Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДЫ ОЗЕР ЗАВОЛЖЬЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ, ИМЕЮЩИХ СТАТУС ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Козлов А.В. 1 Маркова Д.С. 1 Бодякшина М.А. 1 Клочков Е.А. 1 Захарова А.А. 1 Савинов М.И. 1
1 ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина»
Работа содержит первичный эколого-геохимический анализ воды из озер левобережной части Нижегородской области, которые являются объектами особо охраняемых природных территорий региона. В условиях современного состояния водных объектов, находящихся на антропогенно изменяемой местности, выявление естественного экологического фона воды является острой задачей, поскольку хроническое загрязнение водоемов промышленными и коммунально-бытовыми отходами зачастую не позволяет определить уровень концентраций естественных компонентов, а кумуляция в воде поллютантов способна нарушать их природные биогеохимические циклы. Проведение данных исследований позволит определить уровень естественных концентраций веществ в водах, в том числе определенных геохимическими особенностями территории. Пробы воды отбирались осенью 2019 г. из озер Титковское, Кочешковское, Светлояр, Нестиар, Спасское и Юрасовское, которые анализировались по базовым показателям эколого-геохимической характеристики водоемов пресной категории. В целом по водам изученных водоемов была выявлена примерно одинаковая тенденция в содержании веществ базового состава, среди которых нейтральная кислотность в диапазоне 6,04–7,78 ед. рН, мягкая и средняя жесткость в диапазоне 0,19–5,95 мг-экв./л, ультрапресная и пресная минерализация в диапазоне 20–232 мг/л (за исключением повышенно минерализованной воды из Спасского и Юрасовского озер), обусловленная преимущественно гидрокарбонат-анионами (15,4–134,2 мг/л), а также сульфатами (34–215 мг/л) и хлоридами (2,0–36,8 мг/л). Относительно повышенное содержание общего железа (0,44–0,60 мг/л) обусловлено активной миграцией ионов Fe2+ и Fe3+ в подземные и поверхностные воды из почвенного покрова и литологической основы. Выявленные уровни показателей являются типичными для природных водных объектов, расположенных на территории естественного подзолистого педогенеза южно-таежной зоны. Для понимания целесообразности использования полученных данных в региональном экологическом мониторинге водных объектов в качестве водоемов с естественным геохимическим фоном необходимо проведение данных исследований в сезонной динамике.
природные водоемы
Нижегородская область
особо охраняемая природная территория
эколого-геохимическая характеристика водоема
естественный геоэкологический фон региона
1. Стишов М.С., Дадли Н. Охраняемые природные территории Российской Федерации и их категории. М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2018. 248 с.
2. Черных Д.В. Особо охраняемые природные территории и основы территориальной охраны природы. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2014. 227 с.
3. Бакка С.В., Киселева Н.Ю. Особо охраняемые природные территории Нижегородской области. Аннотированный перечень. Н. Новгород, 2008. 560 с.
4. Козлов А.В., Маркова Д.С., Соколюк С.А., Тогузов В.И. Экспертиза эколого-гидрохимического состояния памятника природы – озера «Светлояр» Нижегородской области // Успехи современного естествознания. 2019. № 6. С. 74–81.
5. Козлов А.В., Тарасов И.А., Дедык В.Е. Эколого-гидрохимическая характеристика акватории озера «Ключик» Павловского района Нижегородской области // Современные проблемы науки и образования. 2017. № 1. [Электронный ресурс]. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25909 (дата обращения: 10.11.2020).
6. Маркова С.М., Наркозиев А.К. Методика исследования содержания профессионального образования // Вестник Мининского университета. 2019. Т. 7. № 1 (26). С. 2.
7. Гагарина О.В. Оценка и нормирование качества природных вод: критерии, методы, существующие проблемы. Ижевск: Издательство «Удмуртский университет», 2012. 199 с.
8. Дмитриев В.В., Боброва О.Н., Грачева И.В., Колодкин П.А., Примак Е.А., Седова С.А., Четверова А.А. Мониторинг и моделирование продукционно-деструкционных отношений в водных экосистемах // Успехи современного естествознания. 2019. № 1. С. 82–87.
9. Логинова Е.В., Лопух П.С. Гидроэкология: курс лекций. Минск: БГУ, 2011. 300 с.
10. Никаноров А.М., Иваник В.М. Словарь-справочник по гидрохимии и качеству вод суши (понятия и определения). Ростов-на-Дону: [б. и.], 2014. 548 с.
11. Горюнова С.И. Влияние антропогенного воздействия на экологическое состояние малой городской реки // Вестник Московского университета. Серия 3 «Естественные науки». 2010. № 2. С. 57–64.
12. Kozlov A.V., Koposova N.N., Uromova I.P., Volkova A.V., Vershinina I.V., Avdeev Yu.M., Veselova A.Yu. Environmental assessment of minor rivers flowing within the boundaries of Nizhny Novgorod. International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology (IJARET). 2020. Vol. 11. No. 4. P. 100–107.
13. Бортникова С.Б., Гаськова О.Л., Айриянц А.А. Техногенные озера: формирование, развитие и влияние на окружающую среду. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2003. 120 с.
14. Трифонова Т.А., Ширкин Л.А., Селиванова Н.В. Эколого-геохимический анализ загрязнения ландшафтов. Владимир: ООО «Владимир Полиграф», 2007. 170 с.
15. Козлов А.В. Оценка экологического состояния почвенного покрова и водных объектов: учебно-методическое пособие. Н. Новгород: Мининский университет, 2016. 146 с.
16. Летопись природы за 2018 год Государственного природного биосферного заповедника «Керженский». [Электронный ресурс]. URL: http://www.kerzhenskiy.ru/biblioteka/izdatelstvo-kerzhenskiy-zapovednik/avtopis-prirody/?ELEMENT_ID=3367 (дата обращения: 20.11.2020).

Основным предназначением особо охраняемых природных территорий (далее – ООПТ) является сохранение генетического разнообразия обитающей биоты, резервация определенных природных ресурсов, поддержание экологического баланса местности, представление максимального биогеоценотического разнообразия местных биомов, а также они служат объектами научного изучения эволюции отдельных видов флоры и фауны, объектов экотопа (почвенный покров, поверхностные и подземные воды) и в целом экосистемы [1, 2].

В Нижегородской области существует более 400 различных ООПТ площадью почти 480 тыс. га, среди которых имеются объекты федерального, регионального и местного значения. Среди охраняемых территорий более 350 тыс. га расположено на землях лесного фонда. Также отличительной особенностью региона является наличие охранного статуса более чем у 90 болот, озер и водоемов [3], что определяет интерес к их изучению как объектов нетронутой природы и сохраняемого состояния гидросферы [4–6].

Природное озеро как условно постоянный естественный водный объект, как правило, характеризуется очень низкой временной гидрологической динамикой и малым эколого-гидрохимическим обновлением вещества в толще воды, а его внутренние течения зачастую не являются преобладающими факторами в определении гидрологического режима [7–10]. В связи с этим химическое состояние водоемов, пребывающих в условиях естественных охраняемых биогеоценозов, характеризует базовые геоэкологические свойства территории, а уровень концентраций его типовых компонентов может служить в качестве регионального экологического фона. В условиях современного состояния объектов окружающей среды и, в частности, водных объектов, пребывающих на антропогенно изменяемых территориях [11, 12], выявление данного экологического фона является острой задачей, поскольку хроническое загрязнение водоемов промышленными и коммунально-бытовыми отходами зачастую не позволяет определить уровень концентраций естественных компонентов, а техногенный привнос в воды поллютантов способен нарушать их природные биогеохимические циклы [13, 14]. Проведение данных исследований позволит определить уровень естественных концентраций веществ в водах, в том числе определенных геохимическими особенностями территории.

Цель исследования: первичная характеристика эколого-геохимических свойств воды озер, имеющих категорию ООПТ, расположенных в Заволжье Нижегородской области.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования явились воды охраняемых озер, расположенных на южно-таежной территории Заволжья в Нижегородской области (рисунок).

kozl1a.tif

kozl1b.tif

kozl1c.tif

Титковское, Кочешковское

Жаренское

Светлояр

kozl1d.tif

kozl1e.tif

kozl1k.tif

Нестиар

Спасское

Юрасовское

Расположение исследуемых озер на различных территориях Заволжья Нижегородской области

Озера Титковское и Кочешковское представляют собой памятник природы регионального значения и расположены в Уренском районе. Общая площадь ООПТ – 375,4 га, расположены в массиве высоковозрастных темнохвойных лесов и низинных древесных болот южно-таежной подзоны. Оба озера имеют почти округлую форму с глубиной до 10–12 м. Жаренское озеро также является памятником природы регионального значения, оно расположено в Краснобаковском районе области. Площадь охранной территории составляет 13,6 га.

Озеро Светлояр является государственным природным памятником федерального значения. Озеро расположено в Воскресенском районе, площадь ООПТ составляет 12,0 га. Озеро имеет округлую форму и расположено в подзоне южной тайги. Озеро Нестиар является государственным памятником природы регионального (областного) значения, расположено также в Воскресенском районе области. Площадь охранной зоны составляет 29,9 га.

Спасское озеро расположено в Городецком районе области и является памятником природы регионального значения. Площадь ООПТ – 10,6 га. Озеро Юрасовское является охраняемым природным комплексом регионального значения и расположено в г. Бор Борского района. Общая площадь ООПТ составляет 15,6 га.

Все исследуемые озера расположены на территории южно-таежной подзоны, для которой свойственен преимущественно хвойный фитоценоз с примесями широколиственного древостоя различной фитоценотической вариации. Условия данной территории определяют некоторые особенности вертикальной миграции веществ в почвенном покрове и, как следствие, обуславливают повышенное содержание в поверхностных и подземных водах соединений кремния, солей алюминия, марганца и железа, в анионном составе – содержание гидрокарбонатов и в более низких концентрациях – содержание сульфат- и хлорид-анионов [15]. Аналогичные особенности эколого-гидрохимического состава характерны для вод рек, протекающих по территории Керженского заповедника [16].

Пробы воды отбирались в сентябре 2019 г. и доставлялись в Эколого-аналитическую лабораторию мониторинга и защиты окружающей среды при НГПУ им. К. Минина, где впоследствии подвергались анализу в течение трех дней после отбора. При помощи батометра гидрологического БГ-1,0 из каждого озера было отобрано по 4 пробы, каждая объемом 2 л. Из озер Титковское и Кочешковское было отобрано по 2 пробы по 2 л. Далее в пробах определяли множество показателей экологического состояния и гидрохимического режима, среди которых имелись кислотность (водородный показатель) – потенциометрическим методом, общая минерализация – кондуктометрией, содержание гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов – классическими титриметрическими методами, содержание общего железа – спектрофотометрическим методом [15]. Химико-аналитическое основание выполняемых анализов соответствовало современным нормативным методическим требованиям. Аналитическая повторность в измерениях – трехкратная, статистическую обработку полученных данных проводили методом вариационного анализа.

Результаты исследования и их обсуждение

Данные таблицы отражают уровень показателей эколого-геохимического состояния озер, обследованных в Заволжской территории Нижегородской области.

Водородный показатель воды всех озер в целом находился на нейтральном уровне, несущественно изменяясь от слабокислого (6,04 и 6,86 ед. рН соответственно у воды озера Жаренское и Нестиар) до слабощелочного (7,51 и 7,78 ед. рН – у воды озера Спасское и Юрасовское) диапазона. Отсутствие сдвигов рН вод в сильнокислую или щелочную сторону, а также очень низкая вариабельность уровня кислотности в водоемах свидетельствует о наличии низких концентраций гидролитически кислых или щелочных веществ, а также об устойчивом состоянии кислотно-основных процессов, протекающих в толще воды всех озер.

Общая жесткость воды заметно различалась по озерам. Так, если озера Титковское и Кочешковское, а также Жаренское, Светлояр и Нестиар характеризовались мягкими водами с соответствующим уровнем показателя (2,69; 0,19; 1,30 и 1,16 мг-экв/л), то воды озера Спасское и Юрасовское относились к среднему уровню жесткости, в которых показатель варьировал в диапазонах соответственно 5,75–5,90 и 5,80–6,10 мг-экв/л. В условиях территории таежной зоны данный показатель обусловлен в том числе содержанием гидрокарбонатов и согласуется с уровнем общей минерализации воды. Концентрация гидрокарбонат-аниона, преимущественно определяющего жесткость местных вод, оказалась наименьшей в водах Жаренского озера (13,2–17,6 мг/л), находилась на среднем уровне в водах озера Светлояр (66,0–74,8 мг/л) и имела наибольшие значения в водах озер Титковское и Кочешковское (110,0–167,2 мг/л), Спасское (123,2–127,6 мг/л) и Юрасовское (127,6–140,8 мг/л).

Вариабельность базовых показателей эколого-геохимического состояния в водах охраняемых озер Заволжья в Нижегородской области (2019 г.)

Показатель

Min

Max

M

m

V,%

ПДК

1

2

3

4

5

6

7

Титковское озеро / Кочешковское озеро

Кислотность (рН), ед. рН

7,10

7,40

7,24

0,07

2

6,5–8,5

Жесткость общая, мг-экв./л

1,95

3,45

2,69

0,43

32

7,0

Минерализация, мг/л

171

290

232

33

28

1000

Гидрокарбонаты (HCO3–), мг/л

110,0

167,2

134,2

15,5

23

500

Сульфаты (SО42–), мг/л

60

110

83

10

25

500

Хлориды (Сl–), мг/л

1,5

2,5

2,0

0,2

20

350

Железо общее (Fe), мг/л

0,55

0,67

0,60

0,03

11

0,3

Жаренское озеро

Кислотность (рН), ед. рН

5,90

6,16

6,04

0,05

2

6,5–8,5

Жесткость общая, мг-экв./л

0,15

0,25

0,19

0,02

26

7,0

Минерализация, мг/л

19

22

20

1

7

1000

Гидрокарбонаты (HCO3–), мг/л

13,2

17,6

15,4

1,3

16

500

Сульфаты (SО42–), мг/л

28

44

34

4

21

500

Хлориды (Сl–), мг/л

1,5

3,6

2,5

0,5

38

350

Железо общее (Fe), мг/л

0,46

0,56

0,50

0,02

9

0,3

Озеро Светлояр

Кислотность (рН), ед. рН

7,10

7,20

7,17

0,02

1

6,5–8,5

Жесткость общая, мг-экв./л

1,25

1,35

1,30

0,02

3

7,0

Минерализация, мг/л

124

170

138

11

16

1000

Гидрокарбонаты (HCO3–), мг/л

66,0

74,8

70,4

1,8

5

500

Сульфаты (SО42–), мг/л

18

96

47

18

75

500

Хлориды (Сl–), мг/л

2,5

3,5

3,0

0,2

14

350

Железо общее (Fe), мг/л

0,49

0,54

0,51

0,01

4

0,3

Озеро Нестиар

Кислотность (рН), ед. рН

6,80

6,90

6,86

0,02

1

6,5–8,5

Жесткость общая, мг-экв./л

1,10

1,25

1,16

0,03

5

7,0

Минерализация, мг/л

129

135

132

1

2

1000

Гидрокарбонаты (HCO3–), мг/л

52,8

66,0

61,6

3,1

10

500

Сульфаты (SО42–), мг/л

50

76

63

7

21

500

Хлориды (Сl–), мг/л

5,0

5,5

5,4

0,1

5

350

Железо общее (Fe), мг/л

0,46

0,48

0,47

0,01

2

0,3

Спасское озеро

Кислотность (рН), ед. рН

7,15

7,70

7,51

0,12

3

6,5–8,5

Жесткость общая, мг-экв./л

5,75

5,90

5,83

0,03

1

7,0

Минерализация, мг/л

500

525

512

6

2

1000

Гидрокарбонаты (HCO3–), мг/л

123,2

127,6

124,3

1,1

2

500

Сульфаты (SО42–), мг/л

60

134

105

16

31

500

Окончание таблицы

1

2

3

4

5

6

7

Хлориды (Сl–), мг/л

29,5

34,0

31,4

1,0

7

350

Железо общее (Fe), мг/л

0,43

0,58

0,47

0,04

15

0,3

Юрасовское озеро

Кислотность (рН), ед. рН

7,60

7,90

7,78

0,06

2

6,5–8,5

Жесткость общая, мг-экв./л

5,80

6,10

5,95

0,06

2

7,0

Минерализация, мг/л

590

614

599

5

2

1000

Гидрокарбонаты (HCO3–), мг/л

127,6

140,8

134,2

2,8

4

500

Сульфаты (SО42–), мг/л

196

226

215

6

6

500

Хлориды (Сl–), мг/л

36,0

37,5

36,8

0,3

2

350

Железо общее (Fe), мг/л

0,41

0,45

0,44

0,01

4

0,3

Примечание. Min – минимальное значение показателя в вариационном ряду, Max – максимальное значение показателя в вариационном ряду, M – среднее значение показателя, m – стандартное отклонение среднего значения, V – коэффициент вариации, ПДК – предельно допустимая концентрация согласно ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», ГН 2.1.5.2280-07 Дополнения и изменения № 1 к ГН 2.1.5.1315-03, ГН 2.1.5.2307-07 «Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».

Примерно аналогичным образом варьировало общее содержание солей в исследованных водах. В частности, воды озер Светлояр и Нестиар характеризовались ультрапресной минерализацией, воды Титковского и Кочешковского озер находились в интервале пресного состояния, а воды Спасского и Юрасовского водоемов – в интервале с относительно повышенной минерализацией. Отличились воды озера Жаренское, в которых концентрация растворенных солей была зарегистрирована на очень низком уровне – 19–22 мг/л.

Среди основных ионов, определяющих геохимический фон территории, закономерно были выявлены сульфат- и хлорид-анион [16]. Их концентрации в водах озер также не выходили за пределы естественного состояния. В частности, содержание сульфатов оказалось на достаточно низком уровне в водах озер Титковское и Кочешковское (60–110 мг/л), Жаренское (28–44 мг/л), Светлояр (18–96 мг/л) и Нестиар (50–76 мг/л). Однако в водоемах Спасское и Юрасовское уровень содержания сульфат-аниона оказался выше – 105 мг/л и 215 мг/л.

Аналогичная тенденция прослеживалась относительно концентрации хлорид-аниона. Для природных вод исследуемой территории как естественное содержание хлоридов, так и его вариабельность достаточно низкие, что подтверждается на примере озер Титковского и Кочешковского (1,5–2,5 мг/л), Жаренского (1,5–3,6 мг/л), Светлояр (2,5–3,5 мг/л) и Нестиар (5,0–5,5 мг/л). В нашем ряду отличились воды Спасского и Юрасовского водоемов, в которых концентрация хлоридов оказалась на более высоком уровне – соответственно 31,4 мг/л и 36,8 мг/л.

Содержание общего железа в водах всех водоемов оказалось примерно на одном, но на достаточно высоком уровне, которое к тому же превышало нормы, установленные по водоемам хозяйственного использования. В частности, все озера характеризовались концентрацией железа на уровне 0,44–0,51 мг/л, а наибольшее его содержание было установлено в водах озер Титковское и Кочешковское – 0,60 мг/л. Индивидуальная вариабельность данного показателя в толще воды каждого из водоемов была на очень низком и низком уровне, а относительно повышенный фон железа обусловлен естественными геохимическими процессами избыточного вымывания его солей из подзолистых почв и подстилающих пород, свойственных территории таежной зоны [9, 10, 15, 16].

Заключение

В работе были представлены результаты первичных эколого-геохимических исследований воды из природных озер Нижегородской области (Титковское и Кочешковское, Светлояр, Нестиар, Спасское и Юрасовское), которые имеют статус особо охраняемой природной территории. В целом по водам водоемов была выявлена примерно одинаковая тенденция в содержании веществ базового состава, среди которых нейтральная кислотность в диапазоне 6,04–7,78 ед. рН, мягкая и средняя жесткость в диапазоне 0,19–5,95 мг-экв./л, ультрапресная и пресная минерализация в диапазоне 20–232 мг/л (за исключением повышенно минерализованной воды из Спасского и Юрасовского озер), обусловленная преимущественно гидрокарбонат-анионами (15,4–134,2 мг/л), а также сульфатами (34–215 мг/л) и хлоридами (2,0–36,8 мг/л). Относительно повышенное содержание общего железа (0,44–0,60 мг/л) обусловлено активной миграцией ионов Fe2+ и Fe3+ в подземные и поверхностные воды из почвенного покрова и литологической основы. Выявленные уровни показателей являются типичными для природных водных объектов, расположенных на территории естественного подзолистого педогенеза южно-таежной зоны по Нижегородской области. Такая тенденция согласуется с ультрапресной и пресной минерализацией, малым уровнем общей жесткости бикарбонатного характера, а также с наличием в водах низких концентраций ионов геохимического фона и относительно повышенным содержанием общего железа, которые свойственны гидрохимической характеристике малых рек, протекающих по территории Государственного природного биосферного заповедника «Керженский» [16]. Данная ООПТ также расположена в Заволжье Нижегородской области (Семеновский и Борский муниципальные районы). В целом для понимания целесообразности использования полученных данных в региональном экологическом мониторинге водных объектов в качестве водоемов с естественным геохимическим фоном необходимо проведение данных исследований в длительной сезонной динамике.


Библиографическая ссылка

Козлов А.В., Маркова Д.С., Бодякшина М.А., Клочков Е.А., Захарова А.А., Савинов М.И. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДЫ ОЗЕР ЗАВОЛЖЬЯ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ, ИМЕЮЩИХ СТАТУС ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 11. – С. 69-75;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37517 (дата обращения: 24.06.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674