В современных условиях на огромных, интенсивно осваиваемых водосборных територриях бассейна Иртыша защитить биоресурсный потенциал от негативного антропогенного воздействия – задача трудно выполнимая. Изучение экологии столь масштабных природных систем – фундаментальная многоплановая проблема. Результаты таких исследований составляют основу рациональных решений в области природопользования. Решением данной проблемы может стать проведение последовательного экологического мониторинга за состоянием водной среды в ключевых местообитаниях популяций рыб - русловых ямах. Размеры русловых ям не превышают сотен гектаров и поэтому, достаточно локального нарушения среды такой акватории и катастрофические последствия для рыбных ресурсов бассейна в целом неминуемы. В этой связи следует учитывать, что уязвимость русловых ям для антропогенного воздействия весьма значительна. Таким образом, с позиции сохранения и рационального использования биоресурсов русловые ямы можно отнести к категории особо важных биотопов Иртышского бассейна [4].
В нижнем течении Иртыша (Тюменская область, Уватский район) расположена одна из крупных русловых ям Обь-Иртышского бассейна – Горнослинкинская, площадью 58.3 га, глубина ее достигает до 44 м. Русловые ямы относятся к водным объектам высшей (особой) категории по ГОСТ 17.1.2.04-77. Русловые ямы играют особую роль на путях миграции рыб: в ней происходит развитие молоди, откорм и зимовка массового скопления ценных рыб, а в пойменных водоемах (речки – Бартак, Миссия, Червянка) – размножение производителей, развитие эмбрионов и рост молоди.
Река Иртыш в месте проведения исследований представляет собой мощную речную артерию с шириной русла около 500 м при средней глубине по фарватеру (7÷9) м. р. Бартак соединяет во время половодья, правобережную пойму и основное русло р. Иртыш. При максимальном уровне воды глубина этой протоки в низовье, на некоторых участках, достигает 8 м, а в меженный период водоток пересыхает почти полностью. Р. Бартак во время половодья играет двуединую роль – во-первых, этот водоток является важнейшим путем перемещения рыб из р. Иртыш на обширные пойменные акватории и обратно; во-вторых, непосредственно в протоке концентрируется множество рыб [4].
Средняя глубина рек Бартак, Миссия, Червянка в период половодья с мая по июнь составляет (1,5÷2,5) м, с конца июля по сентябрь объем воды в речках значительно уменьшается.
Гидрохимический режим водоемов оказывает существенное влияние на зимовальную миграцию рыб и на формирование водной флоры и фауны (видовой состав, численность)[4].
Материал и методы исследования
Отбор проб воды для определения гидрохимических показателей проведен в май– сентябрь 2008-2009 гг.Определение суточной динамики кислородав водах р. Бартак и Горнослинкинской русловой ямы (на глубину до 35 м) выполнено в июле 2010 г. Карта-схема станций отбора проб воды на водоемах нижнего течения р. Иртыш приведена на рисунке 1.
Географические координаты створов, в которых был выполнен отборпроб воды: р. Иртыш, Миссиинская русловая яма – Е 68° 41’ 09», N58° 43’ 09”; р. Бартак - Е 68° 39’ 35” , N 58° 43’ 08”; р. Миссия – Е 68° 39’36’’, N 58° 44’ 28”; р. Червянка – Е 68° 41’ 10”, N 58° 43’ 31”.
Рис. 1. Карта-схема створов на водоемах нижнего течения р. Иртыш
Пробы воды в водоемах отбирали с поверхностного горизонта – 0.3 м и в придонном слое – (1.5÷2.5) м, а в русловой яме – с глубины 0.5, 15 и 35 м. Полевые исследования осуществляли с использованием технических средств ТКНС УрО РАН. На водоемах работали в моторной лодке, на русловой яме – на катере «Радиоэколог». Отбор проб воды осуществляли с помощью батометра Молчанова ГР-18в полиэтиленовые бутыли, предварительно тщательно подготовленные в лаборатории. Бутыли ополаскивали дважды водой со станции отбора, и после заполнения проводили консервацию воды. Здесь же измеряли температуру воды (°С) с помощью стеклянного метеорологического термометра ТМ 10, встроенного в батометр Молчанова ГР-18, и водородный показатель рН воды – стеклянным комбинированным электродом ЭСК-10601 на анализаторе АНИОН 7050. Бутыли с пробами воды помещали в темные контейнеры и в сжатые сроки транспортировали в лабораторию.В полевой лаборатории фильтровали пробы воды для анализа взвешенных и биогенных веществ, определяли содержание рН, растворенного кислорода (методом Винклера).Исследование ионного состава воды проводилось в аккредитованной лаборатории экотоксикологииТКНС УрО РАН по общепринятым методикам измерений и методам отбора проб воды, указанным в [1].Титриметрическим методом определяли концентрации НСО3-, СО32-, Ca2+, CI-, щелочности, углекислоты, жесткости. Содержание в воде N-NO3–, N-NO2–, N-NH4+, P-PO4–, Fe (растворенные фракции), SO42-, проводили фотометрическим методом на спектрофотометре UNICO-1200. Содержание калия и натрия определяли расчетным методом. Верификация аналитических методов и результатов определения химического состава вод осуществлялась по единой системе стандартных растворов при постоянном жестком внутрилабораторном контроле.
Результаты исследования и их обсуждение
К числу главных ионов или макрокомпонентов, содержащихся в природных водах и определяющих химический тип вод, относятся ионы CI-, SO4 2- , HCO3-, Mg 2+ , Ca2+, Na+ и K+ [3]. Двухлетняя динамика изменения химического состава исследуемых природных вод представлена на рисунке 2 в виде диаграммы – розы, составленная посредством откладывания на шести векторах розы трех анионов и уравновешенных с ними соответственно трех катионов в миллимолях количества вещества эквивалента на 1 дм3в выбранном масштабе. Минимальное значение жесткости воды наблюдалось на русловое яме – 2,45°Ж. На пойменных водоемах значение жесткости варьировало в пределах 3 – 4°Ж (рисунок 2). Концентрация хлорид-ионов и сульфат-ионов на речках не превышало 0,5 ммоль/дм3, на русловой яме – 0,5-0,6 ммоль/дм3.Максимальные концентрации гидрокарбонат-ионов наблюдались в поверхностных водах речек Миссия и Червянка – до 3,0 ммоль/дм3, р. Бартак – до 2,5 ммоль/дм3, на русловой яме – до 1,8ммоль/дм3.Из катионов преобладают ионы калия и натрия (суммарно), в пойменных водоемах –до 3,0 - 3,5 ммоль/дм3,на русловой яме – до 2,5 ммоль/дм3.Концентрация ионов магния не превышает 2,0 ммоль/дм3.
Рис. 2. Химический состав поверхностных вод (в ммоль/дм3) водоемов в районе Горнослинкинской зимовальной русловой ямы нижнего течения р. Иртыш
Высокое содержание ионов кальция характерно для слабоминерализованных вод, с ростом минерализации концентрация ионов кальция уменьшается. Содержание ионов кальция в исследуемых водах невысокое и варьирует в среднем от 1,0 до 2,0 ммоль/дм3. Так как среднее значение минерализацииприродных поверхностных вод в нижнем течении р. Иртыш в летне-осенний период составила от 1,0 до 1,3 г/дм3, что характеризует природные поверхностные воды Иртыша как воды повышенной минерализации по О.А. Алекину[3].– 2008 г.; 2 – 2009 г.)
Таким образом, по классификации О.А. Алекина, поверхностные воды,как пойменных водоемов, так и на Горнослинкинской зимовальной русловой яме, относятсяк гидрокарбонатному классу и группе натрия второго типа[3]. Графическое изображение классификации вод исследуемых рек дано на рисунке 2, в верхнем правом углу для каждой приведенной диаграммы – розы.
Также установлено наличие следующих гидрохимических показателей воды: перманганатной окисляемости – (1,6÷2,1) ПДК, железа – (1,7÷3,6) ПДК. Эти данные можно объяснить болотным питанием рек и выносом «болотного» железа, а также гниением растительных и животных остатков на дне водоемов в летнее время, в результате вызывающее образование азота.
Самая высокая среднемесячная температура воды в речках наблюдается в июле и составляет 23,6°С. Средняя температура весной и осенью – 13 … 16°С. Значения рН водоемов в 2009 г. варьировали от 6.5 до 7.3, т.е. имели нейтральную среду. В 2008 г. воды Горнослинкинской суводи характеризуются как слабощелочные, среднее значение рН для р. Миссия – 7,5, р. Червянка – 7,7, р. Бартак – 7,7, русловой ямы р. Иртыш – 8,1. Известно, что щелочность природных вод создается в основном гидролизом карбонатных ионов с образованием гидрокарбонатных ионов, являющихся анионами слабых кислот [3].
Содержание свободной углекислоты в исследуемых водоемах, являющейся источником гидрокарбонат-ионов, составило от 5,3 до 12,7 мг/дм3, что характерно для поверхностных пресных вод. На всем протяжении исследуемых участках рекиз минеральных форм азота в воде присутствовали ионы аммония (ПДК = 2,0 мг/дм3), причем концентрация колебалась неравномерно в течение всего периода исследований. Максимальная концентрация составила – 1,8 … 2,0 мг/дм3 в июне, минимальная – 0,47 мг/дм3 в июле, средняя – 1,0 …1,4 мг/дм3 в мае,августе. Содержание нитрит-ионов, как нестойких соединений, очень низкая, в пределах 0,003 … 0,08 мг/дм3. Режим нитратов и фосфатов характеризуется минимальным их содержанием: нитраты – 0,41 … 3,13 мг/дм3, фосфаты – 0,03 … 0,26 мг/дм3.
Рис. 3. Суточные колебания концентрации (мг/дм3): растворенного кислорода (а) в поверхностной воде Горнослинкинской русловой зимовальной ямынижнего течения р. Иртыш
Рис. 4. Суточное вертикальное распределение растворенного кислорода (мг/дм3) в реке Бартак: (а) – створ 7, (б) – створ 8, (в) – створ 9
Суточная динамика кислорода в поверхностной воде Горнослинкинской русловой зимовальной ямы нижнего течения р. Иртыш представлена на рисунке 3. Максимальные концентрации кислорода в водах русловой ямы на глубине до 5 м наблюдались в районе 12.00 ÷16.00 ч – до 10,4 мг/дм3 и с 02.00 до 06.00 ч – до 9,1 мг/дм3. А на глубине 5 – 15 м концентрация кислорода снижается до 8,8 … 8,2 мг/дм3 с 12.00 до 06.00 ч. На глубине 15 – 35 м концентрация кислорода еще падает до 6,8 мг/дм3 с 10.00 до 16.00 ч, но в период времени 20.00÷02.00 ч. Она увеличивается до 9,2 мг/дм3, а с 02.00 до 06.00 – снова падает до 7,5 мг/дм3.
На рисунке 4 показана суточная динамика кислорода в поверхностной воде р. Бартак нижнего течения р. Иртыш.Концентрация кислорода в створах 7 и 8, расположенных ближе к точке слияния речки с р. Иртыш с глубиной от 0 до 1,5 м падает с 8,0 … 8,2 до 5,6 – 5,7 … 4,3 – 4,8 мг/дм3 в период времени с 06.00 до 24.00 ч. С 02.00 до 06.00 ч содержание кислорода остается неизменным по все глубине р. Бартак – в интервале 4,3 … 4,8 мг/дм3. В створе 9 концентрация кислорода в течение суток практически не меняется по глубине и составляет 7,5 … 8,0 мг/дм3.
Изучение пространственного распределения рыб в акватории Горнослинкинской русловой ямы с применением гидроакустических методов исследователями Мочеком А.Д., Дегтевым Е.А.выявило высокую плотность скопления рыб летом: в ночное время суток – свыше 3500 экз./га, в светлое время суток всего 293 экз./га[2, 4].Высокую плотность рыбного населения на яме можно объяснить, как и «биотопической пульсацией» [], так и оптимальным кислородным режимом в ночное время – до 8,1 … 9,2 мг/дм3 по глубине до 35 м.
Выводы
Водоемы Горнослинкинской суводи нижнего течения р. Иртыш относятся к водам гидрокарбонатного классаи группе натрия второго типа, повышенной минерализации с высоким содержанием железа и характеризуются относительным постоянством состава в течение года.
Суточная динамика кислорода в поверхностной воде Горнослинкинской русловой зимовальной ямы нижнего течения р. Иртыш выявила оптимальный кислородный режим для рыбного населения в ночное время до 8,1 … 9,2 мг/дм3 по глубине до 35 м.
Работа выполнена при поддержке Программыфундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы по теме: «Миграционные процессы радионуклидов и химических поллютантов в экосистеме водоемов Обь-Иртышского бассейна» (№ государственной регистрации 116020510088).
Авторы выражают искреннюю благодарность коллегам – с.н.с., к.б.н. Е.И. Поповой, н.с. Токаревой А.Ю. за участие в отборе и проведении количественного химического анализа исследуемыхпроб воды.