2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University IXRSRC pmi-16225 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16225 Геотехнология и инженерная геология Geotechnical Engineering and Engineering Geology Assessment of the ecological state of aquatic ecosystems by studying lake bottom sediments Оценка экологического состояния водных экосистем по изучению донных отложений озер Chukaeva Mariya A. Чукаева М. А. Chukaeva Mariya A. chukaeva.mariia@gmail.com 0000-0003-3643-6757 Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II (Санкт-Петербург, Россия) Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University (Saint Petersburg, Russia) Sapelko Tatyana V. Сапелко Т. В. Sapelko Tatyana V. tsapelko@mail.ru 0000-0003-0933-7091 Институт озероведения РАН – Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр РАН (Санкт-Петербург, Россия) Institute of Limnology of the RAS – Saint Petersburg Federal Research Center of the RAS (Saint Petersburg, Russia) 23 01 2024 2025 271 53 62 13 04 2023 25 10 2023 25 02 2025 © 2024 М. А. Чукаева, Т. В. Сапелко © 2024 Mariya A. Chukaeva, Tatyana V. Sapelko 2024 М. А. Чукаева, Т. В. Сапелко Mariya A. Chukaeva, Tatyana V. Sapelko Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16225

В статье представлены результаты сопряженных палинологических и геохимических исследований пяти озер различного генезиса, расположенных на пути следования экспедиции «По следам Александра фон Гумбольдта по Западной Сибири, Алтаю и Восточному Казахстану», приуроченной к двойному юбилею: 190-летию экспедиции по России знаменитого ученого и его 250-летию. Выполнен геохимический анализ воды и донных отложений озер Ик (Сибирь), Колыванское и Белое (Алтай), Безымянное (Казахстан) и Нагорного пруда (Алтай), дана оценка их экологического состояния на основе единичных и интегральных критериев. Высокий уровень загрязнения отмечен для Нагорного пруда и оз. Безымянное, что вызвано значительной техногенной нагрузкой от расположенных вблизи рудников. Это подтверждается результатами палинологических исследований. Удовлетворительной экологической обстановкой характеризуются водные экосистемы озер Колыванское и Белое, испытывающих повышенную рекреационную нагрузку. Результаты спорово-пыльцевого анализа и анализа непыльцевых палиноморф показали низкую способность этих озер к самовосстановлению. Наиболее благоприятное экологическое состояние и высокая самоочищающая способность отмечены для оз. Ик, что согласуется с данными палинологических исследований. По результатам проведенных исследований сделан вывод о возможности проведения экспрессной оценки экологического состояния водных экосистем по изучению озер с помощью сопряженного палинологического и геохимического анализа.

The article presents the results of coupled palynological and geochemical studies of five various genesis lakes, located along the route of the expedition “In the footsteps of Alexander von Humboldt in Siberia, Altai and Eastern Kazakhstan”, dedicated to the double anniversary: the 190th anniversary of the expedition across Russia of the famous scientist and his 250th birthday. A geochemical analysis of water and bottom sediments of Ik Lake (Siberia), Lakes Kolyvanskoe and Beloe (Altai), Lake Bezymyannoe (Kazakhstan) and Nagornyi Pond (Altai) was carried out. Based on their results an assessment of studied lakes ecological state was given through single and integral criteria. A high level of pollution was noted for Nagornyi Pond and Lake Bezymyannoe, which is caused by a significant technogenic load from nearby mines. This is consistent with the data of palynological research. The aquatic ecosystems of Lakes Kolyvanskoe and Beloe are characterized by a satisfactory ecological situation, but they experience an increased recreational load. The results of spore-pollen analysis and analysis of non-pollen palynomorphs showed the low ability of these lakes to self-healing. The most favorable ecological state and high self-cleaning capacity were noted for Lake Ik, which is consistent with the data of palynological studies. It is being confirmed with the results of palynological studies. It was therefore concluded about the ability to make a quick assessment of the aquatic ecosystems’ ecological state by studying lakes using coupled palynological and geochemical analysis.

 Ключевые слова озера донные отложения поверхностные пробы техногенное воздействие геохимический анализ спорово-пыльцевой анализ Keywords lakes lake sediments surface samples technogenic impact geochemical analysis pollen analysis Исследования выполнены в рамках государственного задания № FSRRW-2023-0002; FMNG-2019-0004 Research is executed within the State task N FSRRW-2023-0002; FMNG-2019-0004 Тусупбеков Ж.А., Ряполова Н.Л. Оценка экологической устойчивости поверхностных вод Западной Сибири // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2019. № 3. C. 55-60. DOI: 10.17308/geo.2019.3/2324 Tusupbekov J.A., Ryapolova N.L. Assessment of the environmental sustainability of surface waters in Western Siberia. Procee-dings of Voronezh State University. Series: Geography. Geoecology. 2019. N 3, p. 55-60 (in Russian). DOI: 10.17308/geo.2019.3/2324 Sabatier P., Moernaut J., Bertrand S. et al. A Review of Event Deposits in Lake Sediments // Quaternary. 2022. Vol. 5. Iss. 3. № 34. DOI: 10.3390/quat5030034 Sabatier P., Moernaut J., Bertrand S. et al. A Review of Event Deposits in Lake Sediments. Quaternary. 2022. Vol. 5. Iss. 3. N 34. DOI: 10.3390/quat5030034 Волкодаева М.В., Киселев А.В. О развитии системы экологического мониторинга качества атмосферного воздуха // Записки Горного института. 2017. Т. 227. C. 589-596. DOI: 10.25515/PMI.2017.5.589 Volkodaeva M.V., Kiselev A.V. On development of System for Environmental Monitoring of Atmospheric Air Quality. Journal of Mining Institute. 2017. Vol. 227, p. 589-596. DOI: 10.25515/PMI.2017.5.589 Даувальтер В.А., Денисов Д.Б., Дину М.И., Слуковский З.И. Биогеохимические особенности функционирования малых арктических озер Хибинского горного массива в условиях изменения климата и окружающей среды // Геохимия. 2022. Т. 67. № 6. С. 559-575. DOI: 10.31857/S0016752522050053 Dauvalter V.A., Denisov D.B., Slukovskii Z.I., Dinu M.I. Biogeochemical Features of Functioning of Small Arctic Lakes of the Khibiny Mountains under Climatic and Environmental Changes. Geochemistry International. 2022. Vol. 60. N 6, p. 560-574. DOI: 10.1134/S0016702922050044 Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A. Rare earth elements in surface lake sediments of Russian arctic: Natural and potential anthropogenic impact to their accumulation // Applied Geochemistry. 2022. Vol. 142. № 105325. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2022.105325 Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A. Rare earth elements in surface lake sediments of Russian arctic: Natural and potential anthropogenic impact to their accumulation. Applied Geochemistry. 2022. Vol. 142. N 105325. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2022.105325 Sapelko T.V. Paleolimnological research: new possibilities and possible mistakes // Paleolimnology of Northern Eurasia: experience, methodology, current status and young scientists school in microscopy skills in paleolimnology, 1-4 October 2018, Kazan, Russia. Proceedings of the 3rd International Conference, 2018. P. 104-105. Sapelko T.V. Paleolimnological research: new possibilities and possible mistakes. Paleolimnology of Northern Eurasia: experience, methodology, current status and young scientists school in microscopy skills in paleolimnology, 1-4 October 2018, Kazan, Russia. Proceedings of the 3rd International Conference, 2018, p. 104-105. Lukanina E., Blyakharchuk T. A comparison of spore-pollen spectra of forest, forest-steppe and steppe of Western Siberia // 12th International Meeting Pollen Monitoring Programme. Abstract book, 20-23 August 2019, Riga, Latvia, 2019. P. 21-24. Lukanina E., Blyakharchuk T. A comparison of spore-pollen spectra of forest, forest-steppe and steppe of Western Siberia. 12th International Meeting Pollen Monitoring Programme. Abstract book, 20-23 August 2019, Riga, Latvia, 2019, p. 21-24. Поползин А.Г. Озера юга Обь-Иртышского бассейна. Новосибирск: Западно-Сибирское книжное изд-во, 1967. 350 с. Popolzin А.G. Lakes of the south of the Ob-Irtysh basin. Novosibirsk: Zapadno-Sibirskoe knizhnoe izd-vo, 1967, p. 350 (in Russian). Страховенко В.Д., Кабанник В.Г., Маликова И.Н. Геохимические особенности экосистемы озера Колыванское (Алтайский край) и влияние на нее техногенного воздействия // Литология и полезные ископаемые. 2014. № 3. С. 220-234. DOI: 10.7868/S0024497X14030069 Strakhovenko V.D., Kabannik V.G., Malikova I.N. Geochemical features of the ecosystem of Lake Kolyvan (Altai territory) and related technogenic impact. Lithology and Mineral Resources. 2014. Vol. 49. N 3, p. 220-234. DOI: 10.1134/S0024490214030055 Позняков А.А. К истории Колыванского озера // Известия Алтайского отделения Русского географического общества. 2015. Т. 38. № 3. С. 93-98. Poznyakov А.А. On the history of Kolyvan Lake. Bulletin of the Altay Branch of the Russian Geographical Society. 2015. Vol. 38. N 3, p. 93-98 (in Russian). Коротаева А.Е., Пашкевич М.А. Применение данных спектральной съемки для экологического мониторинга водной растительности // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 5-2. P. 231-244. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_231 Korotaeva A.E., Pashkevich M.A. Spectrum survey data application in ecological monitoring of aquatic vegetation. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021. N 5-2, p. 231-244 (in Russian). DOI: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_231 Iakovleva E., Belova M., Popov A. Mining and Environmental Monitoring at Open-Pit Mineral Deposits // Journal of Ecological Engineering. 2019. Vol. 20. Iss. 5. P. 172-178. DOI: 10.12911/22998993/105438 Iakovleva E., Belova M., Popov A. Mining and Environmental Monitoring at Open-Pit Mineral Deposits. Journal of Ecological Engineering. 2019. Vol. 20. Iss. 5, p. 172-178. DOI: 10.12911/22998993/105438 Ponomarenko M.R., Kutepov Y.I. Complexity Assessment to Substantiate Deformation Monitoring at Open Pit Mines // Journal of Mining Science. 2021. Vol. 57. Iss. 6. P. 986-994. DOI: 10.1134/S1062739121060119 Ponomarenko M.R., Kutepov Y.I. Complexity Assessment to Substantiate Deformation Monitoring at Open Pit Mines. Journal of Mining Science. 2021. Vol. 57. Iss. 6, p. 986-994. DOI: 10.1134/S1062739121060119 Ягначкова Н.И. Памятники природы Горной Колывани // Этим гордится Алтайский край: по материалам творческого конкурса. Барнаул: Азбука, 2008. С. 24-26 Yagnachkova N.I. Natural monuments of Mountain Kolyvan. The Altai Territory is proud of this: based on materials from a creative competition. Barnaul: Azbuka, 2008, p. 24-26 (in Russian). Кузменкин Д.В., Иванова Е.С. Количественная характеристика макрозообентоса литорали Колыванского и Белого озер (Северо-Западный Алтай) по исследованиям 2019 г. // Труды Тигирекского заповедника. 2020. Вып. 12. С. 100-104. DOI: 10.53005/20767390_2020_12_100 Kuzmenkin D.V., Ivanova E.S. Quantitative characteristic of macrozoobenthos in littoral zone of Kolyvanskoe and Beloe lakes (North-Western Altai) according to research in 2019. Proceedings of the Tigirek State Natural Reserve. 2020. Iss. 12, p. 100-104 (in Russian). DOI: 10.53005/20767390_2020_12_100 Suiekpayev Y.S., Sapargaliyev Y.M., Dolgopolova A.V. et al. Mineralogy, geochemistry and U-Pb zircon age of the Karaotkel Ti-Zr placer deposit, Eastern Kazakhstan and its genetic link to the Karaotkel-Preobrazhenka intrusion // Ore Geology Reviews. 2021. Vol. 131. № 104015. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2021.104015 Suiekpayev Y.S., Sapargaliyev Y.M., Dolgopolova A.V. et al. Mineralogy, geochemistry and U-Pb zircon age of the Karaotkel Ti-Zr placer deposit, Eastern Kazakhstan and its genetic link to the Karaotkel-Preobrazhenka intrusion. Ore Geology Reviews. 2021. Vol. 131. N 104015. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2021.104015 Nigmatova S.A., Bayshashov B.U., Pirogova T.E. et al. Geology, stratigraphy and palaeontology of the Eocene Shynzhyly locality (Eastern Kazakhstan) and comparison with the continental Eocene of Italy // Gortania. Geologia, Paleontologia, Paletnologia. 2020. Vol. 42. P. 37-53. Nigmatova S.A., Bayshashov B.U., Pirogova T.E. et al. Geology, stratigraphy and palaeontology of the Eocene Shynzhyly locality (Eastern Kazakhstan) and comparison with the continental Eocene of Italy. Gortania. Geologia, Paleontologia, Paletnologia. 2020. Vol. 42, p. 37-53. Pashkevich M.A., Danilov A.S., Matveeva V.A. Remote sensing of chemical anomalies in the atmosphere in influence zone of Korkino open pit coal mine // Eurasian Mining. 2021. № 1. P. 79-83. DOI: 10.17580/em.2021.01.16 Pashkevich M.A., Danilov A.S., Matveeva V.A. Remote sensing of chemical anomalies in the atmosphere in influence zone of Korkino open pit coal mine. Eurasian Mining. 2021. N 1, p. 79-83. DOI: 10.17580/em.2021.01.16 Шелехова Т.С., Лаврова Н.Б. Палеографические реконструкции развития территории северо-западной Карелии в голоцене (по данным изучения донных отложений малых озер) // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2020. № 9. С. 101-122. DOI: 10.17076/lim1268 Shelekhova T.S., Lavrova N.B. Paleogeographic reconstructions of the Northwest Karelia region evolution in the holocene based on the study of small lake sediments. Trudy Karelskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2020. N 9, p. 101-122 (in Russian). DOI: 10.17076/lim1268 Сапелко Т.В., Цыганов А.Н., Мазей Ю.А. и др. Новые подходы комплексных палеолимнологических исследований голоценовой истории озер // Труды Палеонтологического общества. 2018. Т. 1. С. 118-124. Sapelko T.V., Tsyganov A.N., Mazei Yu.A. et al. New approaches to complex paleolimnological studies of the Holocene history of lakes. Trudy Paleontologicheskogo obshchestva. 2018. Vol. 1, p. 118-124 (in Russian). Бляхарчук Т.А., Митрофанова Е.Ю., Эйрих А.Н. Комплексные палеоэкологические исследования донных отложений озера Манжерокское в предгорьях Алтая // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2015. № 9. С. 81-99. DOI: 10.17076/lim166 Blyakharchuk T.A., Mitrofanova E.Y., Eirikh A.N. Integrated palaeoecological investigation of bottom sediments from lake Manzherokskoye in the piedmont Altai region. Trudy Karelskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2015. N 9, p. 81-99 (in Russian). DOI: 10.17076/lim166 Сарапулова Г.И. Геохимический подход в оценке воздействия техногенных объектов на почвы // Записки Горного института. 2020. Т. 243. С. 388-395. DOI: 10.31897/PMI.2020.3.388 Sarapulova G.I. Geochemical approach in assessing the technogenic impact on soils. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 243, p. 388-392. DOI: 10.31897/PMI.2020.3.388 Саламов А.М., Мамедов В.А., Халилова Х.Х. Исследование влияния антропогенных факторов на изменение геоэкологического состояния оз. Ходжагасан Азербайджана // Записки Горного института. 2019. Т. 239. С. 603-610. DOI: 10.31897/PMI.2019.5.603 Salamov A.M., Mammadov V.A., Khalilova H.Kh. Study of the Anthropogenic Impact on the Change of Geoecological Conditions of the Khojahasan Lake, Azerbaijan. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 239, p. 603-610. DOI: 10.31897/PMI.2019.5.603 Бородина Е.В., Бородина У.О. Формирование химического состава озерных вод особо охраняемых территорий горного Алтая на примере бассейна р. Мульты // Водные ресурсы. 2019. Т. 46. № 4. С. 405-416. DOI: 10.31857/S0321-0596464405-416 Borodina E.V., Borodina U.O. Factors affecting chemical composition of lake water of specially protected areas in Altai mountains, Russia, based on Multa river basin study. Vodnye resursy. 2019. Vol. 46. N 4, p. 405-416 (in Russian). DOI: 10.31857/S0321-0596464405-416 Кремлева Т.А., Моисеенко Т.И., Хорошавин В.Ю., Шавнин А.А. Геохимические особенности природных вод Западной Сибири: микроэлементный состав // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2012. № 12. С. 80-89. Kremleva T.A., Moiseyenko T.I., Khoroshavin V.Y., Shavnin A.A. Geochemical features of natural waters of West Siberia: microelement composition. Tyumen State University Herald. 2012. N 12, p. 71-80. Валиев В.С., Шамаев Д.Е., Хасанов Р.Р., Маланин В.В. Подвижность тяжелых металлов в донных отложениях и особенности интерпретации ее изменчивости // Российский журнал прикладной экологии. 2022. № 2. С. 61-67. DOI: 10.24852/2411-7374.2022.2.61.67 Valiev V.S., Shamaev D.E., Khasanov R.R., Malanin V.V. Heavy metals mobility in sediments and peculiarities of variability interpretation. Russian Journal of Applied Ecology. 2022. N 2, p. 61-67 (in Russian). DOI: 10.24852/2411-7374.2022.2.61.67 Мазур В.В., Доровских Г.Н. Аккумуляция металлов донными отложениями // Вестник Сыктывкарского университета. Серия 2: Биология. Геология. Химия. Экология. 2013. № 3. С. 159-177. Mazur V.V., Dorovskikh G.N. Accumulation of metals in the bottom sadiments. Syktyvkar University Bulletin. Series 2. Biology, geology, chemistry, ecology. 2013. N 3, p. 159-177 (in Russian). Легостаева Я.Б., Гололобова А.Г. Донные отложения как индикатор геоэкологического состояния природных водотоков // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. № 11. С. 66-71. DOI: 10.18412/1816-0395-2022-11-66-71 Legostaeva Y.B., Gololobova A.G. Bottom Sediments as an Indicator of the Geoecological State of Natural Water Currents. Ecology and Industry of Russia. 2022. Vol. 26. N 11, p. 66-71 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0395-2022-11-66-71 Пашкевич М.А., Бек Дж., Матвеева В.А., Алексеенко А.В. Биогеохимическая оценка состояния почвенно-растительного покрова в промышленных, селитебных и рекреационных зонах Санкт-Петербурга // Записки Горного института. 2020. Т. 241. С. 125-131. DOI: 10.31897/PMI.2020.1.125 Pashkevich M.A., Bech J., Matveeva V.A., Alekseenko A.V. Biogeochemical assessment of soils and plants in industrial, residential and recreational areas of Saint Petersburg. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 241, p. 125-130. DOI: 10.31897/PMI.2020.1.125 Kharko P.A., Matveeva V.A. Bottom sediments in a river under acid and alkaline wastewater discharge // Ecological Engineering and Environmental Technology. 2021. Vol. 22. Iss. 3. P. 35-41. DOI: 10.12912/27197050/134870 Kharko P.A., Matveeva V.A. Bottom sediments in a river under acid and alkaline wastewater discharge. Ecological Engineering and Environmental Technology. 2021. Vol. 22. Iss. 3, p. 35-41. DOI: 10.12912/27197050/134870 Пиирайнен В.Ю., Михалков А.В., Баринкова А.А. Современный взгляд на решение проблем экологии Уральского алюминиевого завода // Цветные металлы. 2022. № 7. С. 39-45. DOI: 10.17580/tsm.2022.07.04 Piirainen V.Y., Mikhaylov A.V., Barinkova A.A. The concept of modern ecosystem for the Ural Aluminium Smelter. Tsvetnye metally. 2022. N 7, p. 39-45 (in Russian). DOI: 10.17580/tsm.2022.07.04 Пашкевич М.А., Быкова М.В. Методология термодесорбционной очистки локальных загрязнений почв от нефтепродуктов на объектах минерально-сырьевого комплекса // Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 49-60. DOI: 10.31897/PMI.2022.6 Pashkevich M.A., Bykova M.V. Methodology for thermal desorption treatment of local soil pollution by oil products at the facilities of the mineral resource industry. Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 253, p. 49-60. DOI: 10.31897/PMI.2022.6 Валиев В.С., Иванов Д.В., Шагидуллин Р.Р. Метод комплексной оценки загрязненности донных отложений // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2019. № 9. С. 51-59. DOI: 10.17076/lim1122 Valiev V.S., Ivanov D.V., Shagidullin R.R. A method for integrated assessment of sediment pollution. Trudy Karelskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2019. N 9, p. 51-59 (in Russian). DOI: 10.17076/lim1122