1vvedenie_v_ekologicheskoe_modelirovanie

р.Ярлы-Амры до 208 г/м2 (за счет зеленой нитчатки Ulothrix zonata). Среди обнаруженных водорослей пре обладали ксено- и о лигосапробные виды (Ким, Левадная, Кузнецов,1992). Всего в Катуни и ее притоках в 1988-89 гг. было выявлено 323 вида и 133 разновидности и фо р- мы водорослей из 90 ро дов 48 семейств, при наи большем разнообразии диатомовых (76,5% ) с по дчиненной ролью зеленых (10,8) и синезеленых (7,4%) водорослей. Альгосток, формирующийся за счет смывания бентосных форм водорослей с их естественных местообита ний, характеризуется значительным (до 63 форм в пробе) разнообразием, невысокой численностью (108 - 704 тыс. кл./л) и биомассой (0,129 - 0,898 г/м3). Специфический состав водорослей Катуни, отсутствие фитопланктона и неустойчивый характер бентосных группировок свидетельствую т о низкой способности э той реки к самоочищению (Са-

фонова,1993).

Участок реки Оби выше Новосибирского водо хранилища - типично равнинный, но его экосистема, являясь полной по составу биотических сообществ, нахо дится под влиянием образующих Обь горной Катуни и берущей начало из олиго трофного озера реки Бии. Средн е- месячные температуры воды достигаю т максимума в июне и не превышают 19,2 оС. Исследования э того участка в 1989 и 1993 гг. показали наличие разнообразного (179 видов) фитопланктона с преобладан и- ем зеленых, диа томовых и в меньшей степени синезеленых во дорослей со значительными ко лебаниями численнос ти (9,4-501 тыс.кл./л) и биомассы (0,03-1,1 мг/ л) вдо ль по реке. Максимальные величины биомассы были зафиксированы в устьевой части р.Бия (у г.Бийска) При этом была обнаружена динофитовая водоросль Chroo monas acuta - один из доминантов Телецкого озера. Виды во дорослей-индикато ров принадлежат к бетамезосапробам. В составе зоопланктона было обнаружено около 50 видов с преобладанием ко ловраток при максимальных величинах суммарной численности - до 91,4 тыс.экз./м3 и биомассы - до

1,817 г/м3 (Митрофанова, 1996).

Одним из методов исследования пространственно-временной неоднородности распределения живых организмов и выявления интегральных изменений, происхо дящих в реке и на водосборной площади под влиянием природных процессов и деятельности человека, является изучение концентрации фотосинтетических пигментов фитоплан ктона.

Были исследованы сезонная, межгодовая динамика и распределение основного фотосинтетическо го пигмента фитопланктона вдоль по течению реки Оби (Кириллова и др., 2000). Установлено, что тр о- фический статус реки повышается от олиготро фного в верховье до мезотрофно-эвтрофного в среднем течении и сохраняется на этом

19

уровне в низовье при локальных изменениях в районах крупных нас е- ленных пунктов и прито ков, главным образом под влиянием биоге н- ной нагрузки и нефтяного загрязнения. Сезонная динамика хлорофилла «а» связана с фазами гидрологического цикла и гидрометеорологическими особенностями года. В межгодовом аспекте трофический статус Вер хней Оби стабилен.

В пробах воды, о тобранных в хо де комплексных исследований на участке от устья р. Томи до устья р. Иртыша в июле и августесентябре 1999 г., содержание хлорофилла «а» варьировало в широких пределах - от 2.9 до 51.2 мкг/ л - и в среднем мало отличалось от значения, полученного при изучении фотосинтетических пигментов фитопланктона в районе г. Барнаула в период летне-осенней межени в предыдущие годы – 14.2 и 13.0 мкг/ л соответственно. Минимум зарегистрирован в июле ниже п. Красный Яр, максимум – в августе на участке ниже устья р. Томи.

Для характеристики особенностей пространственного распреде - ления и временной динамики хлорофилла «а» и других фотосинтетических пигментов при анализе данных за ию ль и август был использован непараметрический критерий Краскелла–Валлиса для сравнения нескольких независимых выборок (Закс, 1976). Анализ результатов расчетов показал, ч то для 95 % доверительно го интервала достоверные различия между о тдельными пунктами отбора проб в июле о тсутствовали. Между горизонтами 0 м и 1 м, а также между берегами и фарватером значимых различий не обнаружено, так же как при оценке влияния притоков среднего течения на содержание хлорофилла «а» в во де р. Оби. Во временном аспекте наблюдалось возрастание значений пигментных характеристик в августе по сравнению с таковыми в ию ле при 1-5 % уровне значимости.

На исследованном в третьей декаде августа – первой декаде сентября 1999 года участке Средней и Нижней Оби наблю дались ре з- кие – почти в 5 раз - изменения концентрации хлорофилла «а» у повер хности воды на фарватере. Наиболее высокие значения концентр а- ции хлорофилла «а» отмечены ниже устья р. Томи у пос. Игловск, выше устья р. Томи у пос. Брагино и у пос. Карым -Кары. Наиболее низкие – в устьях притоков и в районе г. Нижневартовска (рисунок 1.4).

20

Рисунок 1.4 - Распределение содержания хлорофилла «а» и доли феопигментов вдоль фарватера р. Оби в августе 1998 г. (пункты отбора проб: 1- ниже устья р.Томи, 2- ниже пос. Красный Яр, 3- выше устья р.Чулым, 4- устье р.Чулым, 5- ниже устья р.Чулым, 6- вы ше г.Нижневар товска, 7- ниже г.Нижневартовска, 8- выше устья р.Ир тыш, 9- устье р.Иртыш, 10-ниже устья р.Ир тыш, 11- у пос. Карым-Кары).

Для всех обследованных в это т период створов, так же как и в июле, достоверных различий между тремя точками на поперечном разрезе не обнаружено. В условиях начавшегося осеннего о хлаждения водных масс хорошо выражены отличия в содержании основного ф о- тосинтетическо го пигмента в прито ков Средней Оби и в главном ру с- ле: в во де р. Томи вблизи устья среднее по створу значение (15.4±1.5 мкг/л) было меньше (р<0.05), чем соответствующие показатели для участка выше (24.0±2.5 мкг/л) и ниже (42.9±4.2 мкг/л) впадения р. Томи. Аналогичные различия обнаружены при сравнении средних ко н- центраций в воде р. Чулым и выше- и нижележащих участков главного русла. В районе поступления водных масс р. Иртыша разница между величиной рассматриваемой характеристики в воде притока (18.1±1.5 мкг/л) и расположенным выше по течению р. Оби пунктом (22.6 ±0.95 мкг/л) выражена слабее. В пространственном распределении прослеживалась тенденция к постепенному сглаживанию градиентов конце н- трации хлорофилла «а» вдоль по течению и на поперечном разрезе створов, что можно объяснить замедлением движения воды по мере

21

расширения поймы и понижения уклона рельефа при продвижении на север, влиянием обширной территории хорошо развитой заболоченной низменности.

2.3 Телецкое озеро

Крупные, глубокие озера способны накапливать информацию о биологических и физических процессах, происхо дящих в окружа ющей среде в результате действия естественных и антропогенных факторов. Как аккумулирующие системы, они являю тся хорошими объектами для крупномасштабных исследований эвтрофикации, переноса загрязняющих веществ и палеоклимата. Таксономический состав и проду к- тивность живых организмов в крупных и глубоких озерах зависят от абиотических факторов в большей степени, чем в други х лимнических системах. Мы по лучили возможность проверить э ту завис имость в озере Телецком. Исследования включали гидрофизические, гидро химические и гидробиологические наб людения; анализ результатов на основе стандартных и специальных м а тематических мето дов. Была изучена сезонная и многолетняя динамика таксономического состава, численности и биомассы, пространственного распределения фитопланктона, зоопланктона, фитоперифитона и макрофитов для разли ч- ных частей озера и его притоков.

Озеро Телецкое, расположенное в северо-восточной части Алтайских гор на высоте 434 м над уровнем моря - самый глубокий пресноводный во доем юга Западной Сибири. Основные морфометрич е- ские характеристики: длина - 78 км, площадь повер хности - 223.км2, объем - 40 км3 , средняя глубина - 174 м, максимальная - 325 м (Селегей, Селегей, 1978).

Среди 50 глубочайших озер мира Телецкое занимает 39 место, намного уступая Байкалу (1641 м), оз.Танганьике (1471 м), Каспию (1025 м), но опережая такие крупные озера, как Женевское (310 м) и оз.Титикака (304 м). Среди пресноводных озер бывшего СССР - четвертое - после Байкала (1641 м), Иссык -Куля (702 м) и Сарезского озера (505 м) и второе по объему (после Байкала) хранилище пресной н е- обыкновенно чистой во ды.

Большинство особенностей его лимнической системы связаны с вытяну той формой долины озера (рисунок 1.5). Развитие жизни, распределение растительных и животных организмов обусловлены ги д- рофизическими и гидро химическими характеристиками озера.

Пелагическая зона озера отличается о т литоральной у словиями жизни и таксономической структурой сообществ. Пелагическая зона

22

озера бедна биогенными веществами и, как результат, количество планктонных организмов – низкое не только в пелагиали, но и в озере в целом. Часть озера с глубинами до 10 м составляет око ло 7,8 км2 или 3,4% от площади акватории и 3,7 % площади дна (Ремезова, 1934). Условия обитания в литоральной зоне постоянно меняются в связи колебаниями уровня озера. Соотношение основного притока и стока по рекам Чулышману и Бие, расположенных на противоположных концах озера, соотношение длины и ширины озера определяют ур о- венный режим Телецкого озера, как типичный речной, что в свою оч е- редь, позволяет рассматривать систему р.Чулышман - Телецкое озеро - р. Бия, как единую. Основная часть стока в озеро (70-75%) поступает через главный из 70 притоков озера - р.Чулышман в ю жном его конце и вытекает (98%) в противоположном через р. Бию, которая соединяясь с Катунью образует великую сибирскую реку Обь. Соотношение притоков озера и вытекающих рек подобно Байкалу. Отношение площади водного зер кала к площади во досбора для Телецко го озера ра в- но 1:90, ч то определяет величины колебания уровня озера с макс и- мальной годовой амплитудой 608 см. Кроме периодических колеб а- ний уровня озера, связанных с изменением его объема, наблюдаются непериодические. Они могут быть обусловлены ветровым воздействием, резким изменением атмосферного давления и другими, еще недо с- таточно исследованными, факторами (сейшевыми колебаниями). Например, в июле 1998 го да месячная амплиту да ко лебаний уровня составила 1 метр с су точными ее значениями до 11 см.

23

Рисунок 1.5 - Схема Телецкого озера

Течения в Телецком озере соответствуют сезонной динамике величины притока воды – максимумом в мае-июле и минимумом в феврале-марте. Преобладающие в вер хней части до лины озера ветры способствуют течениям в сентябре-январе. При совпадении направления течений и ветра приво дит к увеличению скорости течения. Ветры, дующие в противоположном направлении, наибо лее часто наблю даются летом и перио дически влияю т на течения. Максимальная высо та волн – 2,5 м, зона заплескивания в супралиторали достигает 6-9 м. Берега Телецкого озера сложены скальными, валунно -каменными и грубообломочными материалами, занимающими 2/3 всей длины береговой линии. Они слабо поддаю тся влиянию во лноприбойной деятельности. Остальная 1/3 длины береговой линии сложена рыхлыми обр а- зованиями (песчаные, песчано-галечные, галечные и т.п.).

24

Телецкое озеро относится к димиктическим озерам. Основная часть водных масс в озере в течение сем и месяцев охлаждена ниже 4 оС и более чем шесть месяцев - ниже 3 оС. Максимальная годовая температура (20-24 оС) наблю дается только для очень короткого периода: два с половиной месяца в повер хностном слое (10 - 20 м) и в течение десяти дней на глубине. Ветер и конвективные течения способствуют распределению тепла до максимальной глубины озера (325 м). Г лавная особенность ледового режима Телецкого озера - о тсутс т- вие сплошного ле дового покрова на озере более чем в 70% случаев за 65 лет наб людений с 1913 по 1978 годы. В меридиональной части лед образуется лишь в отдельные го ды (Селегей, Селегей, 1978).

Изменения прозрачности воды озера наблюдаются дважды в го д с максимумом во второй половине зимы и ранней весной, когда глубина, до которой виден диск Секки, достигает 14 м и минимумом (7 м) в течение лета в связи с влиянием притоков.

Телецкое озеро - слабоминерализованный пресноводный во доем. Среднее го довое значение суммы ионов в воде озера – около 0.075 г/м3. После гидрокарбонатного иона одним из главных ионов, определяющих общую минерализацию воды озера, является ион кальция (12.8 мг/л). Низкая температура, ветровые и волновые процессы, ко н- вективное перемешивание до дна озера, перемешивание водных масс вдоль меридиональной оси озера, приток хо лодных и хорошо перемешанных вод из горных рек, низкая биологическая продуктивность, неоднородное распределение ее - факторы, определяющие газовый режим и содержание биогенов в озере. Телецкое озеро отличается высоким содержанием кислорода со среднегодовой концентрацией 8-15 г/м3 (87 % насыщения). В летне-осенний период в повер хностном слое воды наблю дается пересыщение (103-112 %). В зимне-осеннний период насыщение на глубине 250-300 м достигает 93-98 % при максимальной интенсивности конвективных процессов. Минимальная годовая величина насыщения на этих глубинах – 58-72 %. Со держание биогенов низкое – кремний – 1-5 г/м3, минеральный азот –0,3-0,8 г/м3, фосфор 0,005-0,070 г/м3 и содержание железа – не превышает 0,12 г/м3. Содержание органических веществ низкое в целом. Среднегодовая величина перманганатной о кисляемости – 3,1 гО2/м3.

Используя зонды STD-12 и CTD (SBE 25-01 SEA LOGGER CTD by Sea-Bird Electronics, Inc.), была исследована вер тикальная стратификация температуры, содержания растворенного кислорода, величины рН, солености и прозрачности в 62 точках озера в сентябре и о к- тябре 1993 го да в ию ле, августе и октябре 1994, в ию ле и августе 1995 годов (рисунок 1.6). Э ти результаты показали более точно, чем ранее

25

(Алекин, 1934; Лепнева, 1937) зависимость изм енений содержания кислорода и величины рН в повер хностных слоях озера Телецко го от функционирования живых организмов (Васильев О.Ф. ,1997).

По гидрофизическим, гидро химическим характеристикам, так же как и по количеству фитопланктона, Телецкое озеро – олиготрофный водоем. Согласно классификации Хатчинсона ( Hutchinson,1967), озеро олиготрофно в связи с интенсивным развитием мелких Diatomeaceae, Cryptophyta и Chrysophyta. Порецкий В.С. и Шешу кова В.С. (1953) в озере и его притоках идентифицировали 325 видов диатомовых водорослей, большая часть из ко торых – обитатели дна . В 1989-1997 гг. в Телецком озере обнаружено 266 видов водорослей из 118 родов, 47 семейств, 25 порядков, 12 классов и 8 о тделов. Впервые для данного водоема обнаружены виды водорослей, принадлежащих к

4 о тделам - Xanthophyta, Cryptophyta, Dinophyta и Euglenophyta. В

планктоне были обнаружены новые для озера виды диатомовых водо-

рослей, такие как Thalassiosira guillard ii, Stephanocostis chantaicus (Ге н-

кал, Митрофанова, 1995), а также, в резу льтате э лектронномикроскопического исследования - мелкокле точная Cyclotella delicatula, впервые описанная как для Телецкого озера, так и для науки в целом (Генкал, 1994). Диатомовые водоросли – главный компонент альгоценозов крупных глубоких гипотермических озер. Обнаружение кремниевых остатков, со храняющихся в донных о тложениях, показывает их индикаторную значимость в палеолимнологическх исследованиях, включая палеоклимат, структурные и функциональные характеристики э косистем озер в настоящее время и в прошлом. Естес твенно, что наличие створок диатомовых во дорослей в седиментах является результатом совместной активности планктона, бентоса и периф итона. Анализ донных отложений из различных частей Телецкого озера о б- наружил 177 видов (328 видов и форм) диатомовых водорослей. Только 13 из них о тносятся к планктонным формам, остальные – представители обрастаний и бентоса (Кири ллов и др., 1998а ).

26

Рисунок 1.6 - Вертикальное распределение температуры, соле - ности, pH и кислорода в Телецком озере. 25.07.1994 (51038'14''с .ш.,

87039'68''в.д.)

Суммарная численность фитопланктона в перио д с марта по ноябрь в 1989-1996 гг. колебалась в пределах 2,2-513,8 кл./м3, биомасса - 1,0-1207,5 мг/м3.Доля диатомовых в общей биомассе достигала 100% в некоторые годы, максимальная численность диатомовых – 135,3 кл./м3

. В феврале-марте 1997 была зафиксирована вспышка развития синезе-

27

леных во дорослей Anabaena flos-aquae, A. сircinalis F. treleasii, A. lemmermanii. Они обеспечили 94 % общей численности фитопланктона

(143 кл./м3) (Митрофанова , 1998).

Исследование содержания фотосинтетических пигментов фитопланктона Телецкого озера были выполнены в 1989 -1998 годах. Концентрация хлорофилла ―а‖ в повер хностном слое изменялась о т 0,06 до 1,94 мг/м3. Минимальная величина в течение летне-осеннего перио да 1996-1997 годов наб людалась в начале июня, когда концентрации на большей части озера не превышали 0,5 мг/м 3. Максимум наблюдался в конце ию ля в районе устья Чулышмана – наибо лее южной и теплой части акватории озера. Наиболее часто наб людалась ве личина 1,0 мг/м3, типичная для олиго трофных во доемов. Доля феопигментов не превышала 36 % в трофогенном слое и достигала летом 100% в ниже расположенных слоях воды . Соотношение каротиноидов и хлорофилла «а» в большинстве проб составляло от 2 до 5, что показывает наличие функциональной активности фитопланктона не только летом, но и осенью. Соотношение хлорофиллов «а» и «с» было меньше единицы в 70 % проб. Это является косвенным показателем доминирующей роли диатомовых и присутствия золо тистых и динофитовых водорослей в фитопланктоне . Летом наибольшее количество фотосинтетических пигментов было в вер хнем 10-метровом слое воды. Осенью при установлении гомотермии наблюдалось выравнивание содержания хлор о- филла «а» в слое до 50 м. Низкие концентрации (0,06-0,09 мг/м3) были типичны для глубин более 100м. В целом, вертикальное распределение фотосинтетических пигментов неоднородно и изменяется по сезонам в зависимости от стратификации водной толщи и подво дных течений. Активное развитие и функционирование фитопланктона, наблю давшееся летом, продолжается и осенью.

Суточная величина интенсивности первичной продукции достигает 74 мг*с/м3 в фотической зоне на глубине 5-13 м в августе. По существующей классификации озеро Телецкое может быть отнесено по этому показателю к олиготрофным водоемам. Обнаруженные велич и- ны деструкции (до 285-247 мг*с/м3 за сутки в июле-августе ) характеризуют озеро, как водоем с интенсивной минерализацией органического вещества. Э то можно объяснить высокой температу рой в это время и поступлением органических веществ с водосборного бассейна в п е- риод дождей (Шестаков, 1992).

Уровень развития макрофитных сообществ – очень низкий. Высшие во дные растения в озере развиваются в основном только на мелководных участках дель ты Чулышмана и в Камгинском заливе. Обнаружено 276 видов сосудистых растений из 150 родов и 51 семе й-

28