Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Северные территории России в пределах бассейнов Балтийского, Баренцева и Белого морей насыщены огромным количеством больших и малых озер [1]. По озерности самое большое значение для Северо-Запада России имеет Большой Соловецкий остров. Соловецкий архипелаг расположен в юго-западной части Белого моря при входе в Онежский залив, в 165 км южнее Северного полярного круга. Общее количество озер Соловецкого архипелага составляет 376, причем 337 из них расположено именно на Большом Соловецком острове [2]. Особенностью гидрографической сети острова является то, что она лишена рек, и представляет собой скопление озер. Создание искусственной водных (озерно-канальной) систем привело к изменению гидрологического режима озер: водоемы стали проточными, площади водосборов некоторых озер возросли [3]. Часть воды западной системы используется для обеспечения нужд населения пос. Соловецкий, на территории которого расположен уникальный историко-культурный комплекс, привлекающий не только местных жителей (около 900 человек), но и туристов, паломников со всего мира. Забор воды осуществляется из Питьевого канала длиной около 2 км, соединяющего оз. Питьевое и Святое. Вода в Питьевое озеро в свою очередь поступает из оз. Средний Перт. Частично для нужд монастыря используется вода оз. Святое. Гидрохимические и гидробиологические показатели для этих водоемов определялись в 60-е годы ХХ века и начале 2000-х [2; 3]. Отклонение от нормативов качества питьевой воды в том или ином населенном пункте как вследствие природных факторов, так и антропогенной нагрузки может оказать пагубное воздействие на организм человека. Ведь вода относится к основным факторам, влияющим на здоровье людей. На мировом уровне Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в 1984 г. был выпущен основной стандарт качества – «Руководство по контролю качества питьевой воды», на основании которого разрабатываются нормативы других государств [4]. В соответствии с частью 1 статьи 19 Федерального закона от 30 марта 1999 г. N 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» питьевая вода должна быть безопасной в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредной по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства. В России существуют различные нормативные документы, регулирующие качество воды в зависимости от типа использования водоема.

Цель данной работы: на основе литературных источников и результатов, полученных в ходе полевых экспедиционных исследований, определить гидрохимические и гидробиологические показатели трех озер (Средний Перт, Питьевое и Святое) Большого Соловецкого острова и дать оценку качества воды этих водоемов.

Материалы и методы исследования

На выбранных для исследования водоемах с использованием эхолота Fishfinder 140 (Garmin) были осуществлены промеры глубин с координатной привязкой, определенной навигатором GPS 72 (Garmin). Для исследования на озерах выбраны 18 участков. Образцы проб воды отобраны горизонтальным поликарбонатным батометром на 5 л в конце июля – начале августа 2020 г. по акватории трех озер Большого Соловецком острова (рисунок) с учетом особенностей рельефа дна или возможных источников антропогенного воздействия в соответствии с установленными нормативами. Оз. Питьевое рассматривается в работе как водоем питьевого назначения, для оз. Средний Перт – рыбохозяйственного назначения, а оз. Святое определено как водоем двойного назначения. Выбор определяемых показателей из большого перечня определялся спецификой водоемов (практически отсутствие промышленных стоков) и их информативностью. На месте были осуществлены измерения быстро изменяющихся гидрохимических показателей с помощью рН-метра HI 83141 (Hanna); кондуктометра HI 8733 (Hanna) (рН, электропроводность), в экспедиционной лаборатории – цветности, растворенных форм металлов, сероводорода (спектрофотометр Unico 1201). Анализ остальных образцов (щелочность, содержание биогенных элементов, тяжелых металлов (Ni, Pb, Cd, Zn, Cu, Cr, Co, Fe, Mn), ионов, нефтепродуктов, органических веществ) (рН-метра HI 83141, фотометр «Эксперт-03», атомно-абсорбционный спектрометр NovAA-315 SA, жидкостной хроматограф LC-20 Prominence, флюорат-02-2М, ТОС-Lcsn) и показателей зоопланктона в воде осуществлялся в стационарных лабораториях по общепринятым методикам с применением необходимой консервации и соблюдением сроков и способов хранения. Были определены в озерах главные ионы природной воды: анионы (HCO3-, C1- и SO42-) и катионы (Ca2+, Mg2+, Na+ и K+). Для определения класса воды был произведен расчет мг-экв/л для каждого иона, их процентное соотношение. Суммы главных катионов и анионов, выраженные в этих единицах, были близки между собой, минерализация воды (мг/л) для озер была рассчитана сложением концентраций этих главных ионов.

Карта-схема расположения объектов исследования

Оценка качества вод озера по показателям состояния зоопланктона проводилась с использованием метода индикаторных организмов Пантле и Бука в модификации Сладечека, по гидрохимическим показателям – в сравнении с допустимыми нормативами, в т.ч. предельно допустимыми концентрациями (ПДК) в зависимости от назначения водоема [5; 6]. ИЗВ вычислен по 6 компонентам (биогенные элементы, тяжелые металлы, нефтепродукты).

Результаты исследования и их обсуждение

Измерения глубин исследуемых озер показало наличие в каждом из них нескольких глубоководных участков, чередующихся с мелководными зонами. Результаты согласовались с данными, полученными в 2014 г. (предоставлены Ериной О.Н.). Отмечено увеличение максимальной глубины в озерах на момент проведения исследований, что связано с межгодовыми особенностями, обусловленными изменением соотношения между поступлением и расходом воды.

Согласно имеющимся данным (табл. 1) исследуемые озера по классификации Иванова относятся к категории очень малых (0,1–1,0 км2), площадь зеркала не превышает 1 км2; по максимальной глубине – со средней (11–50 м) [7]. По показателю удельного водосбора (указывает на количественную связь озера с водосбором и рассчитывается как отношение площади водосбора к площади озера) к категории с очень большим – более 128 – оз. Питьевое и Святое и с большим – 32–128 – оз. Средний Перт. Данный показатель выше для исследуемых водоемов по сравнению с озерами таежной природной зоны РФ и соседних Скандинавских стран (средний удельный водосбор для них – от 30 до 34) [8]. Связано это с созданием искусственной озерно-канальной системы на Бол. Соловецком острове, увеличившей взаимосвязь между соседними водоемами.

Таблица 1

Некоторые гидрологические и морфометрические характеристики исследуемых озер

Примечание. * – данные предоставлены к.г.н. Ериной О.Н. (научным сотрудником кафедры гидрологии суши МГУ имени М.В. Ломоносова), измерения 06.2014;

** – результаты получены авторами 07-08.2020.

Таблица 2

Концентрация основных ионов в воде исследуемых озер (мг/л)

Гидрохимические показатели

Гидрохимический состав вод исследуемых озер представлен формулой Курлова. Минерализация – М, жесткость – Ж.

Оз. Средний Перт:

М 34.91 Ж 0.28 рН 6,19.

Оз. Питьевое:

М 36.35 Ж 0.22 рН 6,15.

Оз. Святое:

М 42.35 Ж 0.37 рН 6,16.

Воды оз. Средний Перт, Питьевое и Святое по минерализации были отнесены к категории ультрапресные (< 100 мг/л): оз. Средний Перт (34,91 ± 2,26), оз. Питьевое (36,35 ± 1,81), оз. Святое (42,35 ± 3,58), величина минерализации изменялась от 31,99 до 49,82 мг/л (оз. Святое); очень мягкие – жесткость не превышает 1,5 ммоль/л (допустимо до 7 ммоль/л) и по обоим показателям не превышают допустимых значений.

Воды озер относятся к хлоридно-карбонатному классу или карбонатно-хлоридному типу натриевой группы в отличие от пресноводных водоемов, расположенных в той же природной зоне, но вдали от морского побережья, для которых характерен гидрокарбонатный тип вод кальциевой группы.

Химический состав воды обусловлен малой мощностью рыхлых отложений, слаборастворимыми почвообразующими породами и сильно оподзоленными почвами [3], а на содержание и распределение ионов влияние оказывает морское окружение Бол. Соловецкого острова. Так, для воды оз. Святое концентрация ионов (табл. 2) по максимальным значениям превышает таковые для воды двух других.

Воду оз. Средний Перт по величине рН (6,19 ± 0,14) можно охарактеризовать как слабокислую, оз. Питьевое (6,15 ± 0,14) – слабокислую, оз. Святое (6,16 ± 0,11) – слабокислую. Допустимыми для водоемов питьевого назначения являются значения от 6 до 9, для водоемов рыбохозяйственного назначения этот показатель не нормируется [5; 6]. Минимальные значения рН отмечены в придонном слое воды на глубоководных участках оз. Средний Перт и на мелководье в заливчике оз. Питьевое.

Цветность воды была наибольшей в оз. Святое и составляла в среднем 97 °, изменялась от 88 до 165 °, и минимальной в оз. Питьевое – 43 °, изменялась от 40 до 54 °. Вода оз. Средний Перт занимает по цветности воды промежуточное положение – 52 °, от 45 до 55 °. Вода всех озер по цветности превышает установленный норматив, равный 20(35) °. Цветность воды поверхностных водоемов обусловлена содержанием гуминовых веществ и соединений железа. Вклад этих компонентов отчетливо прослеживается для воды оз. Святое. В этот водоем поступают воды еще из другой, восточной озерно-канальной системы, водосборные площади озер которой сильно заболочены – в этой части острова в советское время даже велись торфоразработки. Выявлена значимая корреляция (r = 0,90) и содержанием органического вещества (ОВ) (органического углерода, ТОС), что может служить свидетельством значительного вклада в ТОС именно гуминовых веществ. Для остальных озер взаимосвязь прослеживалась незначительно. В своем исследовании содержание ОВ мы оценивали не по косвенным показателям (перманганатной окисляемости и ХПК), а непосредственно определяли количество ТОС. В воде оз. Средний Перт содержание органического углерода составляло в среднем 10,78 (от 9,64 до 11,75) мг/л, в оз. Питьевое – 10,26 (от 9,94 до 14,99) мг/л, в оз. Святое – 14,58 (от 13,75 до 18,03) мг/л. Как видно из приведенных данных, в воде оз. Святое определено и бoльшее количество ТОС. По акватории озер ОВ распределено неравномерно, максимальное содержание отмечено на глубоководных участках и в заливчиках на мелководье. Для этих же участков зафиксировано и наименьшие значения рН (выявлена обратная корреляция между рН и ТОС r = -0,60). Отметим также тенденцию к увеличению количества ОВ в придонном слое воды по отношению к поверхности озера на глубоководных участках, что свидетельствует о его аккумуляции. Результаты определения неорганического углерода (вычислено из щелочности воды): оз. Средний Перт – 2.45 (от 1,72 до 2,77) мг/л; оз. Питьевое – 2.94 (от 2,42 до 3,23) мг/л; оз. Святое – 3,08 (от 2,56 до 4,11) мг/л; при этом в придонном слое его количество меньше, чем на поверхности. Количество железа в воде было превышено ПДК (100 мкг/л) [8] для всех оз. Средний Перт и Святое: от 138 до 300 мкг/л и от 140 до 930 мкг/л соответственно; ПДК (300 мкг/л) на некоторых участках оз. Питьевое: от 130 до 450 мкг/л. Содержание остальных тяжелых металлов в воде озер не превышало ПДК.

Содержание нефтепродуктов в воде озер были минимальным, близким к пределу обнаружения, на наиболее загрязненном участке около ДЭС на оз. Святое оно составляло 0,03 мг/л, для оз. Питьевое и Средний Перт – максимальное значение 0,01 мг/л, что не превышало ПДК 0,05–0,1 мг/л. Для двух последних озер ввиду отсутствия явно выраженного антропогенного воздействия под нефтепродуктами, скорее всего, определяются ароматические природные соединения.

Количество фосфатов в воде оз. Средний Перт в среднем составляло 3,88, оз. Питьевое 3,42, оз. Святое 5,05 мкгP/л. Содержание не превышает ПДК. Содержание органического фосфора составляло от 42 до 82 % валового, экстремумы выявлены в оз. Святое. В целом его количество увеличивалось на мелководных участках. Среди минеральных соединений азота в воде наибольшую часть составляли нитраты и аммоний. Содержание соединений азота не превышало ПДК для водоемов. Для оз. Средний Перт и Питьевое концентрации нитратов изменялись от 93 до 137 мкгN/л, аммония – от 11 до 42 мкгN/л; для оз. Святое – от 163 до 329 мкгN/л, аммония – от 10 до 18 мкгN/л. Содержание органического азота составляло от 29 до 60 % от валового азота. При этом наблюдалось снижение доли органических соединений от поверхности ко дну на глубоководных участках озер, сопровождающееся увеличением содержания одновременно нитратов и аммонийного азота, что свидетельствует о наличии деструкции ОВ для оз. Средний Перт и Питьевое и возможном антропогенном воздействии для акватории оз. Святое.

Содержание сероводорода/гидросульфидов, являющихся еще одним маркером наличия в озере значительного количества ОВ, в оз. Питьевое и Средний Перт не превышало ПДК (не более 5 мкг/л), в оз. Святое концентрации этих соединений были выше ПДК (от 9 до 23 мкг/л). Значение этого показателя увеличивались к придонному слою на глубоководных станциях, что сопровождалось также увеличением содержания ОВ.

С использованием определенных в ходе исследования показателей, которые обычно характеризуют загрязнение водоема, был рассчитан индекс загрязнения вод (ИЗВ) для трех озер и по нему определено ее качество. Этот показатель для оз. Питьевое составил 0,44; оз. Средний Перт – 0,70; оз. Святое – 1,00. Вода двух первых озер может быть отнесена к классу чистых, вода оз. Святое – к пограничному классу между чистой и умеренно загрязненной.

Зоопланктон

В акватории оз. Средний Перт в период исследований было зарегистрировано 16 видов зоопланктона: Rotifera (коловратки) – 4, Cladocera (ветвистоусые ракообразные) – 6, Copepoda (веслоногие ракообразные) – 6. Зоопланктонное сообщество оз. Питьевое представлено 20 видами. На долю Copepoda приходилось 6 видов, Cladocera – 8 видов и Rotifera – 6 видов. В планктонной фауне оз. Святое отмечено 27 видов. Веслоногие ракообразные (Copepoda) представлены 7 видами, ветвистоусые ракообразные (Cladocera) – 10 видами и коловратки (Rotifera) – 10 видами. Видовое разнообразие определяли ветвистоусые ракообразные (кладоцеры). Доминирующие формы зоопланктона в озерах представлены в основном олиго- и олиго-β-мезосапробным видами.

Количественные показатели зоопланктона оз. Средний Перт и Питьевое невысоки и характерны для холодноводных олиготрофных озер. Значения численности и биомассы зоопланктонного сообщества оз. Средний Перт варьировали в пределах от 21,33 до 36,80 тыс. экз/м3 и от 0,10 до 0,29 г/м3 соответственно. Основной вклад в общую численность зоопланктона вносили коловратки (55 % от общей численности), в биомассу – ветвистоусые (54 % от общей биомассы) и веслоногие ракообразные (43 % от общей биомассы). Для оз. Средний Перт наблюдается снижение средних показателей численности (в 1,5 раза) и биомассы (в 3 раза) по сравнению с предыдущими исследованиями [9].

По численности в оз. Питьевое, как и в оз. Средний Перт, доминировали коловратки (41 % от общей численности), что свидетельствует об усилении загрязнения озер органическими соединениями. Основной вклад в общую биомассу вносили ветвистоусые (53 % от общей биомассы) и веслоногие ракообразные (44 % от общей биомассы). Значения численности и биомассы зоопланктона изменялись в пределах от 12,00 до 46,94 тыс. экз/м3 и от 0,22 до 0,57 г/м3.

По состоянию планктонных сообществ, согласно классификации С.П. Китаева (2007) [10], оз. Средний Перт и Питьевое можно охарактеризовать как олиготрофные. Качество водных масс исследованных озер соответствовало α-олигосапробному (II класс – чистые воды). Индекс сапробности для оз. Средний Перт варьировал в пределах от 1,13 до 1,39; для оз. Питьевое от 1,11 до 1,29.

Количественные показатели численности и биомассы зоопланктонного сообщества оз. Святое значительно выше, чем для оз. Средний Перт и Питьевое, и варьировали в пределах от 32,51 до 156,00 тыс. экз/м3 и от 0,28 до 1,38 г/м3 соответственно. По численности в водоеме лидировали веслоногие и ветвистоусые ракообразные (36 % и 35 % от суммарной численности зоопланктона). Основной вклад в суммарную биомассу зоопланктона вносили ветвистоусы ракообразные (кладоцера). По состоянию планктонных сообществ оз. Святое можно охарактеризовать как олиготрофное с признаками мезотрофии. Усиление антропогенной нагрузки на водоем стало причиной увеличения средних значений численности и биомассы зоопланктона по сравнению с полученными ранее результатами почти в 2 раза [9]. Также отмечено повышение показателя сапробности, который по акватории оз. Святое изменялся в пределах от 1,39 до 1,52. Качество водных масс в зависимости от района исследований соответствовало α-олигосапробному классу (II класс – чистые воды) и β-мезосапробному классу (III класс – слабозагрязненные воды) (2 станции).

Заключение

Было установлено, что воды оз. Средний Перт, Питьевое и Святое по минерализации были отнесены к хлоридно-карбонатному классу или карбонатно-хлоридному типу натриевой группы, к категории ультрапресные (< 100 мг/л): оз. Средний Перт (34,91 ± 2,26), оз. Питьевое (36,35 ± 1,81), оз. Святое (42,35 ± 3,58), величина которой изменялась от 31,99 до 49,82 мг/л (оз. Святое); очень мягкие – жесткость не превышает 1,5 ммоль/л.

Цветность воды была наибольшей в оз. Святое и составляла в среднем 970, изменялась от 88 до 1650, и минимальной в оз. Питьевое – 430, изменялась от 40 до 540, вода оз. Средний Перт занимает по цветности воды промежуточное положение – 520, от 45 до 550. Вода всех озер по цветности превышает установленный норматив, равный 20 °.

Содержание нефтепродуктов, биогенных элементов, тяжелых металлов, за исключением железа, в воде не превышает установленных нормативов. Наблюдалось снижение доли органических соединений от поверхности ко дну на глубоководных участках озер, сопровождающееся увеличением содержания минеральных форм, что свидетельствует о наличии деструкции ОВ для оз. Средний Перт и Питьевое, и возможном антропогенном воздействии для акватории оз. Святое.

Рассчитан индекс загрязнения вод (ИЗВ) для трех озер и по нему определено ее качество. Этот показатель для оз. Питьевое составил 0,44; оз. Средний Перт – 0,70; оз. Святое – 1,00. Вода двух первых озер может быть отнесена к классу чистых, вода оз. Святое – к пограничному классу между чистой и умеренно загрязненной (несколько участков). Приведенная оценка качества воды подтверждена и показателем сапробности.

Вследствие межгодовой изменчивости гидрохимических показателей и возрастающей антропогенной нагрузки на изученные водоемы необходимо продолжить мониторинговые исследования водных объектов Соловецкого архипелага.

Авторы выражают благодарность за всестороннюю помощь в экспедиционном исследовании на Соловках сотрудникам СГИАиПМЗ А.Я. Мартынову, А.Н. Соболеву; сотруднику МГУ им. М.В. Ломоносова Ериной О.Н. за представленные данные для исследуемых озер за 2014 г.

Исследование выполнено при поддержке гранта «Молодые ученые Поморья» № 06-2020а, частично в рамках госзадания ФГБУН «ФИЦКИА» УрО РАН № АААА-А18-118012390167-1.