Глава 11 Изменение лимносистем под влиянием хозяйственной деятельности.

11.1. Проблемы эвтрофирования лимносистем

Конец 60-х годов явился своеобразным началом интенсификации сельского хозяйства, роста городов и промышленности, широкого развития мелиорации. Как это не парадоксально, но НТР окала отрицательное воздействие на состояние лимносистем. В этот период озера становятся не только источниками водообеспечения, но и активно включаются в мелиоративные системы в качестве приемников дренажных вод, неочищенных отходов промышленных и бытовых вод, талых и дождевых вод с распаханных водосборов. Кроме токсичных примесей все эти сбросы содержат минеральные и органические вещества, а также биогенные элементы, главным образом, фосфор и азот, которые являются основными источниками повышения уровня трофии, т.е. скачкообразного увеличения продукционных процессов в результате бурного развития автотрофных организмов, главным образом, фитопланктона. Он вызывает летнее «цветение» воды, накопление автохтонного органического вещества, снижение способности самоочищения. Совокупность процессов антропогенного эвтрофирования ведет к резкому ухудшению качества воды, появлению глубокого дефицита кислорода, увеличению общей минерализации за счет ионов 80₄ и С1^- и других примет внезапного. На протяжении 10-15 лет, «старения» озер, которые существуют в природном состоянии более 10-12 тыс. лет. В критическом или угрожающем состоянии оказались озера, расположенные вблизи крупных городов: Мяделя, Постав, Сенно, Глубокого, Браслава, Лепеля, Миор и др.

Процессантропогенного эвтрофирования формируется за счет рассеяных и точечных источников. В бассейне озера Нарочь, например, с каждого водосбора поступает 0,2 кг фосфора и 2,0 кг.азота в год. Определенное значение имеют и атмосферные осадки, которые приносят в него около 50 % всех биогенных элементов, что выражает преобладание западного переноса воздушных масс. Источниками поступления биогенных и загрязняющих веществ являются животноводческие комплексы и фермы, предприятия пищевой промышленности, бытовые городские сбросы, мелиоративные каналы (табл. 11.1). Из 497 озер, обследованных НИЛ озероведения Белгосуниверситета, к числу сильно трансформированных, гипертрофированных относятся около 8 озер.

Для обоснования методов рекультивации, охраны и рационального использования, озер разработаны наиболее репрезентативные показатели, которые характеризуют трофический уровень на данный момент. Это прозрачность воды, количество фосфора, биомасса фитопланктона, и ее отношение с биомассой гетеротрофных организмов в летний сезон, показатель биохимического потребления кислорода (БПК₅). Обработка полученных материалов позволила разделить все озера на три группы: с сильной (I), средней (II) и слабой (III) степенью антропогенного эвтрофирования. (табл. 11.2.)

Выяснилось, что в I группу с ярко выраженными признаками вошли относительно немногочисленные мезотрофные, глубокие, небольшие озера (Лесковичи, Круглик) озера и наиболее распространенные высокоэфтрофные (гипертрофные0 мелководные водоемы (Забельское). Первые отличаются весьма неустойчивой экосистемой благодаря стратификации и мощному гиполимниону, в котором в периоды стагнаций кислород полностью потребляется на разложение и окисление. В мелководных озерах процесс гипертрофирования сопровождается бурным процессом фотосинтеза летом в прогретой массе воды. Зимой на разложение новообразованного органического вещества затрачиываются все запасы кислорода до состояния заморов. Во вторую группу объединена основная часть озер республики, которые ощущают антропогенное эвтрофирование, главным образом за счет поступления биогенных веществ с распаханных территорий.

Влияние хозяйственной деятельности на лимносистемы проявляется также во внешних преобразованиях, связанных с техническими мероприятиями на водосборе, или в котловине. Этот процесс условно назван техногенной трансформацией озер.

Основная идея современных техногенных преобразований заключается в создании на базе озер-водохранилищ для забора вод по мелиоративным канавам, с другой. В этих случаях нередко изменяются взаимоотношения водосбора и озера, которые уже установились, перераспределяется поверхностный сток, включаются новые гидротехнические сооружения. Озера теряют свой природный облик. Типичны в этом отношении озера Полесья.

11.2. Антропогенное эвтрофирование лимнических экосистем

Проблема чистой воды относится к важнейшей в современном мире. Тесная зависимость деятельности человека от источников пресной воды стала особенно актуальной в эпоху научного прогресса, урбанизации и техногенеза.

В последние 30—40 лет повсеместно стали отмечать резкое ухудшение качества озерных вод в районах повышенной плотности населения, концентрации сельскохозяйственного и промышленного производства. Исследования показали, что изменения, происходящие в этих случаях в озерах, отражают резкую активизацию продукционно-биологических процессов, повышение трофического уровня в результате внезапного увеличения концентрации биогенных элементов в воде. Этот процесс, получивший название антропогенного эвтрофирования, приводит к коренному нарушению естественной эволюции озерных экосистем (Л. Л. Россолимо, Г. С. Шилькрат)

Может показаться, что антропогенное эвтрофирование, способствующее повышению трофического уровня озер, выгодно с точки зрения увеличения их рыбопродуктивности. Однако в первую очередь оно вызывает ухудшение качества воды, кроме того, искусственно разрушает установившуюся схему внутренних связей в водоеме и, наконец, «загрязняет» озеро продуктами распада мощной массы органического вещества, приближает старение водоема.

Изменение качества воды, которое несет с собой антропогенное эвтрофирование, обесценивает водоем как источник водоснабжения и других видов водопользования, как важнейший элемент природных комплексов рекреационного назначения, с которым связаны разные виды отдыха, туризма и, наконец, как рыбохозяйственное угодье.

Скорость проявления антропогенного эвтрофирования зависит от ряда причин, к числу которых относятся интенсивность поступления биогенных элементов, проточность, морфометрические параметры озер. Естественно, что признаки этого процесса наблюдаются прежде всего в небольших и мелководных озерах, но в глубоких они более устойчивы благодаря значительной мощности гиполимниона.

В литературе приводятся многочисленные примеры антропогенных нарушений лимнических экосистем. Еще в конце 19 в. признаки антропогенного эвтрофирования зафиксированы в типично олиготрофном альпийском Цюрихском озере. Они появились в результате усиления коммунальных стоков.

Сведения по антропогенному эвтрофированию собраны по американским озерам в системе реки Св. Лаврентия. Великие озера (общая площадь 245,2 тыс. км², объем воды 22,7 тыс. км³) — крупнейший резервуар пресной воды. В их бассейне сосредоточено 13,5 % населения США и треть населения Канады. Особенно большая плотность вблизи озер Эри, Мичиган, Онтарио. Огромный объем воды и относительно небольшой водосбор долгое время способствовали сохранению олиготрофных черт озер. Сдвиг экологических систем в последние десятилетия заставил обратить на эти озера внимание специалистов и природопользователей. Наиболее заметны изменения в самом мелководном озере Эри (средняя глубина 18 м), расположенном в центре района с интенсивно развитым сельским хозяйством. Наименьшие изменения произошли в озере Верхнем и Гурон, в водосборах которых промышленность развита слабо, лесистость достигает 70—80 %. Антропогенное эвтрофирование озер Северной Америки — серьезная угроза качеству воды во внутренних бассейнах. Этот процесс ярко выражается в увеличении биомассы сине-зеленых водорослей, исчезновении и сокращении сиговых, лососевых, корюшковых рыб, понижении прозрачности, повышении содержания в воде минеральных и органических веществ.

Вблизи г. Сиэтл быстро эвтрофируется озеро Грин, которое интенсивно используется в рекреационных целях. Таковы же причины экологических изменений озера Тахо, занимавшего первое место в мире по чистоте и прозрачности. С начала 20 в. неочищенные стоки города Сиэтл сбрасывались в олиготрофное озеро Вашингтон. Озеро стало эвтрофироваться настолько быстро, что менее чем за 20 лет биомасса фитопланктона увеличилась в нем почти в 20 раз; пришлось строить сбросовые сооружения в залив Пьюджет-Саунд.

Необходимость детального изучения и предотвращения антропогенного эвтрофирования заставила правительства Канады и США выделить особую «территорию экспериментальных озер» в северо-западной части провинции Онтарио площадью около 500 км² для проведения долгосрочных исследований (не менее 20 лет) озер, находящихся до сего времени в естественном состоянии.

Основываясь на исследованиях Экспериментальной озерной области, американский лимнолог Шиндлер считает, что скорость поступления веществ в озеро пропорциональна площади его водосбора и акватории, т. е. бассейна в целом, а концентрация веществ в самом водоеме обратно пропорциональна объему водной массы.

В работах Фолленвейдера (1970 г.) рассматриваются связи между нагрузкой озера биогенными элементами, его средней глубиной и трофическим уровнем.

Исследования, связанные с антропогенным эвтрофированием водоемов, проводятся Институтом географии АН СССР на озере Валдайском, Институтом озероведения АН СССР на малых озерах Латвии, лабораториями озероведения и экспериментальной биологии БГУ на озерах Нарочанской группы, Лимнологическим институтом на Байкале и др.Основоположник этой отрасли лимнологии Л. Л. Россолимо выделяет три основные стадии в развитии антропогенных нарушений озерных экосистем.

Первая стадия характеризуется усилением развития и изменением состава автотрофных гидробионтов, что отражает повышение обеспеченности питательными веществами. Однако это не вызывает заметных нарушений гидрохимического режима. Кислородная кривая еще сохраняет черты олиготрофного и мезотрофного режимов. По данным американского ученого Сойера, летнее «цветение» озер в умеренной зоне начинается при содержании минерального азота 0,3 мг/л, а минерального фосфора 0,01 мг/л.

Вторая стадия отличается высоким и устойчивым уровнем развития фитопланктона с преобладанием сине-зеленых водорослей и летним «цветением». При этом уменьшается прозрачность воды, увеличивается биомасса некоторых макрофитов, в частности нитчатых водорослей. С увеличением первичной продукции фитопланктона возрастает напряженность окислительно-восстановительных процессов в мета- и гиполимнионе, которая выражается в резкой контрастности распределения газов и минеральных компонентов водной массы. Кислородная кривая приобретает черты эвтрофного типа, ей соответствует и распределение СО2 по вертикали. В придонных слоях скапливаются восстановленные соединения (железо) и продукты разложения органического вещества, аммонийного азота, сероводорода. На контакте воды и осадков возникает восстановленная микрозона. Изменяется ихтиофауна, исчезают холодолюбивые сиговые и оксифильные бентические беспозвоночные. Все эти процессы протекают при участии специфической бактериальной флоры.

В третью стадию наступают глубокие изменения во всей озерной экосистеме. В первую очередь это сказывается на структуре биоценозов, которые характеризуются более стенотопными организмами. При увеличении общей биомассы фитопланктона прибрежная зона густо зарастает полупогруженными макрофитами. Заметные преобразования происходят и в ихтиофауне, которая становится карасево-линевой.

При дальнейшем усилении процесса не столько увеличивается объем первичной продукции, проявляются показатели загрязнения, которые выражаются в накоплении автохтонного и аллохтонного органического вещества, заморных явлениях, резкой кислородной недостаточности. В этом состоянии озера нередко относят к числу ультраэвтроф-ных (гиперэвтрофных). Уместно также называть это явление антропогенным дистрофированием (вторичным загрязнением).

Основной причиной антропогенного эвтрофирования служит поступление в водоем таких биогенных элементов, как азот и фосфор. Источники антропогенных эвтрофирующих веществ связаны с хозяйственной деятельностью человека. Для Европы одним из сравнительных показателей распределения азота и фосфора принимается плотность населения и размещение основных сельскохозяйственных угодий. В Западной Европе средняя плотность населения 150 человек на 1 км ; 30 % ее территории занимают пашни, 30,% —луга и пастбища, 20 % —леса и 20 % прочие земли. Выделение азота, фосфора в составе продуктов обмена веществ человека, коммунальных, ливневых, рекреационных и других сбросов при такой плотности принимается равным в среднем 0,66 гК и 0,08 гР в год на 1 м . Важную роль в обогащении питательными веществами играет сельскохозяйственная деятельность человека. В Европе на гектар пашни приходится в среднем 235 кг удобрений, что дает на каждый квадратный метр общей площади 2,3 г азота и 0,5 г фосфора.

Количество эвтрофирующих веществ, поступающих с экскрементами сельскохозяйственных

2 2

животных, оценивается цифрами 7,6 г/м азота и 1,4 г/м фосфора в год. Из них в водоемы поступает примерно 10—25 % N и 1 —10 % Р.

Для наиболее урбанизированных и промышленных районов 3. Европы эти цифры выглядят намного заниженными. Например, в Германии среднее количество питательных веществ на 1 км²поверхности в течение года составляет: оммунальные воды 1 110 кг азота и 266 кг фосфора; продукты обмена веществ человека 1 110 кг азота и 136 кг фосфора; хозяйственные загрязнения 130 кг фосфора; стоки с сельскохозяйственных угодий 2 560 кг азота и 27 кг фосфора. Чтобы рассчитать прогноз антропогенного эвтрофиования, была использована населенность водосбора Великих озер Америки: на водосборе олиготрофного озера Верхнего за 1900—1960 гг. население увеличилось на 400 тыс. человек, на водосборе озера Эри, в котором ярко выражено антропогенное эвтрофирование, за этот же период количество населения с 3 млн. возросло до 10,1 млн. человек, то же можно сказать об озере Мп&Ь-чан, на территорииводосбора которого рост населения составил 3 млн. человек.

В связи с интенсивным использованием озер в качестве центров рекреации следует учитывать поступление биогенных элементов с рекреационными стоками. Примером эвтрофирования ультраолиготрофного водоема может служить озеро Тахо в США, продуктивность которого за 4 года (1968—1971) возросла на 25 % в результате усиленного использования озера для рекреационных целей.

Изучение процесса антропогенного эвтрофирования озер Белоруссии затрудняется рядом обстоятельств: большое количество водоемов находится в стадии естественного эвтрофирования, а сведения о режиме мезотрофных озер стали появляться только с конца 50-х годов, поэтому сравнительная характеристика их охватывает не более 20 лет.

Природные черты и особенности хозяйственного освоения основных озерных районов республики (Поозерья и Полесья) долгое время способствовали сохранению естественного состояния озер. К их числу относятся небольшая плотность населения на водосборах, высокая лесистость и заболоченность низинных пространств.

Заметные антропогенные нарушения лимнических экосистем начали проявляться в последние 15—20 лет, в первую очередь в связи с урбанизацией территории, ростом промышленности и интенсификацией сельского хозяйства. Они коснулись озер, расположенных вблизи городов и принимающих городские коммунальные и промышленные стоки (Браслав, Миоры, Глубокое, Поставы, Мядель и др.). Наряду с этим большое эвтрофирующее (и загрязняющее) воздействие стали оказывать многочисленные предприятия по переработке сельскохозяйственного сырья: мясо­молочные, овощеконсервные комбинаты, льнозаводы, потребляющие воду из озер и сбрасывающие ее (нередко без очистки) обратно в водоемы. В результате этого озера приобретали черты гиперэвтрофных. Менее заметное, но широкое распространение получило антропогенное эвтрофирование, связанное с поступлением питательных веществ с пахотных территорий. В Витебской области, например, при общей площади 40,1 тыс. км² 1,2 млн. га приходится на пашни и 700 тыс. га — на сенокосы и пастбища.

Самая высокая степень антропогенных нарушений отмечается в мелководных гиперэвтрофных водоемах. Нарушения выражаются в частых зимних заморах, сильно щелочной реакции воды в период «цветения», повышенной минерализации и резких ее колебаниях, большом количестве фосфора и азота. Например, вода озера Великого (в черте города Глубокое) мутная, с неприятным запахом и цветностью больше 100°, окисляемость ее около 27 мгО²/л, биомасса фитопланктона

"3 превышает 50 г/м³. В 1974 г.

в озере было очень много фосфатов - 3,568 мг/л. Озеро Ковальки вблизи города Поставы отличает высокой минерализацией. Летом в нем содержится 500 мг/л минеральных веществ, прозрачность составляет не более 0,5 м, биомасса фитопланктона превышает 55 г/м . В 1973 г. количество фосфатов (РО₄) в озере повысилось до 0,53 мг/л.

Озеро Забельское в Глубокском районе имеет большую нагрузку биогенных веществ за счет коммунальных стоков и стоков крупной птицефермы. Мутная вода, неприятный запах, сильно щелочная (рН>9,5) реакция летом, высокая биомасса (24 г/м ) фитопланктона, содержание РО₄ 0,83—0,90 мг/л, аммонийного азота 0,02—0,04 мг/л (июнь 1975 г.) —свидетельства антропогенного загрязнения.

Несколько иначе выглядит процесс антропогенного эвтрофирования в глубоких с признаками олиготрофии озерах. Прежде всего он сказывается в резком разграничении верхней трофогенной области и глубинной трофической. Последняя занимает около половины объема водной массы и характеризуется резким дефицитом кислорода, возникновением придонного восстановленного слоя, иногда появлением сероводорода, исчезновением характерных для многих чистых глубоких озер реликтовых представителей зообентоса. Происходят заметные изменения в составе ихтиофауны, сигово-снетковые озера превращаются в лещево-щучьи.

Озеро Даубле в Браславском районе получает большое количество биогенных элементов вместе со стоками многочисленных ферм. По данным 1957 г., озеро имело признаки олиготрофии. В настоящее же время прозрачность в нем не превышает 0,8 м, в гиполимнионе в периоды стагнации полностью отсутствует кислород, появляется сероводород. Величина фосфатов достигает 0,8—0,7 мг/л.

Признаки антропогенного дистрофирования появились в глубоком живописном озере Лесковичи (Шуми-линский район), принимающем неочищенные стоки маслозавода и фермы. Это мутная, с неприятным запахом вода, отсутствие кислорода в гиполимнионе, высокое содержание фосфатов. Мало того, озеро сильно загрязняет связанное с ним глубокое озеро Круглик. В последние годы признаки антропогенного эвтрофирования наблюдаются в озере Долгом (вблизи озера построен животноводческий комплекс).

Антропогенное дистрофирование в озере Лядно (Лепельский район), принимающем промышленные сточные воды, выражается в резком дефиците кислорода, высоком сероводородном насыщении и очень низкой биомассе фитопланктона (1,5 г/м ).

Значительное влияние хозяйственно деятельности сказывается также в процессе техногенной трансформации. В этих случаях нарушаются уже сложившиеся взаимосвязи озер и водосбора, нарушается питание, понижается уровень и др. В озере Ореховском (Маларитский район) в результате мелиоративных работ площадь водосбора уменьшилась в 17 раз. Она соединено каналом с озером Олтушским, водосбор которого в связи с нарушением гидрологических условий уменьшается с 301,9 до 47 км². В наливное водохранилище при полном отсутствии природного водосбора превращено в наливное водохранилище коренные изменения произошли в системе озера Вечелье в Любанском районе, которое в результате мелиоративных болот потеряло водные источники с водосбора и уже в 30-х годах питается водными ресурсами р. Оресы.

При условии определенной осредненности показателей озера Белоруссии разделены на три группы с сильной (I), средней (II) и слабой (III) степенью антропогенной трансформации.

В первую группу включены озера, имеющие признаки антропогенного загрязнения городскими, промышленными отходами и сбросами крупных животноводческих комплексов. Вода их непригодна для использования. Средние показатели БПК₅>6 мгО₂/л; РО₄>0,1 мгР/л; максимальная биомасса фитопланктона >10 г/м³.

Вторая группа объединяет большое количество озер средней и малой глубины, расположенных среди распаханных полей, вблизи небольших населенных пунктов. Вода их относительно чистая и может употребляться на культурно-бытовые нужды: БПК₅<6 мгО₂/л; РО₄ 0,01 — 0,1 мг/л; биомасса фитопланктона 5—10 г/м³.

Наиболее чистые озера, принадлежащие к III группе, используются для водоснабжения. Обычно это глубокие и удаленные от населенных пунктов водоемы: БПК₅ до 3 мгО₂/л; РО₄ менее 0,01 мг/л; биомасса фитопланктона <5 г/м .

Важнейшим индикатором состояния лимнической экосистемы и степени антропогенной трансформации следует считать соотношение биомассы зоо- и фитопланктона за летний сезон. Для водоемов первой группы это соотношение достигает 1:20 и свидетельствует о «перегруженности» экосистемы автохтонным органическим веществом. Во второй группе соотношение резко изменяется в направлении сокращения биомассы продуцентов и возникновения определенного баланса с биомассой зоопланктона 1:5 и даже менее. В озерах третьей группы соотношение биомассы основных групп планктонных организмов характеризует некоторую «угнетенность» фитопланктона и составляет 1:2, 1:0,5.

Одной из важнейших задач современной лимнологии следует считать разработку путей восстановления озерных экосистем, испытавших антропогенное эвтрофирование, а также рекультивацию загрязненных гиперэвтрофных водоемов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: