Установлено, что гидрохимический состав оз. Аракуль характеризуется нейтральными и слабощелочными свойствами, отличается низким содержанием основных ионов и соединений азота. Качество воды соответствует β-мезосапробной зоне и относится к 3 классу качества – «умеренно загрязненная», с отсутствием процессов ацидофикации. Об антропогенном воздействии на озеро можно судить по наличию видов-индикаторов Alisma plantago-aquatica Linnaeus, 1753; Elodea canadensis Michx,1803; Stratiotes aloides Linnaeus, 1753 и выявленному превышению ПДК для соединений цинка и марганца в чешуе, цинка в коже и скелете Rutilus rutilus lacustris Linnaeus, 1758. Усиленная аккумуляция соединений марганца чешуей обусловлена участием плотвы, как представителя семейства карповых, в обмене данного элемента между организмом и средой обитания.
1. Введение
Оз. Аракуль располагается на границе Верхнеуфалейского городского округа и Каслинского района, относится к бассейну реки Течи и связано с Каслинской озёрной системой: Иртяш, Большой Кисегач, Малый Кисегач, Куташи, Малые Касли, Большие Аллаки, Малые Аллаки, Киреты, Сунгуль, Малое Травяное
[1][29][1]
В 21.01.1969 г. озеру Аракуль присвоено официальное название памятника природы, соответственно использование оз. Аракуль допускается только в научных, эколого-просветительских, рекреационных и природоохранных целях. В настоящее время на оз. Аракуль находится значительное количество пансионатов, гостиниц и коттеджей для отдыха, многочисленные пляжи и обилие рыбы в озере, скалы Аракульских Шиханов привлекают туристов, что может привести к нерегулируемой рекреационной нагрузке, замусориванию охранной зоны, загрязнению и ухудшению качества воды. Превышение рекреационной нагрузки приведет к снижению биологического разнообразия и деградации растительного покрова, например, существуют высокие корреляционные зависимости между биоразнообразием сосудистых макрофитов и концентрациями ионов аммония, нитрит – ионов, нитрат – ионов, фосфат – ионов
[13]
Видовое разнообразие макрофитов определяется размерами и экологическими характеристиками водоёма
[16][5][28][22][30][31][22]
Для обеспечения экологической устойчивости водных экосистем необходима организация комплексного мониторинга, включающего наблюдения за состоянием и степенью загрязнения биотических компонентов
[25][4][7][12][14][32][19][15][6][14]
На верхнем уровне в трофической системе водоемов находятся рыбы, биоаккумуляция соединений металлов тканями рыб создает угрозу здоровью человека через рыбные продукты
[18][23][26][9][27][21][2][17]
Цель исследования: изучить экологическое состояние оз. Аракуль по индикаторным возможностям высших водных растений и уровню накопления соединений тяжелых металлов в органах и тканях Rutilus rutilus lacustris Linnaeus, 1758.
2. Объекты и методы исследования
Исследования на озере проводили в трех постоянных контрольных станциях отбора проб (ПП): ПП 1: 55°59.714' N, 60°32.051' E; ПП 2: 55°59.658' N, 60°31.398' E; ПП 3: 55°59.834' N, 60°30.629' E, точки отбора проб представлены на рисунке 1.
Контрольные станции отбора проб на озере Аракуль: — — — - граница памятника природы; ——— - граница охранной зоны памятника природы; ━ ⁃ ― ⁃ ━ - граница муниципальных образований; ✸ - 2 условные точки границы памятника природы; ⚫ - 2 узловые точки границы охранной зоны памятника природы; ◯ - 2поворотные точки границы охранной зоны памятника природы; ⓵ - контрольная станция
Аналитические исследования проводились в аккредитованном центре Общество с ограниченной ответственностью «Уральская комплексная лаборатория промышленного и гражданского строительства» согласно «Федеральному перечню методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной среды» (РД 52.18.595-96).
Изучение высшей водной растительности проводили на водоеме в июле. Для получения достаточно полных данных о фитоценозе выполняли описание растительности на пробных площадях размером 5х5 м
[25][20]
Отлов рыбы производился на акватории оз. Аракуль на 3 контрольных станциях. Для анализа отбирали 0,6 кг одноразмерных взрослых особей
Накопление соединений кадмия, мышьяка, ртути, свинца, меди, цинка, никеля, марганца, железа исследовали в коже, чешуе, скелете и мышцах R. rutilus lacustris.
3. Результаты исследований и их обсуждение
Поверхностные воды представляют собой многокомпонентные природные объекты переменного гидрохимического состава, данные представлены в таблице 1.
К важнейшим показателям качества воды относится pH, от величины которого зависят физико-химические и биохимические процессы, развитие и жизнедеятельность водных растений. В оз. Аракуль рН воды соответствует нейтральным и слабощелочным свойствам вод, отличается низким содержанием основных ионов: натрия, калия, кальция, хлора, сульфата, гидрокарбоната. По ионному составу преобладает содержание гидрокарбонат – ионов, а среди катионов – ионов кальция и магния, что соответствует химическим реакциям характерным для озерных вод. Незначительные содержания соединений азота в виде нитрат-ионов и катионов аммония в воде озера указывает на отсутствие источников биологического загрязнения (коммунальные очистные сооружения, отстойники промышленных отходов, животноводческие фермы, скопления навоза, азотных удобрений, поселения и др.). Соотношение нитрит – ионов и катионов аммония, которое составляет 1:2.04, а значит в условиях оз. Аракуль в воде процессы минерализации органических веществ до нитратов протекают значительно медленнее, чем восстановление до аммиака.
Основные гидрохимические показатели озера Аракуль
Показатель | Значение, мг/дм3Missing Mark : sup | Р/хоз. норм., мг/дм3Missing Mark : sup |
pH | 6,8500 (6,8000-6,9000) | 6,0000-9,0000 |
Растворенный кислород | 7,9500 (7,9300-7,9600) | Не ниже 4,0000 |
Гидрокарбонаты | 109,3000 (107,5000-111,1000) | Не норм. |
Сульфаты | 29,9000 (23,7000-35,9000) | Не более 100,0000 |
Хлориды | < 10,0000 | Не более 300,0000 |
Ионы кальция | 29,1000 (27,800-30,4000) | Не более 180,0000 |
Ионы магния | 9,0000 (8,5000-9,8000) | Не более 40,0000 |
Ионы натрия | 7,7000 (5,8000-11,5000) | Не более 120,0000 |
Ионы калия | 3,0300 (2,6700-3,7400) | Не более 50,0000 |
Аммоний-ион | 0,1840 (<0,0050-0,3500) | Не более 1,5000 |
Нитрит-ион | 0,1100 | Не более 0,0800 |
Нитрат-ион | 0,4700 (<0,1000-0,6800) | Не более 40,0000 |
Фосфаты (по Р) | < 0,0500 | Не норм, |
Железо общее | 0,0640 (0,0500-0,0890) | Не более 0,1000 |
Медь | < 0,001 | Не более 0,0010 |
Цинк | 0,0360 | Не более 0,0100 |
Марганец | 0,0050 (<0,0020-0,0070) | Не более 0,0100 |
Свинец | 0,0022 (<0,0020-0,0026) | Не более 0,0060 |
Кобальт | < 0,0025 | Не более 0,0005 |
Никель | < 0,0050 | Не более 0,0100 |
Кадмий | <0,0002 | Не более 0,0008 |
Содержание в воде ионов тяжелых металлов (меди, свинца, кадмия, никеля, кобальта) значительно ниже предельно допустимых, следовательно, отсутствует сток промышленных вод в озерные воды, на отсутствие промышленных стоков в озерные воды указывают и концентрации общего железа и марганца, содержание которых в воде значительно ниже их ПДК. Повышенные концентрации ионов цинка являются следствием трансграничного переноса атмосферных осадков и геологического строения подстилающих пород, так дно озера каменисто-песчаное, песчаное, песчано-илистое, встречаются слабо заиленные галечники, в центре озера – илы. Илистые отложения характеризуются высоким содержанием органических веществ и способствуют активному накоплению соединений тяжелых металлов.
В 2020 г. степень зарастания акватории озера макрофитами составила менее 3%, что указывает на отсутствие агрессивного наступления растительности на водоем. В распространении макрофитов по акватории оз. Аракуль прослеживается дифференциация на два сектора: северо-восточный и юго-западный. В северо-восточном секторе водоема сообщества высшей водной растительности развиты слабо или отсутствуют. В юго-западной части озера благоприятному развитию высшей водной растительности способствуют морфометрия водоема – плавное падение дна и изрезанность береговой линии, а также ландшафтный фактор – понижение рельефа. Среди высшей водной растительности отмечены три формации макрофитов: воздушно-водная, плавающая и с плавающими листьями и погруженная растительность. Последняя формация имеет наибольшее распространение в водоеме. Она прослеживается в южной части и вдоль западного берега. Формирование и распространение остальных формаций в большей степени связано с заливами водоема. Здесь широко распространены сообщества ежеголовниково-осоково-тростниковых сплавин,
В ходе исследования обнаружено 11 видов макрофитов – Persicariaamphibia(L.) DELARBRE, 1800; Schoenoplectus lacustris (L.) Palla, 1888; N. Lutea; Potamogeton lucens Linnaeus, 1753; Potamogeton crispus Linnaeus, 1753; Potamogeton perfoliatus Linnaeus, 1753; Eleocharis palustris (L.) Roem. & Schult., 1817; Sagittaria sagittifolia Linnaeus, 1753; Stratiotes aloides Linnaeus, 1753; Alisma plantago-aquatica Linnaeus, 1753; Elodea canadensis Michx,1803. Обнаруженные виды P.lucens, P. crispus, P.perfoliatus, E. canadensis свидетельствуют об органическом загрязнении водоема (Гигевич, Власов, Вынаев, 2001) и соответствии воды β-мезосапробной зоне (1,51-2,50) и 3 классу качества – «умеренно загрязненная» [32], [14], рисунок 2. Эти же виды указывают на отсутствие процессов ацидофикации воды, что подтверждается показателем рН – вода соответствует нейтральным и слабощелочным свойствам вод, таблица 1.
Распределение видов макрофитов-биоиндикаторов качества воды от общего количества обнаруженных макрофитов
Присутствие
Виды
Содержание соединений тяжелых металлов (ТМ) в органах и тканях различается по сезонам, зависит от многих факторов, обусловленных физиологическими процессами, например, перераспределением элементов в организме в процессе размножения. Плотва нерестится в мае. Путь поступления соединений ТМ в организм специфичен: непосредственно из воды через жабры, с кормом по пищевым цепям, через кожные покровы. Ассортимент питания плотвы очень разнообразен и включает растительность, зоопланктон, личинки насекомых, моллюски и детрит. Ранжирование ионов металлов по органам и тканям плотвы представлено в таблице 2 и на рисунке 3.
Содержание ионов металлов в органах и тканях R. rutilus lacustris
Соединения ТМ | Органы и ткани | , мг/кг | ПДК | |||
, мг/кг | , мг/кг | , мг/кг | , мг/кг | |||
Pb | 0,550±0,060 | 0,170±0,017 | 0,050±0,005 | 0,090±0,009 | 0,215 | 1,0 |
Cd | 0,220±0,022 | < 0,01 | < 0,010 | 0,150±0,015 | 0,098 | 0,2 |
Hg | < 0,0025 | 0,0181±0,0072 | 0,0201±0,008 | 0,0101±0,004 | 0,0127 | 0,5 |
Cu | < 0,500 | 0,990±0,100 | < 0,500 | < 0,500 | 0,6225 | 10,0 |
Ni | 0,140±0,014 | 0,420±0,040 | 0,050±0,005 | 0,110±0,011 | 0,180 | 20,0 |
Zn | 100,000±10,000 | 54,000±5,400 | 11,700±1,200 | 60,600±6,100 | 59,500 | 40,0 |
Mn | 16,400±1,600 | 1,930±0,190 | 0,200±0,020 | 9,200±0,900 | 6,933 | 10,0 |
As | < 0,03 | < 0,03 | < 0,03 | < 0,03 | < 0,03 | 0,3 |
Fe | 33,400±0,280 | 8,000±0,280 | 3,200±0,280 | 7,100±0,280 | 12,925 | 30,0 |
Распределение ионов тяжелых металлов по органам и тканям плотвы сибирской (Rutilus rutilus lacustris (Pallas))
Превышение концентраций соединений марганца были обнаружены только в чешуе рыбы. Учитывая, что для 61,1 % проб воды содержание ионов марганца менее 0,0020 мг/дм3 Missing Mark : sup(0,2 ПДК), а для 27,8 % проб – находилось в пределах 0,0073-0,0097 мг/дм3Missing Mark : sup, можно предположить, что покровные ткани, особенно семейства карповых (
[25]
Активное аккумулирование соединений марганца в органах и тканях плотвы происходит даже при незначительных их количествах в воде, что определяется механизмом биологического действия d-элементов, способных к комплексообразованию. Марганец, являющийся d-элементом с незаполненными d-подуровнями, характеризуются максимальной комплексообразующей способностью [3].
4. Заключение
1. Гидрохимический состав воды оз. Аракуль характеризуется нейтральными и слабощелочными свойствами, отличается высоким уровнем растворимого кислорода, низким содержанием основных ионов и соединений азота,
более медленной минерализацией органических веществ до нитратов, чем восстановление до аммиака
2. Для оз. Аракуль отмечены три формации макрофитов – воздушно-водная, плавающая и с плавающими листьями и погруженная растительность. По составу видов-индикаторов вода оз. Аракуль соответствует β-мезосапробной зоне и относится к 3 классу качества – «умеренно загрязненная», характеризуется отсутствием процессов ацидофикации и о начинающемся процессе эвторофикации антропогенного происхождения.
3. Повышенное содержание ионов цинка в воде, в чешуе, коже и скелете
4. Учитывая, что озеро Аракуль располагается на границе Верхнеуфалейского городского округа и Каслинского района Челябинской области, хозяйственная деятельность данных территорий, а также наличие по берегам оз. Аракуль значительного количества пансионатов, гостиниц и коттеджей для отдыха, оказывает негативное влияние на состояние экологической устойчивости водоема. Для более полной оценки уровня устойчивости необходимы регулярные исследования с целью выявления влияния происходящих климатических изменений на озерные экосистемы Челябинской области подверженные негативному антропогенному воздействию.
The additional file for this article can be found as follows:
Further description of analytic pipeline and patient demographic information. DOI:
None
None