Выпадение биогенных элементов с атмосферными осадками на акватории трансграничного Псковско-Чудского озерного комплекса

Фрумин Г.Т. Выпадение биогенных элементов с атмосферными осадками на акватории трансграничного Псковско-Чудского озерного комплекса // Общество. Среда. Развитие. – 2015, № 3. – С. 175–178.

К трансграничным относятся любые поверхностные или подземные воды, которые обозначают и/или пересекают границы между двумя и более государствами или расположены в таких границах. В мире насчитывается 263 речных и более 270 подземных совместно используемых водных бассейнов. Необходимость совместного использования трансграничных вод практически всегда приводит к возникновению определенной напряженности в обществах, которые они объединяют. Это обусловлено разнообразными факторами, которые помимо отношений между странами включают вопросы национальной безопасности, развития экономического потенциала, открытости и экологической стабильности.

Управление трансграничными водными ресурсами (ТВР) может стать как объединяющим моментом, так и причиной конфликта; направленность во многом обусловлена политической волей. В мире за последние полвека в отношении ТВР имели место более 500 международных конфликтов и около 40 взаимных претензий на грани конфликтов с применением насилия [6, с. 175].

Псковско-Чудской озерный комплекс – четвертый по величине пресноводный во-

Таблица 1

Морфометрические показатели Псковско-Чудского озера при среднем уровне воды (30 м выше уровня моря) [9]

	Чудское озеро	Теплое озеро	Псковское озеро	Всего
Площадь, км2	2611	236	708	3555
Объем воды, км3	21,79	0,60	2,68	25,07
Средняя глубина, м	8,3	2,5	3,8	7,1
Наибольшая глубина, м	12,9	15,3	5,3	15,3
Длина, км	81	30	41	152
Средняя ширина, км	32	7,9	17	23
Наибольшая ширина, км	47	15	20	47
Длина береговой линии, км	260	83	177	520
Соотношение эстонской и российской частей акватории	55/45	50/50	1/99	44/56

Среда обитания

доем Европы и крупнейший европейский трансграничный водоем, расположенный на границе Эстонии и России. Водосборный бассейн Псковско-Чудского озера расположен между северными широтами 56°08’ – 59°13’ и восточными долготами 25°36’, занимая, вместе с собственно озером, 47800 км2. Общая площадь Псковско-Чудского озерного комплекса составляет 3555 км2, из них 1985 км2 относится к России и 1570 км2 – к Эстонии. Водоем делится на три основные части: Чудское озеро, Псковское озеро и соединяющее их Теплое озеро (табл. 1).

Среди современных проблем водной экологии центральное место занимает проблема эвтрофирования, Эвтрофиро-вание представляет собой естественный процесс эволюции водоема, обусловленный поступлением и накоплением различных биогенных элементов. Решаю-

Общество. Среда. Развитие ¹ 3’2015

щую роль в его развитии в водоемах зоны умеренного климата играет фосфор. Под воздействием хозяйственной деятельности естественный процесс старения водоема приобретает специфические черты и становится антропогенным. Поскольку эвтрофирование водоемов стало серьезной глобальной экологической проблемой, по линии ЮНЕСКО начаты работы по мониторингу внутренних вод и контролю за эвтрофированием водоемов планеты [5, с. 194].

Трофический статус основных частей водоема различен. Псковское озеро считается гиперэвтрофным, Теплое озеро – переходящим к гиперэвтрофному, Чудское озеро – эвтрофным. Ежегодно в летнеосенний период в озере наблюдается «цветение» воды различной интенсивности за счет массового развития синезеленых водорослей. Наиболее интенсивное «цветение» воды наблюдается в годы с преобладанием антициклональных погодных условий (низкие уровни воды, высокие летние температуры) [2, с. 11; 10].

Использование водных ресурсов водосборного бассейна Чудско-Псковского озерного комплекса регулируется международными конвенциями и двухсторонними соглашениями, среди которых наиболее значимым является соглашение между правительствами Эстонии и России по сотрудничеству в области охраны и рационального использования трансграничных вод, подписанное в Москве 20 августа 1997 г. В то же время современные требования водной рамочной директивы ЕС (Директива Европейского парламента и Совета Европейского

Союза № 2000/60/ЕС от 23 октября 2000 г.) указывают на необходимость разработки более детальной совместной Российско-Эстонской программы рационального использования и охраны водных ресурсов Чудско-Псковского озерного комплекса. Составными частями программы должны быть создание скоординированной системы мониторинга как самого водоема, так и водных объектов водосборного бассейна, а также разработка методов и моделей для оценки последствий воздействия различных хозяйственных мероприятий на водные ресурсы водоема и его водосбора [3; 4].

Изложенное приводит к выводу о необходимости проведения природоохранных мероприятий на водосборе Псковско-Чудского озерного комплекса, направленных на его деэвтрофирование.

Одной из основных задач обоснования рационального использования водных объектов является количественная оценка и прогноз внешних антропогенных воздействий на водоем и его ответной реакции (в виде изменения характеристик качества воды и экологического состояния). Для решения задачи С.А. Кондратьевым были разработаны математические модели, описывающие массоперенос в системе водоем-водосбор. В этих моделях в качестве основных составляющих биогенной нагрузки на водосбор используются: нагрузка от точечных источников, рассредоточенная эмиссия химических веществ различными типами подстилающей поверхности, нагрузка, обусловленная внесением минеральных удобрений, нагрузка, сформированная органическими удобрениями, вынос химических веществ с урожаем и массообмен с атмосферой [1, с. 136]. Значение атмосферной нагрузки рассчитывалось, исходя из средней интенсивности атмосферных выпадений, равной 5 кгTP ⋅ км²/год (TP – общий фосфор) [10]. Эта же величина была принята в качестве приближенной оценки атмосферной нагрузки на поверхности водосборов Ладожского озера и Невской губы [1].

Следует отметить, что поступление биогенных элементов с атмосферными осадками на земную поверхность существенно различается как в пространстве, так и во времени (табл. 2).

В связи с изложенным цель данного исследования заключалась в разработке методики расчета атмосферных выпадений биогенных элементов на субакватории Псковско-Чудского озерного комплекса.

Материалы и методы исследования

При разработке методики были использованы первичные данные:

– PLC-5.5 [8, с.12] о атмосферных выпадениях биогенных элементов (общего фосфора – TP и общего азота – TN) на акваторию Финского залива за период 1995–2010 гг.;

– Росгидромета о динамике атмосферных осадков на акватории Финского залива и Чудского озера.

Таблица 2 Среднегодовое поступление минеральных форм азота и фосфора с атмосферными осадками на земную поверхность [7, с. 35]

Место наблюдения	Азот		Фосфор
	годы на-блю-дений	среднее поступление, кг/га	годы на-блю-дений	среднее поступление, кг/га
Калужская область	1977– 1981	12,1	–	–
Карелия	1980– 1981	3,0	1980	0,003
Ленинградская область	1958– 1961	6,6	1975– 1976	0,135
Московская область	1958– 1981	9,5	1967– 1976	0,375
Новгородская область	1958– 1961	5,2	1975	0,035

Расчеты показали, что за период с 1995 г. по 2010 г. на акваторию Финского залива в течение года из атмосферы поступало 150 тонн/год фосфора общего (TP). Эта ежегодная величина оставалась постоянной в течение всего указанного периода.

По данным [8], величины атмосферных выпадений азота общего на акваторию Финского залива существенно варьировали от года к году (табл. 3).

Таблица 3

Динамика атмосферных выпадений азота общего на акваторию Финского залива

Для последующих расчетов была принята средняя величина атмосферных выпадений азота общего (TN), равная 13067 тонн/год. Учитывая, что площадь акватории Финского залива F = 29500 км2, были рассчитаны модули атмосферных выпадений биогенных элементов на рассматриваемую акваторию:

M(TP) = 150 ⋅ 10³ /29 500 = 5,08 кг/км² ⋅ год

M(TN) = 13 067 ⋅ 10³/29500 = = 442,9 кг/км² ⋅ год

Дополнительный анализ показал, что количество атмосферных осадков на Псковско-Чудской озерный комплекс по сравнению с Финским заливом меньше на 6,5%, что обусловлено континентальными особенностями климата и более редким прохождением влажных Атлантических циклонов.

В качестве первого приближения было принято, что модули атмосферных выпадений биогенных элементов на акватории Псковско-Чудского озерного комплекса будут на 6,5% меньше, чем соответствующие модули для Финского залива (табл. 4).

Таблица 4

Модули атмосферных выпадений биогенных элементов на акватории Псковско-Чудского озерного комплекса

Биогенный элемент	Модули атмосферных выпадений, кг/км2·год
Общий фосфор (TP)	4,75
Общий азот (TN)	414,1

Результаты и их обсуждение

Морфометрические данные, приведенные в табл. 1, и результаты расчетов, представленные в табл. 4, были положены в основу расчетов атмосферных выпадений биогенных элементов (Q) на субакватории Псковско-Чудского озерного комплекса (табл. 5).

Таблица 5

Атмосферные выпадения биогенных элементов на субакватории ПсковскоЧудского озерного комплекса

Озеро	Q(tP), т/год			Q(tN), т/год
	Акватория		Итого	Акватория		Итого
	России	Эстонии		России	Эстонии
Чудское	5,6	6,80	12,40	487	595	1082
Теплое	0,6	0,60	1,20	49	49	98
Псковское	3,3	0,03	3,33	290	3	293
Итого	9,5	7,43	16,93	826	647	1473

Год	Q(tN), т/год	Год	Q(tN), т/год	Год	Q(tN), т/год
1995	14 763	2001	11 948	2007	11 621
1996	16 218	2002	9 826	2008	14 409
1997	11 781	2003	12 669	2009	10 921
1998	14 483	2004	13 438	2010	13 600
1999	13 320	2005	12 856	–	–
2000	15 823	2006	11 401	–	–

Среда обитания

Площадь российской части водосбора Псковско-Чудского озерного комплекса 29 500 км². Расчеты показывают, что атмосферные выпадения фосфора общего на российскую часть водосбора Q(TP) = 140 тонн/год, а азота общего – Q(TN) = 12 216 тонн/год. Согласно [2, с. 36] массообмен с атмосферой с российской части водосбора для нормы стока 260 мм ⋅ год^-1 для фосфора общего составляет 146 тонн/год, что практически совпадает с результатом наших расчетов

(140 тонн/год). К сожалению, в цитированной работе не приведены аналогичные расчеты для азота общего.

Согласно [2, с. 36] нагрузка на ПсковскоЧудской озерный комплекс от различных источников российской части водосбора составляет для фосфора общего 654 тонн/ год, а для азота общего – 7672 тонн/год. Сопоставление этих данных с приведенными в табл. 5 показывает, что доля атмосферной нагрузки фосфором общим составляет 1,5%, а азотом общим – 10,8%.