(CHL)	TSI(SD)	TSI(TP)	TSI(CHL)	TSI(SD)
литораль	52 (45)*	28 (27)	50 (53)	55 (55)	40 (35)	47
пелагиаль	49 (46)	28 (28)	50 (53)	53 (48)	36 (35)	39
все озеро	51 (45)	28 (28)	50 (53)	54 (50)	38 (35)	43
статус	Э	О	Э	Э	М	М

Примечание : * – в скобках указана медианная величина индекса.

Таблица 5

Основные показатели трофического состояния озер

Озеро	Показатель	Мин	Макс	Медиана	Среднее	Кв,%
Аслы-Куль	общий фосфор, мкг р/л	3,96	72,75	17,36	25,36	73
	хл а , мкг/л	0,36	1,49	0,75	0,77	32
	прозрачность, м	1,3	3,6	1,6	2,0	46
Кандры-Куль	общий фосфор, мкг р/л	3,93	80,61	23,59	31,64	62
	хл а , мкг/л	0,17	22,74	1,56	2,05	113
	прозрачность, м	3,0	7,0	3,8	4,0	34

TSI(TP)

TSI(CHL)

TSI(SD)

Рис. 3. Распределение числа проб по градациям трофности в озерах (черный столбик - оз. Кандры-Куль, белый столбик - оз. Аслы-Куль; О - олиготрофный, М - мезотрофный, Э - эвтрофный, Г - гипертрофный)

Анализ соотношения индексов между собой (по [6]) показал, причиной низкой реализованной прозрачности в обоих озерах является существенный вклад неводорослевого светорассеяния мелкодисперсными взвешенными частицами. Оно особенно значимо в оз. Аслы-Куль (рис. 4), видимо, из-за интенсивной волновой эрозии мелководий и береговой зоны. В оз. Кандры-Куль это явление менее выражено, но в состав минеральной взвеси, вероятно, вносит вклад осаждение кальцита в пелагической зоне. Дополнительным фактором, снижающим концентрацию Хл а в нем служит выедание водорослей зоопланктоном. Кроме того, в некоторых условиях, особенно в прибрежье, в оз. Кандры-Куль наблюдаются локальные вспышки развития фитопланктона, которые лимитируются только концентрацией общего фосфора. В оз. Аслы-Куль все эти факторы незначимы, ве- роятно, из-за того, что минеральная взвесь пре- а застойные явления в литоральной зоне редки из-пятствует значительному развитию фильтраторов, за слабого развития макрофитного пояса.

Рис. 4. Распределение проб по соотношению TSI(CHL) к TSI(SD) и TSI(TP). Направление диагональной стрелки на диаграмме указывает на возрастание доли неводорослевого рассеяния в общем светорассеянии в озерах.

Таким образом, концентрация фосфора в озере (указывающая на потенциальную продуктивность) в обоих озера соответствует мезотрофно-эвтрофным условиям. Однако, содержание Хл а (реализованная продуктивность) в оз. Аслы-Куль соответствует олиготрофным условиям, а в оз. Кандры-Куль – олигомезотрофным (табл. 4, 5, рис. 3). Изменения, происходившие в экосистемах озер с 2010 по 2012 гг. показали, что в них существует слабовыраженная тенденция роста реализованной продуктивности. Исходя из этого, можно считать, что при любых внезапных изменениях существующих условий в обоих озерах можно ожидать взрывного увеличения фитопланктона, вплоть до локальных «цветений».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стабильное состояние озерных экосистем, вместе с сохранением их рекреационной привлекательности, может быть обеспечено только при условии максимального снижения внешней фосфорной нагрузки и поддержания оптимального уровня развития макрофитов. Необходимо помнить, что предлагая и проводя любые мероприятия в границах Природных парков «Кандры-Куль» и «Аслы-Куль», следует исходить из того, что задача сохранения экосистемы озера в его современном виде принципиально несовместима с задачей увеличения степени его рекреационной эксплуатации. Увеличение же хозяйственной эксплуатации территорий Природных Парков, не связанной непосредственно с рекреационной деятельностью, создает угрозу сложившимся экосистемам водосборных территорий и самих озер.

Дальнейшее увеличение трофического статуса, независимо от вызвавших его причин, однозначно приведет, с одной стороны, к увеличению продуктивности озера (в т. ч. рыбохозяйственной), а с другой – к существенному снижению его рекреационной привлекательности, которая связана, в первую очередь, именно с чистотой и прозрачностью его воды.