1vvedenie_v_ekologicheskoe_modelirovanie

ства. В макрофитную флору включены и прибрежно -во дные растения для характеристики озера вместе с экотонами (Митрофанова, Заруб и-

на, 2000).

Как было отмечено ранее (Порецкий, Шещукова, 1953), весной и летом камни литорали озера покрываю тся коричневым налетом водорослей. Флористичесеий анализ альгоценозов каменистой литорали Телецкого озера показал наличие представителей 4 типов ( Bacillariophyta, Chlorophyta, Cyanophyta, Chrysophyta) с преобладанием диато-

мовых (56 видов, 24 рода ). Всего в литоральной зоне озера было обнаружено более 200 видов диатомовых. Песчаная литораль населена меньше. Для песчано-илистых субстратов сублиторали озера (до глубины 20-40 м) характерны нитчатые во доросли ( Cladophora). Биомасса диатомовых составляет о т 0,07 до 98,5 %, зеленых – 0,32-99,9 %, синезеленых – от 0,004 до 100%. Общая биомасса водорослей в озере и его притоках изменяется от 0,002 до 132,03 г/м 2, что соответствует величинам, характерным для олиготрофно-мезотрофных водоемов. При этом фитоперифитон озера обильнее такового в притоках.

2.4 Озеро Горькое-Перешеечное

Озеро Горькое-Перешеечное расположено за истоками реки Барнаулки в древней ложбине стока и относится к озерам бессточной зоны, не связанным с рекой, но в геоморфологическом отношении тяго теющим к бассейну этой реки. Озеро Горькое-Перешеечное относится к крупным озерам края. Площадь - 45,4 км2., средняя глубина - 1,5 м (Коробкина, 1995). На основе результатов натурных исследований, проведенных нами на озере Горькое-Перешеечное в период в 1996 г. с привлечением опубликованных и фондовых материалов, по исследуемому озеру возможно дать диагноз современного состояния экосистемы озера Горькое-Перешеечное и определить ее особенности по сравнению с другими лимническими системами. Используя с у- ществующую классификацию водоемов по девяти градациям по гидрологическим, гидро химическим и гидробиологическим показателям (Жукинский и др., 1977) с привлечением други х систем типизации водоемов можно дать озеру Горькое-Перешеечное следующую типологическую характеристику :

1. Малое или ниже среднего по площади, с малыми глубинами, малой прозрачностью и с большой температурой воды, малопр о- точное, с небольшими внутригодовым и колебаниями уровня степное озеро, расположенное в зоне недостаточного увлажнения на юге З а- падной Сибири.

29

2. Олигогалинный водоем с водой щелочного типа, гидр о- карбонатно-хлоридно го класса группы натрия. Со держание биоге н- ных веществ от ниже среднего до очень высокого, содержание легкоокисляемых органических веществ - выше среднего при высоком или предельно высоком общем их содержании.

3.При отсутствии постоянных источников загрязнения сто ч- ными водами сельскохозяйственных предприятий в воде озера обнаруживаются повышенные концентрации кобальта, кадмия, свинца, цинка, железа и кремния; в донных отложениях - кадмия.

4.Число видов планктонных водорослей (156) - ниже средне -

го, при среднем уровне численности (до 14027 тыс. кл./ л) и биома ссы (до 3,244 г/м3), со держание хлорофилла "а" (до 42,8 мкг/л) характер-

ном для эвтрофных водоемов. Индекс сапробности (1,69 - 2,45) соответствует бетамезосапробной зоне (1,51-2,50) и свидетельствует об умеренном загрязнении озера органическими веществами.

5.Число видов макрофитов (100) - выше среднего, зарастание площади мелково дий гелофитами (око ло 10 %) - низкое.

6.Зоопланктон при ниже среднего уровня численности (до

157,9 тыс. экз./м3) и выше среднего уровня биомассы (до 13,166 г/м 3) характерен для высоко кормных озер (по классификации М.Л . Пидгайко).

7. Число видов зообентоса (12) - низкое, при ниже среднего уровня биомассе (до 3,9 г/м 2), индекс Балушкиной (до 7,1) позво ляет отнести данный водоем к загрязненным.

Особенности экосистемы озера Горькое-Перешеечное, как аккумулирующего элемента ландшафта , связаны в значительной степени с наличием на его берегах соснового бора, являющегося фактором стабилизации склонового стока с во досборного бассейна по количес т- ву воды, а также по интенсивности поступления и содержанию веществ. Не исключая из рассмотрения естественные факторы многолетней сукцессии биогидроценоза озера, и, как следствие , изменения качества его во ды, особого внимания заслуживают уже предпринятые и продолжающиеся вольные или нево льные действия по управлению экосистемой этого водоема. К ним относятся: 1) зарегу лирование во д- ного стока из озера дамбой, отделяющей его от озера Горькое; 2) м о- дификация ихтиоценоза при интродукции пеляди и окуня; 3) рекре а- ционное использование озера.

30

3 ВОДОЕМ Ы-ОХЛАДИТЕЛИ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

В течение последних десятилетий внимание многих исследо - вателей в разных странах привлекает проблема "теплового загрязне - ния" гидросферы. Влияние мощного постоянно действующего экзо динамического фактора - поступления дополнительной тепловой энергии в сочетании с гидро динамическим возмущением определяет эко логические эффекты, как правило, ло кальные по пространству, но приводя - щие к глубоким перестройкам водных экосистем, впло ть до образова - ния, как уже становится ясно, особого типа гидроэкосистем - экосистем водоемов-о хладителей. За период с начала 60 -х го дов бы ли исследованы отдельные водоемы и сделаны обобщения по регионам (Экология организмов во до хранилищ-о хладителей,1975; Биопродукционные процессы...,1988; Гидробиология водоемов-о хладителей...,1991), изучены эко логические аспекты их рыбо хозяйственного использования (Кошелева, 1990), разработаны м етоды экологической оценки и эко лого-географической экспертизы энергетического строительства (Романенко и др., 1991; Основы эко лого -географической экспертизы, 1992), сделана сравнительная оценка воздействия по догрева на отдельные характеристики биоценозов (Каратаев, 1990).

Изменения в экосистемах водоемов в результате подогрева в значительной степени зависят не только от типа во дного об ъекта, используемого для о хлаждения (река, озеро, водо хранилище), системы водоснабжения электростанции (оборотная или прямоточная), параметров о хладителя и тепловой нагрузки на него, но и о т лан дшафтногеографической зоны, в которой расположен во доем -о хладитель.

В настоящее время в Сибири исследованы во доемы -о хладители четырех тепловых э лектростанций: Назаровской, Беловской, Барабинской и Чи тинской (Волгин и др., 1982; Куксн, 1984), различающихся по схеме водоснабжения и типу используемого водоема, распо ложенных примерно на одной широте и, за исключением Чити нской ГРЭС, в одной ландшаф тно-географической зоне с близкими климатическими характе ристиками. По годовой величине сбрасываемого в водоем те п- ла близки Беловская с Назаровской ГРЭС и Бар абинская с Читинской. Удельная тепловая нагрузка на водоемы-охладители с оборотной схемой использования увеличивается в ряду: Читинская – Беловская - Барабинская ГРЭС.

В реке Чулым температура воды ниже сбросов повышается летом в среднем на 0,3-3,0 градуса, зимой - на 7-13 градусов. В исто ке сбросного канала достигает более 32 градусов. Среднего довая вели-

31

чина подогрева на всех четырех ГРЭС изменяется от 7,8 до 9,1 градусов.

Формирование биологических сообществ сибирских водоемовохла дителей происхо дит за счет туводных организмов. На подогреваемых участках данных во доемов прослеживается удлинение периода и сдвиг сроков развития растений и живо тных, увеличение про дуктивности всех трофических звеньев. Указанные элементы теплово го э в- трофирования были о тмечены ранее для во доемов-охладителей Европейской части СССР и являю тся общезакономерными для различных типов подогреваемых водоемов умеренных широт.

Специфические воздействия теплых вод ГРЭ С на рассматр и- ваемые экосистемы заключаю тся в следующем:

1. Функционирование экосистемы в мелководных, подогревае - мых, богатых биогенными элементами прудах Барабинской ГРЭС происхо дит по типу эвтрофных лимнических систем, расположенных в более южных степных районах Западной Сибири. Высокий уровень развития сине-зеленых водорослей в летний перио д (до 64 мг/л) приводит в отдельные годы к летнему замору рыбы и помехам в водоснабжении ГРЭС. Сдерживающим фактором для возникновения более частого "цветения" прудов, при прочих благоприятных факторах, является ветроволновой режим (среднего довая скорость ветра 5,8 м/с).

2. В слабоэвтрофном Беловском водо хранилище с умеренным подогревом зона охлаждения водных масс, благо даря высокой гидр о- динамической активности цир куляционного пото ка, характеризуется отсутствием "цветения" и высоким содержанием кислорода. Тепловое эвтрофирование, выражающееся преимущественно в удлинении периода вегетации фитопланктона (рисунок 1.7), в увеличении инте н- сивности продукционно - деструкционных процессов, способствует формированию воды хорошего качества. Проявление его снижается при прохождении во дных масс от района сброса к водозабору по мере снижения температуры воды. Поступление алло хтонных органических веществ в результате работы созданного в 1979г. садкового рыбного хо зяйства допо лняет тепловое эвтрофирование и определяет эпизо дическое развитие фитопланктона до уровня, соответствующего эвтроф - ным водоемам (содержание хлорофилла "а" - до 43 мг/л).

3. Теплые сбросные воды Назаровской ГРЭС, влияние ко торых прослеживается на 90-километровом участке р. Чу лым, способствует за счет активности биологических процессов (преимущественно в результате жизнедеятельности бактериопланктона), увеличению самоочищающей способности реки. Уровень развития гидробионтов, в целом, остается низким в связи с высокой скоростью течения реки (до

32

1,4 м/с) и значительным разбавлением термального потока . Отрицательные последствия поступления сбросных вод Назаровской ГРЭС (угнетение развития донных живо тных) обнаруживаются лишь в зоне максимального подогрева в сбросном канале.

Рисунок 1.7 - Сезонная динамика биомассы фитопланктона в районе водозаборных сооружений Беловской ГРЭ С

4. Тепловое эвтрофирование водоема-охладителя Читинской ГРЭСозера Кенон выражено слабо в связи с минимальной тепловой нагрузкой. Зона теплового эвтрофирования занимает всего около 10% акватории. В течение 6,5 месяцев озеро нахо дится по до льдом.

Выявленные особенности теплового эвтрофирования водоемовохладителей ГРЭ С Сибири, согласно литературным данным (Стеже н-

ская, 1975; Шилькрот, Миронова, 1982; Gasparini,1983; Hillbricht-

Ilkovska, 1978), отмечаются также в по догреваемых во дах умеренных широт других стран и в Европейской части бывшего СССР. При этом, несмотря на значимость для сдерживания процесса эвтр офирования в сибирских во доемах региональных климатических факторов, уровень его в каждом нашем объекте более сходен с тако вым однотипных водоемов других регионов, чем между собой. Так, например, гидроби о- логический режим водо хранилища -о хладителя Бе ловской ГРЭ С до создания садкового рыбного хозяйства был наибо лее близок с таковым Иваньковского водо хранилища в районе поступления подогретых вод Конаковской ГРЭ С (Девяткин, 1975), расположенном в Калининской

33

обл., и водоемом-охладителем Литовской ГРЭС. А гидробиологич е- ский режим прудов-о хладителей Барабинской ГРЭ С (Во лгин, Куксн и др.,1982) и Беловс кого водо хранилища после создания садкового рыбного хозяйства (Кириллов и др., 1990) - с оз. Госбужье в районе ГРЭС N3 в Подмосковье (Федорова, 1976). Сказанное свидетельствует о том, что определяющим для гидробиологических последствий по догрева является сочетание влияния на водоем локальных эвтрофирующих и деэвтрофирующих факторов: величины подогрева , тепловой нагрузки, гидро динамической активности водных масс, уровня алло хтонного органического загрязнения.

Последнее позво ляет расширить применение при составлении гидробиологических прогнозов мето да аналогии за пределами региона. Однако необ хо димо иметь в виду, что он дает лишь пр иближенную качественную кар тину, поскольку не может количественно учесть всех действующих на э косистему факторов в их сочетании.

4 СКОРОСТЬ СУКЦЕССИИ В настоящее время нет строгого универсально го определения

сукцессии, но два компонента еѐ являю тся, по -видимому, общепризнанными (Lewis, 1978): 1) сукцессия устанавливает изменение в относительном обилии видов в сообществе, 2) это и зменение направленное. При этом уровень изменений в структуре сообщества выражается в количественной форме легче, чем направление .

Индексы скорости сукцессии фитопланктонно го сообщества водо хранилища – о хладителя Беловской ГРЭС были рассчитаны по следующим формулам соответственно из (Lewis, 1978; Stephenson, 1980; Williams, 1975):

,

34

где Pkl – доля k – го вида в обилии сообщества в момент времени t; n – число видов в сообществе в моменты времени t1 и t2 .

Числитель в SD соответствует норме n–мерного вектора, координаты начала и конца ко торого описывают две точки в n – мерном пространстве. В нашем случае этими точками являю тся описания видового состава фитопланктона в моменты времени t1 и t2 . Числитель в ED соответствует длине вышеу казанного n – мерного вектора (евклидово расстояние). Оба выражения удовлетворяют определению функции расстояния (Дюран, 1977) и являю тся частным случаем метрики Минковского. Индекс W G, где числитель также удовлетворяет определению функции расстояния, – мера скорости, с которой сообщество движется через пространство разнообразия, мера изменения относ и- тельного вкла да отдельных видов в общее разнообразие сообщества. Ес ли состав видов изменился и при э том разнообразие сообщества о с- талось прежним, то W G будет бо льше ну ля (Williams, 1975).

Индексы скорости сукцессии рассчитаны по материалам кру г- логодичных сборов (101 проба) в период с марта 1977 г. по сентябрь 1980 г. в районе водозаборных сооружений Беловской тепловой электростанции.

Поскольку между значениями индексов, полученных по ра з- личным вариантам, существует значимая и статистически достове р- ная, согласно критерию Стью дента, корреляция, рассмотрим более подробно индексы SD и W G, рассчитанные по биомассе.

Наименьшие значения в сезонной динамике индекса SD (до 0,03 сут. –1) получены для периода паводка (рисунок 1.8). В послепаво дковый период с развитием весенне-летнего комплекса во дорослей индекс скорости сукцессии возрастал до 0,22. В июне – сентябре при эпизодических спадах численности абсолютной летней доминанты Melosira granulata, сопровождающихся увеличением роли в фитопланктоне су б- доминантных видов, интенсивность сукцессии достигала ма ксимума

(SD до 0,57).

35

Рисунок 1.8 - Сезонная динамика индекса скорости сукцессии SD; 1 – оз. Ланао (по данным Lewis, 1978); 2 – оз. Крос-Мир (по данным Reynolds, 1981); 3 – Беловское водо хранилище

С началом осени величина индекса скорости сукцессии не по д- нималась выше 0,20, но благо даря развитию осенних видов во дорослей на подогреваемых участках до конца ноября, и не опускалась ниже 0,17 в э то время. Уменьшаясь в период ледостава, индекс скор ости сукцессии не превышал в декабре – январе 0,15, но и в зимние месяцы за счѐт вспышек в развитии холо долюбивых видов водорослей SD достигал 0,21 сут. –1. В феврале – марте на подогреваемых участках происходит, как было описано, стабилизация весеннего комплекса видов. При этом индекс скорости сукцессии снижался до 0,15 сут. –1.

Сезонная динамика индекса W G характеризуется большими, чем для SD, межгодовыми различиями в летний период. Однако периоды максимальных и минимальных значений скорости сукцессии, в том числе и абсолю тный максимум 1980 г., совпадает у э тих дву х индексов. В 1979 г. они оказались близки не только по характеру динамики, но и по абсолютным значениям.

Таким образом, индексы SD и W G отражаю т на протяжении всего года основные события в жизни фитопланктонно го сообщества водо хранилища – охладителя Беловской ГРЭ С, связанные со сменой доминирующих комплексов и с основными фазами гидрологического цикла водоѐма.

Расчѐт коэффициентов корреляции индексов скорости сукце с - сии с характеристиками фитопланктона (скоростью изменения би о- массы и индекса видового разнообразия Шеннона – Уиверена) и временным градиентом температуры воды показал, что существует зна-

36

чимая и статистически достоверная связь индексов скорости сукцессии с абсолютной величиной скорости изменения индекса видового разн о- образия и с градиентом температуры воды. Наиболее выражено влияние колебаний температуры во ды на устойчивость фитопланктонных сообществ во времени в зимне-весенний и осенне-зимний периоды .

Рассмотрение результатов исследований первичной продукции в июне – августе 1978 г. и в июне – ию ле 1979 г. (Кириллов, Чайковская, 1983) и со держания хлорофилла ''а'' в фитопланктоне в июне – июле 1979 г. (Кириллов 1981) показывает, что максимальные скорости сукцессии отмечались одновременно с колебаниями интенсивности первичного продуцирования и содержания хлорофилла . В период с 7 июня по 26 ию ля 1979 г. коэффициент корреляции для A/ t мгО2 ·л -1

Поскольку количественные характеристики интенсивности пе - рестроек фитопланктонных сообществ Беловского водо хранилища получены впервые для по догреваемых водоѐмов, то сравнение наших результа тов возможно лишь с данными по озѐрам. Чувствительность индекса скорости сукцессии SD к нестабильности структурных и функциональных характеристик фитопланктона, обусловленной колебаниями абиотических факторов, показана В. Льюисом для оз. Ланао на Филиппинах (Lewis, 1978). В этом тропическом озере, где нет резких ко лебаний температуры воды в течение года (24,5 – 26,5 0С в вер хнем 45 – метровом слое) (Lewis, 1973), хо д и часто та смены в сообществах фитопланктона определяю тся ветроволновым режимом, обеспечивающим вертикальное перемешивание во дных масс и доста в- ку биогенны х элементов в трофогенный слой (Lewis 1974).

Наличие в оз. Ланао частого перемешивания по вертикали обе с- печивает большое количество эпизодов сукцессии фитопланктона в течение года (Lewis 1978). В небольшом эвтрофном озере Кросс – Мир в средней Англии наблю дается возрастание индекса SD при смене доминирующих комплексов (Reynolds 1984). Сравнение вну триго довой динамики индекса SD в озѐрах Ланао и Кросс – Мир показывает, что в тропическом озере в осенние, и особенно в зимние месяцы, частота и амплиту да колебаний величины индекса выше, чем в озере умеренных широт. Последнее согласуется со сделанным ранее (Lewis, 1978), на основе феноменологического анализа данных по оз. Ланао и европе й- скому оз. Эркин, выводом о большем количестве эпизодов сукцессии и еѐ более резком характере в тропическом озере по сравнению с озером

37

умеренных широт, в связи с определяющим влиянием на сукцессию в последнем сезонных ко лебаний абиотических факторов.

Выво д об ускорении сукцессии при изменении гидрологических характеристик по сезонам и снижении еѐ темпа в отсутствие нарушений был получен при сравнении по величине индекса W G североамериканских озѐр Тахо , Клир – Лейк, Кастл - Лейк и арктического пруда с тропическим озером Виктория (Williams, 1975). Как следует из рис.8, колебания индекса скорости сукцессии SD в Беловском водохранилище происходят с большей амплиту дой, чем в тропическом оз. Ланао. Но, в о тличие от английского оз. Кросс – Мир, в по догреваемом Беловском водо хранилище и для зимы получены значительные вел ичины индекса скорости сукцессии.

Вну тригодовая динамика индексов скорости сукцессии отражает основные события в жизни фитопланктона во до хранилища – охладителя Беловской ГРЭ С, связанные со сменой доминирующих ко м- плексов и с основными фазами гидрологического цикла , ч то вообще характерно для лимнических систем умеренных широт. Статистически достоверная связь индексов скорости сукцессии с временным градие н- том температуры свидетельствует о значительной роли колебаний температуры воды в водо хранилище на устойчивость фитопланкто н- ных сообществ во времени.

При отсутствии единого мнения относительно причин смены видов в сообществе фитопланктона (Михеева, 1983) значимость индексов скорости сукцессии для индикации перестроек в фитоплан к- тонных сообществах, специфичность их вну триго довой динамики в водоѐмах, отличающихся по географическому положению и характеру внешнего воздействия, позволяет говорить о целесообразности использования этих показателей для типологической оценки во дных экосистем. Сравнение скорости сукцессии для одного и того ж е водоѐма в различные го ды может служить основой для оценки характера межгодовой сукцессии. Последнее особенно важно при антропогенном э в- трофировании. Возможно, что именно через использование скорости сукцессии удастся по дойти к оценке скорости процесса эвтрофикации, что крайне необхо димо для решения проблем управления качеством среды.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алекин О.А. O суточных изменениях температуры и концентрации кислорода в Телецком озере // Исследования озер СССР. –

Л., 1934.-Вып.7. - С. 83-100.

38