УДК 574.5

DOI: 10.24412/cl-36359-2021-818-823

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ КАЛМЫКИИ В УСЛОВИЯХ АРИДИЗАЦИИ КЛИМАТА (НА ПРИМЕРЕ ВОДОХРАНИЛИЩА АРШАНЬ-ЗЕЛЬМЕНЬ)

ECOLOGICAL BASELINE OF KALMYKIA RESERVOIR UNDER CONDITIONS OF CLIMATE ARIDIZATION (BASED ON SAMPLE OF ARSHAN-ZELMEN RESERVOIR)

С.С. Уланова

S.S. Ulanova

БНУ РК «Институт комплексных исследований аридных территорий», Элиста, Россия

The Institute of Complex Research of Arid Areas, Elista, Russia

E-mail: svetaulanova@yandex.ru

Аннотация. В статье рассматривается современное экологическое состояние водохранилища Аршань-Зельмень в условиях усиливающейся аридизации климата и антропогенной эвтрофикации. Приводятся причины массовой гибели рыб, случившейся в октябре 2020 года.

Ключевые слова: водохранилище, аридизация климата, эвтрофикация, фосфорная нагрузка.

Abstract. This article deals with the current ecological state of Arshan-Zelmen reservoir under the conditions of increasing climate aridization and ​ anthropogenic eutrophication. The reasons for mass fish mortality occurred in October 2020 were​ given in article.​

Keywords: reservoir, climate aridization, eutrophication, phosphorus content.

Водные ресурсы Калмыкии составляют 314 объектов, из них 256 – искусственно созданные водоемы (135 водохранилищ и 121 пруд), остальные – не имеющие антропогенного вмешательства – природные (15 озер и 43 малые реки) [2]. Признаки, характерные водоемам аридной зоны, присущи и водоемам Калмыкии: повышенная минерализация, замедленный водообмен, значительные колебания уровня в течение вегетационного сезона и др. Практически все водохранилища республики существуют на привлеченном стоке, подаваемого с территории соседних регионов. Более 750 млн м³ (87%) воды подается в водохранилища с рек Волги, Кумы, Терека для целей питьевого водоснабжения населения, животноводства, ирригации. Водопотребление из собственных водоисточников составляют всего 50 млн м³. Очень ограниченное количество водных объектов Калмыкии (всего 7 источников) используют для целей питьевого-хозяйственного водоснабжения населения и для орошения (90,3 тыс. га мелиорируемых земель). Практически все водные источники служат для водопоя скота. Водоемы в аридной зоне являются наиболее хрупким и уязвимым компонентом ландшафта, они очень чувствительны к антропогенным нагрузкам. В последнее время отмечается увеличение количества засушливых дней в вегетационный период, уменьшение количества осадков, учащение пыльных бурь и суховеев в летний период. Эти факторы усиливающейся аридизации климата вкупе с антропогенным воздействием на водоемы приводит к значительному ухудшению их экологического состояния.

Объект исследований – водохранилище Аршань-Зельмень, расположенное на восточном склоне Ергенинской возвышенности, в условиях степной зоны республики.

Материалы и методы исследований. В качестве материалов исследования послужили данные многолетнего (с 2001 г.) мониторинга водохранилища. Полевые исследования включали топоэкологическое профилирование экотонной системы (прилегающей к водоему) ключевых участков от уреза воды до зональной растительности с отбором поверхностных и грунтовых вод, почв, геоботаническим описанием пробных площадок профиля и отбором растительных укосов на урожайность. Ключевые участки долговременного мониторинга находились на разных участках водохранилища: в центральной части, вблизи выклинивания подпора и в приплотинной части. Помимо наземных исследований, применялись дистанционные методы: определение площадей водного зеркала водохранилища выполнялось по материалам ретроспективной и актуальной космической информации с отечественных и зарубежных спутников. Материалами для определения площадей водного зеркала послужили сканерные снимки, выполненные многоспектральной камерой ЕТМ+ с ИСЗ «Landsat-7» и ИСЗ «Landsat-8». Гидрологические характеристики водоемов определялись в следующих спектральных диапазонах: 0,45-0,52 мкм (1 канал), 0,52-0,60 мкм (2 канал), 0,63-0,69 мкм (3 канал), 0,76-0,9 мкм (4 канал) с пространственным разрешением 30 м. Также в качестве материалов послужили снимки, выполненные аппаратурой МСУ-Э со спутника «Ресурс О1 № 3» (пространственное разрешение 35 м); космофотоснимки, выполненные аппаратами КФА-1000 и КАТЭ-200 с ИСЗ «Космос» за 1983, 1990, 1991, 1999 гг. в диапазонах 0,57-0,70 мкм. Обобщенные требования к информации дистанционного зондирования Земли, используемой при решении гидрологических задач, включает: предпочтительные спектральные диапазоны: 0,6, 0,3-0,9 мкм, 10-12 мкм; пространственное разрешение не менее 30 м [1]. Дешифрирование выполнялось визуально-инструментальным методом по обычным черно-белым, цветным спектрозональным, цветным синтезированным космофотоснимкам, сканерным космическим снимкам, полученным в период с 1983 по 2020 гг.

В результате долговременных исследований водоем был оценен по ряду показателей: гидрологическим показателям (объем, площадь, уровень, минерализация и их изменения во времени); показателю соответствия современного использования водоема его первоначальному назначению; показателям разнообразия почв и растительности экотонных территорий, лимнофильной орнитофауны; показателю химического загрязнения (ПХЗ-10) [3] и показателю фосфорной нагрузки, интегрально отражающим степень антропогенного воздействия на водоем [4]. Однако, целью данной статьи является выявление совместного воздействия климата и человеческого фактора на экологическое состояние водохранилища Аршань-Зельмень.

Результаты и обсуждение. Для климата Калмыкии основной характерной чертой является аридность – превышение расходной части водного баланса (испаряемости) над приходной (осадками). Эта особенность климата проявляется в низких значениях ГТК, повсеместно имеющего значения ниже 1. Другой особенностью климата республики является резкая континентальность – годовая амплитуда абсолютных температур воздуха составляет 80-90ºС при жарком и очень сухом лете и малоснежной морозной зиме. Континентальность возрастает с юго-запада на восток [2].

Из неблагоприятных явлений погоды, препятствующих нормальному росту и развитию растений, следует назвать поздние весенние и ранние осенние заморозки, суховеи, сильные ветры и пыльные бури. Преобладают ветры восточных румбов, скорость которых может достигать 15-20 м/сек и более. Ветры совместно с нарастанием температур по весне, способствуют быстрому иссушению верхних слоев почвы. Как и для других аридных регионов России, для территории Калмыкии в последние годы присуще нарастание и усиление засух.

Анализ климатических данных, начиная с 2012 г. и по настоящее время, показывает общий тренд потепления климата по всей территории Калмыкии, на большей части территории республики наблюдались положительные аномалии среднегодовой температуры воздуха.

Весенние периоды с 2012 по 2020 гг. характеризовались быстрым нарастанием температур, начиная с апреля месяца. В летние периоды в центральной и восточной (пустынных) зонах отмечались продолжительные периоды без осадков, с длительным периодом высоких температур (июльские температуры поднимались до +40°C…+43°C), а также с суховеями и редкими грозами. Негативное влияние сложившихся погодных условий также усугублялось почвенной засухой, которая в последние годы начиналась уже в конце апреля. Осенние периоды характеризовались длительной продолжительностью, с преобладанием теплой погоды до конца ноября. К особенностям климатических изменений на территории Калмыкии следует отнести теплые зимы: за указанный период не отмечались экстремально низкие температуры, холодный период характеризовался частыми оттепелями, преобладали короткие зимы с увеличением зимнего безморозного периода. Однако, 2020 г. по количеству засушливых дней и минимальному количеству осадков году побил все рекорды. Из-за аномальной жары, которая привела к массовому падежу скота и гибели естественных пастбищ, 7 июля 2020 года на территории семи административных районов Калмыкии (две трети республики) был введен режим чрезвычайной ситуации. Однако, последствия засухи оказались еще более опасными. Длительное безводие привело не только к гибели пастбищ и невозможности заготовки грубых кормов, но и к обмелению, усыханию многих водоемов, одним из которых стал и наш объект исследований.

Водохранилище Аршань-Зельмень − балочный водоем, типичный для восточного склона Ергенинской возвышенности. Основное питание водохранилища – атмосферное, а также за счет грунтовых вод и двух притоков, расположенных ближе к зоне выклинивания подпора и начинающихся из родников. Полный объем водохранилища 29,4 млн м³, полезный 26,6 млн м³, площадь зеркала при НПУ 7,4 км², длина плотины 250 м, высота плотины 7 м. Водохранилище было создано в 1937 году для регулярного орошения, однако, уже с 1990-х гг. водозабор на орошение прекращен, в связи с ухудшением качества воды.

Совместный анализ данных ретроспективного мониторинга и количества атмосферных осадков по ближайшей метеостанции «Кетченеры» позволили выявить зависимость площади водной поверхности от осадков. Рассчитанный коэффициент корреляции между значениями этими значениями оказался очень высок и равен 0,84, что свидетельствует о высокой тесноте связей между этими параметрами (рисунок 1).

Анализ таблицы показывает, что минимальное наполнение водоёма было в маловодные 1999 г. и 2020 г. Эти годы характеризовались самыми низкими значениями атмосферных осадков в ряду лет пониженной водности. Максимальное наполнение водоема отмечено в 1990 г. и 1991 г. По материалам космической съемки наибольшее изменение уровня в многолетнем разрезе составило 4, м.

Таблица 1. Изменение площади водного зеркала вдхр. Аршань-Зельмень по материалам разновременной космической информации.

Изменение площади водного зеркала, и соответственно объема водоема, влияет на его засоление. В среднем, минерализация водоема изменяется в пределах от 2,4 г/л до 9,7 г/л и зависит от водности года. Минерализация поверхностных вод весной 2019 г. составила: в центральной части водоема – 3,84 г/л, в зоне выклинивания подпора – 3,85 г/л. Осенью минерализация в центральной части водоема увеличилась до 7,02 г/л, в зоне выклинивания подпора – до 9,53 г/л. Гидрохимический состав вод – сульфатно-натриево-хлоридный, рН – 7,2. По качественным показателям вода не пригодна для орошения. В 2020 г. минерализация составила 22,4 г/л.

18 октября 2020 г. на водохранилище случилась массовая гибель рыб, вызванная дефицитом кислорода в воде. В воде, по береговой линии по предварительному подсчету в соответствии с письмом от 20.10.2020 г. Отдела госконтроля, надзора и охраны ВБР и среды обитания Волго-Каспийского территориального управления Росрыболовства по Республике Калмыкия находилось 170,5 тыс. погибших особей частиковых рыб (серебряный карась – 99%, сазан – 0,2%, толстолобик – 0,01%). Согласно экспертному заключению ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Республике Калмыкия» от 26.10.2020 № 0367 и протоколу лабораторных испытаний от 26.10.2020 г. № 2719, вода из открытого водоема Аршань-Зельменского водохранилища не соответствует требованиям гл. 5, п. 5.2, приложения 1 СанПин 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» по показателям: биохимическое потребление кислорода (БПК5), химическое потребление кислорода (ХПК), общая минерализация; не соответствует требованиям гл. 1 п. 1.3 ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» по показателям: натрий, магний, литий, стронций. Из протокола лабораторных испытаний № 2719 от 26.10.2020 следует, что БПК5 составило 35,5+4,7 мг О₂/дм³ при норме 4 мг О₂/дм³, ХПК составило 201+30 мг О₂/дм³ при норме 30 мг О₂ /дм³, общая минерализация (сухой остаток) 22444 +1100 мг О₂/дм³ при норме 1000 мг/дм³, литий 0,39+0,08 мг/дм³ при норме 0,03 мг/дм³, стронций 18,2+18 мг/дм³ при норме 7 мг /дм³.

Причинами произошедшего процесса можно назвать сложение природного и антропогенного факторов: недостаток атмосферных осадков, приведший к значительному уменьшению водного зеркала и объема вод, увеличению минерализации, а также ненормированный водопой скота на водохранилище, повлекший за собой антропогенную эвтрофикацию водоема. Эвтрофикация водоема происходит в результате загрязнения биогенными веществами (азотом и фосфором), поступающими с необработанными сточными водами (либо с животноводческих комплексов), либо смыв удобрений с полей. Вокруг водоема нет обрабатываемых сельскохозяйственных полей. Но водохранилище используется для водопоя скота, а в условиях засухи он являлся практически единственным доступным водоисточником для местных животноводов.

В 2019 году нами проводилась оценка биогенной нагрузки на водные объекты по определению фосфорной нагрузки – показателю, интегрально отражающему степень антропогенного воздействия. По данным Аршань-Зельменского сельского муниципального объединения (СМО) на водосборной территории водохранилища содержится немногим более 14 тыс. голов скота и ежегодное поступление фосфора от него в водоем составляет около 2 тыс. т. Реальная рассчитанная фосфорная нагрузка на водохранилище Аршань-Зельмень составила 726,5 г/м² в год, что превышает допустимую фосфорную нагрузку в 3359 раз, критическую – в 1679 раз. Поступающий с водосбора фосфор существенно ухудшает качество воды этого водоема. При водопое происходит прямое поступление естественных (физеологических) отходов скота, содержащих избыточное количество ионов аммония, калия, кальция, магния, фосфора, что приводит к повышению трофности водоемов, деградации качества вод и снижению ресурсного потенциала водоема [4]. Проведенные ранее исследования [3] показали, что содержание общего фосфора в воде Аршань-Зельменского водохранилища превышает ПДКр от 22 тыс. до 38 тыс. раз. Проведенные исследования показали, что именно животноводство (водопой скота и стоки от животноводческих стоянок), развивающееся на водосборе в отсутствие других загрязнителей, является основной причиной того, что содержание фосфора во всех искусственных водоемах превышает ПДКр в десятки тысяч раз. Наибольший вклад в общий объем поступающего фосфора (80%) дает крупный рогатый скот.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: сокращение количества осадков, иссушение почв, увеличение испарения совместно с антропогенным фактором привели к ряду негативных процессов на водохранилище Аршань-Зельмень: обмелению, росту минерализации, многократному превышению ПДК многих токсичных веществ, накоплению биогенов, повышенной эвтрофикации. Нагрузка по фосфору на водоеме превысила допустимые и критические значения для функционирования водной экосистемы водохранилища в тысячи раз и создала условия для эвтрофикации вод и возникновению дефицита кислорода в воде. Комплексное воздействие природных и антропогенных факторов привели осенью 2020 года водоем к экологической катастрофе. Экотонная территория водохранилища испытывает сильнейшую степень стравливания из-за выпасаемого здесь крупного и мелкого рогатого скота.

По итогам произошедшей ситуации Правительством Республики Калмыкия была принята Дорожная карта по экологической реабилитации водохранилища Аршань-Зельмень, куда вошли мероприятия по очистке береговой зоны от погибшей рыбы, запланированы работы по углублению дна водоема, очистке его от накопившегося за десятилетия ила, рекультивации берега и др. Вошли в Дорожную карту и наши рекомендации по организации на водохранилище мест для водопоя скота, а также его нормирования в целях недопущения длительного стояния в воде КРС и загрязнения акватории водоема физеологическими отправлениями. Эти мероприятия особенно важны в засушливые периоды года, иначе у животноводов просто не будет воды, чтобы поить скот в дальнейшем.

Список литературы

1. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. М.: Изд-во А и Б, 1997. 296 с.

2. Уланова, С. С. Эколого-географическая оценка искусственных водоемов Калмыкии и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях. М.: РАСХН, 2010. 263 с.

3. Уланова С.С., Новикова Н.М. Экологическое состояние искусственных водоемов Калмыкии, оцененное по показателю химического загрязнения ПХЗ-10 // Вода: химия и экология. 2017. № 4. С. 10-21.

4. Уланова С.С., Новикова Н.М. Поступление фосфора в искусственные водоемы Калмыкии от животноводческих предприятий // Водные ресурсы. 2019. Т. 46. №6. С. 629-637.