hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667321040079hydrophysics-134Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESВнешняя и внутренняя фосфорная нагрузка на крупный трансграничный водоем в условиях минимальной проточностиExternal and internal phosphorus loading to a large transboundary water body under low flow conditionsКондратьевС. А.KondratyevS. A.

196105, ул. Севастьянова, 9, г. Санкт-Петербург

196105, Sevastyanova Str., 9, St. Petersburg

kondratyev@limno.org.ruБрюхановА. Ю.BriukhanovA. Yu.

196625, Фильтровское шоссе, 3, пос. Тярлево, г. Санкт-Петербург

196625, Filtrovskoje Shosse, 3, p.o. Tiarlevo, St. Petersburg

ИгнатьеваН. В.IgnatyevaN. V.

196105, ул. Севастьянова, 9, г. Санкт-Петербург

196105, Sevastyanova Str., 9, St. Petersburg

ШмаковаМ. В.ShmakovaM. V.

196105, ул. Севастьянова, 9, г. Санкт-Петербург

196105, Sevastyanova Str., 9, St. Petersburg

ОбломковаН. С.OblomkovaN. S.

196625, Фильтровское шоссе, 3, пос. Тярлево, г. Санкт-Петербург

196625, Filtrovskoje Shosse, 3, p.o. Tiarlevo, St. Petersburg

КоробченковаК. Д.KorobchenkovaK. D.

196105, ул. Севастьянова, 9, г. Санкт-Петербург

196105, Sevastyanova Str., 9, St. Petersburg

Институт озероведения РАН — СПб ФИЦ РАНРоссияInstitute of Limnology, Russian Academy of Sciences — SPb FRC RASRussian FederationИнститут агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства — филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМРоссияInstitute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production — Branch of FSAC VIMRussian Federation2021141220211447789Copyright © Кондратьев С.А., Брюханов А.Ю., Игнатьева Н.В., Шмакова М.В., Обломкова Н.С., Коробченкова К.Д., 20212021Кондратьев С.А., Брюханов А.Ю., Игнатьева Н.В., Шмакова М.В., Обломкова Н.С., Коробченкова К.Д.Kondratyev S.A., Briukhanov A.Y., Ignatyeva N.V., Shmakova M.V., Oblomkova N.S., Korobchenkova K.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/134

Представлены результаты оценки фосфорной нагрузки на крупнейший европейский трансграничный водоем — Чудско-Псковское озеро в условиях минимальной проточности, характерной для маловодного периода 2010–2015 гг. Расчет внешней фосфорной нагрузки выполнен с использованием модели формирования биогенной нагрузки ILLM (Institute of Limnology Load Model), разработанной в Институте озероведения РАН и учитывающей вклад точечных и рассредоточенных источников. Вынос с сельскохозяйственных полей определялся исходя из содержания Робщ в пахотном слое почвы, дозы внесения минеральных и органических удобрений на поля и их усвоения сельхозкультурами. Для оценки современных значений площадей различных типов подстилающей поверхности, являющихся входными данными для моделирования, применялись данные космической съемки, находящиеся в режиме свободного доступа. Расчет внутренней фосфорной нагрузки на озерную экосистему за счет вторичного поступления фосфора из донных отложений выполнен с привлечением данных натурных наблюдений на акватории. Использована методика, разработанная в Институте озероведения РАН и основанная на балансовых оценках основных потоков фосфора (седиментации, захоронения и поступления из донных отложений в воду) в пограничной зоне «вода–дно». Показано, что в условиях рассмотренного маловодного периода внутренняя фосфорная нагрузка превосходит внешнюю, что негативно сказывается на эвтрофировании озера.

The article presents the results of the assessment of the phosphorus load on the largest European transboundary water body — Lake Chudsko-Pskovskoye under the conditions of the minimum flow rate typical for the dry period of 2010–2015. The external phosphorus load was calculated using the nutrient load model ILLM (Institute of Limnology Load Model) developed at the Institute of Limnology of the Russian Academy of Sciences and taking into account the contribution of point and non-point sources. Phosphorous losses from agricultural fields were determined based on the Ptot content in the arable soil layer, application rates of mineral and organic fertilisers, and nutrient uptake by crops. Free-access satellite imagery data was used to estimate the current areas of various types of land cover, which were the input data for modeling. The internal phosphorus load on the lake ecosystem due to the secondary phosphorus release from bottom sediments was calculated by the data from field observations in the water area. The study applied the methodology developed at the Institute of Limnology RAS and based on balance estimates of the main fluxes of phosphorus, such as sedimentation, burial, and release into the water from bottom sediments, in the “water–bottom” boundary zone. The study demonstrated that under the conditions of the considered low-water period, the internal phosphorus load exceeded the external one, having an adverse effect on the lake eutrophication.

озероводосбордонные отложениябиогенные элементывнешняя и внутренняя нагрузкаэвтрофированиеlakecatchmentbottom sedimentsnutrientexternal loadinternal loadeutrophicationThe research was funded by the study № 0154–2019–0001 of the State research plan for the IL RAS.ReferencesКондратьев С.А., Голосов С.Д., Зверев И.С., Рябченко В.А., Дворников А.Ю. Моделирование абиотических процессов в системе водосбор-водоем (на примере Чудско-Псковского озера). СПб.: Нестор-История, 2010. 116 с.Kondratyev S.A., Golosov S.D., Zverev I.S., Ryabchenko V.A., Dvornikov A. Yu. Modeling abiotic processes in the catchment-reservoir system (on the example of Lake Chudsko-Pskovskoye). SPb., Nestor-Istoriya, 2010, 116 p. (in Russian).Lake Peipsi. Meteorology, Hydrology, Hydrochemistry / Ed. Т Nõges. Tartu: Sulemees Publ, 2001. 163 p.Lake Peipsi. Meteorology, Hydrology, Hydrochemistry / Ed. T Nõges. Tartu, Sulemees Publ, 2001.163 p.Nutrient loads to Lake Peipsi. Environmental monitoring of Lake Peipsi/Chudskoe 1998–1999. Norwegian Centre for Soil and Environmental Research, Jordforsk Report N 4/01, 1999. 66 p.Nutrient loads to Lake Peipsi. Environmental monitoring of Lake Peipsi / Chudskoe 1998–1999. Norwegian Center for Soil and Environmental Research, Jordforsk Report N 4/01, 1999. 66 p.HELCOM Baltic Sea Action Plan. Helsinki Commission Publ. Helsinki, 2007. 103 p.HELCOM Baltic Sea Action Plan. Helsinki Commission Publ, Helsinki, 2007.103 p.HELCOM Copenhagen Ministerial Declaration: Taking Further Action to Implement the Baltic Sea Action Plan — Reaching Good Environmental Status for a healthy Baltic Sea. Copenhagen, Denmark, 2013 a. 19 p.HELCOM Copenhagen Ministerial Declaration: Taking Further Action to Implement the Baltic Sea Action Plan — Reaching Good Environmental Status for a healthy Baltic Sea. Copenhagen, Denmark, 2013a. 19 p.Кондратьев С.А., Мельник М.М., Шмакова М.В., Уличев В.И. Диффузная биогенная нагрузка на Чудско-Псковское озеро с российской водосборной территории в современных условиях // Общество. Среда. Развитие. 2014. № 3. C. 163–169.Kondratyev S.A., Melnik M.M., Shmakova M.V., Ulichev V.I. Diffuse nutrient load on Lake Chudsko-Pskovskoe from Russian catchment in present conditions. Terra Humana. 2014, 3, 163–169 (in Russian).Природные ресурсы больших озер СССР и вероятные их изменения / Отв. ред. О.А. Алекин. Л.: Наука, 1984. 286 с.Natural resources of the large lakes of the USSR and their probable changes / Ed. by О.А. Alekin. L., Nauka, 1984. 286 p. (in Russian).Брюханов А.Ю. Методы проектирования и критерии оценки технологий утилизации навоза, помета, обеспечивающие экологическую безопасность: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург, 2016. 39 с.Bryukhanov A. Yu. Design methods and criteria for assessing technologies for the utilization of manure, droppings, ensuring environmental safety: abstract of the thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences. St. Petersburg, 2016. 39 p. (in Russian).Брюханов А.Ю., Кондратьев С.А., Обломкова Н.С., Огуздин А.С., Субботин И.А. Методика определения биогенной нагрузки сельскохозяйственного производства на водные объекты // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. № 89. C. 175–183.Bryukhanov A. Yu., Kondratyev S.A., Oblomkova N.S., Oguzdin A.S., Subbotin I.A. Methodology for determining the nutrient load of agricultural production on water bodies. Tekhnologii i Tekhnicheskie Sredstva Mekhanizirovannogo Proizvodstva Produkcii Rastenievodstva i Zhivotnovodstva. 2016, 89, 175–183 (in Russian).Иванов И.А. Почвы Псковской области и их cельскохозяйственное использование. Великие Луки: Великолук. гос. с.-х. акад., 1998. 263 с.Ivanov I.A. Soils of the Pskov region and their agricultural use. Velikoluk. gos. s.-kh. acad., Velikie Luki., 1998. 263 p. (in Russian).Reuter H.I., Nelson A., Jarvis A. An evaluation of void filling interpolation methods for SRTM data // International Journal of Geographic Information Science. 2007. V. 21(9). P. 983–1008.Reuter H.I., Nelson A., Jarvis A. An evaluation of void filling interpolation methods for SRTM data. International Journal of Geographic Information Science. 2007, 21(9), 983–1008.Planchon O., Darboux F. A fast, simple and versatile algorithm to fill the depressions of digital elevation models // Catena. 2002. V. 46(2). P. 159–176.Planchon O., Darboux F. A fast, simple and versatile algorithm to fill the depressions of digital elevation models. Catena. 2002, 46(2), 159–176.Кондратьев С.А., Шмакова М.В. Математическое моделирование массопереноса в системе водосбор — водоток — водоем. СПб.: Нестор-История, 2019. 246 c.Kondratyev S.A., Shmakova M.V. Mathematical modeling of mass transfer in the system: catchment area–watercourse– water body. SPb., Nestor-Istoriya, 2019. 246 p. (in Russian).Кондратьев С.А. Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. СПб.: Наука, 2007. 255 c.Kondratyev S.A. Formation of external load on water bodies: modeling problems. St. Petersburg, Nauka, 2007. 255 p. (in Russian).Nutrients and heavy metals in the Odra River system: emissions from point and diffuse sources, their loads, and scenario calculations on possible changes / Eds. Behrendt H., Dannowski R. Weissensee Verlag, Berlin, Germany, 2005. 353 p.Nutrients and heavy metals in the Odra River system: emissions from point and diffuse sources, their loads, and scenario calculations on possible changes / Eds. Behrendt H., Dannowski R. Weissensee Verlag, Berlin, Germany, 2005. 353 p.Guidelines for the compilation of waterborne pollution to the Baltic Sea (PLC-water). HELCOM, Helsinki, 2005. 80 p.Guidelines for the compilation of waterborne pollution to the Baltic Sea (PLC-water). HELCOM, Helsinki, 2005. 80 p.BaltHazAR II. Component 2.2: Building capacity within environmental monitoring to produce pollution load data from different sources for e.g. HELCOM pollution load compilations. Appendix 3a Testing the nutrient load model for the River Luga catchment. HELCOM, 2012. 29 р.BaltHazAR II. Component 2.2: Building capacity within environmental monitoring to produce pollution load data from different sources for e.g. HELCOM pollution load compilations. Appendix 3a Testing the nutrient load model for the River Luga catchment. HELCOM, 2012. 29 p.An improved system for monitoring and assessment of pollution loads from the Russian part of the Baltic Sea catchment for HELCOM purposes. RusNIP II. Implementation of the Baltic Sea Action Plan (BSAP) in Russian Federation. Swedish Environmental Protection Agency, 2015. Report 6645. 138 p.An improved system for monitoring and assessment of pollution loads from the Russian part of the Baltic Sea catchment for HELCOM purposes. RusNIP II. Implementation of the Baltic Sea Action Plan (BSAP) in Russian Federation. Swedish Environmental Protection Agency, 2015. Report 6645. 138 p.Чичкова Е.Ф., Кондратьев С.А., Рыжиков Д.М., Тимофеев А.С., Шмакова М.В. Идентификация типов подстилающей поверхности по данным спутниковой съемки Landsat с целью оценки биогенной нагрузки на Финский залив // Ученые записки Российского Государственного гидрометеорологического университета. 2016. № 43. C. 246–254.Chichkova E.F., Kondratyev S.A., Ryzhikov D.M., Timofeev A.S., Shmakova M.V. Identification of the land surface types on Landsat satellite data to assess the nutrient load on the Gulf of Finland. Proceedings of the Russian State Hydrometeorological University. 2016, 43, 246–254 (in Russian).Алябина Г.А., Сорокин И.Н. Миграция фосфора и органического вещества в системе «водоем–водосборная площадь» // Экологическая химия. 1997. 6 (3). С. 166–171.Alyabina G.A., Sorokin I.N. Phosphorus and organic matter migration in “watershed — water body”. Ecologicheskaya Khimia. 1997, 6(3), 166–171 (in Russian).Алябина Г.А., Сорокин И.Н. Особенности формирования внешней нагрузки на водные объекты в урбанизированных ландшафтах // Известия РГО. 2001. Т. 133, вып. 1. С. 81–87.Alyabina G.A., Sorokin I.N. Features of external load on water bodies in urban landscapes. Izvestia RGO. 2001, 133(1), 81–87 (in Russian).Rekolainen S. Phosphorus and nitrogen load from forest and agricultural areas in Finland // Aqua Fennica. 1989. V. 19 (2). P. 95–107.Rekolainen S. Phosphorus and nitrogen load from forest and agricultural areas in Finland. Aqua Fennica. 1989, 19(2), 95–107.Научные исследования в области оценки нагрузки загрязняющих веществ, поступивших с российской части водосборного бассейна в Балтийское море в 2014–2015 годах, в соответствии с Руководствами ХЕЛКОМ по периодической и ежегодной оценке загрязнений на Балтийское море. СПб.: РГГМУ, Отчет по проекту НИ-10– 23/318, 2-й этап, 2016. 2008 с.Scientific research in the field of assessing the load of pollutants from the Russian part of the catchment area to the Baltic Sea in 2014–2015, in accordance with the HELCOM Guidelines for periodic and annual assessment of pollution in the Baltic Sea. SPb., RSHU, Report on the project NI-10–23 / 318, 2nd stage, 2016. 2008 p. (in Russian).Кондратьев С.А., Шмакова М.В. Изучение формирования стока с речных водосборов методами математического моделирования (на примере бассейна Ладожского озера) // Тр. XII съезда РГО. 2005. Т. 6. С. 99–104.Kondratyev S.A., Shmakova M.V. Study of the formation of runoff from river catchments by methods of mathematical modeling (on the example of the Ladoga Lake basin). SPb., Nauka, Proc. XII Congress of the Russian Geographical Society. 2005, 6, 99–104 (in Russian).Румянцев В.А., Кондратьев С.А., Басова С.Л., Шмакова М.В., Журавкова О.Н., Савицкая Н.В. Внешняя нагрузка на Чудско-Псковский озерный комплекс: мониторинг и моделирование фосфорного режима // Водные ресурсы. 2006. 33 (6). С. 710–720.Rumyantsev V.A., Kondratyev S.A., Basova S.L., Shmakova M.V., Zhuravkova O.N., Savitskaya N.V. Chudsko-Pskovskoye Lake сomplex: monitoring and modeling phosphorus regime. Water Resour. 2006, 33, 6, 661–669. doi: 10.1134/S0097807806060078Мартынова М.В. Азот и фосфор в донных отложениях озер и водохранилищ. М.: Наука, 1984. 160 с.Martynova M.V. Nitrogen and phosphorus in bottom sediments of lakes and reservoirs. Moscow, Nauka, 1984. 160 p. (in Russian).Игнатьева Н.В. Роль донных отложений в круговороте фосфора в озерной экосистеме // Ладожское озеро — прошлое, настоящее, будущее. СПб.: Наука, 2002. С. 148–157.Ignatyeva N.V. The role of bottom sediments in phosphorus cycling in the lake ecosystem. Lake Ladoga — past, present, future. St. Petersburg, Nauka, 2002, 148–157 (in Russian).Игнатьева Н.В. Фосфор в донных отложениях и фосфорный обмен на границе раздела вода-дно в Ладожском озере. Автореф. дисс. канд. геогр. наук. Институт озероведения РАН, СПб., 1997. 24 с.Ignatyeva N.V. Phosphorus in bottom sediments and phosphorus exchange at the water-bottom interface in Lake Ladoga. Author. diss. Cand. geogr. sciences. Institute of Limnology RAS, St. Petersburg, 1997. 24 p. (in Russian).Игнатьева Н.В. Оценка потоков фосфора в пограничной зоне осадок — вода в Псковско-Чудском озере // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2014. № 34. С. 71–78.Ignatyeva N.V. Estimation of phosphorus fluxes in the sediment — water boundary zone in lake Peipsi. Proceedings of the Russian State Hydrometeorological University. 2014, 34, 71–78 (in Russian).Кондратьев С.А., Игнатьева Н.В., Каретников С.Г. Внешняя и внутренняя фосфорная нагрузка на водоем на примере водохранилища Сестрорецкий Разлив // Региональная экология. 2016. № 4 (46). С. 59–70.Kondratyev S.A., Ignatyeva N.V., Karetnikov S.G. External and internal phosphorus load on the reservoir on the example of the Sestroretskiy Razliv reservoir. Regional Ecology. 2016, 4(46), 59–70 (in Russian).Терехов А.В., Обломкова Н.С., Шмакова М.В., Игнатьева Н.В., Брюханов А.Ю., Кондратьев С.А. Внешняя и внутренняя фосфорная нагрузка на Дудергофские озера // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2019. № 54. С. 58–72. doi: 10.33933/2074–2762–2019–54–58–72Terekhov A.V., Oblomkova N.S., Shmakova M.V., Ignatyeva N.V., Bryukhanov A. Yu., Kondratyev S.A. External and internal phosphorus load on Duderhof lakes. Proceedings of the Russian State Hydrometeorological University. 2019, 54, 58–72 (in Russian).Transboundary diagnostic analysis of Lake Peipsi/Chudskoe. Report 4956–2005 NIVA. 2005. 62 p.Transboundary diagnostic analysis of Lake Peipsi / Chudskoe. Report 4956–2005 NIVA. 2005. 62 p.Мартынова М.В., Шмидеберг Н.А. О методах определения различных форм фосфора в донных наносах // Гидрохимические материалы. 1983. Т. 85. C. 49–55.Martynova M.V., Schmideberg N.A. On methods for determining various forms of phosphorus in bottom sediments. Gidrokhimicheskiye Materialy. 1983, 85, 49–55 (in Russian).Punning J.-M., Kapanen G. Phosphorus flux in Lake Peipsi sensu stricto, Eastern Europe // Estonian Journal of Ecology. 2009. 58(1). P. 3–17.Punning J.-M., Kapanen G. Phosphorus flux in Lake Peipsi sensu stricto, Eastern Europe. Estonian Journal of Ecology. 2009, 58(1), 3–17.Kangur M., Kangur K., Laugaste R., Punning J.-M., Möls T. Combining limnological and palaeolimnological approaches in assessing degradation of Lake Pskov // Hydrobiologia. 2007. V. 584. P. 121–132. doi: 10.1007/s10750–007–0597–6Kangur M., Kangur K., Laugaste R., Punning J.-M., Möls T. Combining limnological and palaeolimnological approaches in assessing degradation of Lake Pskov. Hydrobiologia. 2007, 584, 121–132. doi: 10.1007/s10750–007–0597–6Lake Peipsi / Eds. E. Pihu and A. Raukas. The ministry of the environment information and the environment information centre. Tallinn, 1999. 264 p.Lake Peipsi / Eds. E. Pihu and A. Raukas. The ministry of the environment information and the environment information center, Tallinn, 1999. 264 p.Kapanen G. Phosphorus in the bottom sediments of the large shallow Lake Peipsi: environmental factors and anthropogenic impact on the lake ecosystem // Tallinn University. Dissertations on natural Sciences. 2012. 28. 69 p.Kapanen G. Phosphorus in the bottom sediments of the large shallow Lake Peipsi: environmental factors and anthropogenic impact on the lake ecosystem. Tallinn University. Dissertations on natural Sciences, 2012, 28, 69 p.Ryding S.O., Forsberg C. Sediments as a nutrient source in shallow polluted lakes // Golterman H.R. (ed.). Interactions between sediments and fresh water. Proc. Intern. Symp. in Hague, the Netherlands. 1977. P. 227–234.Ryding S.O., Forsberg C. Sediments as a nutrient source in shallow polluted lakes / Ed. by Golterman H.R. Interactions between sediments and fresh water. Proc. Intern. Symp. in Hague, the Netherlands. 1977, 227–234.

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