Глава 10 Вопросы классификации озер

10.1. Общие закономерности

Конечной целью изучения любого компонента природы обычно является разработка системы типологических единиц с последующим районированием. Районирование должно раскрывать сущность, взаимосвязь и взаимообусловленность составляющих элементов, определяющих направленность физико-географических процессов, хозяйственный потенциал и др.

Существуют многочисленные общие лимнологические и специальные классификации озер. Чаще всего они строятся на комплексной физико-географической основе, причем озера рассматриваются как один из компонентов природного ландшафта.

В лимнологической и гидробиологической литературе наибольшее распространение получили классификации А. Тинемана (1926 г.) и Э. Наумана (1928 г.), существенно доработанные современными исследователями. В основе выделения типов озер лежит трофностъ — резуль­тат проявления зональных и азональных особенностей, присущих каждому озеру. По показателю трофности Тинеман и Науман разделяют все озера на олиготрофные, эвтрофные, дистрофные. К дистрофным относятся неглубокие, бедные биогенными элементами водоемы с кислой средой и значительным содержанием гуминовых соединений. Эти особенности затрудняют развитие фитопланктона, а следовательно, резко снижают продуктивность. Такие водоемы наиболее характерны для тундры и северной тайги. Эвтрофные, чаще всего неглубокие озера с богатым минеральным питанием отличаются оптимальными условиями развития планктонных организмов н относятся к высококормным и рыбопродуктивным. Они распространены в основном в лесной и лесостепной зонах умеренного пояса. Олиготрофные озера с холодной прозрачной водой и низкой продуктивностью типичны для высокогорных областей. К ним же относятся глубокие озера лесной зоны.

Для Белоруссии в той или иной мере характерно развитие всех перечисленных типов, связанное с влиянием определенных азональных факторов.

Из классификаций, построенных главным образом на азональных признаках, практическое значение имеет гидрологическая классификация Б. Б. Богословского (I960). В ее основу положены особенности водного баланса, рассматриваемого в качестве ведущего фактора. Важнейшим показателем районирования озер является соотношение площади озера и его водосбора. По расходной части водного баланса автор выделяет два типа водоемов: стоковые (С) и испаряющие (И).

Попытку учета главным образом зональных факторов отражает классификация И. В. Баранова (1961 г.). По его мнению, основой классификации должны быть физико-химические факторы и гидрохимическая зональность. Вместе с тем он отмечает, что круговорот веществ, свойственный каждому типу озер, в значительной мере определяется морфометрней. И. В. Баранов выделяет зону низкоминерализованных вод подзолисто-болотных почв, зону среднеминерализованных вод дерново-подзолистых почв, зону среднеповышенно- и высокоминерализованных вод черноземных и каштановых почв, зону высокомине­рализованных вод черноземно-карбонатных и каштановых почв. Согласно этой классификации, озера Белоруссии относятся к зоне среднеминерализованных вод дерново-подзолистых почв.

В 1964 г. классификация на зональной основе предложена Л. Л. Россолимо. Основанием для выделения типологических единиц должен служить характер накопления озерных отложений как заключительное звено в сложном балансе вещества и энергии водоемов. Автор выделяет три основных типа озер: аккумуляторы наносов, концентраторы растворенных минеральных веществ и накопители органического вещества. По этой классификации озера Белоруссии принадлежат в основном к третьему типу.

Принцип единства зональности и азольности заложен в схеме лимнологического районирования В. В. Богданова (1970 г). Основными критериями зональных показателей он считает величину радиационного баланса и уровень первичного продуцирования. В. В. Богданов вы­деляет две лимнологические зоны формирования «минералогенных» и «органогенных» водоемов. В пределах последней он оконтуривает полярный, северотаежный и южнотаежный лимнологические пояса. Низшей и в то же время основной таксономической единицей служит лимнологический район, выделяемый на основании преобладания продуцирования или деструкции в том или ином ландшафте. К числу основных азональных показателей автор относит интенсивность поступления в озеро и состав аллохтонных веществ, а также морфометрические показатели.

Термины «олиготрофный», «дистрофный», «эвтрофный» встречаются в литературе часто. Их употребляют такие лимнологи, как Л. Л. Россолимо, Г. Г. Винберг, X. Ярнефелт, Н. И. Семенович и др. Так, в основе биологической классификации озер Г. Г, Винберга лежит величина первичной продукции, которая составляет первое звено биотического баланса водоема. Вместе с тем автор неоднократно подчеркивает значение климатического (зонального) и морфометрического (азонального) факторов при выделении типов озер. По величине первичной продукции озера разделены на четыре класса:

1. наиболее высокопродуктивные (политрофные) озера с валовой продукцией фитопланктона в летний период 7,5—10 г О₂/м² в сутки, или 2500—3500 ккал/м² в год; 2) относительно мелководные гомотермные звтрофные озера, расположенные среди культурных ландшафтов, с высокими величинами первичной продукции — 2,5 — 7,5 г О₂/м³ в сутки, или 1000—2500 ккал/м² в год; 3) мезотрофные и вторичноолиготрофные озера с высокой прозрачностью и значительными глубинами; первичная продукция в этом случае колеблется от 1 до 7,5 г О₂/м² в сутки, а валовая первичная продукция за год составляет 300—2500 ккал/м²; 4) малопродуктивные озера. К ним относятся мелководные дистрофные озера с кислой реакцией (рН<7), а также глубокие прозрачные первичноолиготрофные озера с показателем первичной продукции—-0,5—1,0 г О₂/м² в сутки, или < 300 ккал/м² в год.

Широко применяется понятие «трофичность» и в классификации X. Ярнефелта (1953 г.). Отмечая необходимость учета всего комплекса природных факторов, на территории Финляндии автор выделяет два основных типа озер: эвтрофные и олиготрофные. Дистрофные и олиготрофные озера объединяются на том основании, что они весьма бедны биогенными элементами.

Американский лимнолог Д. Хатчинсон (1969 г.) к числу важнейших показателей типологии озер относит морфологию котловин и динамику водной массы.

Cоставбиокомпонетов донных осадков можно рассматривать как индикатор статуса овременных озер. Трофность озер оценивается как показатель физико-химических и биологических водной массы озер.

Результаты анализа биокомпонентов озер иллюстрирует диаграмма (рис. 10.1), которая разделена на 7 полей. В поле I расположились большинство исследованных озер мезотрофной стадии, в осадках которых преобладают золотистые водоросли, ткани и створки Сусlotella. В поле II попали в основном озера дистрофной стадии и единичные водоемы, характеризуемые по показателям качества воды, как эвтрофные. В поле III преобладают биокомпоненты эвтрофной стадии, куда относится абсолютное большинство озер, находящихся на этой стадии развития, а также некоторые мезотрофные (Лукомльское, Лосвида, Лесковичи, Долгое) и дистрофные (Деменец. Плавно) водоемы, подверженные интенсивному антропогенному эвтрофированию.

Поля IV, V и VI характеризуют соответственно промежуточные эвтрофно-мезотрофные, мезодистрофные и дисэвтрофные стадии развития водоемов. Центральную часть диаграммы занимает поле VII, где располагаются слабоэвтрофные озера, для осадков которых характерны равновеликие концентрации основных биокомпонентов. Дополнительную информацию об эвтрофных условиях дают высокая общая численность остатков в единице объема обводненного осадка (более 6 млн. экз/см³), доминирование планктонных синезеленых с участием спор Арhаnizoтепоп sр. и Anabaena sр., постоянное присутствие среди протококковых водорослей оболочек Теetaedon minimum, спикул губок и домиков простейших. Среди остатков диатомовых доминируют планктонные формы Аи1асоsira, Сус1оаtepanos, Аsterionella, Synedra, реже обрастатели родов Сетbella, Nitzschia, Сотрhопета.

При отсутствии в осадках остатков эвгленовых и вольвоксовых водорослей, незначительной концентрации десмидиевых можно предполагать о существовании дистрофной стадии в момент формирования отложений. Флора диатомовых представлена в основном эпифитными видами рода Fragillaria sр. Среди фрагментов животных 20-40% принадлежит насекомым, домики простейших отсутствуют. В донных отложениях озер мезотрофной стадии общее количество биологических остатков невелико, как правило, 1 - 4 млн экз/см³ осадка естественной влажности. Часто трудно выделить одну (две) преобладающих группы биологических остатков. Диатомовые водоросли отличаются заметным разнообразием; массового развития достигают планктонные виды Сусlotella, Аиlасоsira, реже - донные Navcula_} Рinnularia, Орhерhora, Атрhora, Girosigma.

Рис. 10.1. Схема выделения трофического состояния озер по биокомпонентам (поА.Л. Жуховицкой, Б.П. Власову, Б.В. Курзо и др., 1998). Стадии озер: •·- эвтрофна, о – мезотрофная, * - дтстрофная

В развитии озер имеет большое значение их положение в системе "водосбор-водоём". Большинство озёр, развитие находится в тесной зависимости от водосбора. Исключение составляют старичные озёра, карьерные водоёмы и копани, которые имеют постоянную, периодическую гидравлическую связь с водотоками водосбора или она отсутствует вообще. В связи с этим вследствие небольшого малого водосбора и объема поверхностного притока развитие их природы происходит полуавтономно или автономно.

Значительная часть озёр и водохранилищ образует озёрно-речные системы. Озёрно-речные системы характерны для Поозерья, где сформировались известные "группы", озер: Браславская, Ушачская, Докшицкая, Вымно, Мядельская, Нарочанская и др. (О.Ф. Якушко, 1967). Озёра этих систем представляют более сложные экосистемы, развитие которых зависит от водосборов и гидрологического режима рек, которые в свою очередь являются их подсистемами.

От степени связи водоёма с водосбором, например, зависит накопление и деструкция органического вещества, соотношение автотрофии и аллотрофии и, соответственно,основные трофические типы озёр (рис. 10.1.).

Рис. 10.1. Соотношение автотрофии и аллотрофии и основные трофические типы озёр (W. Rodhe, 1969)

По С.Д. Муравейскому (1937, 1960), биологическую продуктивность водоёма определяет его положение в водосборе и в системе стока.

Реализацию возможности воздействия водосбора на водоём определяет ряд природных факторов, и в первую очередь осадки, сток и испарение, которые по Г.П. Калинину (1971) отражают условия существования водоёма при соответствующих соотношениях его площади и водосборной площади при данных климатических условиях:

_‚

где F и f — соответственно площади водосбора и зеркала водоема, х — осадки на зеркало, z — испарение с водной поверхности, у — слой стока с водосбора.

Хорошо коррелируется с величиной продукции и биомассы фитопланктона и показатель Д. Шиндлера (1971):

,

где Аd — площадь водосбора, А₀ — площадь озера, V — объем массы озера.

Учитывая роль "малого" водосбора, интерес представляет соотношение его площади с площадью и объемом водоема:

и,

где F_m — площадь малого водосбора. Роль малого водосбора у малых озер увеличивается и приравнивается к общему водосбору, а соотношение к 1.

По величине водосборов, гидрофизическим особенностям и конфигурации водосборы разделяются на простые и сложные. Сложные водосборы, как правило, большой площади, имеют и объединяют систему (природный каскад) озер. Небольшие, отдельно взятые водоёмы (озёра), имеют небольшую площадь и простую форму. Водохранилища при своей относительной мелководности имеют большую площадь водосбора. Пруды строятся в основном в верховьях рек и отличаются достаточно простым по форме и малым водосбором.

Большинство водоёмов замедленного водообмена располагаются в нижней части водосбора в замыкающем створе. Эта особенность характерна для искусственных водоёмов. Сток с водосбора после некоторой трансформации в русловой части поступает в водоём. Небольшие бессточные озёра, карьерные водоёмы имеют малый водосбор и в большинстве случаев находятся в его центре или сдвинуты относительно продольной или поперечной оси.

Симметричность водосбора, как и местоположение водоёмов на водосборе, определяет поверхностный приток с той или другой части водосбора. Этот фактор должен особенно учитываться в случае наличия источников поступления загрязняющих веществ в водоемы.

Рис. 10.2 Типы водосборов отдельных озёр и озёрно-речных систем: озёр: а – овальный, б – прямоугольный, в – треугольный с расширением в нижней части, г -- треугольный с расширением в верхней части; озёрно-речных систем: д -- овальный, е – прямоугольный, ж, з -- треугольный, и – асимметричный, к – симметричный, л – вытянутый

В равнинных условиях и при достаточном увлажнении территории большую роль играет форма бассейна. Роль формы бассейна в формировании притока в водоём существенно различается для отдельных озёр (объемом до 10 млн м³, площадью до 5 км² и водосбора до 50 км²) и при наличии на водосборе озёрных систем (рис 10.2) с площадью водосбора более 50 км². Как видно из рисунка, и небольшие одиночные озёра имеют водосбор овальной формы (а), прямоугольной (б), треугольной, с расширением средней части (в), треугольной с расширением в верхней части (г). Большинство озёрно-речных систем Белорусского Поозерья имеет значительную площадь водосбора (до 2000 км²) а иногда и более. Наиболее распространенные формы водосборов озёрно-речных систем: овальные (д); прямоугольные (е); треугольные, с расширением в нижней (ж) или верхней (з) частях, асимметричные (и).

При впадении в водоём замедленного водообмена водный проток трансформируется. В зависимости от параметров и гидроморфологических особенностей чаши водоёма образуется различная система транзита водной массы (или система проточности). Чем меньше и более вытянут водоём, тем больший объем водной массы проходит транзитом через его, а на мелководьях вне русловой ложбины образуются застойные зоны.

Рис. 10.3. Система классификационных показателей природно-генетической классификации озёр (О.Ф. Якушко, 1971)

Развитие природы озёр в естественных условиях тесно связано с рядом природно-генетических факторов и является тем фоном, на котором происходит развитие природы других водоёмов, включая некоторые природные (озёра-старицы, вертебы) и искусственные (водохранилища, пруды, карьерные водоёмы). В этой связи наиболее интересной является природно-генетическая классификация О.Ф. Якушко, основы которой были заложены в 1967—1971годах и развиты в более поздних ее работах (О.Ф. Якушко,1967; 1971; О.Ф. Якушко, Б.П. Власов, С.В. Богданов, и др., 1995). Предложенная система классификационных показателей учитывает зональные, азональные и продукционные особенности водоёмов (рис. 10.3)