Спросить
Войти
УДК 556.561(470.26)
А.Д. Борисенко, Н.Н. Цветкова
Калининградский государственный технический университет (КГТУ),
Калининград, 236022 e-mail: anzh.borisenko@mail.ru; nagornova@klgtu.ru
ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА БОЛОТНЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ БОЛОТА СВИНОГО В КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
В статье представлены результаты исследования гидрохимического состава поверхностных вод болота Свиного, расположенного в Калининградской области. Дана характеристика содержания в воде газов, основных ионов, органических и биогенных веществ в 2019 году.
A.D. Borisenko, N.N. Tsvetkova
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236002 e-mail: anzh.borisenko@mail.ru; nagornova@klgtu.ru
SWAMPWATER CHEMICAL CONTENT CREATION IN CONDITIONS OF ANTHROPOGENIC TRANSFORMATION ON THE EXAMPLE OF THE SWAMP SWINOE IN KALININGRADSKAYA REGION
The study results of the surface waters hydrochemical composition of the swamp Svinoe, located in Kaliningradskaya region were presented in the article. The characteristic of the content of gases, basic ions, organic and nutrients in water in 2019 is given.
Болотные массивы - это системы, характеризующиеся высокой биологической продуктивностью и большим разнообразием фитоценозов. Болота регулируют круговорот воды и химических элементов в геосфере, являются важным элементом в водном балансе, поглощают углекислый газ, активно образуют органическое вещество, содержат большие запасы торфа, играют важную роль в процессах самоочищения водных экосистем. Однако болотные массивы активно осушают для получения дополнительных площадей сельскохозяйственных угодий, разрушают при добыче торфа. Работы по осушению болот способствуют развитию деструктивной сукцессии, уменьшению биоразнообразия, изменению состава болотных вод, ставят под угрозу исчезновения многие виды растений и животных.
Очевидно, что все большую важность и актуальность приобретают в настоящее время комплексные биогеохимические исследования природных компонентов болотных экосистем для оценки экологического состояния болот и предупреждения их деградации.
В 50-е годы прошлого века болота в Калининградской области занимали около 6% территории. В настоящее время многие из них изменены в результате торфодобычи и мелиоративных работ [1]. Сейчас некоторые болотные массивы на территории области представляют собой уникальные экосистемы, сохранившиеся в естественном виде и не затронутые антропогенной деятельностью. Широкое распространение заболоченных территорий, многие из которых входят в состав особо охраняемых, определяет особенности природного облика и специфику ландшафтов Калининградской области.
В Калининградской области расположено верховое болото Свиное (нем. Швентлунд), которое относится к верховым сфагновым болотам прибрежных низменностей. Считается, что оно
сформировалось после занесения песком и постепенного заболачивания пролива Брокист, существовавшего между Балтийским морем и Куршским заливом. Болото Свиное занимает территорию в корневой части Куршской косы в 3 км к северо-востоку от г. Зеленоградска между устьевым участком р. Тростянки и побережьем Балтийского моря, от которого оно отделено неширокой полосой переувлажненных черноольховых лесов [2-4] (рис. 1).
Калининградская область
Рис. 1. Схема расположения района исследования
Уникальность болота Свиного определяется тем, что подобные крупные верховые болотные комплексы не встречаются более ни на одной из других песчаных пересыпей побережья Балтики [3]. Площадь месторождений торфа в этом районе занимает около 1 000 га, поэтому оно включено в Список болот, охраняемых и намеченных для охраны болот по международной программе «TELMA» [5]. Экосистема болота привлекает большое количество туристов и местных жителей, считается одной из достопримечательностей Зеленоградского района Калининградской области, характеризуется большим разнообразием слагающих его фитоценозов, интересно как объект экотуризма. Исследованием болота Свиного занимались в первой половине ХХ в. немецкие ученые К. Вебер и Х. Гросс. По их данным, площадь плато - открытой, необлесенной его части, составляла около 150 га. Уже в XIX в. болото подверглось осушению, здесь была организована добыча торфа, которая прекратилась к началу XX в. [2, 4]. В настоящее время оно представляет собой сильно преобразованную антропогенной деятельностью экосистему - частично осушено, изменено добычей торфа и находится в стадии зарастания. По современным оценкам [2] площадь плато болота Свиного составляет не более 50 га.
Поскольку одна из функций болот - гидрологическая, болото оказывает влияние на гидрохимический состав водных объектов, имеющих с ним гидравлическую связь. Кроме того, особенный интерес вызывает формирование состава болотных вод в условиях антропогенного преобразования.
Для характеристики современного химического состава поверхностных вод болота Свиного с марта 2019 г. нами начаты гидрохимические исследования. Гидрологические работы на болотном комплексе проводили ежемесячно на стандартных станциях (рис. 2). Выбор станций определялся следующим образом: станции 1 и 2 приурочены к краевой зоне болота, достаточно увлажненной, топкой; станция 3 расположена в центральной необлесенной части плато на мелиоративном канале.
Станция 1: котловина, заполненная водой, площадью - около 20 м2, глубиной до 0,5 м правильной четырехугольной формы; расположена на северо-западных окраинах болота на участке сосновых лесов с примесью березы. Вероятно, имеет антропогенное происхождение.
Станция 2: обширное топкое мочажиноподобное понижение, полностью заросшее мхами, с относительно пологими берегами и округлыми очертаниями площадью около 25-30 м2, вероятно, искусственного происхождения, расположено в 50 м на юго-востоке от ст. 1.
Станция 3: мелиоративный канал, сильно заросший, со слабовыраженным руслом, шириной до 0,5 м, глубиной до 0,4 м; расположен в центральной части болотного массива. Большую часть времени течение в канале отсутствует или выражено очень слабо.
При полевых исследованиях проводятся стандартные гидрологические работы, согласно рекомендациям, изложенным в [6]. Температура воды определяется родниковым термометром, рН - индикаторными полосками. Пробы на гидрохимический анализ отбираются в пластиковые емкости из поверхностного горизонта (0,1-0,2 м). Химический анализ отобранных проб проводится в гидрохимической лаборатории КГТУ по общепринятым методикам [6] в течение суток после отбора. Общая минерализация определяется арифметическим методом, концентрация натрия и калия - расчетным методом, в соответствии с [7].
Для характеристики минерализации и определения класса, группы, типа вод, а также количества органических веществ приняты градации по классификации О.А. Алекина [8].
Наши гидрохимические исследования в указанном районе показали, что его воды слабокислые, значение рН изменялось от 5,5 до 6,5. Минимальная величина рН во все месяцы отмечена в водах мелиоративного канала (ст. 3), дренирующего центральную часть болотного массива. Кислородные условия малоблагоприятные, что естественно для болотных вод. Средняя концентрация О2 в болотных водах за исследованный период - 1,77 мг/дм3 (16% насыщения). Меньше всего кислорода растворено в водах мелиоративного канала (ст. 3). Наиболее благоприятные кислородные условия складывались на ст. 2, расположенной в краевой части болота (табл.).
Таблица
Средний химический состав вод болота Свиного в период март - декабрь 2019 г.
Параметр Станция 1 (Ст. 1) Станция 2 (Ст. 2) Станция 3 (Ст. 3)
рН 6,3 6,2 6,0
Кислород, мг/дм3 1,73 2,52 0,87
Кислород, % 16 21 8
Перманганатная окисляемость, мгО/дм3 171,8 161,2 140,1
Азот нитритов, мгЩдм3 0,168 0,167 0,15
Азот аммонийный, мтЫ/дм3 5,3 4,3 3,8
Фосфор фосфатов, мгР/дм3 0,08 0,08 0,13
Железо общее, мг/дм3 3,11 1,60 1,71
Общая жесткость, мг экв./дм3 0,743 0,468 0,678
Кальций, мг/дм3 5,5 6,5 5,8
Магний, мг/дм3 5,7 1,7 4,8
Сумма натрия и калия, мг/дм3 57,8 67,1 58,8
Гидрокарбонаты, мг/дм3 80,1 106,3 94,2
Хлориды, мг/дм3 31,9 17,7 28,4
Сульфаты, мг/дм3 49,5 54,8 42,5
Минерализация, мг/дм3 231,2 254,2 234,4
Органические вещества оценивались по величине перманганатной окисляемости, которую можно охарактеризовать как «очень высокую» (в соответствии с классификацией О.А. Алекина). Полученные значения окисляемости типичны для верховых болот и отражают сложные процессы обогащения болотных вод различными органическими соединениями под воздействием остатков растений, торфов, атмосферных осадков, почв, поверхностных и подземных вод. Результаты изучения подобных процессов представлены в ряде научных работ [9-12].
Низкое содержание кислорода обусловливает преобладание восстановленных форм биогенных элементов, в частности азота аммонийного и железа (в сумме общего железа преобладает
его закисная форма), что типично для болотных вод. Стоит обратить внимание на содержание фосфатов в канале (ст. 3) - здесь оно максимальное, что, вероятно, связано еще и с антропогенным фактором.
Общая минерализация болотных вод за рассматриваемый период изменялась от 231,2 до 254,2 мг/дм3 и, согласно классификации природных вод, предложенной О.А. Алекиным [8], попадала в класс «средняя». Такое значение минерализации очень высоко и не характерно для оли-готрофных (верховых) болот, питание которых обеспечивается атмосферными осадками и практически не поддерживается подземными водами. Минерализация вод верховых болот значительно ниже и, как правило, сопоставима с минерализацией атмосферных осадков.
Воды очень мягкие (величина общей жесткости 0,5-0,7 мг экв./дм3). Содержание катионов кальция и магния крайне мало, что естественно для верховых болот. Среди катионов преобладают натрий и калий. Высокие концентрации этих катионов обусловлены, вероятно, геологической историей формирования его территории - заболачивание морского пролива с образованием мощной торфяной залежи [2].
Содержание хлоридов менялось от 18 до 32 мг/дм3, что соответствует составу вод верховых болот. В работе [4] по мониторингу указанного района проводятся данные по концентрации хлорид-аниона более 50 мг/дм3. Такая концентрация хлоридов в целом характерна для болотных вод низинного и переходного типов, гидрогеохимические особенности которых приведены в работах [9-12], и крайне высока для олиготрофных верховых болот. Тем не менее это можно объяснить наличием контакта болотного массива с минеральными грунтами реликтового генезиса или, возможно, притоком более минерализованных вод Куршского залива через систему мелиоративных каналов, которыми изрезан исследуемый болотный комплекс.
Содержание гидрокарбонатов изменялось от 80 до 106 мг/дм3, что сопоставимо с речными водами - это также весьма велико для олиготрофных болот, где концентрация НСО3- на порядок ниже. Величина сульфатов изменялась от 43 до 55 мг/дм3. Крайне высокое содержание сульфатов вызывает особенный интерес. С одной стороны, это может быть связано с региональными особенностями и генезисом верхового болота, с другой стороны - быть результатом антропогенного воздействия, хотя последнее маловероятно ввиду отсутствия в области мощных источников выбросов сернистых соединений.
Его воды в исследуемый период относились к гидрокарбонатному классу, натриево-калиевой группе, первому типу.
Стоит отметить, что верховое болото Свиное относится к антропогенно преобразованным экосистемам. В работах [2, 3] отмечено, что в настоящее время оно теряет свой морфологический облик болот верхового типа, о чем свидетельствует сукцессионный ряд слагающих его фи-тоценозов. Наши исследования гидрохимического состава болотных вод также согласуются с представленными в [2, 3] выводами.
В работах [11, 12] приводятся комплексные исследования изменения гидрохимического состава болот под воздействием человеческой деятельности. Так, при мелиоративных мероприятиях по осушению массивов верховых болот происходит изменение химического состава болотных вод по типу, характерному не для верховых, а для низинных болотных комплексов с достаточно резким увеличением содержания макрокомпонентов [11]. Исходя из этого, особенности гидрохимического состава вод болота Свиного соответствуют антропогенно преобразованным болотным системам и больше приближены к составу низинных (эвтрофных) комплексов.
В заключение можно сделать следующие выводы:
