Биология внутренних вод, 2022, № 4, стр. 367-371

ВВЕДЕНИЕ

Экологическая значимость фитопланктона, продуцирующего бóльшую часть автохтонного органического вещества в крупных озерах и водохранилищах, определяет необходимость оперативной информации о развитии, состоянии и функционировании сообщества. Для получения этой информации в гидробиологической практике на протяжении последних десятилетий используют фотосинтетические пигменты, в том числе – при исследовании больших рек мира (Duan, Bianchi, 2006; Sabater et al., 2008; Bowes et al., 2012; Lee et al., 2019; Plyaka et al., 2020; Tian et al., 2020; Sarkar et al., 2021). Данные по пигментам волжского фитопланктона, полученные во второй половине ХХ в. (Пырина, 1966; Минеева, 2004), к настоящему времени дополнены новыми материалами (Минеева, Макарова, 2018; Минеева и др., 2020), представляющими интерес для сравнительного экосистемного анализа.

Цель работы – исследовать содержание и распределение Хл а для оценки современного трофического статуса водохранилищ р. Волги в годы с различным водным и температурным режимом.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материал собран в августе 2019 и 2020 гг., соответственно на 95 и 99 русловых станциях водохранилищ Волги, 35 и 39 станциях притоков, их устьевых участков и изолированных от русла заливов. Содержание Хл а определяли в интегральных (0 м–дно) пробах воды стандартным спектрофотометрическим методом (SCOR-UNESCO…, 1966) на спектрофотометре Lambda25 PerkinElmer. Для оценки трофического статуса водохранилищ использовали среднюю концентрацию Хл а, принимая величины 3–10, 10–15 и 15–30 мкг/л пограничными соответственно для мезотрофных, умеренно эвтрофных и эвтрофных вод (Минеева, 2000). Распределение фитопланктона по акватории водохранилищ оценивали с помощью коэффициента вариации средней (C_v). При расчетах и статистической обработке данных использовали стандартные программы для персонального компьютера.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Волжский каскад, протяженность которого с севера на юг >2500 км, пересекает различные природно-климатические зоны. Входящие в его состав восемь крупных (площадь зеркала 249–6150 км²) относительно мелководных (средняя глубина 3.4–10 м) равнинных водохранилищ различаются морфометрией, площадью водосбора, интенсивностью водообмена, объемом боковой приточности, а также гидрологическими и гидрохимическими характеристиками. От Верхней к Нижней Волге возрастает прозрачность воды и общая сумма ионов (электропроводность); цветность воды снижается; высокое содержание биогенных веществ не лимитирует развитие фитопланктона (Волга…, 1978; Rivers…, 2021).

В период глобального потепления, сопровождающегося увеличением температуры на Европейской территории РФ (Второй…, 2014), годы наблюдения различались погодными условиями (Доклад…, 2020, 2021), были прохладными и многоводными. Температура воздуха не достигала средних для августа показателей на Верхней и Средней Волге в 2019 г., но была близка к ним в 2020 г., а на Нижней Волге – в оба года. Средняя температура воды в 2019 и 2020 гг. была соответственно 16.7–18.6 и 20.7–21.4°С в водохранилищах Верхней Волги, 18.8–20.7 и 20.1–22.1°С на Нижней Волге и в меньшей степени (от 18.4 до 19.9°С) менялась в водохранилищах Средней Волги. Количество осадков, выпавших за вегетационный сезон на Верхней, Средней и Нижней Волге, достигало 95, 110 и 133% нормы в 2019 г. и 125, 84 и 120% нормы в 2020 г. соответственно.

Развитие летних планктонных альгоценозов показательно для оценки состояния водоема, поскольку в условиях наибольшего прогрева в водной экосистеме проявляются негативные тенденции, вызванные эвтрофированием или изменениями климата. В периоды наблюдения содержание Хл a было типичным для летнего максимума фитопланктона водохранилищ Волги (Минеева, 2004) и соизмеримо с показателями, полученным в 2015–2018 гг. (Минеева, Макарова, 2018; Минеева и др., 2020). Наименьшие для водохранилищ величины изменялись от 1.2 до 12.3 мкг/л, наибольшие – от 6.9 до 159 мкг/л (рис. 1). Средние показатели в Иваньковском, Угличском и Чебоксарском водохранилищах варьировали от 20.4 до 44.0 мкг/л (2019 г.) и от 17.4 до 25.3 мкг/л (2020 г.), в остальных от 3.6–8.5 до 10.3–12.1 мкг/л соответственно (табл. 1). Коэффициенты вариации средних (50–60% в 2019 г., 25–68% в 2020 г.) в большинстве случаев свидетельствовали об умеренной неоднородности распределения Хл а по акватории водохранилищ, которая увеличивалась в 2020 г. в Угличском водохранилище (C_v = 83%). Минимальные и максимальные концентрации Хл а в 2019 г. в основном различались в 5–8 раз, в 2020 г. – в 9–14 раз, в Иваньковском водохранилище – втрое, а в Чебоксарском водохранилище при высокой пространственной неоднородности (в оба года C_v >100%) – в 23 и 38 раз.

Рис. 1.

Содержание Хл а (мкг/л) на русловых станциях водохранилищ Волги в 2019 (1) и 2020 (2) гг.: И – Иваньковское, У – Угличское, Р – Рыбинское, Г – Горьковское, Ч – Чебоксарское, К – Куйбышевское, С – Саратовское, В – Волгоградское.

Концентрации Хл а в годы исследования в разной степени менялись в каждом водохранилище. В Иваньковском водохранилище в 2019 г. величины были значительно выше, чем 2020 г. Здесь, в отличие от предыдущих лет, в изолированных от русла заливах они сходны с таковыми на русловых станциях, а высокопродуктивный Шошинский залив выделялся максимальным показателем (110 мкг/л) только в 2019 г. В Угличском, а также Горьковском водохранилищах в оба года получены близкие концентрации Хл а, которые увеличивались в водах притоков и в мелководном Костромском расширении (2019 г.). В нижней глубоководной части перед плотиной количество Хл а в Угличском водохранилище снижалось в 2019 г. и возрастало в 2020 г. В Горьковском водохранилище количество Хл а изменялось противоположным образом, и в 2020 г. максимум отмечен на самой верхней станции, принимающей воды Рыбинского водохранилища.

В Чебоксарском водохранилище, как и в Иваньковском, содержание Хл а в 2019 г. значительно превышало таковое в 2020 г. В верхней части водохранилища оно было таким же, как на нижнем участке Горьковского, увеличивалось до максимального для всего каскада показателя (160 мкг/л) в устьевой области р. Оки и снижалось перед плотиной. Окские воды распространяются на большое расстояние ниже устья реки и постоянно характеризуются повышенным количеством Хл а. В Куйбышевском, Саратовском и Волгоградском водохранилищах концентрация Хл а значительно снижалась. За счет более высокого обилия фитопланктона в притоках (реки Свияга, Уса, Малый Иргиз, Курдюм) в каждом из трех водохранилищ средние величины, полученные в 2020 г., в 1.4–2.3 выше, чем в 2019 г., однако для русловых станций межгодовых различий не выявлено (рис. 1). Во всех водохранилищах содержание Хл а на русловых станциях в среднем в 1.3–3.8 раз ниже по сравнению с мелководными участками и притоками, которые в большинстве случаев характеризуются как эвтрофные.

Результаты корреляционного анализа показали, что количество Хл а, как и в предыдущие годы, не зависело от температуры воды (R² < 0.02). Фитопланктон, содержащий оптически активное вещество хлорофилл, достоверно и отрицательно связан с прозрачностью воды (R² = 0.26), иллюстрируя свою заметную роль в формировании подводного светового режима волжских водохранилищ. В наибольшей степени развитие фитопланктона ограничивают условия водности, о чем свидетельствует отрицательная связь средних для водохранилищ концентраций Хл а, полученных в 2015–2020 гг., с суммарным объемом притока за май–октябрь (рис. 2). Аналогичным образом в незарегулированных условиях (р. Темза) обилие водорослей снижается в годы с высоким расходом воды, и изменение физических параметров в большей степени влияет на развитие фитопланктона, чем химический режим (Bowes et al., 2012); высокие концентрации Хл а в нижнем течении р. Миссисипи отмечены в периоды низкого стока (Duan, Bianchi, 2006).

Рис. 2.

Зависимость средних концентраций Хл а (мкг/л) в водохранилищах Волги от суммарного объема притока (км³) за май–октябрь в 2015–2020 гг. Пунктир – 95%-ный доверительный интервал. Объем притока рассчитан по данным сайта РусГидро http://www.rushydro.ru/hydrology/informer/?date

В волжском каскаде на протяжении последних шести лет (2015–2020 гг.) прослеживается устойчивая, не изменившаяся за четверть века (Минеева, 2004), тенденция к снижению обилия фитопланктона от верхних водохранилищ к нижним. Связано это со спецификой речных акваторий Нижней Волги – их высокой проточностью при уменьшении объема боковых притоков. Суммарная биомасса фитопланктона в водохранилищах р. Волги также снижается с севера на юг (Корнева, 2015). Распределение Хл а по акватории водохранилищ в общих чертах повторяется на протяжении многолетнего периода. Неоднородность распределения обусловлена размерами водохранилищ, их сложной морфометрией, наличием водных масс разного генезиса, поступлением вод притоков, изменением режима течений, нагонными явлениями. Повышенные концентрации Хл а, как правило, отмечены в изолированных от русла Волги участках (Шошинский плес Иваньковского вдхр., Костромское расширение Горьковского); в устьевых участках притоков (Медведица, Нерль, Унжа, Ока, Свияга, Малый Иргиз); в прибрежных мелководьях и заливах; в водах самих притоков, фитопланктон которых формируется в специфических условиях (Охапкин и др., 2013). Однако особенности распределения фитопланктона могут быть выражены в разной степени в разные годы или даже не выявлены в силу специфики разовой маршрутной съемки.

При межгодовых изменениях, которые определяются погодными условиями лет наблюдения, водностью и носят циклический характер (Пырина, 2000), средние концентрации Хл а на протяжении последних шести лет характеризуют Иваньковское, Угличское и Чебоксарское водохранилища как эвтрофные, Саратовское и Волгоградское – мезотрофные. Трофический статус Рыбинского, Горьковского и Куйбышевского водохранилищ меняется от мезотрофного до умеренно эвтрофного и эвтрофного (табл. 1). Речной участок Волжского плеса Рыбинского водохранилища, обследованный при маршрутной съемке каскада, из-за проточных условий характеризуется более низким содержанием Хл а (трофическим статусом) по сравнению с основной акваторией водоема. Изолированные от русла р. Волги участки акватории во всех водохранилищах отнесены к эвтрофным. Оценка трофического статуса водохранилищ в ряде случаев отличается от полученной в конце XX в. (Минеева, 2004), что соответствует ходу межгодовой и многолетней сукцессии фитопланктона, а также свидетельствует о высокой динамичности развития экосистем волжских водохранилищ.

Выводы. Концентрации Хл а в воде волжских водохранилищ изменялись от минимальных <10 до максимальных >100 мкг/л и в 2019–2020 гг. характеризовались диапазоном величин, типичных для летней фазы сезонного развития фитопланктона. В волжском каскаде устойчиво прослеживается снижение содержания Хл а от верхних водохранилищ к нижним при максимальном обилии фитопланктона в Шошинском плесе Иваньковского водохранилища и устьевом участке р. Оки в Чебоксарском водохранилище. При выраженных межгодовых флуктуациях, которые определяются погодными условиями лет наблюдения, развитие фитопланктона в наибольшей степени ограничивается условиями водности. Средние концентрации Хл а в 2019–2020 гг., как и в 2015–2018 гг., характеризуют Иваньковское, Угличское и Чебоксарское водохранилища как эвтрофные, Рыбинское, Саратовское и Волгоградское – мезотрофные. Трофический статус Горьковского и Куйбышевского водохранилищ меняется от мезотрофного до умеренно эвтрофного. Изолированные от русла р. Волги участки акватории во всех водохранилищах характеризуются как эвтрофные.