Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Западная Якутия, расположенная в бассейне р. Вилюй, является одним из самых развитых промышленных регионов Якутии, что обусловлено прежде всего деятельностью крупнейшей алмазодобывающей компании «АЛРОСА», имеющей стратегическое значение для страны и региона. Россия обладает самой большой ресурсной базой алмазов в мире, составляя 45 % мировых разведанных запасов алмазных месторождений, что позволяет России обеспечивать 25 % мировой алмазодобычи. Из них более 90 % алмазов добывается в Республике Саха (Якутия). Горные работы ведутся открытым и подземным способами на коренных и россыпных месторождениях алмазов [1].

Вместе с тем добыча алмазов оказывает негативное воздействие на все составляющие природной среды: рельеф, недра, воду, воздух, почвенно-растительный покров, животный мир – что влечет экологические последствия и наносит ущерб окружающей среде [2].

Добыча алмазов повлекла сооружение инфраструктурных объектов – энергетики, транспорта, населенных пунктов, сельскохозяйственных производств. Наиболее масштабным и значимым объектом является каскад ГЭС на р. Вилюй, включающий Вилюйскую ГЭС-I–II общей мощностью 680 мВт и Вилюйскую ГЭС-III, мощность которой составляет 270 мВт.

Но наряду с решением энергетической проблемы создание каскада ГЭС и Вилюйского водохранилища создало ряд экологических и социальных проблем. Так, произошло перераспределение гидрологического стока реки, изменение климатических условий, усиление эрозионно-русловых процессов и переработки берегов, тепловое и гидрохимическое загрязнение воды, влияние на гидробионты и ихтиофауну, изменение условий судоходства [3].

Изучение различных аспектов экологического воздействия промышленного освоения на природную среду бассейна р. Вилюй является предметом многих научных исследований и не теряет своей актуальности. Так, на этой территории, относящейся к районам Крайнего Севера, «достаточно широко известен феномен низкой устойчивости северных экосистем к различным формам антропогенного воздействия» [4, с. 80]. Также важны изучение и оценка гидробиологического состояния рек, в частности альгофлоры (фитопланктона и фитоперифитона).

Целью работы является оценка степени устойчивости ландшафтов и современного состояния альгофлоры водотоков бассейна р. Вилюй.

Материалы и методы исследования

Для сбора и обработки альгологических проб были применены унифицированные гидробиологические методики [5]. Видовое разнообразие фитопланктона оценивали при помощи индекса Шеннона [6], расчет численности и биомассы проведен счетно-объемным методом. Количественный учет клеток водорослей проводили под микроскопом Микмед-6 с использованием счетной камеры Нажотта объемом 0,01 и 0,05 см3 в трехкратной повторности. Для санитарно-биологической характеристики исследованных водных объектов принадлежности видов водорослей к той или иной зоне сапробности использован «Атлас водорослей – индикаторов сапробности» [7]. Названия таксонов приведены согласно базе данных [8] с учетом дополнений и уточнений последних отечественных и зарубежных выпусков. Материалом послужили данные полевых исследований в сентябре 2018 г. и в августе 2020 г. на р. Ирелях выше и ниже дражных полигонов, устье; р. М. Ботуобуйа выше и ниже р. Ирелях, р. Вилюй выше и ниже устья р. М. Ботуобуйа.

Результаты исследования и их обсуждение

Характеристика объекта исследования

Территория бассейна р. Вилюй характеризуется существенным разнообразием природных условий, обусловливающим неоднородность строения рельефа с горными и равнинными участками, растительности и весьма сложный рисунок распределения как ландшафтной структуры, так и водного режима рек. Климат суровый, резко континентальный. Криолитозона сплошного распространения мощных низкотемпературных мерзлых пород.

Река Вилюй – основная водная артерия Западной Якутии, левый приток Лены. Длина реки составляет 2654 км, площадь водосбора – 448655 км2, среднемноголетний сток – 72,4 км3, среднегодовой расход воды – 1450 м3/с. [3]. Гидроэнергетическое строительство ведет к изменению гидрографических параметров водотоков, величины и режима стока. Каскад водохранилищ привел к перераспределению внутригодового стока реки: произошло уменьшение стока весеннего половодья и частично летне-осенних паводков в сторону зимней межени. Так, суточные колебания уровня воды прослеживаются в Вилюе на расстоянии 300–400 км ниже плотины ГЭС-3, недельное регулирование – до 700–850 км от плотины. Сезонное и межгодовое регулирование стока сохраняется вплоть до устья р. Вилюй, а отдельные его элементы прослеживаются на нижнем участке Лены. До начала заполнения Вилюйского водохранилища на весенний (май – июль), летне-осенний (август – октябрь) и зимний гидрологические сезоны в створе ГЭС-1,2 приходилось 79, 20 и 1 % годового стока воды соответственно. В период нормальной эксплуатации гидроузла распределение по сезонам составляет 26, 18 и 56 % соответственно. После зарегулирования изменился и режим стока наносов, ледово-термические условия среднего и нижнего участков Вилюя: стока наносов – на 34 %, теплового стока на значительном протяжении реки – до 25–50 % [9].

Вода р. Вилюй и его притоков гидрокарбонатного класса кальциевой группы, малой минерализации. В настоящее время качество воды рек бассейна оценивается 3-м классом разряда «б» и характеризуется как «очень загрязненная» и 3-м классом разряда «а», «загрязненная» [10]. До конца 1989 г. вода р. Вилюй находилась под прямым воздействием сбросов высокоминерализованных вод алмазодобывающего производства, которые вызвали в начале 1990-х гг. высокую минерализацию воды р. Ирелях и Малая Ботуобуйа. На протяжении последних лет для бассейна р. Вилюй наиболее характерными загрязняющими веществами остаются трудноокисляемые органические вещества (по ХПК), железо общее и фенолы. Только по содержанию меди в 2021 г. было отмечено значительное снижение, максимальная величина составила 3,9 ПДК [10]. Среднегодовое содержание органических веществ и фенолов в среднем по бассейну составило: по ХПК – 2,6 ПДК, фенолов – 5,4 ПДК. Сохранялась загрязненность бассейна реки железом общим, среднегодовая концентрация которого превышала ПДК в 1,6 раза, максимальная – в 8,7 раза. Среднегодовая величина азота нитритного была ниже ПДК, максимальная превышала норматив в 6,7 раза. Фиксировалось отклонение от нормативных требований содержания легкоокисляемых органических веществ (по БПК5), азота аммонийного, цинка и нефтепродуктов, хотя их среднегодовые концентрации не превышали критерии ПДК. Среднее содержание растворенного в воде кислорода по бассейну составило 9,87 мг/л, минимальное 7,63 мг/л.

Оценка устойчивости ландшафтов

Территория бассейна р. Вилюй относится к физико-географической стране Северо-Восточная Сибирь и представлена северотаежными горноредколесными и среднетаежными ландшафтами зоны сплошного распространения горных пород [11].

Оценка устойчивости ландшафтов бассейна рек Вилюй была произведена путем применения методики покомпонентного анализа влияния основных мерзлотных и биогидроклиматических факторов на снижение устойчивости ландшафтов [12]. Они были приведены в ряд, ранжированный по присвоенным баллам экспертных оценок, разграничивающих степени устойчивости, что дало возможность оценить степень устойчивости каждого ландшафта по суммарному количеству баллов. При этом наибольшие баллы присвоены наименее устойчивым ландшафтам, а наименьшие – наиболее устойчивым.

Расположение ландшафтов бассейна р. Вилюй в области сплошного распространения мерзлых пород обусловливает их потенциальную неустойчивость, но при этом имеются различия в зависимости от соотношения температуры и льдистости. Так, северотаежные редколесные ландшафты, имеющие очень низкую температуру горных пород, доходящую до -8 °С, и невысокую льдистость (до 0,2 и 0,2–0,4 отн.ед.), определены как относительно устойчивые, а северотаежные маревые слабодренированные интразональные ландшафты, хотя имеют низкие температуры до -3 и -8 °С, содержат высокое количество льда (0,4–0,8 отн. ед.) и являются слабоустойчивыми. Среднетаежные ландщафты со средней температурой до -3 °С определены как слабоустойчивые [13].

По биоклиматическим показателям (запасам фитомассы, биопродуктивности, по теплообеспеченности и увлажнению) североредколесные ландшафты определены как слабоустойчивые и неустойчивые, а среднетаежные – как преимущественно среднеустойчивые. Так, северотаежные ландшафты по запасам фитомассы и продуктивности определены как слабоустойчивые, по показателям тепло- и влагообеспеченности они относительно неустойчивы и неустойчивы. Среднетаежные комплексы отмечены как преимущественно среднеустойчивые по всем показателям. Наиболее неустойчивыми по всем биоклиматическим показателям определены горно-тундровые ландшафты, характеризующиеся наиболее холодными и влажными условиями [13].

Состояние альгофлоры

Фитопланктон и фитоперифитон являются биоиндикаторами экологического состояния водной среды [14, 15]. В период осенней межени 2018 г. произошел выброс большого количества загрязняющих веществ из нескольких дамб на р. Ирелях и Малая Ботуобуйа в р. Вилюй. Были проведены гидробиологические исследования по количественному и качественному состоянию водорослей, в результате которых количество видов во всех исследованных участках рек оказалось низким и составило на трех участках р. Ирелях (от 6 до 12 видов), на трех участках р. М. Ботуобуйа (4–5 видов) и на двух участках верхнего течения р. Вилюй (от 9 до 13 видов) (таблица).

Число видов, количественные показатели численности (N – кл/л) и биомассы (B – мг/л) по годам (2018/2020) в исследованных притоках р. Вилюй

По количественному развитию водорослей максимальная средняя численность водорослей отмечена на станциях р. Вилюй выше устья р. М. Ботуобуйа – 82290 кл/л, М. Ботуобуйа ниже устья р. Ирелях – 61350 кл/л, р. Вилюй ниже устья р. М. Ботуобуйа – 36405 кл/л, устье р. Ирелях – 20700 кл/л. Наибольшая биомасса отмечена на участке р. М. Ботуобуйа ниже устья р. Ирелях – 1,58 мг/л. В основном в формировании численности и биомассы водорослей участвовали нитчатые зеленые водоросли – Spirogyra condensata, Ulothrix zonata; диатомовые – Melosira varians, Pinnularia viridis, Tabellaria fenestrata, Ulnaria ulna.

Среди диатомовых водорослей есть виды, которые практически постоянно присутствовали в составе фитопланктона рек (Aulacoseira italica, Cymatopleura elliptica, Melosira varians, Navicula radiosa, Tabellaria fenestrata, Ulnaria acus, U. ulna и др.) и являются доминирующими видами на всех исследованных станциях. Кроме диатомовых и зеленых, в формировании численности фитопланктона играли определенную роль виды из синезеленых водорослей – Aphanizomenon flos-aquae и др.

По нашим наблюдениям, число видов в 2020 г. немного увеличилось по сравнению с 2018 г. Так, на участке р. Ирелях обнаружено 25 видов водорослей из 4 отделов: Bacillariophyta (17 видов), Chlorophyta (5), Xanthophyta (2), Cyanobacteria (1), среди них число видов на участке выше дражных полигонов – 20 видов, ниже дражных полигонов – 9, в устье – 7 видов. Наибольшая численность водорослей отмечена в реке ниже дражных полигонов (270 кл/л), биомасса в устьевой части реки (0,003 мг/л). Выявлены массовые виды и индикаторы сапробности воды: Cymatopleura elliptica (b), Sphaerocystis polycocca, Spirogyra varians (b-a), Stigeoclonium tenue (a) и др., показывающие сильную антропогенную нагрузку.

На участке р. М. Ботуобуйа выявлено 32 вида из 4 отделов: Bacillariophyta (16 видов), Chlorophyta (13), Dinophyta (2), Cyanobacteria (1). Среди исследованных участков наибольшее число видов отмечено на участке выше устья р. Ирелях (20), где средняя численность составила 371,6 кл/л. Биомасса – 0,006 мг/л (ниже устья р. Ирелях). Массовыми видами явились Cymatopleura elliptica (b), Melosira varians (b), Pediastrum boryanum (b), Stigeoclonium tenue (a).

На двух участках р. Вилюй найдено по 14 видов водорослей. Количественное развитие водорослей низкое. Средняя численность составила 2865 кл/л, биомасса – 0,06 мг/л (р. Вилюй, ниже устья р. Малая Ботуобуйа) и 2130,5 кл/л, биомасса 0,002 мг/л (р. Вилюй выше устья р. М. Ботуобуйа). В пробах часто встречались индикаторы сапробности воды: Cladophora fracta (b), Cymatopleura elliptica (b), Fragilaria capucina, Pediastrum boryanum (b), Stigeoclonium tenue (a), Tabellaria fenestrata (b-o), Ulothrix zonata и др.

Индекс биоразнообразия по Шеннону – Уиверу варьирует по точкам отбора проб от 0,19 бит/экз. (р. Вилюй участки выше и ниже устья р. М. Ботуобуйа) и 1,00 бит/экз. (устье р. Ирелях) до 2,40 бит/экз. (р. М. Ботуобуйа в 200 м ниже устья р. Ирелях).

По санитарно-биологической характеристике выявлены массовые виды – индикаторы сапробности воды от β-бета-олигосапробной до β-бета-мезосапробной зоны самоочищения, что говорит о III-м классе чистоты вод, оцениваемых как умеренно загрязненные.

Заключение

В результате оценки степени устойчивости ландшафтов территории бассейна р. Вилюй к антропогенному воздействию по мерзлотным и биоклиматическим показателям определена степень их устойчивости к антропогенным воздействиям. Северотаежные редколесные и маревые ландшафты обладают преимущественно слабой степенью устойчивости, среднетаежные – средней степенью устойчивости.

В результате исследований современного гидробиологического состояния рек бассейна р. Вилюя за 2018 и 2020 гг. определено, что состояние фитопланктона в исследованных участках рек все еще остается под антропогенной нагрузкой. Это подтверждается низким развитием фитопланктона в р. Ирелях, М. Ботуобуйа и верхнего течения р. Вилюй, состоящих из однообразного видового состава диатомовых и зеленых водорослей. Развитие фитопланктона и его состав, количественные показатели зависят главным образом от уровенного режима, концентрации биогенных веществ, рельефа, проточности, степени зарастания высшей прибрежной и водной растительностью в мелководьях.

Кроме антропогенных факторов, важной характеристикой водных объектов является проточность, которая имеет большое значение для формирования качества воды в них и их способности к самоочищению. В связи с этим существует необходимость мониторинговых долгосрочных гидробиологических наблюдений водных объектов бассейна р. Вилюй.