Ecological state evaluation of the Tuzlukkol River (Ural river basin, Orenburg Region)

Full Text

Введение

В условиях тотального антропогенного груза поверхностные водные объекты являются чувствительным компонентом экологической системы. Без тщательного контроля за их состоянием невозможно предупредить возникновение неблагоприятных экологических ситуаций. Особого внимания заслуживают малые реки, протекающие по аридным территориям, где каждый водоем приобретает жизненно важное значение.

Малую реку вскрывает и дренирует незначительное количество подземных водоносных горизонтов [1, с. 37], что определяет существенно меньшую водность и повышенную реакцию на сезонные изменения климатических условий. Также отмечено, что водоемы данного типа реагируют на любое антропогенное воздействие [2, с. 115].

Река Тузлукколь протекает по территории Российской Федерации в Оренбургской области в Беляевском районе [3, с. 19]. Эта река относится к гидрологической сети участка «Буртинская степь» государственного заповедника «Оренбургский», основанного в 1989 году, а также к Уральскому бассейновому округу. Устье реки Тузлукколь располагается в 1500 км от левого берега реки Урал [4, с. 116]. Основные гидрографические и гидрологические характеристики реки представлены в таблице 1.

Протяженность реки составляет 20 км, что в совокупности с особенностями географического расположения и площадью бассейна (около 2 тыс. км²) в соответствии с современной классификацией позволяет отнести ее к категории «малые реки» [2, с. 23]. В зависимости от рельефа бассейна Тузлукколь относится к равнинным рекам.

 

Таблица 1 – Гидрографические и гидрологические показатели реки Тузлукколь

№	Показатели	Значения
Характеристика
1	Длина	20 км
Водоток
2	Координаты	Исток: 51°13′45″ с.ш., 56°40′18″ в.д. Устье: 51°23′02″ с.ш., 56°37′50″ в.д.
3	Устье	Урал
4	Местоположение устья	1500 км по левому берегу
Расположение
5	Водная система	Урал → Каспийское море
6	Страна	Россия
7	Регион	Оренбургская область
8	Район	Беляевский район

 

Уникальность экосистемы реки заключается в том, что, беря исток из родника Кайнар, она протекает по урочищу Тузлукколь, сложенному кунгурскими гипсами и солями. В результате формируются особые природные условия градиента минерализации, что является одним из основных экологических факторов, влияющим на особенности экологии водоема [5, с. 4]. На территории урочища скопились значительные запасы лечебных грязей, которые применяются туристами для самолечения широкого спектра заболеваний, что формирует значительный уровень антропогенного груза.

Для осуществления мониторинга за экологическим состоянием данного водотока необходимо изначальное определение экологического статуса реки Тузлукколь. Все это определяет актуальность, новизну и практическую направленность данной работы.

Целью исследования явилось определение гидрохимических показателей качества воды реки Тузлукколь, а также оценка видового разнообразия сообществ макрозообентоса.

Материал и методика исследований

Для проведения экологических исследований были отобраны пробы воды из реки Тузлукколь на территории «Соленого урочища». Урочище располагается на расстоянии 11 км от истока реки Тузлукколь. «Соленое урочище Тузлукколь» представляет собой лугово-болотный солончак, поросший растениями галофитами, такими как кермек кустарниковый (Limonium fruticans Kuntze), кокпек (Atriplex сапа С.А. Меу), сарсазан (Halocnе́mum sp.), солонечник эстрагоновидный (Galatella dracunculoides (Lam.) Nees), солерос травянистый (Salicornia europaea L.) и т.п. «Соленое урочище Тузлукколь» рассматривается в качестве хорошо сохранившегося эталонного участка солончакового ландшафта общей площадью 28 га. Из негативных факторов, оказывающих существенное влияние на изучаемую территорию, можно отметить антропогенную нагрузку в результате нерегулируемого применения туристами грязей и высокоминерализованной воды из реки с целью самолечения, а также выгул домашнего скота на территории «Соленого урочища» и очень низкая скорость течения [6, с. 66].

Для проведения исследований были заложены станции отбора проб:

1. Станция 1 – 10 м выше по течению реки Тузлукколь до фонтанирующих скважин.
2. Станции 2, 3 – фонтанирующие скважины.
3. Станция 4 – 500 м выше по течению реки Тузлукколь до «Соленого урочища».
4. Станция 5 – минеральный источник.
5. Станция 6 – 500 м ниже по течению реки Тузлукколь после «Соленого урочища».

Отбор проб воды был проведен по ГОСТу 31861-2012 «Вода. Общие требования к отбору проб» [7]. Для проведения оптимальной оценки качества поверхностных водных объектов на территории Российской Федерации существуют единые критерии, которые отражены в СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» [8].

Отбор и обработка образцов грунта реки Тузлукколь на исследуемой территории производили в мае, июле и октябре 2017 года. Сбор количественных образцов бентоса осуществляли дночерпателем Экмана-Берджи на тросе с площадью захвата 1/100 м² [9, с. 15]. Всего собрано и обработано 33 пробы.

Обработку и фиксирование образцов грунта проводили по стандартным методикам [10, с. 26]. Характеристика местоположения станций представлена в таблице 2.

 

Таблица 2 – Некоторые гидрографические и гидрологические показатели ландшафтно-ботанического памятника природы «Соленое урочище Тузлукколь» и местоположение станций отбора проб

№ станции	Координаты	Местоположение	Глубина в месте отбора проб, м	Ширина, м	Скорость течения, м/с	Характер грунта
1	51,28540° с.ш., 56,60370° в.д.	10 м выше по течению реки Тузлукколь до фонтанирующих скважин	0,1	1,2	0,2	илистый с растительными остатками
2	51,28570° с.ш., 56,60350° в.д.	фонтанирующая скважина	0,1	0,5	0,05	илистый
3	51,28580° с.ш., 56,60350° в.д.	фонтанирующая скважина	0,05	0,2	0,1	каменистый
4	51,28410° с.ш., 56,60600° в.д.	500 м выше по течению реки Тузлукколь до «Соленого урочища»	0,2	2,5	0,2	каменистый
5	51,28720° с.ш., 56,60390° в.д.	минеральный источник	0,4	0,3	0,1	каменисто-песчаный
6	51,28830° с.ш., 56,60440° в.д.	500 м ниже по течению реки Тузлукколь после «Соленого урочища»	0,4	4,0	0,1	илистый с большим количеством растительных остатков

 

Бентос изучали в фиксированном состоянии с использованием световых микроскопов марки МБС-2 и Standart-25 (Carl Zeiss) и определяли по возможности до вида или более крупных таксономических рангов [10, с. 22] с использованием определителей [11–17].

Статистическую обработку данных осуществляли с помощью процессора электронных таблиц MS Excel 7.0 for Windows.

Результаты исследований и их обсуждение

Выявлены особенности гидрохимических показателей, вероятно формирующиеся под влиянием географических особенностей расположения русла реки. Гидрохимические данные представлены в таблице 3. Водородный показатель для исследуемых проб в основном был нейтральным, однако на станции 3 он менялся в сторону слабо кислого (рН 6,8), с последующим отклонением в сторону слабо щелочного (станция 4 – рН 8,6; станция 6 – рН 8,2). Содержание фосфатов в воде на всех станциях было достаточно низким. Концентрация веществ азотной группы (ион аммония, нитрит- и нитрат-ион) не превышала значений 0,1 и 0,02 мг/л соответственно, что свидетельствует о хорошем санитарном состоянии исследуемого водоема.

Обращают на себя внимание результаты оценки общей минерализации воды. Довольно высокие показатели вполне объяснимы, поскольку река Тузлукколь на изученном участке пересекает выходы солей. На данной территории находятся минеральные источники и две фонтанирующие скважины, обусловившие формирование гидроморфного засоленного урочища. Вода из минеральных источников и самоизливающихся скважин поступает в реку Тузлукколь, что изменяет уровень общей минерализации [5, с. 3].

 

Таблица 3 – Результаты лабораторных испытаний качества воды реки Тузлукколь

Наименование показателя	Номер станции
	1	2	3	4	5	6
рН	7,9	7,7	6,8	8,6	7,5	8,2
Нитрат-ион, мг/л	0,5	менее 0,1	менее 0,1	менее 0,1	менее 0,1	менее 0,1
Ион аммония, мг/л	менее 0,1	менее 0,1	менее 0,1	менее 0,1	менее 0,1	менее 0,1
Нитрит-ион, мг/л	менее 0,02	менее 0,02	менее 0,02	менее 0,02	менее 0,02	менее 0,02
Фосфат-ион, мг/л	0,075	0,078	0,068	0,089	0,072	0,102
Общая минерализация, г/л	34,16	24,65	278,48	1,60	3,85	6,96

 

Используя классификацию природных вод, приведенную в ГОСТ Р 54316-2011 (табл. 4), вода исследуемых участков реки может быть ранжирована по уровню минерализации. Вода в пробах со станций 4 (500 м выше по течению реки Тузлукколь до «Соленого урочища») при общей минерализации 1,60 г/л соответственно, отнесена к слабоминерализованной, со станции 5 (минеральный источник) (3,85 г/л) – маломинерализованной, тогда как со станции 6 (500 м ниже по течению реки Тузлукколь после «Соленого урочища») (6,96 г/л) – среднеминерализованной. Что касается проб воды со станций 1 (10 м выше по течению реки Тузлукколь до фонтанирующих скважин), 2 и 3 (самоизливающиеся скважины), то по уровню минерализации 34,16 г/л, 24,65 г/л и 278,48 г/л, соответственно, они отнесены к высокоминерализованным водам.

 

Таблица 4 – Классификация природных вод (ГОСТ Р 54316-2011)

Классификация минеральных вод	Нормы минерализации, г/дм³
Пресная	от 0 до 1 включительно
Слабоминерализованная	от 1 до 2 включительно
Маломинерализованная	от 2 до 5 включительно
Среднеминерализованная	от 5 до 10 включительно
Высокоминерализованная	от 10 до 15 включительно

 

Следует отметить, что в настоящее время среди ученых-исследователей нет единого мнения о принципиальном подразделении природных вод по значению общей минерализации [18, с. 1024]. Используя Венецианскую классификацию природных вод по их солености, принятую на Международном лимнологическом конгрессе (Венеция, Италия, 1958) [19, с. 22] (табл. 5), воды со станций 1, 2 и 6 можно отнести к олигогалинным, со станции 3 – к полигалинным, со станций 4 и 5 – к пресным.

 

Таблица 5 – Классификации природных вод (Венецианская система)

Классификация минеральных вод	Нормы минерализации, г/л
пресные	от 0 до 5
миксогалинные	от 5 до 300
олигогалинные	от 5 до 40
мезогалинные	от 5 до 180
полигалинные	от 180 до 300
эугалинные	от 300 до 400
гипергалинные	свыше 400

 

Зачастую химический тип воды природных объектов определяется главными ионами: кальций, магний, натрий, калий и гидрокарбонат-, хлорид- и сульфат-ионы.

Согласно классификации О.А. Алекина, природные воды по химическому составу делятся по преобладающему аниону на три класса:

1 – гидрокарбонатные и карбонатные;

2 – сульфатные;

3 – хлоридные [19, с. 30].

Результаты определения доминирующих анионов представлены на рисунке 1. Из представленных на диаграмме данных видно, что доминирующими во всех станциях отбора проб воды является хлорид-ион, следовательно, согласно вышеприведенной классификации О.А. Алекина, изучаемые воды относятся к хлоридным.

Каждый класс природных вод подразделяется по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, натриевую, магниевую. Результаты определения доминирующих катионов представлены на рисунке 2.

 

Рисунок 1 – Концентрация гидрокарбонат-, сульфат- и хлорид-ионов в воде реки Тузлукколь

 

Рисунок 2 – Концентрация ионов кальция, натрия и магния в воде реки Тузлукколь

 

На основе полученных данных по концентрациям ионов кальция, натрия и магния можно сделать вывод о том, что исследуемая вода из реки Тузлукколь по доминирующему катиону относится к натриевой группе. Следует отметить, что речные воды хлоридного класса сравнительно малочисленны и встречаются в засушливых районах преимущественно в степных районах и полупустынях.

В природных водах хлоридного класса с минерализацией свыше 1000 мг/л доминирующими являются ионы натрия [20, с. 35].

Дополнительно было проведено исследование видового состава макрозообентоса на территории «Соленого урочища».

На исследуемом участке реки сообщества донных беспозвоночных представлены 12 видами, среди которых доминируют двукрылые (7 видов), поденки (1 вид) и клопы (3 вида) (табл. 6).

 

Таблица 6 – Таксономический состав и распределение макрозообентоса в реке Тузлукколь в пределах ландшафтно-ботанического памятника природы «Соленое урочище»

Таксон	Номер станции
	1	2	3	4	5	6
Malacostraca
Gammarus (R.) lacustris Sars, 1863				+
Insecta
Ephemeroptera
Nigrobaetis pumilus				+
Heteroptera
Sigara lateralis (Leach, 1817)						+
Sigara sp.						+
Cymatia coleoptrata						+
Diptera
Chironomidae
Chironomus salinarius (Kieffer, 1915)	+					+
Chironomus aprilinus (Meigen, 1838)						+
Chironomus plumosus (Linne, 1758)						+
Chironomus halophilus (Kieffer, 1913)	+					+
Ceratopogonidae
Serromyia sp.		+	+		+
Dasyhelea sp.					+
Ephydridae
Ephydra sp.		+

 

Отряд двукрылых насекомых характеризуется преобладанием видов из семейства Chironomidae – 4 вида: Chironomus salinarius, Ch. aprilinus, Ch. plumosus, Ch. halophilis, характерные для соленых и солоноватых местообитаний (станция 6). Среди двукрылых также встречаются следующие семейства: Ceratopogonidae, Dasuheleinae, Ephydridae. Среди камней на станции 4 обнаружены высшие раки (вид Gammarus lacustris Sars) и личинки поденок (вид Nigrobaetis pumilus) из семейства Baetidae. Личинки клопов принадлежат семейству Corixidae и представлены тремя видами Sigara lateralis, Sigara sp., Corixidae coleoptrata. В условиях градиента минерализации поддерживаются специфические условия для развития эвригалинных донных сообществ.

Донные сообщества на территории организованных станций представлены 2–7 видами. Максимальным числом видов характеризуется станция 6, где было обнаружено 7 видов.

На изучаемом участке численность представителей бентоса колеблется от 62 экз./м² на станции 4 до 9300 экз./м² на станции 6, а биомасса – от 0,06 г/м² (станция 3) до 19,27 г/м² (станция 6). В указанном диапазоне реки Тузлукколь доминируют личинки из семейства Chironomidae, составляющие 73,9% от суммарной численности гидробионтов и 85,0% от суммарной биомассы.

Таким образом, в экологическом отношении донная фауна реки Тузлукколь в пределах ландшафтно-ботанического памятника природы «Соленое урочище» представлена эвригалинными видами беспозвоночных, обитающих в градиенте минерализации, что представляет значительный интерес с точки зрения сохранения биоразнообразия.

Выводы

По результатам проведенных исследований было установлено, что в составе воды реки Тузлукколь преобладает содержание кальция, магния, натрия, хлорид-, сульфат-ионов. В целом вода из реки Тузлукколь относится к хлоридному классу с преобладанием катионов натрия при минерализации свыше 1000 мг/л. Отмечено, что в летний период года водоток испытывает высокий уровень антропогенной нагрузки, что неблагоприятно отражается на экологическом состоянии исследуемой территории.

Представленные материалы получены впервые и могут быть применены как отправные при масштабном экологическом мониторинге рек Оренбургской области. Это актуально с точки зрения инвентаризации биологического разнообразия водоемов, а также эффективного использования и охраны природных ресурсов.

About the authors

Anastasia Anatolievna Shayhutdinova

Orenburg State University

Email: varvarushka@yandex.ru

candidate of technical sciences, senior lecturer of Ecology and Nature Management Department

Russian Federation, Orenburg

Natalia Vyacheslavovna Nemtseva

Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: nvnemtseva@gmail.com

doctor of medical sciences, professor, head of Aquatic Microbiology Laboratory

Russian Federation, Orenburg

References

Supplementary files