Геоэкологическая оценка формирования водной системы Селигер в условиях антропогенного воздействия

Геоэкологические проблемы парагенетических лабильных природных комплексовболот и озер России давно уже стали предметом научных дискуссий об их водоаккумули-рующей роли и источниках пресной воды, экониш для сохранения биоразнообразия, геохимических барьерах и т. п. Озерные системы представляют собой верхние звенья речной и болотной сети. Последние определяют своеобразие состава, качество воды, особенности биоценозов, их водный, гидрохимический и гидробиологический режимы. Очевидна и роль озер как интегрального индикатора геоэкологического состояния водосборов. Одним из проявлений антропогенного воздействия является процесс эвтрофирования озер, который, начиная со второй половины XX столетия, прогрессирует и становится актуальной экологической проблемой. В последние годы в России и за рубежом принимаются меры по охране водоемов от загрязнения, но в большинстве случаев это касается крупных водных объектов — Байкал, Ладожское озеро, Волжские водохранилища, Балатон, Великие озера и др. Таким уникальным водоемам, как озеро Селигер с его сложной географической расчлененностью и водно-болотной системой, внимания уделяется явно недостаточно, хотя оно является компенсатором воды в верховье Волги, и, играет существенную роль в рекреации и водообеспечении Московской агломерации и центральных районов России.

Целью настоящей работы является — комплексная геоэкологическая оценка формирования сложной озерно-болотной системы Селигер, выявление закономерностей развития процессов загрязнения и эвтрофирования, а также разработка схемы рационального использования и экологически сбалансированной технологии добычи сапропелевых отложений. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи: разработать методику комплексных исследований сложной водно-болотной экосистемы, сформировать информационное обеспечение работы, провести комплекс многолетних полевых и лабораторных исследований на водном объекте, выполнить статистическую оценку изменчивости измеряемых характеристикизучить влияние питающих болот и водотоков, природных и антропогенных факторов на формирование гидрологического и гидрохимического режима водоемавыявить пространственно-временные закономерности химического загрязнения воды и донных отложений (ДО) различных плесов озера, увязав их с процессами эвтрофирования и вторичного загрязнения водного объектаразработать численную модель и пакет прикладных компьютерных программ для обеспечения математического моделирования ветровых течений и миграции загрязняющих веществ, а также прогноза экологического состояния сложной лимнологической системывыработать схему рационального экологически сбалансированного извлечения и использования ДО (сапропеля) для устойчивого рекреационного развития исследуемого региона.

Глава I. Аналитический обзор геоэкологических исследований водно-болотной системы Селигер

Озеро Селигер является частью Верхне-Волжской водной системы и расположено в центральной части Валдайской возвышенности на высоте 205 м над уровнем моря в окружении моренных гряд и холмов, среди которых находятся заболоченные территории.

Это одно из крупнейших озер средней полосы европейской части России. Оно имеет сильно расчлененную многоплесовую форму и состоит из 24 отдельных плесов, соединенных протоками с постоянным течением, скорость которого колеблется от 0.1 до 0.2 м/сек в зависимости от сезона года. Расчлененность озера усиливается обилием (до 160) островов, среди которых наибольшим является остров Хачин (около 30 км) (Жадин, Герд. 1961). Сложная конфигурация озера и неравномерное распределение глубин объясняется многими факторами, участвующими в формировании озерной котловины: древние тектонические и денудационные процессы, аккумулятивная деятельность ледников и размывающая деятельность больших водных бассейнов при трансгрессиях, карстовые явления. Последние в данной области развиты довольно слабо, и карстовые озера значительных размеров достигают весьма редко. Однако котловина оз. Селигер в северной части обязана своим происхождением провалу (карстовым явлениям) (Дексбах, Белогуров, 1936).

Поскольку озеро расположено вблизи водораздела, площадь его бассейна невелика, что в свою очередь обусловливает отсутствие среди его многочисленных притоков (около 110) сколько-нибудь значительных рек. Наиболее крупные из них — р. Крапивенка, впадающая в Нижнекотицкий плес, р. Черемуха (Серемуха), впадающая с севера в оз. Серемо, которое через оз. Хресное (залив Владышино) соединяется с плесом Кравотынским. Из южных плесов (Селижаровский и Нижнекотицкий) вытекает р. Селижаровка, впадающая в р. Волгу. Сток воды р. Селижаровка колеблется по годам в пределах от 200 до 1800 млн. м'' в год в зависимости от среднегодового уровня воды в озере (Справочник по водным ресурсам СССР, 1936).

Уровенный режим озера характеризуется следующими особенностями. Весной еще при ледоставе происходит медленный подъем уровня, максимум которого имеет место во второй половине апреля. Максимальные уровни превышают меженные в среднем на 0.8 м. Спад уровня происходит очень медленно, и растягивается, до осени, в октябре наблюдается незначительный подъем, вызванный осенними паводками на реках. Самые низкие уровни отмечаются в конце зимы (Давыдов, 1955).

Первые данные по морфометрии озера были приведены в классической монографии Д. Н. Анучина (1898): площадь озера — 259.7 км2 (в том числе 38.1 км2 занято островами). площадь водосбора — около 2000 км². Эти данные широко используются и в более поздних работах (Коновалова, 1951, Бреховских. Волкова, 1999). В литературе приводятся и другие цифры площади оз. Селигер, что зависит от числа озер системы, причисляемых к ней. Однако в настоящее время целесообразнее использовать справочные данные, подготовленные Государственным гидрологическим институтом (Доманицкий и др., 1971): площадь водного.

2 2 зеркала озера — 212 км, площадь водосбора — 2310 км, средняя глубина — 5.8 м, максимальная глубина — 24 м, объем водной массы — 1.22 kmj.

Рельеф дна оз. Селигер представляет собой чередование подводных гряд и углублений, имеет ряд глубоких ям. Из всех плесов самые глубокие: Полновский, Кравотынский, Осташковский и Слободской, неглубокие: Березовский, Сосницкий, Селижаровский, Волоховщин-ский.

Озеро Селигер издревле привлекало внимание исследователей. Со времени образования Киевской Руси район озера входил в Новгородские земли, а само озеро стало составной частью водного торгового пути из Новгорода в район Верхней Волги. На этом пути использовались короткие волоки. Первые упоминания о Селигере найдены в русских летописях XII и XIII веков, но на картах оно появилось лишь в XVIII веке. В те времена озеро чаще называлось Серегер. Это название имеет финские корни. Близкие по смыслу корни могут означать «чистое, прозрачное озеро», «озеро на волоке», «изрезанное озеро», «уклейное озеро» (Анучин, 1898). Со смысловой стороны эти названия действительно соответствуют реальной характеристике озера. Ранее оз. Селигер считалось одним из самых рыбных озер. Академик Н. Озерецков-ский, в 1814 г. впервые организовавший экспедицию в исток Волги и на озеро Селигер, в своей книге «Путешествие на озеро Селигер» отметил наличие в Селигере «превеликих стад рыб». Недаром в 1772 году г. Осташкову был присвоен герб «щит, разрезанный надвое горизонтальною чертою, золото с голубымв голубом поле, показывающим воду, три рыбы серебряные, плывущие слева направо, от запада на восток, изъясняющие промысел — обилие рыб». Такой «рыбный» герб в России имел только г. Осташков (цит. по: Никаноров, 1963).

Подробное комплексное изучение района Верхней Волги было проведено в 1894—1895 гг. под руководством Д. Н. Анучина. Эта экспедиция положила начало изучению термического режима озера Селигер, истории его развития. Впервые были составлены батиметрическая карта озера и гипсометрическая — его водосбора, дана физико-географическая характеристика района. В 1894—1895 гг. под руководством геолога С. Н. Никитина проводились «Экспедиции для исследования истоков главнейших рек Европейской России», по результатам которых была дана подробная геологическая характеристика оз. Селигер и его бассейна (Никитин. 1899).

Обнаруженные сапропелевые отложения в заливах оз. Селигер, а также в других озерах и болотах близлежащих территорий также привлекали внимание исследователей к озеру.

Изучение сапропелевых отложений в районе Селигера началось еще в 1918 г. по инициативе химика Н. И. Демидова, который показал промышленные перспективы этого химического сырья. Зимой 1919;1920 гг. изучались некоторые заливы оз. Селигер. Химические исследования сапропеля выполнялись с 1918 г. в Сапропелевой лаборатории в г. Осташков. Здесь же разрабатывались технологические приемы переработки сапропеля. В 1924 г. было ликвидировано сапропелевое дело в Осташкове, и лишь в 1931 г. вопрос об изучении и использовании сапропеля района оз. Селигер снова был поднят. Перед Селигерской экспедицией, организованной Советом по изучению производительных сил СССР при АН СССР в 1931 г., была поставлена задача выяснить имеются ли в оз. Селигер и в ближайших к нему водоемах и болотах сапропелевые отложения, какого они типа и их запасы (Соловьев, 1934). Поскольку целью экспедиции было найти участки озера с наибольшим запасом сапропелевых отложений, исследовались заливы, удаленные от большого плеса озера, мало проточные, замкнутые и лишенные течений. В оз. Селигер такими объектами стали заливы Емша, Величко и Вясец-кий, по которым имеются довольно подробные анализы илов (механический состав, остатки планктонных организмов и макрофитов) (Степанова, Белоголовая, 1934). Кроме указанных заливов, исследования проводились также на Селижаровском плесе. Исследованные районы озера были отнесены к эвтрофному типу.

Первое обследование загрязнения озера сбросами кожевенного завода было произведено в 1924 году Центральным комитетом по водоохранению (Никитинский, 1927). В заключении по обследованию районов Городского (в литературе Осташковского) плеса — центральной части озера, включающей Осташковский и Слободской плесы, ближайших к месту расположения завода, указывалось, что озерные воды должны быть отнесены к категории «чистые». Об этом свидетельствовали гидрохимические показатели: 7.5 мг О/л в фильтрованной воде, зимой — 6,1 мг О/лнебольшое количество взвешенных веществ — летом — 4,4 мг/л, зимой — 0- небольшое содержание хлора летом — 3,4 мг/л, зимой- 21 мг/л. Соединения азота, а также сероводород в озере не обнаружили. Вместе с тем данные анализа сбросов кожевенного завода показали, что они могли явиться источником загрязнения. Заметных признаков загрязнения не было обнаружено даже в районе сброса заводских вод, из чего Я. Я. Никитинский заключил, что имелись условия эффективного смешивания этих вод с озерными и быстрого переноса их от места выброса. К сожалению, ни в одной работе не были исследованы процессы переноса загрязненных вод.

В 1932;1933 гг. на оз. Селигер работала экспедиция Лаборатории гидробиологии Московского государственного университета, основной целью которой было рыбохозяйственное обследование озера. Этой экспедицией впервые была определена биологическая продуктивность озера. Впервые были проведены подробные ихтиологические исследования: собраны статистические сведения об уловах и составе уловов, изучены темпы роста и питание отдельных видов рыб, намечены мероприятия по улучшению и увеличению рыбной продукции (Дексбах, Белогуров, 1936). Были выполнены гидрохимические исследования различных районов озера и обобщен весь гидрохимический материал, полученный в предшествующие годы — 1915, 1924, 1930 гг. другими исследователями (Державин, 1931). Однако можно констатировать, что к этому периоду гидрохимию оз. Селигер нельзя считать изученной сколько-нибудь подробно: до работы Московской экспедиции анализировались пробы лишь из районов, примыкающих к г. Осташкому и в Селижаровском плесе, а при проведении самой экспедиции отбор проб на гидрохимические исследования проводился однократно и на небольшом количестве станций (10). Тем не менее, было показано, что окисляемость (перман-ганатная) воды невелика — около 6 мг/л (около города и вблизи кожевенного завода — 20.8 мг/л). активная реакция воды на поверхности щелочная, с глубиной она приближается к нейтральной. Проведенные исследования по ихтиофауне позволили отнести оз. Селигер в целом к продуктивным водоемам, а некоторые его части — к высокопродуктивным (Дексбах, Ска-довский, 1936). По результатам этой экспедиции были намечены мероприятия по улучшению и увеличению рыбной продукции, однако эти рекомендации остались нереализованными.

В конце 40-х — начале 50-х годов сотрудниками кафедры гидрологии географического факультета МГУ были уточнены и дополнены гидрологические характеристики озера. Были обобщены данные по колебаниям уровня воды за период 1847—1945 гг.: максимальный среднегодовой подъем уровня составлял 1,22 м над нулем поста, минимальный — 0,17 м. Показана тенденция к сокращению продолжительности ледостава за рассматриваемый период от 184 до 145 дней, что уже тогда объяснялось постепенным потеплением климата. Впервые был рассчитан, водный баланс озера, который подтвердил большое значение грунтовых вод в питании озера, составляющих 80% общего притока воды в маловодные годы и 16% - в многоводные. Хорошая проницаемость почв, наличие озер и болотистых территорий на водосборе оз. Селигер обеспечивают обильные запасы грунтовых вод и создают условия для равномерного распределения стока в течение года. Впервые была схематично представлена ландшафтная структура озера: леса — 48%. болота — 18%, пашни — 11%, сенокосы — 10%о, водные пространства — 13% (Коновалова, 1951). Однако, взаимодействие болотных комплексов и озера исследовано до настоящего времени не было.

Дальнейшее исследование оз. Селигер после значительного перерыва началось в 1959 г., когда было создано Осташковское отделение ГосНИОРХ. Основными задачами работы отделения было изучение природных особенностей озера как среды для обитания рыб, оценка состояния рыбных запасов и рыбного хозяйства, разработка мероприятий по регулированию рыболовства, рыбоводства, акклиматизации и рациональной организации промысла.

Бурмистров, 1963, Ефимова, 1963; Шангин, 1963; Никаноров, 1963). Организация отделения ГосНИОРХ на оз. Селигер была оправдана, поскольку последнее является одним из основных промысловых водоемов в Европейской части России. Однако уловы рыбы на озере в результате нерационального ведения хозяйства сокращались из года в год и в 1962 г. составляли 2736 ц против 5500 ц в 1952 г.

Исходя из физико-географических и гидробиологических особенностей отдельных частей озера, озеро было разделено на 7 основных плесов: Полновский, Кравотынский, Воло-ховщинский, Березовский, Городской (Осташковский и Слободской), Весецкий, Селижаров-ский. Такое разделение озера было принято и сохраняется по настоящее время, что облегчает его изучение и сопоставление полученных данных. Отделением выполнены за период 19 591 961 гг. помимо ихтиологических и гидрохимические исследования. Показано, что благодаря открытому положению и значительной площади отдельных плесов легко достигается полное ветровое перемешивание разных слоев воды до глубин 10−12 м, и до этой глубины наблюдается хорошее насыщение воды кислородом. Дефицит кислорода в придонных слоях воды глубоководных участков озера как в летний период, когда минимальное содержание кислорода составляло 20−30% насыщения, так и в зимний период с минимальным содержанием кислорода 14−73% насыщения, большого значения не имеет, так как площадь озера с глубиной свыше 15−20 м относительно невелика. Однако в отдельные годы были отмечены зимние заморы рыбы в Весецком плесе (Бурмистров, 1963). Кислородный режим озера в безлед-ный период в целом характеризовался состоянием, близким к насыщению, крайние значения содержания кислорода колебались от 80 до 130%>. Сравнительно высокое его содержание сохранялось в глубинных слоях в периоды летней и зимней стагнации. Между отдельными плесами наблюдалась небольшая разница. В Городском плесе перенасыщение кислородом летом достигало 130%, а в других плесах не превышало 113%. Зимой только в придонных слоях Городском плеса была отмечена убыль кислорода до 14% на глубине 20 м, во всех же других плесах сохранялось 50 — 13%.

По классификации O.A. Алекина (1953), озеро было отнесено к классу маломинерализованных гидрокарбонатных вод кальциевой группы. По сравнению с 30-ыми годами, наблюдались достаточно высокие значения перманганатной окисляемости, которые колебались от 7.7 до 26.0 мгО/л. Возможно, это было связано с методическими различиями. Озеро по биологическим показателям было отнесено к эврофному типу (Никаноров, 1963). Общая минерализация (без калия и натрия) вод Слободского плеса, которая составляла 78 — 131 мг/л, была несколько выше, чем в других плесах, где она колебалась от 70 до 93 мг/л. В содержании бикарбонатов (45 — 93 мг/л) существенных различий между плесами отмечено не было, поэтому можно заключить, что более высокая минерализация воды Слободского плеса обусловлена повышенным содержанием других компонентов солевого состава. Содержание хлор-иона в Слободском плесе составляло 9 — 20 мг/л, а в других плесах — 1 — 7,8, сульфат-иона соответственно 5 — 12 и 0,2 — 10 мг/л. В отдельные сезоны в Городском плесе отмечалось несколько повышенное содержание кальция. По содержанию фосфатов не было обнаружено существенных различий между отдельными плесами. Однако ввиду небольших их количеств и недостаточного числа определений эти различия могли остаться невыявленными. Соединения азота не определялись.

Рассмотренные исследования были дополнены анализами воды, выполненными в начале августа, в конце октября 1960 г. и в конце мая 1961 г. в частях Городском плеса, ближайших к месту расположения кожевенного завода: в середине Емшинского залива и напротив устья р. Емши, в которую, как уже указывалось, сбрасывались заводские сточные воды. Содержание бикарбонат-иона в воде колебалось от 95 до 134 мг/л, хлор-иона-от 18,5 до 87,9 мг/л, сульфат-иона — от 5 до 19 мг/локисляемость изменялась от 19,6 до 53,8 мгО/л. Анализ жидкости, взятой 9 мая 1961 г. из сбросного лотка завода, показал следующее содержание в ней основных компонентов (в мг/л): НСОз — 2381.0, С1 — 2941.0, 804 -350.0, Са- - 367.4- окисляемость составляла 712,5 мг О г/л, кислород отсутствовал. Жидкость содержала много частиц мездры и шерсти во взвешенном состоянии. По этим данным можно считать, что заводские сбросы, не подвергающиеся удовлетворительной очистке, могли оказывать постоянное влияние на гидрохимический режим Городского плеса, особенно его западной части (Бурмистров, 1963).

Плесы различались по прозрачности воды. Измерения (Бурмистров. 1963). проведенные при помощи белого диска летом 1960 г. показали, что в Городском плесе она колебалась от 0,6 до 1 м, а в Кравотынском, Волоховщинском и Березовском плесах — от 1 до 4,5 м.

Различия между Городским плесом и другими частями озера, установленные наблюдениями 1959; 1961 гг., были подтверждены и в 1964 г. (Россолимо, Покровская, 1967), причем было уточнено, что отличительные особенности Городского плеса относятся главным образом к его западной части. Очевидно, своеобразие этого плеса не случайно, нетрудно видеть, что оно отражает воздействие сбросов кожевенного завода и города. Сосредоточение этих явлений в Городском плесе, особенно в его западной части, связывалось, по мнению авторов, с обособленностью отдельных плесов сильно расчлененного озера.

Сложность очертаний водной поверхности, распадающейся на плесы и образующей более или менее обособленные крупные заливы, ведет к пространственной неравномерности развития евтрофирования. Анализ результатов наблюдений 1959;1961 гг. и 1964 гг. позволяет заключить, что в химизме вод Городского плеса возникли особенности, выражающиеся в более или менее значительном повышении содержания некоторых веществ, которое может рассматриваться как загрязнение. После анализа, результаты позволили предположить более глубокие, вероятно, необратимые изменения режима плеса в сторону его эвтрофирования. Если И. Ф. Бурмистров (1963) отнес Селигер к мезотрофному типу с несколько более выраженными чертами эвтрофии, то по наблюдениям 1964 г. можно судить о ее более сильно выраженных чертах, особенно в западной части Городского плеса. При сопоставлении температурных условий в августе 1960 г. и в конце июля 1964 г. следует, что условия стагнации и в том, и в другом году были одинаковы, однако при сравнении показателей с 1964 годом наблюдались явные отличия. Степень развития явлений стагнации в 1964 году может рассматриваться как высокий показатель эвтрофирования, особенно в западной части Городского плеса. Причины более высокого уровня эвтрофирования этого района, очевидно, (по мнению авторов) нужно искать в поступлении в него бытовых сточных вод г. Осташкова и главным образом сбросов неочищенных вод кожевенного завода. В озеро вносится большое количество органических веществ в растворенном и взвешенном состоянии. Эти вещества быстро окисляются в озере, обогащая его соединениями азота и. фосфора, что ведет к повышению уровня первичной продукции органического вещества, соответственному увеличению потребления кислорода в глубинных слоях озера и возникновению анаэробных условий (Рос-солимо, Покровская, 1967). По данным Оле (Ohle, 1955), этому способствует образование сероводорода, усиливаемое повышенным поступлением в озеро сульфатов. Анаэробные условия в глубинных слоях способствуют переходу фосфора из донных отложений в воду, вовлечению его в биотический круговорот, т. е. к эвтрофированию озера. В отдельных плесах многокотловинного озера Валдайской возвышенности, достигшего по разным показателям уровня мезотрофии (промежуточный тип озер между олиготрофными и эвтрофными), обнаруживаются различия, позволяющие судить о разной скорости антропогенного эвтрофирования. Эти различия наблюдаются во время летней и зимней стагнации в глубинной области и выражаются в разной скорости поглощения кислорода, накоплении свободной углекислоты аммиака. Разная скорость развития антропогенного эвтрофирования в отдельных частях озера Селигер обусловлена неравномерным размещением источников эвтрофирующих веществ в пределах водосбора.

Колебания уровня трофии, наблюдаемые в настоящее время в водоемах (Экология зарастающего озера., 1999; Изменение структуры экосистем озер., 1988), подвергающихся антропогенным воздействиям, происходили, судя по палеолимнологическим данным и стратиграфии донных отложений, в ходе исторического развития озер и свидетельствовали об изменениях скорости продукционных процессов.

По данным исследований, проведенных на озере Селигер в 1964 году (Россолимо, Покровская, 1967), признаки эвтрофирования водоема были выражены не резко. Наблюдения за состоянием озера показали, что эвтрофирующее влияние сбросов и стоков не очень велико и процесс развивается медленно и неравномерно в разных частях озера. Авторы исследований делают следующие выводы:

1. Вследствие многолетнего поступления сбросовых вод кожевенного завода и коммунальных вод г. Осташкова озеро Селигер обнаруживает признаки загрязнения и изменения режима.

2. Признаки загрязнения выражаются в повышенном содержании в озерных водах хлоридов, сульфатов, железа, органических соединений и некоторых других веществ, приносимых сбросами и стоками.

3. Усиление явлений стагнации: увеличение поглощения кислорода в глубинных слоях и расширении области кислородного дефицита, появлении сероводорода, аммиака и других восстановленных соединений, увеличении содержания соединений азота и фосфора.

4. Развитие эвтрофирования происходит неравномерно в отдельных плесах сильно расчлененного озераособенно интенсивно оно развивается в Городском плесе (западная часть), где распространяется влияние сбросов кожевенного завода и города.

Усиление антропогенного воздействия на оз. Селигер способствовало организации научных экспедиций по исследованию состояния отдельных биологических сообществ. Летом 1979;1980 гг. сотрудники кафедры ботаники ЛГУ проводили флористические исследования на оз. Селигер (Паутова и др., 1987, Паутова и др., 1988). Водные растения, как известно, являются хорошими регуляторами качества окружающей среды. Они, очищая воду, активно накапливают и трансформируют многие загрязняющие вещества, которые при определенных концентрациях становятся токсичными для самих растений, вызывая их гибель. По результатам экспедиции был составлен список высших водных растений оз. Селигер, насчитывающий 102 вида, а также выделены участки озера с местонахождением наиболее редких видов, некоторые из которых занесены в Красную книгу СССР. Была обоснована необходимость организации на этих участках заповедных зон. Отмечалось, что высшая водная растительность озера подвергается негативному воздействию со стороны туристов и отдыхающих.

С 1980 по 1990 года сапропелевыми отложениями озера Селигер детально занималась группа под руководством В. И. Косова (Калининский политехнический институт). Были проведены лабораторные и комплексные полевые исследования по изучению генезиса сапропелей озера Селигер и ряда внутренних озер, а также сапропелевых отложений под торфяными залежами. Изучены их физико-химические, биологические и бальнеологические свойства. Авторами исследований торфяных и сапропелевых отложений (Косов и др., 1991) были разработаны, запатентованы и прошли испытания новые технологии добычи и переработки сапропелей.

Данные наблюдений 1991 года (Бреховских, Волкова, Золотарева, 1997) показали, что загрязнение водной среды и изменение гидрохимического режима выразились в увеличении содержания в озерных водах хлоридов, сульфатов, железа, органических соединений и других веществ. При изучении загрязнения озера тяжелыми металлами особое внимание было уделено Осташковскому и Слободскому (Городскому) плесам, поскольку этот район испытывал наибольшую антропогенную нагрузку. Летом 1991 года в водах озера отмечалось высокое содержание органического вещества и его значительная пространственная изменчивость.

Авторы делают заключение, что эвтрофикация озера Селигер обусловила его переход из олиготрофного состояния в мезотрофное с отдельными эвтрофными зонами, о чем свидетельствуют данные кислородного режима озера. Антропогенное воздействие привело к накоплению в донных отложениях тяжелых металлов. Однако, процесс деградации озера происходит сравнительно медленно, он неоднороден в различных плесах озера.

При анализе влияния промышленных сбросов на оз. Селигер (Бреховских, Волкова, 1999) было выделено три участка, отличающиеся по степени нагрузки: I — Городской и Се-лижаровский плесы, II — Березовский, Елецкий и Троицкий плесы, III — Сосницкий, Краво-тынский и Полновский плесы. Подтверждено, что наибольшая антропогенная нагрузка приходится на Городской плес, и поэтому его характеристики существенно отличаются от участков II и III. Более высокие концентрации Ог в придонном слое Сосницкого плеса (32−41% насыщения), по сравнению с Городским и Березовским, свидетельствуют о более благополучном состоянии этого плеса. Установлено, что формирование дефицита О2 в придонном слое тесно связано с образованием термоклина, который оказывает существенное влияние на процессы обмена в водной толще. Известно, что коэффициенты диффузии О2 в термоклине малы (их значения могут на 1−2 порядка отличаться от отмеченных в эпилимнионе и гипо-лимнионе). В результате поток растворенного в воде О2 через термоклин может уменьшаться до пренебрежимо малых значений (Бреховских, 1988). Глубина слоя температурного скачка составляла от 6 м в Городском плесе до 4 м — в Сосницком, причем максимальная величина градиента температуры в слое скачка достигала 5,0°С/м. Интересно то, что образование термоклина впервые было обнаружено в водах озера. Результаты всех предыдущих исследований говорили наоборот об обратном: «.полное ветровое перемешивание разных слоев воды до глубин 10−12 м, и до этой глубины наблюдается хорошее насыщение воды кислородом.» ('Бурмистров, 1963).

Органическое вещество, содержащееся в водах оз. Селигер имеет природное и антропогенное происхождение. В частности для него характерно высокое содержание растворенных органических соединений природного происхождения, .поступающих за счет вымывания гумусовых веществ почвенного покрова. В Городском плесе в районе молокозавода значения.

БПК5 составляли 8,5 мгО/л (воды сильно загрязненные) и ХПК 15,8 мгО/лв Кравотынском плесе — 1,8 и 24,0, в Сосницком плесе — 1,9 и 26,0 и в Березовском — 2,5 и 28,0 мгО/л соответственно. По значениям БПК5 воды районов II и III относятся к категории чистых.

В результате антропогенного воздействия на Городском плесе наблюдается наиболее высокое загрязнение вод и донных отложений (ДО) тяжелыми металлами (ТМ). Большая часть исследуемых микроэлементов присутствовала в озерной воде как в растворе, так и в составе взвесей в виде органических и минеральных соединений. Содержание микроэлементов в воде в растворенной форме низкое и не превышает ПДК. Более высокое содержание ТМ отмечено во взвеси (Сг, Со, N1). Десорбцию этих элементов (переход из взвеси в раствор) летом сдерживала щелочная реакция среды. рН менялся по акватории озера от 7,72 до 8,93. Изменчивость растворенных форм исследуемых микроэлементов достаточно велика, коэффициенты вариации изменялись в диапазоне от 0,26 (Си) до 1,58 (РЬ). Достаточно высокая изменчивость наблюдалась и для С&Zn, Мп. Величины вариабельности также подтверждают это: для концентрации РЬ Р/М равно 9,38, Сё (5,86), Мп (4,33), Ъл (4,27), менее изменчивы концентрации Ве (0,35), Бг (1,12), Си (1,12). Самая значительная изменчивость для микроэлементов наблюдалась в районе сбросов сточных вод и в транзитном плесе, выносящем загрязняющие вещества в р. Селижаровку. Загрязненность сточных вод Городского промышленного узла ТМ составляла 0,01−16,7 ПДК. Наибольшее превышение составляло 40,9 ПДК.

Значительно загрязнены ТМ были и донные отложения (ТМ) озера. Коэффициенты вариации ТМ для ДО имели более высокие значения, чем для воды и изменялись в диапазоне от 0,28 (Бе) до 3,02 (Сг). Более высокие были и величины вариабельности М/Р (Сг — М/Р = 14,28, для N1 — 12,5, С<1 — 8.33). Процесс загрязнения ДО усугубился тем, что микроэлементы закреплялись на мелких глинистых и органических частичках ДО. Наиболее загрязненным являлся район выпуска сточных вод предприятий г. Осташкова, где концентрации Мо, V, Со, Бе, Аэ, превышают предельно допустимые.

Исследования совместной с сотрудниками МГУ экспедиции 1991 г. показали, что водоем подвержен эвтрофированию, но процесс идет пока сравнительно медленно. Однако было выявлено, что по сравнению с 70-м годом, когда эвтрофированию был подвержен в основном только Городской плес, в 90-е годы этот процесс охватил и другие участки озера.

На основании анализа научных исследований, выполненных ранее была сформулирована цель и уточнены задачи настоящей работы.

По общей оценке всего изложенного выше можно сделать следующие заключения:

Исследования комплексной геоэкологической оценки озера и болотных экосистем практически не проводились. Чаще всего основными целями исследователей было изучение природных особенностей озера как среды для обитания рыб и оценка состояния рыбных запасов.

Подробные гидрохимические исследования проводились лишь в центральной части озера, подверженной влиянию стоков кожевенного завода. Число станции было довольно мало и отбор проб проводился однократно и в один год. Результаты некоторых исследований (например, по содержанию кислорода) являются противоречивыми и несопоставимыми друг с другом. Состав и структура (стратификация) донных отложений изучен не достаточно.

Не изучалось вообще влияние качества болотных вод на озерные водные массы. Данные по условиям и качеству водного питания озера несколько устарели (Коновалова, 1951) и позднее не уточнялись.

Была составлена лишь батиметрическая карта озера, однако не были изучены картины ветровых течений, что особенно важно для оценки миграции и накопления загрязняющих веществ.

Донные отложения в виде сапропеля изучались лишь фрагментально в заливах Емша, Величко и Вясецкий (Соловьев, 1934), поскольку целью экспедиции было обнаружить участки озера с их наибольшим запасом. Исследователями не разрабатывались технологические приемы извлечения сапропеля и не были предложены пути его комплексного использования с учетом видового разнообразия состава и свойств.

Поэтому в выполненных автором исследованиях наметилась возможность теоретического и экспериментального-практического решения этих вопросов путем комплексных полевых и лабораторных исследований с подробным изучением и учетом антропогенных и техногенных источников, а также основных загрязняющих веществ, поступающих в воды этой сложной водно-болотной системы. Комплексная оценка качества воды озера Селигер, проводимая путем многолетнего отбора проб по специально разработанной сети станций, выявление пространственно-временных закономерностей формирования гидрохимического режима и состава донных отложений позволит изучить и управлять сложным процессом изменения экологического состояния водоема. Смоделированные ветровые течения дадут возможность получить картину миграции и накопления в составе донных отложений загрязняющих веществ и составить прогноз на будущее. Подробные исследования наиболее эвтро-фированных участков озера с позиции взаимодействия парагенетических комплексов «болото-озеро», выявление причин и условий эвтрофирования и постепенного заболачивания до настоящего времени не проводились и важны не только с научной, но и с практической стороны. Поэтому детальные исследования мощных донных накоплений в виде сапропелевых отложений озера Селигер позволят выработать комплекс предложений по рациональному их использованию.

Глава 2. Разработка методики комплексных геоэкологических исследований сложной озерно-болотной экосистемы.

Заключение

.

Комплексная геоэкологическая оценка сложной водно-болотной экосистемы оз. Селигер позволила решить научную проблему о взаимодействии парагенетических комплексов, установить пространственно-временные закономерности загрязнения и эвтрофирования оз. Селигер и разработать экологически сбалансированную технологию добычи и схему рационального использования сапропелевых ресурсов. На основании выполненных исследований можно сформулировать следующие основные выводы и заключения:

1. Разработана методика геоэкологической оценки состояния водных и болотных объектов природного комплекса Селигер. Основные позиции методики и разработанные положения реализуются на примере водного геокомпонента. Геоэкологическая оценка сложного водного объекта базируется на основе экологического регламентирования, большом фактическом материале экспедиционных, режимных наблюдений, комплексных полевых и лабораторных исследований с широким привлечением статистических, математических — численных методов компьютерного моделирования и обработки информации. Она реализуетстся как экодиагностика текущего состояния, прогноза и ресурсной оценки полезных ископаемых (сапропеля), причем главный акцент делается на водный геокомпонент.

2. Водная система Селигер анатизируется как система сложных парагенетисческих комплексов «болото-озеро», причем последнее расчленено на плесы, подвергнутые антропогенным и техногенным воздействиям с различной загрязненностью и уровнем трофии, а также мощными сапропелевыми отложениями. Установлено, что за последние десять лет наметилась тенденция увеличения значений таких гидрохимических показателей как цветность, кислотность, на порядок увеличилось содержание нитратов (более 20 ПДК рыб.хоз.) и снижение растворенного кислорода в воде. Выявлен рост содержания железа общего в воде по сравнению с 1990 г. в 2−5 раз. Наблюдается четкая тендения в сторону ухудшения классификационных признаков (индексов) качества воды по интегральным оценкам. Установлено, что значения индекса БПК5/ПО имеет тенденцию к снижению, характеризуя переход загрязняющего органического вещества за последнее десятилетие от «сильно сапробного» к «природному».

3. Выявлено, что по содержанию ТМ в ДО наиболее загрязненными являются Слободской и Осташковский плесы, где их средние концентрации превышают ПДК почв в 2 -8 раз. Показано, что за счет десорбции ТМ из ДО, концентрации хрома общего в воде возросли в 3 — 14 раз. Определено, что в профундальной зоне идет более интенсивное накопление ТМ в.

ДО, чем в литеральной (концентрации Си и РЬ в 10 раз больше). Установлены корреляционные связи и получены регресионные уравнения для ТМ и ОВ в ДО.

4. Отмечено значительное снижение величин окисляемости, жесткости, гидрокарбонатов и хлоридов за последние 40 лет, что обусловлено возрастанием роли поверхностных (болотных) вод. Комплексная оценка уровней трофии позволила отнести заливы Весецкий, Величко и оз. Серемо. к эвтрофному типу, а плесы оз. Селигер к мезотрофному с признаками эвтрофии.

5. В результате численного моделирования центральной части оз. Селигер выявлены поля стоково-ветровых течений с множеством (около 20) циркуляционных зон величиной от 1 до 5 км, способствующих миграции загрязненных вод в северные плесы водоема, что подтверждается фактическими данными экспедиционных исследований. Доказано негативное влияние гидротехнического сооружения на степень загрязнения центральной части озера. Проведенная верификация модели, подтвержденная адекватностью фактических данных, доказывает возможность использования ее для прогноза экологического состояния мелководных водоемов.

6. Детальное изучение состава и свойств сапропелевых отложений, а также способов и технологий его добычи позволили разработать схему рационального использования сапропеля, обосновать и внедрить экологически сбалансированный селективный способ его извлечения с обеспечением требуемого качества сырья. Подтверждена его технико-экономическая эффективность.