В начале 2023 г. в химической лаборатории Иваньковской НИС Института водных проблем РАН введен в эксплуатацию новый прибор – анализатор общего органического углерода TOC-2000. Анализатор предназначен для определения в воде показателей органических соединений: общего (ТС), общего органического (ТОС), неорганического (TIC) и нелетучего органического углерода (NPOC).
13 марта сотрудниками Иваньковской НИС, Института водных проблем РАН и МГУ имени М.В. Ломоносова проведены комплексные гидроэкологические исследования на Иваньковском водохранилище, которое является одним из источников питьевого водоснабжения г. Москвы. Пробы воды на химанализ были отобраны в поверхностном и придонном горизонтах створов: Городня, устье Шошинского плеса, Плоски, Конаково, Корчева, верхний и нижний бъеф Иваньковской ГЭС и вход в канал имени Москвы. В пробах воды определялось более 30 показателей, в том числе и несколько форм углерода.
Концентрации общего растворенного органического углерода в воде водохранилища, в основном, изменялись в диапазоне от 13 до 17 мг/дм3. Наибольшая концентрация в 35 мг/дм3 зафиксирована в придонном горизонте в устье Шошинского плеса.
В воде, поступающей в канал имени Москвы, концентрация общего растворенного органического углерода составила 17 мг/дм3.
В международной практике для питьевой воды средние значения общего органического углерода установлены в пределах от 2 до 4 мг/дм3.
В Российской Федерации органический углерод является одним из показателей качества бутилированной воды согласно СанПиН 2.1.4.1116A 2002 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества». Для воды высшей категории предельное значение органического углерода составляет 5 мг/дм3, для воды первой категории — 10 мг/дм3.
Таким образом, в воде Иваньковского водохранилища и канала им. Москвы зафиксированы концентрации общего растворенного органического углерода превышающие предельные значения для питьевой воды, принятые как в нашей стране, так и за рубежом, и свидетельствующие о высокой органической нагрузке на Иваньковское водохранилище даже в зимний период.
В течение 2023 г. будут продолжены исследования содержания общего органического углерода в воде Иваньковского водохранилища, результаты химанализа на новом приборе будут представлены в последующих публикациях на нашем сайте.
Сравнительный анализ проведен в соответствии с работой, описанной в статье «Пространственно-временные вариации гидроэкологических характеристик Иваньковского водохранилища в годы с различными погодными условиями».
13-14 марта 2023 года прошла экспедиция на Иваньковском водохранилище. В ней участвовали сотрудники ИВП РАН и МГУ им. Ломоносова, в том числе сотрудники ИвНИС ИВП РАН: заведующий научной группой, с.н.с., к.г.н. М.Г. Гречушникова, м. н.с. Е.А. Чекмарева, ведущий инженер Л.П. Федорова.
Были выполнены запланированные отборы проб воды и донных отложений на химический анализ, пробы на определение фитопланктона и бентоса, определение содержания метана, а также проведены наблюдения и измерения параметров рН, Еh, растворенного кислорода.
Пробоотбор в экспедиции на Иваньковском водохранилище, автор фото Чекмарева Е.А.
Продолжаются ежемесячные отборы проб воды на малых притоках Иваньковского водохранилища и грунтовых вод на водосборе. Сотрудниками ИвНИС ИВП РАН м. н. с. Е.А. Чекмаревой, инженерами И.Л. Трошиной и Е.М. Храпуновой проведены гидрологические наблюдения на малых реках в зимнюю межень и половодье. Химический анализ проб воды осуществляет аккредитованная лаборатория ИвНИС РАН.
Пробоотбор на р.Созь Иваньковского водохранилища, автор фото Чекмарева Е.А.
Младший научный сотрудник ИвНИС ИВП РАН Чекмарева Екатерина Александровна 29 марта 2023 г. провела две лекции по профориентированию для студентов 1 и 2 курсов колледжа университета «Дубна».
На лекциях Чекмарева Е. А. рассказала об особенностях профессий, связанных с естественными науками. Быть географом, геоэкологом, геологом, гидрологом, работать в смежных с ними профессиях - востребовано и престижно, в эти направления постоянно требуются специалисты.
Развиваться, профессионально расти в наше время необходимо, а в естественных науках еще и интересно. Такая работа предполагает использование современного оборудования, компьютерных программ, выезд в экспедиции, на семинары и конференции, чтение лекций и подготовку образовательных программ, разработку новых методик и многое другое.
Знание языков и работа с новыми проектами позволит осваивать новые территории, узнавать как работают люди в других регионах и странах. В конце лекции, наши будущие коллеги были воодушевлены рассказом о профессиях, и поблагодарили лектора аплодисментами.
автор фото Чекмарева Е.А.
Краткая характеристика результатов работ ИвНИС в 2022 г.
1.Сравнительный анализ показателей и составляющих гидрохимического режима Иваньковского водохранилища в начале августа 2020—2022 гг. показал, что разные температурные условия, объемы притока воды за предыдущий месяц и уровни воды определили их различие. Различными были, прежде всего: прозрачность, минерализация воды, цветность, концентрации железа общего, марганца, нитратов, фосфат-иона, БПК
В более дождливый и прохладный август 2020 г. значения прозрачности, цветности, концентрации железа общего и нитратов были более высокими, чем в августе двух последующих лет. В более жаркий август 2022 г. при уровне воды на полметра ниже НПУ отмечались более высокие концентрации минерального фосфора, особенно в придонном слое. Более неблагоприятный кислородный режим отмечался в водохранилище в более жаркий август 2022 г. Дефицит кислорода в придонных слоях способствовал высвобождению марганца и фосфатов из донных отложений.
Различные гидрометеорологические условия трех последних лет сказались не только на гидрохимическом режиме, но и на протекании внутриводоемных процессов в водохранилище и в частности на развитии фитопланктона.
Выявлено увеличение минерализации воды и уменьшение цветности, перманганатной окисляемости, концентраций железа общего и прозрачности воды от мая к августу 2022 г.
По содержанию минерального азота в мае качество воды водохранилища соответствовало классу «олиготрофный» в июне «мезотрофный», а в августе «эвтрофный».
2. Сравнительный анализ качества воды в замыкающем створе Угличского водохранилища в летний период различных по водности лет показал, что водность периода играет определенную роль в формировании качества его воды. В месяцы повышенной водности значительно увеличиваются в воде значения ХПК, фосфатов и иона аммония. Учет водности периода необходим при прогнозных оценках качества воды.
3. В августе 2020 и 2021 гг. по численности и биомассе на всех станциях исследования доминировали диатомовые Aulacoseira ambigua и Aulacoseira granulata, доля которых составляла от 10 до 56 %. Синезелёные водоросли выступали в качестве доминантов лишь на отдельных станциях.
В августе 2022 г. состав доминантных сообществ фитопланктона был наиболее разнообразен и состоял из представителей синезелёных, зелёных, диатомовых и динофитовых водорослей.
Анализ эколого-географических характеристик показал, что основу флоры, как и в прошлые годы исследования, облигатные планктёры и планктёры-обрастатели (51 % и 30 % соответственно), космополитные организмы (97 %), индифферентные к минерализации воды и рН окружающей среды (81 % и 80 % соответственно). По отношению к степени органического загрязнения выделялись β-мезосапробы (53 %), показателей загрязнённых и грязных вод — 18 %, чистых вод — 27 %. Полученные данные мало чем отличаются от результатов прошлых исследований.
с. Городня, автор фото Чекмарева Е.А.
Индекс сапробности изменялся в августе 2022 г. от 1.91 до 2.14, что практически не отличается от результатов прошлогодних исследования: в августе 2021 г. величина сапробности составляла 1.74-2.13, в августе 2020 г. — 1.91-2.10. Вода в Иваньковском водохранилище по индексу сапробности по-прежнему характеризуется как «умеренно-загрязнённая» и относится к 3-му классу качества.
Индекс биологического разнообразия Шеннона изменялся по акватории водохранилища в августе 2022 г. от 3.43 до 4.29, что значительно выше данных за 2020- 2021 гг. (0.99-3.43 в 2020 г. и 3.24-3.75 в 2021 г.).
По данным измерений активности продукционно-деструкционных только в 2022 г. величина деструкции превышала величину продукции и имела наибольшие значения в период августовских съемок 2020—2022 гг. Следовательно гидроэкологические условия каждого конкретного года обусловливают различную интенсивность самоочищения водоема.
4.Проведенные в 2022 гг. исследования состояния зообентоса Иваньковского водохранилища и его участия в процессе самоочищения водоема, позволяют отметить следующее:
- значительная концентрация органического вещества в глубоководной зоне Иваньковского водохранилища при высоких показателях температуры придонного слоя воды способствует возникновению аноксидных условий, приводящих к упрощению структуры сообщества донных беспозвоночных и увеличению доли олигохет в его составе;
- малощетинковые черви, являясь доминирующей группой в сообществах донных животных иловых биотопов, играют основную роль в процессе биологической утилизации и трансформации органического вещества донных отложений глубоководной зоны водохранилища. Являясь основными биотурбантами, олигохеты способствуют переносу растворенного кислорода и усилению активности бентических микроорганизмов, что положительно сказывается на самоочищающей способности водоема;
- фильтрационная деятельность Dreissena polymorpha вносит существенный вклад в самоочищение водоема, снижая процесс его эвтрофирования. Несмотря на летний дефицит растворенного кислорода в придонных водах, угнетающий жизнедеятельность велигеров (планктонная стадия развития моллюска), высокие весенние и осенние показатели растворенного кислорода в придонном слое воды позволяют минимизировать негативное влияние летней гипоксии на воспроизводство моллюска в течение вегетационного периода;
- проведенный расчет объема воды, профильтрованного Dreissena polymorpha в 2022 г., показал меру участия моллюска в процессе самоочищения Иваньковского водохранилища. В настоящее время обитающая в водохранилище популяция дрейссенид способна профильтровать до 1,5 его объема за сезон, что способствует оздоровлению экосистемы водоема.
В настоящее время обилие видов донных животных, их продуктивность, подвижность и способность к переработке субстрата (олигохеты) или фильтрации воды (моллюски) способствуют сохранению потенциала самоочищения Иваньковского водохранилища.
с. Городня, автор фото Чекмарева Е.А.
5.Для выявления геохимического взаимодействия между системой «вода-донные отложения» необходимы подробные исследования, лабораторные эксперименты с известной концентрацией химического элемента в воде и накоплением его в донных отложениях. В проточных речных водных системах, чаще всего, медь (Cu) и свинец (Pb) активно накапливают корни и прикорневая система. Основное накопление свинца происходит в Волжском плесе Иваньковского водохранилища.
Источниками загрязняющих веществ (ЗВ) являются сточные воды г. Твери и с территории застройки, промпредприятия (зверохозяйство в Ст. Мелково, Редкинский опытный завод и др.), автодороги. Медь (Cu) и свинец (Pb) в водных системах активно накапливают погруженные части растений, прикрепленные и свободноплавающие виды ВВР, которые часто обладают большой площадью листа, крупным стеблем, с хорошим приростом фитомассы (Trapa natans, Stratiotes aloides, Potamogeton lucens и др.).
Цветы, которые формируются за очень короткий период времени, могут являться частью ВВР, накапливающей Pb и Zn, что связано с потреблением растением в период роста соединений и растворенных в воде веществ (например, цветы Nymphaea candida). По предварительной оценке, Schoenoplectus lacustris, Zizania latifolia, как представители воздушно-водной ВВР могут накапливать литофильный Cr и биофильный Zn (по классификации М.В. Гольдшмита) в местах локального загрязнения. Возможно, это связано с обрастанием длинных стеблей водорослями, пресноводными губками, формированием множества пленок биологического происхождения и закреплением на стеблях взвешенных веществ, сорбирующих ЗВ, что требует дальнейшего изучения и отработки методики подготовки растений для химического анализа.
Высшая водная растительность, залив Иваньковского водохранилища, автор фото Чекмарева Е.А.
6.Дополнен архив данных гидрохимических характеристик притоков Иваньковского водохранилища, подземных вод в его береговой зоне и загрязнения снежного покрова на водосборе малых рек данными с марта по сентябрь 2022 г.
Проведен предварительный анализ временной изменчивости концентраций биогенов и тяжелых металлов в воде основных и малых притоков Иваньковского водохранилища в течение 2022 г.
По данным 2022 г. выявлено изменение концентраций исследуемых ингредиентов во времени во всех исследуемых водных объектах. Показано, что наибольшие концентрации минерального азота и железа общего отмечались в конце зимы и в период половодья.
Заключение
Проведенные исследования позволили выявить ряд особенностей формирования гидроэкологического режима Иваньковского водохранилища.
Несмотря на сравнительно большую проточность продолжительная жаркая погода приводит к формированию бескислородных условий в придонном горизонте. Потребление кислорода в придонных горизонтах усугубляется вспышками фитопланктона, его отмиранием и седиментацией. Разлагающееся органическое вещество является источником метана.
Бескислородные условия также способствуют активизации биотурбации в донных отложениях, что активизирует его выход из донных отложений. Но пересыщение кислородом поверхностных горизонтов сокращает эмиссию. Поэтому в центральном и и нижнем районах образуется саморегулирующаяся система в отношении эмиссии метана. Продолжительная жаркая погода способствует дефициту кислорода в придонных слоях и высвобождению марганца и фосфатов из донных отложений. Это усиливает вспышки цветения.
В жаркий август 2022 г. доминирующими видами в составе фитопланктона на большей части водоема от ст. Плоски до ст. Дубна были сине-зеленые водоросли, тогда как в предшествующие годы – диатомовые. Но в маловодный 2022 год отмечено уменьшение цветности воды, что весьма благоприятно для питьевого водоснабжения. Преобладание деструкции над продукцией в жаркий 2022 г. является показателем интенсификации самоочищающей способности водохранилища.
Большую роль в самоочищении водоема играют моллюски-фильтраторы. Для успешного размножения и расселения дрейссене требуется относительно плотный субстрат. Поэтому на больших глубинах в зоне распространения иловых отложений она не встречается. Для жизнедеятельности гидробионтов максимально допустимая предполоводная сработка уровня составляет 3 м (летом уровень относительно стабилен). В среднем за последние 10 лет зимняя сработка достигала 2,5 м.
Поэтому:
1. Местообитание дрейссены остается в зоне обводнения.
2. Моллюски не примерзают ко льду, есть прослойка воды на период сработки (условно от 0,5 м у верхней границы обитания до 1,5 -2,0 м у нижней границы).
3.Взрослый моллюск мигрировать в глубокие зоны не может, поскольку ведет оседлый образ жизни — прикрепляется к субстрату. Перемещаться могут только велигеры (личинки моллюска), ведущие планктонный образ жизни, а стимулом является уровень растворенного кислорода.
4. Зимой у дрейссены замедляется метаболизм, весной при прогреве воды до 15 градусов она становится активной и начинает размножаться.
5. Выживаемость популяции дрейссены зависит от уровня кислорода зимой: если не было заморных условий и популяция сохранилась, то весной моллюск активно размножается.
6. Основные факторы для массового развития дрейссены: высокая минерализация (Иваньковское водохранилище слабоминерализованное) и хорошая аэрация. Много велигеров после оседания на субстрат гибнет от невозможности сформировать раковину — не хватает кальция, этот фактор может влиять на невысокую численность моллюска в водохранилище.
Однако в маловодные годы с небольшим притоком повышение минерализации может быть благоприятным для велигеров, что позволит увеличить численность популяции дрейссены. В качестве мероприятий по увеличению самоочищающей способности водоема можно рекомендовать удаление иловых отложений в окрестностях потенциального загрязнения: крупных поселков, городов, возле устьевых областей притоков с выявленным зафосфачиванием.
По материалам полевых исследований основных и малых притоков Иваньковского водохранилища выявлено, что в воде р. Волги выше Твери диапазон изменения концентраций общего фосфора не велик, тогда как вариации концентраций минерального азота значительны. Максимальные концентрации минерального азота и фосфора в притоках были зафиксированы в период половодья, когда идет поступление его со смывом с водосбора.
Наименьшие концентрации общего фосфора и минерального азота среди малых притоков в разные фазы водного режима отмечались в воде р. Созь. Значительное увеличение общего фосфора и минерального азота во входном створе канала имени Москвы в сентябре связано с разрушением стратификации и перемешиванием накопленных в придонном слое веществ.
Для водных объектов бассейна Верхней Волги региональной особенностью является превышение концентрации железа общего и марганца ПДКрыб., соответственно 0.1 мг/дм3 и 0.01 мг/дм3. Наибольшие значения также характерны для половодья. В воде всех малых притоков, кроме Сози, отмечались превышения ПДКрыб для свинца. Для всех притоков характерны повышенные концентрации меди.
