Исследование многолетних процессов загрязнения донных осадков водохранилищ и долговременных изменений качества их вод на основе диатомового анализа и комплексной биоиндикации (на примере Иваньковского водохранилища)

Аннотация заявки:

Главная цель проекта: разработка нового метода оценки уровня и темпов загрязнения водохранилищ на основе диатомового анализа, методов биоиндикации, корреляционного анализа и баз данных гидрологических, гидробиологических и гидрохимических наблюдений на водохранилищах.
В рамках проекта осуществляются следующие задачи:
1. Проведение экспедиций на Иваньковском, Рыбинском и Клязьминском водохранилищах по отбору проб донных отложений (ДО) и послойному анализу колонок ДО по видовому составу фитопланктонных комплексов, содержанию органического вещества, биогенных веществ, тяжелых металлов и других компонентов состава в зонах интегральной седиментации на территории водохранилищ.
2. На основе полученных в экспедициях и ранее данных разработка гидрологических, гидробиологических и гидрохимических баз данных по створам мониторинга Иваньковского, Рыбинского и Клязьминского водохранилищ  для водной массы и донных осадков и их пространственно-временной анализ.
3. На основе унификации методов биоиндикации и корреляционного анализа гидрохимических и гидрологических данных сформировать биоиндикационные таблицы нового типа.
4. Провести графический анализ видовой структуры диатомовых комплексов из образцов кернов, полученных в экспедиции, с целью оценки многолетних трансформаций экосистемы водохранилища.
5. Осуществить оценку  изменений антропогенных нагрузок в Иваньковском, Рыбинском и Клязьминскм водохранилищах  на основе пространственно-временных корреляций между диатомовыми комплексами в ДО и структурой фитопланктонных ассоциаций в водной среде.
6. Разработать новою методологию оценки геоэкологических процессов негативной трансформации состояния водохранилищ на основе унификации методов биоиндикации и корреляционного анализа гидрохимических и гидрологических данных.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

В результате комплексного мониторинга, для экосистем Иваньковского, Рыбинского и Клязьминского водохранилищ был сформулирован единый методологический подход, подразумевающий комплексный анализ геоэкологических трансформаций, происходящих в водохранилище под воздействием интегральных антропогенных нагрузок и природных изменений.

Кроме традиционных форм химического и гидробиологического анализа был применен авторский инновационный метод графического анализа (МГА) к фитопланктонным комплексам и принцип унификации биоиндикационных методов (УБМ) к диатомовым комплексам из колонок донных отложений (ДО).

При помощи МГА для акватории Клязьминского водохранилища установлены основные сценарии трансформации таксономических пропорций в фитопланктонных ассоциациях, которые вызваны воздействием вод со стороны канала им. Москвы и ежегодным понижением уровня воды в водохранилище, при запланированных водорасходах.

Для экосистем Иваньковского и Рыбинского водохранилищ были подтверждены процессы обратимых трансформаций в фитопланктонных комплексах, на которые накладывается сезонно-климатическая вариативность. Для МГА была установлена значимая достоверность, которая определяется воспроизводимостью полученных результатов.

Несмотря на различную конфигурацию (рис. 1) месторасположение и гидрологический режим, для всех водохранилищ был выявлен ряд сходных, настораживающих тенденций.

Рис. 1. Карта-схема: Рыбинского, Иваньковского и Клязьминского водохранилищ.

Ранее, методом УБМ была установлена выраженная сапробизация и накопление органики в прибрежных зонах Рыбинского и Иваньковского водохранилища (рис.2).

Рис. 2. Долговременные изменения значений сапробности (S) в Иваньковском (Перетрусовский залив) и Рыбинском (Коприно) водохранилищах.

В 2019 году в ДО Клязьминского водохранилища было выявлено регулярное повышение уровня сапробизации (рис.3), что обусловлено нелинейным ростом числа отдыхающих и увеличением рекреационной нагрузки (рис.4).

Вторая значимая закономерность – выраженная кумуляция Cu, Zn и других тяжелых металлов в прибрежных зонах всех трех водохранилищ (рис. 5, 6).  Подобные нарушения экологического благополучия могут приобрести необратимый, бифуркационный характер.

Рис.5. Кумуляция Cu и Zn в колонках ДО из Иваньковского и Рыбинского водохранилищ.

Рис.6. Кумуляция Cu  и Li в колонке ДО из Клязьминского водохранилища.

Проведенный в 2019 году мониторинг с применением инновационных методов биоиндикации позволяет наиболее объективно оценить экологическую ситуацию на акватории водохранилищ и процессы долговременных трансформаций их экосистем. Основой нового методологического подхода послужила разработанная концепция, подразумевающая анализ живых и неживых компонентов Иваньковского, Рыбинского и Клязьминского водохранилищ, как единой, совместно-функционирующей системы.