sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587-55662019162-72sergeogr-857Research ArticleПриродные процессы и динамика геосистемNatural Processes and Dynamics of GeosystemsИзменения гидрохимического режима Онежского озера с начала 1990-х годовChanges in the Hydrochemical Regime of Onego Lake Since the Early 1990sКалинкинаН. М.KalinkinaN. M.

Петрозаводск

Petrozavodsk

cerioda@mail.ruТекановаЕ. В.TekanovaE. V.

Петрозаводск

Petrozavodsk

etekanova@mail.ruСабылинаА. В.SabylinaA. V.

Петрозаводск

Petrozavodsk

РыжаковА. В.RyzhakovA. V.

Петрозаводск

Petrozavodsk

Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр РАН”, Институт водных проблем СевераРоссияKarelian Research Center of Russian Academy of Sciences, Northern Water Problems InstituteRussian Federation201926042019016272Copyright © Калинкина Н.М., Теканова Е.В., Сабылина А.В., Рыжаков А.В., 20192019Калинкина Н.М., Теканова Е.В., Сабылина А.В., Рыжаков А.В.Kalinkina N.M., Tekanova E.V., Sabylina A.V., Ryzhakov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/857

В новых климатических условиях Карелии (мягкие зимы, увеличение количества жидких осадков, меньшее промерзание почвы) увеличивается поступление в озера аллохтонного органического вещества с речными водами. В связи с геохимическими особенностями Фенноскандии в водоемы попадает больше гумусовых веществ в комплексе с железом и фосфором. Это может привести к изменению гидрохимического режима, качества воды и условий обитания биоты. Впервые для водоемов Карелии на примере Петрозаводской губы Онежского озера оценены многолетние изменения (1963—2017 гг.) показателей-маркеров аллохтонного органического вещества. Выявлено, что с 1990-х годов в воде Петрозаводской губы достоверно возрастает цветность воды (от 56 до 73 град), содержание взвеси (от 1.6 до 3 мг/л), железа (от 0.12 до 0.42 мг/л), фосфора (от 12 до 22 мкг/л). Это приводит к изменению карбонатной системы воды залива — достоверно увеличивается концентрация углекислого газа (от 1.2 до 3.0 мг/л), падает величина рН (от 7.22 до 7.12) и содержание кислорода (от 101 до 92% насыщения). Наиболее высокими оказались коэффициенты корреляции Спирмена между показателями и годом исследования для весеннего периода, когда залив отделен от открытого плеса озера термическим баром и находится под сильным влиянием речных вод. Одновременно с изменением гидрохимического режима происходит увеличение количества железа в верхнем слое илов (от 0.65 до 4.8% от в.с.н.). Это привело к снижению численности макрозообентоса в 6—7 раз.

The supply of allochthonous organic matter with river water to the lakes rises in the new climatic conditions of Karelia (mild winters, an increase in the amount of liquid precipitation, less freezing of the soil). In connection with the geochemical peculiarities of Fennoscandia, more quantity of humic substances in a complex with iron and phosphorus enter the water bodies. These processes can lead to a change in the hydrochemical regime, water quality and habitat of the biota. For the first time for lakes of Karelia, long-term changes (1963-2017) of parameters, which are markers of allochthonous organic matter, were estimated on the example of Petrozavodsk Bay of Onego Lake. It was found that since the 1990s, the following characteristics significantly increase in Petrozavodsk Bay water: the color of water (from 56 to 73 degrees), the content of suspended matter (from 1.6 to 3 mg/l), iron (from 0.12 to 0.42 mg/l), phosphorus (from 12 to 22 pg/l). This leads to changes in the carbonate system of the bay water. The concentration of carbon dioxide increases significantly (from 1.2 to 3.0 mg/l), the pH value drops (from 7.22 to 7.12) and the oxygen content diminishes (from 101 to 92% of saturation). The Spearman correlation coefficients between the chemical characteristics and the year of study were the highest for the spring period, when the bay is separated from the open part of the lake by thermal bar and is strongly influenced by river water. Simultaneously with the change in the hydrochemical regime, there is an increase in the amount of iron in the upper layer of silts (from 0.65 to 4.8% of the air-dry sample). This led to a decrease in the number of macrozoobenthos 6-7 times.

КарелияОнежское озероклиматические измененияречной стокгидрохимический режималлохтонное органическое веществожелезофосфоргазовый режимрНKareliaOnego Lakeclimate changingriver dischargehydrochemical regimeallochthonous organic matterironphosphorusgas composition of waterpHИнститута водных проблем Севера КарНЦ РАН, Государственное заданиеScientific Research Plan of the Northern Water Problems Institute of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of sciencesReferencesАналитические, кинетические и расчетные методы в гидрохимической практике / под ред. П.А. Ло-зовика, Н.А. Ефременко. СПб.: Нестор-История, 2017. 272 с.Analiticheskie, kineticheskie i raschetnye metody v gidrokhimicheskoi praktike [Analytical, Kineticand Calculation Methods in Hydrochemical Practice]. Lozovik P.A., Efremenko N.A., Eds. St.Petersburg: Nestor-Istoriya Publ., 2017. 272 p.Белкина Н.А. Химический состав донных отложений // Состояние водных объектов Республики Карелия. По результатам мониторинга 1998—2006 гг. / отв. ред. П.А. Лозовик, Т.П. Куликова, Н.Н. Мартынова. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. С. 40-49.Belkina N.A. Chemical composition of bottom sediments. In Sostoyanie vodnykh ob’ektov Respubliki Kareliya. Po rezul’tatam monitoringa 1998—2006gg. [State of Water Bodies of the Republic of Karelia. According to the Resultsofthe 1998-2006 Monitoring]. Lozovik P.A, Kulikova T.P., Martynova N.N., Eds. Petrozavodsk: Karelskii Nauchn. Tsentr RAN, 2007, pp. 40-49. (In Russ.).Васильева Е.П., Белкина Н.А. Общая характеристика донных отложений // Онежское озеро. Экологические проблемы / отв. ред. Н.Н. Филатов. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1999. С. 120-145.Vasilyeva E.P., Belkina N.A. General characteristics of bottom sediments. In Onezhskoe ozero. Eko-logicheskie problemy [Onega Lake. Ecological Problems]. Filatov N.N., Ed. Petrozavodsk: Karelskii Nauchn. Tsentr RAN, 1999, pp. 120-145. (In Russ.).Вислянская И.Г. Структура и динамика биомассы фитопланктона // Онежское озеро. Экологические проблемы / отв. ред. Н.Н. Филатов. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1999. С. 146-157.Vislyanskaya I.G. Structure and dynamics of phytoplankton biomass. In Onezhskoe ozero. Ekologicheskie problemy [Onega Lake. Ecological Problems]. Filatov N.N., Ed. Petrozavodsk: Karelskii Nauchn. Tsentr RAN, 1999, pp. 146-157. (In Russ.).Джамалов Р.Г., Сафронова Т.И., Телегина Е.А. Внутригодовое распределение стока рек с оценкой роли зимней межени // Водные ресурсы. 2017. Т. 44. № 6. С. 603-611.Dzhamalov R.G., Safronova T.I., Telegina E.A. Annual distribution of river runoff with estimated contribution of winter low-water season. Vodnye Resursy, 2017, vol. 44, no. 6, pp. 785-792.Калинкина Н.М., Сидорова А.И., Полякова Т.Н., Белкина Н.А., Березина Н.А., Литвинова И.А. Снижение численности глубоководного макрозообентоса Онежского озера в условиях многофакторного воздействия // Принципы экологии. 2016. Т. 5. № 2. С. 47-68. URL. http://ecopri.ru/joumal/article.php?id=5182 (Дата обращения: 26.02.2018).Kalinkina N.M., Sidorova A.I., Polyakova T.N., Belkina N.A., Berezina N.A., Litvinova I .A. Decline in the deep water benthic communities abundance in the Onego Lake under multi factor influence. Printsipy Ekologii, 2016, no. 2 (5), pp. 47-68. (In Russ.).Калинкина Н.М., Теканова Е.В., Сярки М.Т. Экосистема Онежского озера: реакция водных сообществ на антропогенные факторы и климатические изменения // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2017. № 1. С. 4—18.Kalinkina N.M, Tekanova E.V, Syarki M.T. The lake Onego ecosystem: aquatic communities’ response to anthropogenic factors and climate change. Vodnoe Khozyaistvo Rossii: Problemy, Tekhnologii, Uprav-lenie, 2017, no. 1, pp. 4-18. (In Russ.).Калюжный И.Л., Лавров С.А. Гидрофизические процессы на водосборе: экспериментальные исследования и моделирование. Спб.: Нестор-История, 2012. 616 с.Kalyuzhnyi I.L., Lavrov S.A. Gidrofizicheskieprotsessy na vodosbore: eksperimental’nye issledovaniya i modelirovanie [Hydrophysical Processes in the Catchment Area: Experimental Research and Modeling]. St.Petersburg: Nestor-Istoriya Publ., 2012. 616 p.Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Ги-дрометеоиздат, 1986. 273 с.Linnik P.N., Nabivanets B.I. Formy migratsii metallov v presnykh poverkhnostnykh vodakh [Migration of Metals Form sin Fresh Surface Waters]. Leningrad: Gi-drometeoizdat Publ., 1986. 273 p.Лозовик П.А. Кислотно-основное равновесие поверхностных вод гумидной зоны // Геохимия. 2007. № 10. С. 1139-1144.Lozovik P.A. Acid-base equilibrium in the surface waters of the humid zone. Geochem. Int., 2007, no. 10 (45), pp. 1139-1144.Лозовик П.А. Геохимическая классификация поверхностных вод гумидной зоны на основе их кислотно-основного равновесия // Водные ресурсы. 2013. Т. 40. № 6. С. 583-592.Lozovik P.A. Geochemical classification of surface water sin humid zone based on their acid-base equilibrium. Vodnye Resursy, 2013, no. 6 (40), pp. 583-592.Мелешко В.П. Потепление климата: причины и последствия // Химия и жизнь. 2007. № 4. С.6-12.Meleshko V.P. Climate warming: causes and consequences. Himiya i Zhizn’, 2007, no. 4, pp. 6-12. (In Russ.).Назарова Л.Е. Атмосферные осадки в Карелии // Труды Карельского научного центра РАН. 2015. № 9. С. 114-120.Nazarova L.E. Precipitation over the territory of Karelia. Tr. Karel’skogo Nauchn. Tsentra RAN, 2015, no. 9, pp. 114-120. (In Russ.).Назарова Л.Е. Современные климатические условия водосбора Белого моря // Изв. Русского географического общества. 2017. Т. 149. Вып. 5. С. 16-24.Nazarova L.E. Modern climatic conditions of the White Sea basin area. Izv. Russ. Geogr. Obshch., 2017, no. 5 (149), pp.16-24. (In Russ.).Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. М.: Росгидромет, 2008. 28 с.Otsenochnyi doklad ob izmeneniyakh klimata i ikh posledstviyakh na territorii Rossiiskoi Federatsii. Obshchee rezyume [Assessment Reporton Climate Change and its Consequences on the Territory of the Russian Federation. General Summary]. Moscow: Rosgidromet, 2008. 28 p.Петров М.П. Термический режим // Экосистема Онежского озера и тенденции ее изменения / ред. З.С. Кауфман. Л.: Карельский научный центр АН СССР, 1990. С. 32-37.Petrov M.P. Thermal regime. In Ekosistema Onezhsk-ogo ozera i tendentsii ee izmeneniya [Lake Onega Ecosystem and Tendencies of its Change]. Kaufman Z.S., Ed. Leningrad: Karelskii Nauchn. Tsentr Akad. Nauk, 1990, pp. 32-37. (In Russ.).Пирожкова Г.П. Химический состав приточных вод бассейна Онежского озера // Притоки Онежского озера / ред. З.С. Кауфман. Петрозаводск: Карельский научный центр АН СССР, 1990. С. 4-37.Pirozhkova G.P. Chemical composition of fresh water in the Onega Lake basin. In Pritoki Onezhskogo ozera [In Flows of the Onega Lake]. Kaufman Z.S., Ed. Petrozavodsk: Karelskii Nauchn. Tsentr Akad. Nauk, 1990, pp. 4-37. (In Russ.).Пьявченко Н.И., Нестеренко И.М., Чесноков В.А. Мелиорация и природа Севера. Петрозаводск: Карелия, 1980. 76 с.Pyavchenko N.I., Nesterenko I.M., Chesnokov V.A. Melioratsiya i priroda Severa [Melioration and Nature of the North]. Petrozavodsk: Kareliya Publ., 1980. 76 p.Рыжаков А.В., Зобкова М.В., Лозовик П.А. Особенности содержания и распределения форм фосфора в водоемах гумидной зоны // Труды Карельского научного центра РАН. 2016. № 9. С. 33-45.Ryzhakov A.V., Zobkova M.V., Lozovik P.A. Patternsin concentration and distribution of phosphorus form sin water bodies of the humid zone. Tr. Karel’skogo Nauchn. Tsentra RAN, 2016, no. 9, pp. 33-45. (In Russ.).Сабылина А.В. Внешняя нагрузка на озеро // Крупнейшие озера-водохранилища Северо-Запада европейской территории России: современное состояние и изменения экосистем при климатических и антропогенных воздействиях / отв. ред. Н.Н. Филатов. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2015. С. 68-72.Sabylina A.V. External load on lake. In Krupneishie ozera-vodokhranilishcha Severo-Zapada evropeis-koi territorii Rossii: sovremennoe sostoyanie i izmeneniya ekosistem pri klimaticheskikh i antropo-gennykh vozdeistviyakh [Current State and Changes of Ecosystems of Large Lakes Reservoirs in the NorthWest of European Russia under Climate Change and Human Impact]. Filatov N.N., Ed. Petrozavodsk: Karelskii Nauchn. Tsentr RAN, 2015, pp. 68-72. (In Russ.).Сабылина А.В. Поступление в Онежское озеро органического углерода, общего фосфора и общего азота с речным стоком и вынос с водами р. Свири в 1965-2008 годах // Труды Карельского научного центра РАН. 2016. № 9. С. 68-77.Sabylina A.V. An inflow of organic carbon, total phosphorus and total nitrogen to Lake Onego with stream runoff, and their removal by Svir river water sin 1965-2008. Tr. Karel’skogo Nauchn. Tsentra RAN, 2016, no. 9, pp. 68-77. (In Russ.).Стадниченко А.П. Влияние сернокислого железа на быстрые поведенческие и физиологические реакции катушки роговой (Molluska: Gastropoda: Pulmonata) // Гидробиологический журнал. 2014. Т. 50. № 4. С. 45-50.Stadnichenko A.P. The effect of iron sulphate on rapid behavioral and physiological responses of horn cores (Molluska: Gastropoda: Pulmonata). Gidro-biologicheskii Zhurnal, 2014, no. 4 (50), pp. 45-50. (In Russ.).Теканова Е.В., Кравченко И.Ю., Потахин М.С., Богданова М.С. Анализ природных факторов формирования биологической продуктивности водоемов в разных ландшафтах Карелии // Принципы экологии. 2017. № 2. С. 61-69. URL. http://ecopri.ru/journal/article.php?id=5802 (Дата обращения: 26.02.2018).Tekanova E.V., Kravchenko I.Y., Potakhin M., Bogdanova M.S. Analysis of the natural factors of biological productivity of water bodies in the different lands capes of Karelia. Printsipy Ekologii, 2017, no. 2, pp. 61-69. Available at: http://ecopri.ru/journal/article.php?id=5802 (accessed 26.02.2018). (In Russ.).Bartels P., Hirsch P.E., Svanback R., Eklov P. Dissolved organic carbon reduces habitat coupling by top predators in lake ecosystems // Ecosystems. 2016. V. 19. P. 955-967.Bartels P., Hirsch P.E., Svanback R., Eklov P. Dissolved organic carbon reduce shabitat coupling by top predators in lake ecosystems. Ecosystems, 2016, 19, pp. 955-967.Brothers S., Kohler J., Attermeyer K., Grossart H.P., Mehner T., Meyer N., Scharnweber K., Hilt S. A feedback loop links brownification and anoxia in a temperate, shallow lake // Limnol. Oceanogr. 2014. V. 59. № 4. P. 1388-1398.Brothers S., Kohler J., Attermeyer K., Grossart H.P., Mehner T., Meyer N., Scharnweber K., Hilt S. A feedback loop links brown I fication and anoxia in at emperate, shallow lake. Limnol. Oceanogr., 2014, no. 4 (59), pp. 1388-1398.Efremova T., Palshin N., Zdorovennov R. Long-term characteristics of ice phenology in Karelian lakes // Estonian J. of Earth Sci. 2013. V. 62. № 1. P. 33-41.Efremova T., Palshin N., Zdorovennov R. Long-term characteristics of ice phenology in Karelian lakes. Est. J. Earth Sci., 2013, no. 1 (62), pp. 33-41.Lehtovaara A., Arvola L., Keskitao J., Olin M., Rask M., Salonen K., Sarvala J., Tulonen T., Vuorenmaa J. Responses of zooplankton to longterm environmental changes in a small boreal lake // Boreal Environment Research. 2014. V. 19 (suppl. A). P. 97-111.Lehtovaara A., Arvola L., Keskitao J., Olin M., Rask M., Salonen K., Sarvala J., Tulonen T., Vuorenmaa J. Responses of zoo plankton to long-term environmental changes in a small boreal lake. Boreal Environ. Res., 2014, 19(suppl. A), pp. 97-111.Lenard T., Ejankowski W. Natural water browni-fication as a shift in the phytoplankton community in a deep hard water lake // Hydrobiologia. 2017. V. 787. P. 153-166.Lenard T., Ejankowski W. Natural water brownification as a shift in the phytoplankton community in a deep hard water lake. Hydrobiologiya, 2017, 787, pp. 153-166.Sarkkola S., Nieminen M., Koivusalo H., Laurin A., Kortelainen P., Mattsson T., Palviainen M., Piirainen S., Starr M., Finir L. Iron concentrations are increasing in surface waters from forested headwater catchments in eastern Finland // Science of the Total Environment. 2013. V. 463-464. P. 683-689.Sarkkola S., Nieminen M., Koivusalo H., Laurdn A., Kortelainen P., Mattsson T., Palviainen M., Piirainen S.,Strock K.E., Saros J.E., Nelson S.J., Birkel S.D., Kahl J.S., McDowell W.H. Extreme weather years drive episodic changes in lake chemistry: implications for recovery from sulfate deposition and long-term trends in dissolved organic carbon // Biogeochemistry. 2016. V. 127. P. 353-365.Starr M., Fin6r L. Iron concentrations are increasing in surface waters from forested head water catchments in eastern Finland. Sci. Total Environ., 2013, 463—464, pp. 683—689.Vuori K.-M. Direct and indirect effects of iron on river ecosystems // Ann. Zool. Fennici. 1995. V. 32. P. 317-329.Strock K.E., Saros J.E., Nelson S.J., Birkel S.D., Kahl J.S., McDowell W.H. Extreme weather years drive episodic changes in lake chemistry: implications for recovery from sulfate deposition and long-term trends in dissolved organic carbon. Biogeochemistry, 2016, 127, pp. 353-365.Vuori K.-M. Direct and in direct effect of iron on river ecosystems. Ann. Zool. Fennici, 1995, 32, pp. 317-329.Vuori K.-M. Direct and in direct effect of iron on river ecosystems. Ann. Zool. Fennici, 1995, 32, pp. 317-329.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.