Основным предназначением особо охраняемых природных территорий (далее – ООПТ) является сохранение генетического разнообразия обитающей биоты, резервация определенных природных ресурсов, поддержание экологического баланса местности, представление максимального биогеоценотического разнообразия местных биомов, а также они служат объектами научного изучения эволюции отдельных видов флоры и фауны, объектов экотопа (почвенный покров, поверхностные и подземные воды) и в целом экосистемы [1, 2].

В Нижегородской области существует более 400 различных ООПТ площадью почти 480 тыс. га, среди которых имеются объекты федерального, регионального и местного значения. Среди охраняемых территорий более 350 тыс. га расположено на землях лесного фонда. Также отличительной особенностью региона является наличие охранного статуса более чем у 90 болот, озер и водоемов [3], что определяет интерес к их изучению как объектов нетронутой природы и сохраняемого состояния гидросферы [4–6].

Природное озеро как условно постоянный естественный водный объект, как правило, характеризуется очень низкой временной гидрологической динамикой и малым эколого-гидрохимическим обновлением вещества в толще воды, а его внутренние течения зачастую не являются преобладающими факторами в определении гидрологического режима [7–10]. В связи с этим химическое состояние водоемов, пребывающих в условиях естественных охраняемых биогеоценозов, характеризует базовые геоэкологические свойства территории, а уровень концентраций его типовых компонентов может служить в качестве регионального экологического фона. В условиях современного состояния объектов окружающей среды и, в частности, водных объектов, пребывающих на антропогенно изменяемых территориях [11, 12], выявление данного экологического фона является острой задачей, поскольку хроническое загрязнение водоемов промышленными и коммунально-бытовыми отходами зачастую не позволяет определить уровень концентраций естественных компонентов, а техногенный привнос в воды поллютантов способен нарушать их природные биогеохимические циклы [13, 14]. Проведение данных исследований позволит определить уровень естественных концентраций веществ в водах, в том числе определенных геохимическими особенностями территории.

Цель исследования: первичная характеристика эколого-геохимических свойств воды озер, имеющих категорию ООПТ, расположенных в Заволжье Нижегородской области.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования явились воды охраняемых озер, расположенных на южно-таежной территории Заволжья в Нижегородской области (рисунок).

Расположение исследуемых озер на различных территориях Заволжья Нижегородской области

Озера Титковское и Кочешковское представляют собой памятник природы регионального значения и расположены в Уренском районе. Общая площадь ООПТ – 375,4 га, расположены в массиве высоковозрастных темнохвойных лесов и низинных древесных болот южно-таежной подзоны. Оба озера имеют почти округлую форму с глубиной до 10–12 м. Жаренское озеро также является памятником природы регионального значения, оно расположено в Краснобаковском районе области. Площадь охранной территории составляет 13,6 га.

Озеро Светлояр является государственным природным памятником федерального значения. Озеро расположено в Воскресенском районе, площадь ООПТ составляет 12,0 га. Озеро имеет округлую форму и расположено в подзоне южной тайги. Озеро Нестиар является государственным памятником природы регионального (областного) значения, расположено также в Воскресенском районе области. Площадь охранной зоны составляет 29,9 га.

Спасское озеро расположено в Городецком районе области и является памятником природы регионального значения. Площадь ООПТ – 10,6 га. Озеро Юрасовское является охраняемым природным комплексом регионального значения и расположено в г. Бор Борского района. Общая площадь ООПТ составляет 15,6 га.

Все исследуемые озера расположены на территории южно-таежной подзоны, для которой свойственен преимущественно хвойный фитоценоз с примесями широколиственного древостоя различной фитоценотической вариации. Условия данной территории определяют некоторые особенности вертикальной миграции веществ в почвенном покрове и, как следствие, обуславливают повышенное содержание в поверхностных и подземных водах соединений кремния, солей алюминия, марганца и железа, в анионном составе – содержание гидрокарбонатов и в более низких концентрациях – содержание сульфат- и хлорид-анионов [15]. Аналогичные особенности эколого-гидрохимического состава характерны для вод рек, протекающих по территории Керженского заповедника [16].

Пробы воды отбирались в сентябре 2019 г. и доставлялись в Эколого-аналитическую лабораторию мониторинга и защиты окружающей среды при НГПУ им. К. Минина, где впоследствии подвергались анализу в течение трех дней после отбора. При помощи батометра гидрологического БГ-1,0 из каждого озера было отобрано по 4 пробы, каждая объемом 2 л. Из озер Титковское и Кочешковское было отобрано по 2 пробы по 2 л. Далее в пробах определяли множество показателей экологического состояния и гидрохимического режима, среди которых имелись кислотность (водородный показатель) – потенциометрическим методом, общая минерализация – кондуктометрией, содержание гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов – классическими титриметрическими методами, содержание общего железа – спектрофотометрическим методом [15]. Химико-аналитическое основание выполняемых анализов соответствовало современным нормативным методическим требованиям. Аналитическая повторность в измерениях – трехкратная, статистическую обработку полученных данных проводили методом вариационного анализа.

Результаты исследования и их обсуждение

Данные таблицы отражают уровень показателей эколого-геохимического состояния озер, обследованных в Заволжской территории Нижегородской области.

Водородный показатель воды всех озер в целом находился на нейтральном уровне, несущественно изменяясь от слабокислого (6,04 и 6,86 ед. рН соответственно у воды озера Жаренское и Нестиар) до слабощелочного (7,51 и 7,78 ед. рН – у воды озера Спасское и Юрасовское) диапазона. Отсутствие сдвигов рН вод в сильнокислую или щелочную сторону, а также очень низкая вариабельность уровня кислотности в водоемах свидетельствует о наличии низких концентраций гидролитически кислых или щелочных веществ, а также об устойчивом состоянии кислотно-основных процессов, протекающих в толще воды всех озер.

Общая жесткость воды заметно различалась по озерам. Так, если озера Титковское и Кочешковское, а также Жаренское, Светлояр и Нестиар характеризовались мягкими водами с соответствующим уровнем показателя (2,69; 0,19; 1,30 и 1,16 мг-экв/л), то воды озера Спасское и Юрасовское относились к среднему уровню жесткости, в которых показатель варьировал в диапазонах соответственно 5,75–5,90 и 5,80–6,10 мг-экв/л. В условиях территории таежной зоны данный показатель обусловлен в том числе содержанием гидрокарбонатов и согласуется с уровнем общей минерализации воды. Концентрация гидрокарбонат-аниона, преимущественно определяющего жесткость местных вод, оказалась наименьшей в водах Жаренского озера (13,2–17,6 мг/л), находилась на среднем уровне в водах озера Светлояр (66,0–74,8 мг/л) и имела наибольшие значения в водах озер Титковское и Кочешковское (110,0–167,2 мг/л), Спасское (123,2–127,6 мг/л) и Юрасовское (127,6–140,8 мг/л).

Вариабельность базовых показателей эколого-геохимического состояния в водах охраняемых озер Заволжья в Нижегородской области (2019 г.)

Примечание. Min – минимальное значение показателя в вариационном ряду, Max – максимальное значение показателя в вариационном ряду, M – среднее значение показателя, m – стандартное отклонение среднего значения, V – коэффициент вариации, ПДК – предельно допустимая концентрация согласно ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», ГН 2.1.5.2280-07 Дополнения и изменения № 1 к ГН 2.1.5.1315-03, ГН 2.1.5.2307-07 «Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».

Примерно аналогичным образом варьировало общее содержание солей в исследованных водах. В частности, воды озер Светлояр и Нестиар характеризовались ультрапресной минерализацией, воды Титковского и Кочешковского озер находились в интервале пресного состояния, а воды Спасского и Юрасовского водоемов – в интервале с относительно повышенной минерализацией. Отличились воды озера Жаренское, в которых концентрация растворенных солей была зарегистрирована на очень низком уровне – 19–22 мг/л.

Среди основных ионов, определяющих геохимический фон территории, закономерно были выявлены сульфат- и хлорид-анион [16]. Их концентрации в водах озер также не выходили за пределы естественного состояния. В частности, содержание сульфатов оказалось на достаточно низком уровне в водах озер Титковское и Кочешковское (60–110 мг/л), Жаренское (28–44 мг/л), Светлояр (18–96 мг/л) и Нестиар (50–76 мг/л). Однако в водоемах Спасское и Юрасовское уровень содержания сульфат-аниона оказался выше – 105 мг/л и 215 мг/л.

Аналогичная тенденция прослеживалась относительно концентрации хлорид-аниона. Для природных вод исследуемой территории как естественное содержание хлоридов, так и его вариабельность достаточно низкие, что подтверждается на примере озер Титковского и Кочешковского (1,5–2,5 мг/л), Жаренского (1,5–3,6 мг/л), Светлояр (2,5–3,5 мг/л) и Нестиар (5,0–5,5 мг/л). В нашем ряду отличились воды Спасского и Юрасовского водоемов, в которых концентрация хлоридов оказалась на более высоком уровне – соответственно 31,4 мг/л и 36,8 мг/л.

Содержание общего железа в водах всех водоемов оказалось примерно на одном, но на достаточно высоком уровне, которое к тому же превышало нормы, установленные по водоемам хозяйственного использования. В частности, все озера характеризовались концентрацией железа на уровне 0,44–0,51 мг/л, а наибольшее его содержание было установлено в водах озер Титковское и Кочешковское – 0,60 мг/л. Индивидуальная вариабельность данного показателя в толще воды каждого из водоемов была на очень низком и низком уровне, а относительно повышенный фон железа обусловлен естественными геохимическими процессами избыточного вымывания его солей из подзолистых почв и подстилающих пород, свойственных территории таежной зоны [9, 10, 15, 16].

Заключение

В работе были представлены результаты первичных эколого-геохимических исследований воды из природных озер Нижегородской области (Титковское и Кочешковское, Светлояр, Нестиар, Спасское и Юрасовское), которые имеют статус особо охраняемой природной территории. В целом по водам водоемов была выявлена примерно одинаковая тенденция в содержании веществ базового состава, среди которых нейтральная кислотность в диапазоне 6,04–7,78 ед. рН, мягкая и средняя жесткость в диапазоне 0,19–5,95 мг-экв./л, ультрапресная и пресная минерализация в диапазоне 20–232 мг/л (за исключением повышенно минерализованной воды из Спасского и Юрасовского озер), обусловленная преимущественно гидрокарбонат-анионами (15,4–134,2 мг/л), а также сульфатами (34–215 мг/л) и хлоридами (2,0–36,8 мг/л). Относительно повышенное содержание общего железа (0,44–0,60 мг/л) обусловлено активной миграцией ионов Fe2+ и Fe3+ в подземные и поверхностные воды из почвенного покрова и литологической основы. Выявленные уровни показателей являются типичными для природных водных объектов, расположенных на территории естественного подзолистого педогенеза южно-таежной зоны по Нижегородской области. Такая тенденция согласуется с ультрапресной и пресной минерализацией, малым уровнем общей жесткости бикарбонатного характера, а также с наличием в водах низких концентраций ионов геохимического фона и относительно повышенным содержанием общего железа, которые свойственны гидрохимической характеристике малых рек, протекающих по территории Государственного природного биосферного заповедника «Керженский» [16]. Данная ООПТ также расположена в Заволжье Нижегородской области (Семеновский и Борский муниципальные районы). В целом для понимания целесообразности использования полученных данных в региональном экологическом мониторинге водных объектов в качестве водоемов с естественным геохимическим фоном необходимо проведение данных исследований в длительной сезонной динамике.