Озеро Выг (Выгозерское водохранилище)

Оценены трансформация водных сообществ и изменения гидрохимического режима водных масс и донных отложений оз. Выгозеро в связи с изменением антропогенной нагрузки в 1964-2009 гг.

Выполнено обобщение собранных ранее сведений об озере и проведены новые комплексные исследования озера.

Показано, что:

· Снижение антропогенной нагрузки в начале 1990-х годов сопровождалось резким уменьшением бактериальной обсемененности воды до 1,0–2,3 млн/мл., которое продолжалось вплоть до 2008 г (0,8 млн/мл). В центральной и южной частях водоема, являющихся трассой ББК, прослеживается тенденция к росту количественных показателей бактериопланктона. Изменения в качественном составе сточных вод сопровождалось развитием специфических групп бактерий, участвующих в их минерализации.

· Сравнительный анализ многолетних данных (1971–2008 гг.) по количественному развитиию фитопланктона Северного Выгозера указывает на возрастание в 4-5 раз численности и биомассы (910 тыс.кл./л и 1,83 г/м³) в период после пуска СБО (1981–92 гг.) по сравнению с наблюдавшимися в 1971 г. (215 тыс.кл./л и 0,37 г/м³). В 1993–96 гг., в связи с сокращением объема сточных вод ЦБК и загрязнений, отмечалось снижение численности и биомассы фитопланктона, в среднем до 390 тыс.кл./л и 0,59 г/м³. В последнее десятилетие наблюдений (1998–2008 гг.) количественные показатели фитопланктона Северного Выгозера проявляют тенденцию к снижению (средняя численность составляет 330 тыс.кл./л, биомасса 0,36 г/м³) по сравнению с первой половиной 1990-х годов прошлого столетия. В процессе антропогенного эвтрофирования северной части Выгозерского водохранилища в таксономической структуре фитопланктонных сообществ отмечены изменения, выразившиеся в увеличении числа видов, являющихся показателями повышенного уровня трофии и органического загрязнения водоемов.

· Результаты, полученные в последние годы наблюдений, свидетельствуют о снижении уровня развития планктонных организмов. По-прежнему наиболее трансформированы зоопланктоценозы в районах выпуска сточных вод ЦБК (Мозог-губа), южной части центрального плеса, Майгубы. В то же время происходит восстановление планктофауны в Лайкоручье, где ранее была «мертвая» зона. В целом зоопланктон характеризует Северное Выгозеро как олигомезотрофный водоем. Максимальные летние и средние количественные показатели зоопланктона зависят от состояния его кормовой базы и трофического статуса водоема. При увеличении антропогенной нагрузки можно ожидать снижения стабильности и увеличения изменчивости структуры и количества зоопланктона.

· Донные сообщества оз. Выгозера за последние 50 лет претерпели два типа антропогенного воздействия – токсификацию и эвтрофирование. Введение биологических очистных сооружений способствовало снижению токсического влияния сточных вод ЦБК на донную фауну, но увеличение биогенной нагрузки вызвало интенсивное эвтрофирование северной части водоема. Развитие процесса сопровождалось ростом численности и биомассы бентоса в Северном Выгозере и некоторым увеличением его таксономического разнообразия. Подобные структурные преобразования достаточно типичны и закономерны при эвтрофировании – включаются механизмы утилизации избыточного поступления биогенных элементов и ОВ путем усиления детритного направления. К последствиям негативного воздействия антропогенных преобразований следует отнести исчезновение из состава донной фауны реликтовых ракообразных и доминирование толерантных групп организмов (олигохет – тубифицид, Procladius).

· Гидрохимические наблюдения, проведенные в летний период 2007–09 гг. на Выгозерском водохранилище, р. Н. Выг и малых озерах трассы ББВП (Шавань, Воицкое, Волозеро, Маткозеро, Торос) показали, что современное состояние водных объектов в большей степени соответствует природным характеристикам. В связи с резким падением производства на Сегежском ЦБК, антропогенная нагрузка на Северное Выгозеро незначительна и разбавление сточных вод достигает более чем 100-кратного, и только вблизи выпуска биологически очищенных сточных вод оно 50-кратное. По разработанной в ИВПС КарНЦ РАН геохимической классификации вод южная, юго-восточная части водохранилища и озера Волозеро, Маткозеро, Торос относятся к мезополигумусным слабощелочностным слабокислым эвтрофным водоемам, удовлетворительного качества, а все остальные участки – к мезогумусным среднещелочностным слабокислым нейтральным мезотрофным, хорошего качества. В результате протекания продукционно-деструкционных процессов около 20% органического вещества в воде в летний период приходится на автохтонную составляющую, остальные – на аллохтонную.

· Впервые за многолетнюю историю гидрохимических наблюдений на Выгозерском водохранилище была выявлена картина резкого изменения концентрации Fe и Mn в его воде. В 2007 г. их содержание соответствовало многолетним данным (Fe_общ – 0.2, Mn – 0.01), а в 2008–2009 гг. их содержание было в 2–4 раза больше (Fe_общ – 0.53, Mn – 0.04 мг/л). При этом отмечалось существенное изменение содержания СО₂ (2007 г. – 2.8, 2008 г. – 6.3, 2009 г. – 3.3 мг/л) и незначительное – кислорода и рН воды. Есть основание полагать, что в конце 2007 г. и в начале 2008 г. изменился сток этих элементов с притоками Выгозерского водохранилища, причины которого остаются неясными.

· Изменение экологической ситуации на Выгозере повлияло на процессы седиментогенеза, в результате чего в поверхностном слое донных отложений уменьшилось содержание органических веществ и биогенных элементов, увеличилась концентрация железа. В донных осадках продолжается трансформация органических веществ, накопленных в предыдущие годы (техногенных в Северном Выгозере и растительных и почвенных в Центральном и Южном районах).

Выводы

В настоящее время озеро Выгозеро (водохранилище) находится на стадии деэвтрофирования и в целом характеризуется как олиго-мезотрофное. Однако, несмотря на признаки оздоровления экологической ситуации, связанной со снижением антропогенной нагрузки, экосистема оз. Выгозеро остается в неустойчивом состоянии. При биогенном стимулировании есть потенциальная возможность быстрого перехода северной части экосистемы в эвтрофное состояние. Глубокие патологические изменения в органах и тканях рыб указывают на источники токсических веществ, существующих в озере на современном этапе.

Тема № 66. Изменения природно-территориальных комплексов Европейского Севера России в зонах антропогенного воздействия: преобразование водного режима и состояния водных объектов

№ государственной регистрации: 01.2.007 05755

Срок выполнения: 2007-2009 гг.

Научные руководители: д.г.н. Ю.В. Карпечко, к.б.н. В.И. Кухарев.

Бюджет

По результатам гидрохимические исследования малых водотоков (летне-осенний период 2007–08 гг.) притоков рек Нелукса, Орзега, Неглинка, руч. Черный и б/н, вытекающий из оз. Кайдозеро, рек Анга, Сялнага и Кутижма сделан вывод о периодической изменчивости гидрохимического режима в одних водотоках и отсутствие такой изменчивости в других. Малые водотоки (притоки рек Неглинка, Орзега, а также ручьи Черный и из оз. Кайдозеро) характеризуются кислой слабокислой реакцией среды и стабильным химическим составом воды во все месяцы наблюдений. Крупные водотоки – реки Анга, Кутижма, показали значительно большую изменчивость химических показателей. Приток р. Нелукса, дренирующий полигон твердых бытовых отходов г. Петрозаводска, является техногенно измененным водотоком. Его воды относятся к хлоридно-натриевым, а содержание азотистых веществ достигает 3.2–3.9 мгN/л с преобладанием аммонийного и нитратного азота. В реках Анга и Кутижма отмечается высокая изменчивость содержания железа и марганца, концентрации СО₂, кислорода и фосфора общего, что, по-видимому, связано с особенностями их гидрологического режима. Выявлено два вида линейной зависимости между содержанием фосфора общего и железа. Первая отвечает значительному росту содержания фосфора общего при малой изменчивости концентрации железа общего, а вторая – высокой изменчивости как концентрации фосфора общего, так и железа. Эти зависимости указывают на то, что поступлениефосфора общего в водотоки с водосборной территории происходит за счет выщелачивания карбонатных и силикатных пород и за счет гумусовых веществ в виде железо-связанного фосфора.

Содержание тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd, Zn) в большинстве водотоков находилось на уровне региональных фоновых величин для речных вод. Выявить выраженного влияния наземной растительности на состав речной воды не удалось. По-видимому, она опосредованно отражается на содержании азота органического и, если влияет на водный режим почв, – на содержании других компонентов.

Разработан метод расчета среднемноголетней транспирации древостоем, дифференцированно учитывающий расход воды на жизнедеятельность и на рост растения. Основой метода является зависимость удельной транспирации от условий произрастания древостоя, определяемых наличием питательных веществ в почве. При улучшении условий роста в одновозрастном сосняке на 1 класс бонитета удельная транспирация уменьшается на 4 л/кг, а в одновозрастном ельнике - на 3 л/кг. При этом рост коэффициента полезного действия солнечной радиации с повышением продуктивности древостоя характеризуется уменьшением удельной массы хвои в сосняке на 10 кг/т и в ельнике на 25 кг/т. Использование метода возможно при наличии данных о наиболее доступных таксационных характеристиках леса – о классе бонитета, запасе и приросте древостоя. Метод найдет применение при оценке изменения стока в результате рубок ухода.

Установлено, что породный состав одновозрастного древостоя при равной его продуктивности не влияет на суммарное испарение.

Разработан метод и рассчитана динамика образованной в результате лесозаготовок антропогенной составляющей стока с лесопокрытой территории Карелии за период с 1956 по 2003 гг. Получено, что производные (эксплуатируемые) леса расходуют больше влаги, чем коренные (девственные), при этом определяющим фактором изменения стока является преобразование возрастной структуры древостоя. Любые изменения интенсивности лесозаготовок как в большую, так и в меньшую сторону приводят к преобразованию возрастной структуры леса и условий формирования стока. За рассматриваемый период объем антропогенной составляющей стока колебался в пределах от -0.4 в начале до -1.5 км³/год в конце периода (от -5 до -16 мм с лесопокрытой площади). В последние годы антропогенная составляющая стока с лесопокрытой части территории Карелии достигает 1.5 км³/год, что сопоставимо со стоком реки, площадь водосбора которой более 5000 км². Ожидаемое увеличение площади средневозрастных и приспевающих лесов в последующие годы будет сопровождаться дальнейшим снижением стока.

Получена оценка изменения испарения и стока в результате облесения осушаемых болот. Наибольшее снижение стока происходило при облесении продуктивных низинных болот – в среднем на 77 мм, на переходных болотах среднее снижение стока составляло 40 мм. Осушение верховых болот не привело к заметным изменениям водного баланса.

Выполнено уточнение вертикального притока напорных вод в осушаемый торфяник. Установлено, что это значение сопоставимо с величиной вертикального оттока из торфяника верховых болот и составляет 20-30 мм (3-5% от осадков).

По результатам исследований, проведенных по теме, подготовлена к публикации монография, приняты к печати 2 статьи, 3 подготовлены к печати.