CC BY
54
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
© С.М. Штин, 2001
УДК 581.5:532:624.132.345:625
С.М. Штин
ВЛИЯНИЕ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННЫХ ДОБЫЧНЫХ РАБОТ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ОБВОДНЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ САПРОПЕЛЯ
ормирование сапропелевых отложений всецело связано с процессами возникновения озер и их дальнейшим развитием. Этот путь имеет большой исторический отрезок времени, который неоднократно сменяется различными стадиями обводнения. Путь развития озер не всегда идет по пути от олиготрофии к дистрофии, часто тормозится, а иногда происходит и в обратном направлении. Поэтому состояние озер, с точки зрения накопления донных осадков, различно.
Современное состояние большинства основных сапропелесодержащих озер на территории России характеризуется следующей типологической характеристикой:
1. Тип озер. Сильно дистрофирован-ные. Очень мелкие (1-3 м) с обильным поступлением условных веществ, часто проточные, с моховыми сплавнина-ми у берегов, значительная концентрация органического материала и гуминовых веществ, в летний период сильно прогреваются до дна, стратификация слабая или совсем отсутствует.
2. Газовый режим, кислотность, и характер деструкции. Кислорода мало, рН = 5,0-6,5, деструкция частичная.
3. Цвет воды, прозрачность. От светло коричневого до темнокоричневого, прозрачность 1,0-3,0 м.
4. Окисляемость воды, мг/л. Выше
35.
5. Интенсивность фотосинтеза, мг Ог/м2 в сут. 0,5-1,0.
6. Продукция фитопланктона, ккал/м2 в год. Менее 300.
7. Биомасса дна, кг/га. Менее
5,0.
8. Донные отложения в голоцене.
В целом современное состояние большинства сапропелесодержащих озер можно характеризовать как старость, когда озерные отложения покрывают все дно, вдоль берегов развиты заросли водной растительности, в рельефе дна заметен только прибрежный склон.
Хозяйственная деятельность человечества в ХХ столетии резко ускорила процессы умирания многих озер, особенно Европейской части России. Процессы аккумуляции органических и органогенных веществ усилились с возрастом Земли и в озера, наряду с продуктами эрозии стихийного происхождения, начали попадать громадные количества веществ, приведенных в движение человеком. Происходит смена населяющих озера биогенов. Происходит изменение характеристик многих озер, и, в том числе, изменение трофности.
Таким образом, закономерности современного состояния сапропелесодержащих озер обусловлены геологическими, гидрогеологическими, климатическими условиями, характером водосборной площади, мор-фометрией озерной котловины, характером человеческой деятельности. Решающим фактором в развитии озер являются процессы осадкообразования, которые, действуя постоянно и односторонне, ведут к постоянному обмелению озер и накоплению сапропелевых отложений. Процессы осадконакопления резко усилились, достигая по некоторым озерам 5-10 см/год. Часть озер превратилась в болота за последние десятилетия.
Проведение гидромеханизированных работ, связанных с разработкой обводненных месторожде-
ний сапропеля, оказывает многофакторное влияние на водную экосистему, представленную не только сообществом организмов, связанных с водной средой, но и наземными сообществами с разнообразной растительностью и ландшафтом. В процессе производства гидромеханизированных работ происходит изменение морфологических характеристик, которые являются одним из основных факторов, формирующих экосистему озера. Происходит увеличение глубины воды в озере, в случае уничтожения сплавины - увеличение площади и формирование прибрежного мелководья, перепланировка и обустройство побережья, по мере выработки залежи многократно возрастает объем водной массы. Степень и интенсивность трансформации характеристик зависит от способа, объема и скорости проведения добычных работ. Для определения этого влияния необходимо проводить комплексные исследования по экологической оценке процессов, происходящих в водоеме.
Понимание происходящих в водной экосистеме процессов, на основе законов их функционирования, позволяет строить перспективные прогнозы на изменения в водоеме, которые произойдут в результате проведения добычных работ.
Исследования, направленные на понимание этих процессов, проводились на озерном комплексе, образующим Пимскую озерную группу. Причем исследования по экологической оценке велись с учетом как временного фактора, так и топографического и была прослежена динамика изменений в жизнедеятельности озер под влиянием этого воздействия на протяжении ряда лет.
Для получения целостной картины влияния гидромеханизированных работ на жизнедеятельность водоемов обследовалось шесть различных озер, три из которых являлись контрольными (на них гидромеханизированные работы не велись). Схема расположения исследованных озер представлена на рис. 1.
Ф
Отбор гидробиологических проб проводился по стандартным гидробиологическим методикам, путем
Рис. 2. Схема установленных станций и трансект на исследованных озерах
Рис. 1. Схема расположениТабяицгдЬванных озер Пимской группы
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОЗЕР
разбивки акватории озер на продольные и поперечные тран-секты и установкой на них сети станций отбора проб с применением метода усредненной пробы, так как озера имели не выраженную литораль, небольшую глубину, характерную однородность водных масс. Схема установленных станций и трансект приведена на рис. 2.
Наряду с изучением горизонтального распространения гидробиологических показателей по акватории озер изучалось вертикальное распределение численности и биомассы планктоновых организмов. Отбор проб производился по вертикали через каждые 3 метра.
Исследуемые озера имели низкие, местами сплавинные берега, сложенные торфяниками. Обширные сплавины, шириной от 5 до 20 м, почти не возвышающиеся над водной поверхностью. Основную массу их образует сфагновый мох и осока. Конфигурация больших озер очень сложная, с массой мелких заливов и мысов.
Дно плоское, ровное. Литоральная часть не выражена, глубина нарастает к центру. Дно покрыто торфяными илами с грубой структурой, с обрывками мхов и хлопьями гуминовых кислот. Зольность иловых отложений низка и составляет 15-20 % на сухую навеску, что говорит о высоком содержании в илах органического вещества, не подвергающегося бактериальной деструкции и связывающего в себе до 4/5 биогенных элементов, необходимых для биотического круговорота. Прибрежная растительность озер представлена осокой, камышом, реже кубышкой. Средняя глубина от
0,6 до 1,7 м. Максимальная глубина 2,5 м. Средняя длина озер 3,17 км, наибольшая - 12 км. Ширина колеблется в пределах от 1,1 до 6,6 км. Объем водной массы от 0,1 до 2,0 млн
Озера Название оз, Длина, км
Контрольные Токтури-Лор 3,2
озера Малое 0,8
Большое 8,2
Отработанные Культоуль-Лор 1,5
озера Энтль-Лор 5,5
Монкет-Лор 3,5
По развитию кормовой базы и ихтиомассы озера можно квалифицировать как олиготрофные, с признаками дистрофии. К признакам дистрофии относятся такие показатели, как: низкая минерализация воды; сдвиг рН в кислотную сторону до 6,5; наличие большого количества гуминовых кислот, выпадающих на дно в виде хлопьев; напряженный газовый режим водоемов; нарушенный круговорот биогенов, выпадающих из трофических цепей гидробиоценосов и уходящих на дно по причине резко отрицательного баланса щелочноземельных оснований; низкая кормовая база. По ихтиологическим признакам озера относятся к щучье - окуневому типу. Годовой прирост их-тиомассы низкий - от 10 до 15 кг / га. Гидромеханизированные работы в Пимских озерах велись более 10 лет. Добыча грунта осуществлялась земснарядами типа 180-60, при годовой производительности 850-900 тыс. м3 горной массы на один земснаряд. Добываемый грунт представлял собой слой описанного выше ила и среднезернистых кварцевых песков с классом крупности от +0,5 мм до -0,074. Морфологические характеристики исследованных озер отражены в табл. 1.
Озера для исследований подбирались по принципу подобия для получения сопоставимых данных для сравнения контрольных и отработанных озер.
В ходе многолетних исследований выявлено, что изменения основных физико-химических показателей воды, таких как цветность, прозрачность, активная реакция воды (рН), общая минерализация, после окончания работы земснарядов на водоемах не обнаружены, либо имеют кратковременный характер. К изменениям -
долговременного характера можно отнести годовой и температурный режимы водоемов.
Изменение газового режима водоемов. Работа земснарядов влияет на динамику кислородного режима водоемов в сторону увеличения содержания растворенного кислорода в воде, но влияние это локально и ограничено акваторией карьера. Изучение динамики кислородного режима на отработанных участках карьера показало отсутствие заморных явлений на протяжении всего последнего периода. Результаты измерений толщины льда, глубины последнего слоя воды и содержание кислорода в воде на контрольных озерах и на отработанных земснарядами отражены в табл. 2.
Измерения показали, что на контрольных озерах толщина ледового покрытия в центре озера больше на 10-15 см, чем на отработанных озерах, величина последнего слоя воды минеральная, вода бурого цвета с сильным сероводородным запахом, либо озеро промерзает до дна.
На отработанных озерах на естественных участках акватории толща подледного слоя воды также минеральная, содержание растворенного в воде кислорода невелико, что характеризует эти участки как заморные (замором считается содержание кислорода в воде по отношению к нормальному насыще-
На акватории озер, совпадающих с карьерами, толщина последнего слоя воды значительна - от 7 до 8 м. Содержание кислорода, растворенного в воде, велико и достаточно для «нормально-го» дыхания гидробионтов, главным образом ихтиофауны, в период зимней стагнации.
Изменение температурного режима водоемов. Из огромного количества физико-химических факторов, влияющих на существование водного населения и определяющих вертикальное распределение в толще воды кормовых организмов - фито- и зоопланктона, температурный режим является одним из важнейших факторов, лимитирующих деятельность гидробионтов и их существование.
Результаты измерений температуры (табл. 3) показали, что на озерах, находящихся в естественном состоянии практической разницы температур не обнаружено. На озерах-карьерах разница температур между поверхностью и дном может достигать 10-12 °С. Усредненные величины изменения температуры воды в зависимости от глубины погружения представлены графически на рис. 3.
Анализ графического изображе-
пературы воды по мере увеличения глубины сначала происходит равномерно, затем резкое падение температуры (скачкообразно). Далее резких изменений нет.
Изменения морфометрических показателей водоемов. В результате работы земснарядов происходит кардинальное изменение рельефа дна. В озере возникает две зоны со значительными перепадами глубины, от 1 м на естественных участках до более 10 м на отработанных участках.
Таблица 2
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ КИСЛОРОДНОГО РЕЖИМА
Озера Место отбора проб Толщина льда, м Глубина воды, м Растворенный О2, мг/л Отношение к нормальному насыщению, %
Контрольные Центр озера 0,80 0,20 0,32 2,2
озера Центр озера 0,85 0,00 - -
Отработанные Карьер 0,70 7,00 3,76 25,6
озера Центр озера 0,70 0,35 1,44 9,8
Карьер 0,75 8,00 4,16 28,2
Центр озера 0,80 0,20 1,28 8,7
нию менее 10 %). ния показывает, что изменение тем-
Таблица 3
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ ОТБОРА ПРОБ
Озера Глубина в точке отбора, м Град., С поверхность Град., С 3 м Град., С 6 м Град., С 9 м Град., С дно
Контрольные 1. 1,2 21 - - - 21,0
озера 2. 1,0 21 - - - 21,0
3. 0,8 22 - - - 22,0
Отработанные 4. 8,5 20 18,0 12 10,0 10,0
озера (карьеры) 5. 10,0 20 18,0 10 8,0 8,0
6. 9,2 20 19,0 11 8,0 8,0
Усредненная величина (карьеры) 9,2 20 18,9 11 8,7 8,7
После окончания гидромеханизированных работ на озерах еще в течение нескольких лет происходит изменение рельефа дна, связанное с естественными явлениями. Например уменьшение глубины от границ карьера к центру. Изменения морфологических показателей ведут к изменению условий жизнеобитания гидро-
бионтов. Это связано с изменением как температурного и газового режимов, так и с увеличением жизненного пространства - увеличением общего объема воды в озере, что особенно ярко проявляется в подледный период жизни водоема.
Сезонная динамика численности биомассы фитопланктона исследован-
Рис. 4. Сезонная динамика биомассы фитопланктона
ных озер. Вычисление биомассы фитопланктона проводилось по методике суммирования биомасс отдельных популяций. Средняя масса определялась по результатам измерения объема отдельных клеток водорослей по результатам линейных измерений клеток под микроскопом с помощью специальной мерной сеточки, вставленной в окуляр.
Анализ сезонной динамики биомассы планктоновых водорослей (рис. 4) показывает, что во всех озерах в течение сезона прослеживаются закономерные изменения численности и биомассы фитопланктона. В начале лета происходит нарастание биомассы водорослей, которое достигает своего максимума в середине лета. В конце лета наблюдается закономерное снижение биомассы водорослей.
Такой тип сезонной динамики численности и биомассы водорослей является обычным для представителей растительного мира и связан в основном с изменением интенсивности солнечной радиации, как непосредственного источника энергии для фотосинтезирующих растений и как фактора, который влияет на термодинамику водоемов.
Вертикальное распределение зоопланктона в толще воды. Графическое изображение вертикального распределения биомассы зоопланктона на разных горизонтах водной массы показано на рис. 5.
Полученные данные показывают, что в условиях гомотермии (одинакового прогрева воды от поверхности до дна) на контрольных озерах зоопланктон по вертикали распределяется равномерно.
В озерах - карьерах вертикальное распределение биомассы иное. Увеличение биомассы наблюдается по мере опускания от верхних горизонтов к средним, где оно имеет наибольшее значение. В районе шестиметровой отметки и до дна наблюдается резкое снижение абсолютной величины биомассы до единичных экземпляров у дна. Такой характер распределения биомассы по вертикали связан с температурной стратификацией воды в озере -карьере.
Вычисление суммарной биомассы зоопланктона под единицей
Рис. 5. Вертикальное распределение зоопланктона в толще воды
Таблица 4
ЧИСЛЕННОСТЬ И БИОМАССА БЕНТОСА
Контрольные озера Группа бентоса Июнь,тыс. экз./м2 Июнь, г/м2 Июль, тыс. экз./м2 Июль, г/м2
1 Хирономиды 0,22 0,08 0,71 0,31
Олигохеты 0,01 0,04 0,02 0,10
Всего - 0,12 - 0,41
2 Хирономиды 0,12 0,06 0,35 0,16
Олигохеты 0,01 0,05 0,04 0,20
Всего - 0,11 - 0,36
3 Хирономиды 0,11 0,04 0,62 0,24
Олигохеты 0,04 0,20 0,02 0,12
Всего - 0,24 - -
Средняя биомасса - 0,16 - 0,38
площади зеркала воды показывает, что на карьерах - озерах оно в десятки раз превышает суммарную биомассу под единицей площади контрольных озер.
Численность и биомасса бенто-носных организмов. Организмы зообентоса занимают в водоемах два основных биотипа: грунт (поверхность и его толщу) и растительность. Подвижные организмы могут отрываться от поверхности субстрата и плавать в воде, занимая таким образом третий биотип -водную толщу в пределах придонного слоя воды или водного пространства в зарослях макрофитов. Наибольшего качественного и количественного развития бентонос озер достигает в литорали, меньшего - в сублиторали и особенно - в профундали. Это объясняется тем, что донные земные растения литорали играют важную роль в обеспечении пищей гетеротрофных бен-тонтов.
В исследованных озерах, имеющих блюдцеобразное ложе, литоральная часть не развита (практически отсутствует) . Прикрепленная растительность в озерах развита слабо, зарастаемость составляет менее
0,3-10 % от площади озер и связана с береговым урезом воды. Дно озер покрыто торфяными илами с грубой структурой. В ходе отбора донных проб обнаружилось, что и дно озера ставшим карьером ко времени исследования мало отличалось от естественных участков дна и было покрыто аналогичными торфовыми илами.
Перечисленные особенности донного грунта, отсутствие растительности, низкая величина рН обуславливает бедность видового состава бентоса всех исследованных озер. Бентофауна исследованных озер представлена следующими основными группами:
олигохеты, хирономиды, ручейники, вислокрылки, личинки и много других насекомых. Личинки хи-рономид - наиболее представительная и распространенная группа бен-тофауны, хотя абсолютная биомасса их незначительна. Данные по определению численности и биомассы бентоса исследованных озер сведены в табл. 4. Анализ гидробиологического состояния исследованных озер показал, что в результате работы земснарядов из всех организмов, составляющих биоценоз, наиболее существенные изменения
произошли в планктоновой группе -фитопланктоне и зоопланктоне. Обе группы этих организмов являются скоординированной биологической системой, взаимодействие отдельных элементов которой обеспечивает динамическую устойчивость этой системы.
Так группа фитопланктона является производителем первичной продукции (раститель-ной биомассы). Следовательно, чем больше пищи - фитопланктона, тем больше его потребителя - зоопланктона. Но, в свою очередь, чем больше зоопланктона, тем интенсивнее происходит выедание фитопланктона и снижение абсолютной растительной биомассы, от величины которой опять же зависит величина биомассы зоопланктона, чем и обеспечивается динамическое развитие количественных характеристик планктонового сообщества. Это реальная, но до предела упрощенная схема взаимодействия двух групп планктона, в действительности же вопрос намного сложнее. Но именно это и доказывает, что задачу оценки влияния работы земснарядов на жизнедеятельность водоемов можно разрешить, если рассматривать планктоновое сообщество во взаимосвязанном единстве.
Анализируя динамику биомассы планктона, можно отметить, что сезонные колебания биомассы зоопланктона тесно связаны с динамикой биомассы фитопланктона, служащего пищей для первого. Так, в июле, по сравнению с июнем, биомасса фитопланктона выше, соответственно наблюдается и увеличение биомассы зоопланктона.
Однако, при сравнении биомассы планктона контрольного и отработанного озер можно отметить явную диспропорцию этой зависимости. Например, в июне и июле биомасса фитопланктона контрольного озера в несколько раз превышает биомассу фитопланктона отработанного озера. В то же время, наоборот, биомасса зоопланктона отработанного озера в несколько раз превышает биомассу зоопланктона контрольного озера. Эта диспропорция объясняется тем, что в водных биоценозах очень большую роль во взаимодействиях популяции играют биохимические влияния, реализующиеся через выделения в воду различных метаболитов.
Биохимические воздействия -сложная сеть процессов, включающих выделение метаболитов в окружающую среду, их перенос в пространстве и воздействие на популяцию других организмов. в одних случаях может наблюдаться стимулирующее воздействие одних популяций на другие, в других - ингибирующее.
С учетом биохимического воздействия, в частности ингибирования становится ясна обнаруженная диспропорция в развитии биомассы фито- и зоопланктона контрольных и отработанных озер. Она объясняется чрезмерным развитием в контрольных озерах как по абсолютной величине, так и относительно других групп водорослей, группы синезеленых водорослей, в частности идентифицированной АпаЬаепа variabilis, которая занимала в контрольном озере 3 доминирующее положение.
Таким образом, при оценке влияния работы земснарядов на жизнедеятельность исследованных озер можно в качестве критерия этой оценки использовать такой гидробиологический показатель, как биомасса зоопланктоновых организмов.
Сезонная динамика биомассы зоопланктона на контрольных и отработанных озерах показана на рис.
6.
Анализ гидробиологических данных позволяет сделать вывод, что в результате проведения гидро-
механизированных работ на отработанных озерах произошли изменения среды обитания, благоприятные для жизнедеятельности населения и гидробионтов. Результатом увеличения условий существования явилось увеличение продукционной способности гидробионтов в биоценозах, выражающееся в превышении биомассы вторичной продукции на отработанных озерах от 3 до 14 раз, в зависимости от времени сезона.
На отработанных озерах за счет увеличения глубины произошло увеличение общего объема воды. На величину прибавившегося объема воды произошло и увеличение абсолютной биомассы планктона, населяющего этот объем примерно в 40 раз, т.е. в результате проведения гидромеханизированных работ происходящие перемены в жизнедеятельности озер, выражаются в том, что численность и биомасса популяций, составляющих водные биоценозы, претерпевает существенные изменения, не сопровождающиеся возвратом к исходному состоянию.
Изменения происходят в следующей последовательности.
Организмы бентоса. Бентофау-на отработанных озер в период работы на них земснарядов в карьере исчезает полностью за счет прямой выемки грунта. Через 2-3 года после окончания работ бентофауна полностью восстанавливается до исходного состояния. Одним из основных факторов, определяющих степень развития бентоса, является характер грунтов, в которых он обитает. Исследования показали, что после окончания работ донные отложения карьеров и естественных участков озер были сходны и представляли собой торфяные илы. Перенос илов с естественных участков дна на дно карьеров проходил постоянно в ходе работы земснарядов. По мере разработки карьера происходило обрушение его стенок и илы, покрывающие дно, в силу малой гидравлической крупности, разносились по всей акватории карьера оседали на его дно, формируя донный биотоп, сходный с естественными участками. Причем формирование донных бионтов карьеров происходило какое - то время и после окончания гидромеханизированных работ.
По истечении 2-3 лет происходит стабилизация нарушенного экологического равновесия донных биотопов, и значимых различий по содержанию бентоса между контрольными и отработанными озерами уже не обнаруживается.
Организмы фитопланктона. Во время работы земснарядов на озерах происходит массированное и поддерживаемое на постоянном уровне загрязнение водной толщи взвешенными частицами минерального и органического свойства. Загрязнение воды взвешенными веществами непосредственно в акватории озера вызывает ряд негативных изменений в фитопланктоновом сообществе. Происходит нарушение фотосинте-тической деятельности планктоновых водорослей,
экранируемых от солнечной радиации взвесями. Под воздействием взвесей и вместе с ними происходит массовое осаждение фитопланктона на дно.
На следующем этапе, после перемещения фронта работ, гидравлически крупные взвеси осаждаются, но вода еще в продолжении длительного периода может оставаться замутненной взвесями малой гидравлической крупности. В этот период наблюдаются вспышки массового развития водорослей, преимущественно сине-зеленых водорослей.
На заключителньом этапе, через
2-3 года, в фитопланктонном сообществе наблюдается стабилизация. Развитие биомассы носит умеренный характер, приближающийся к уровню развития, характерного до проведения работ. В то же время в качественном составе фитопланктона отмечены существенные изменения, заключающиеся в перераспределении основных групп фитопланктона. Сине-зеленые водоросли утрачивают доминирующее положение, уступая место зеленым водорослям.
Организмы зоопланктона._ Исследования показали, что в период работы земснарядов на озере биомасса снижается до минимальных величин. После окончания работы земснарядов массовой вспышки развития зоопланктона не наблюдается, но через два года после окончания работ биомасса зоопланктона восстанавливается до исходного состояния, иногда с небольшим превышением. На заключительном этапе стабилизации водных биоценозов биомасса зоопланктона отработанных озер многократно превышала исходную, свойственную им до начала гидромеханизированных работ.
По окончании работ по добыче сапропеля на месте карьера образуется глубоководный водоем, приобретающий рыбохозяйственное значение. Такой карьер либо вовсе не нуждается в проведении рекульти-вационных работ, либо рекультивация может быть сведена к простому выполаживанию берегов карьера. Зарыбление таких карьеров происходит естественным путем уже на первый - второй годы окончания работ. На третий - четвертый годы в карьере наблюдается сформиро-
Рис. 6. Сезонная динамика биомассы зоопланктона
вавшийся биоценоз, дающий возможность использовать его в хозяйственных целях, например, для получения товарной рыбопродукции.
Как правило такие карьеры используются для любительского рыболовства. Выработанные карьеры практически не используются для искусственного зарыбления, хотя при проведении ряда сравнительно дешевых мероприятий они могут служить для получения товарной рыбы ценных пород. Таким образом, при гидромеханизированном способе выемки грунта взамен малоценных заболоченных площадей образуются площади водного зеркала, ценность которых в хозяйственном отношении повышается.
Существующая точка зрения о том, что проведение гидромеханизированных работ (в частности выработка карьеров) наносит ущерб рыбохозяйственным водоемам базируется, как правило, на умозрительном заключении. Рыбохозяйственный ущерб может быть нанесен лишь в тех случаях, если в планах проектных разработок не предусмотрены рыбохозяйственные мероприятия, либо они разработаны, но не выполняются в ходе ведения работ. Но это уже область не «экологичности» технологии, а «экологичности» нравственности.
Многолетние исследования показывают, что при соблюдении природоохранных мероприятий проведение гидромеханизированных работ в весенний период не вызывает заморов рыб, а в летнее -осеннее время не снижает рыбопродуктивности водоемов.
Таким образом, на основании проведенных исследований, можно сделать следующие обобщающие выводы:
1. Проведение на озерах этого типа гидромеханизированных работ, с целью извлечения донных отложений, вызывает ряд долговременных последствий, изменивших как условия и среду обитания водных организмов, так и количественные и качественные характеристики отдельных популяций, представленных этими организмами.
2. К главным изменениям среды обитания относятся следующие. На отработанных озерах образовались глубоководные участки акватории, с превышением глубины естественных участков не менее, чем в 7-8 раз. На глубоководных участках ак-
ватории обнаружено явление вертикальной температурной стратификации воды, ранее на озерах в их естественном состоянии не наблюдавшееся. В период зимней стагнации на озерах, отработанных земснарядами, заморных явлений не наблюдается, содержание растворенного кислорода в воде достаточно для нормального дыхания рыб.
3. Нарушения биотических процессов (жизнедеятельности) наиболее ярко выражены в период непосредственной работы земснарядов. После окончания работ, в течение последующих 2-3 лет, наблюдаются скачкообразные колебания численности и биомассы популяции гидро-бионтов, перераспределение основных групп, определяющих структуру биоценозов. Затем наступает период стабилизации и биоценозы вступают в фазу динамического равновесия, характер динамики которого определяется сезонными факторами среды, такими, как интенсивность солнечной радиации и температура.
4. Организмы бентоса по численности, биомассе и структуре популяции не претерпели существенных изменений и схожи по своим показателям с донным населением естественных озер.
5. Существенные изменения произошли в планктоновых сообществах, населяющих толщу воды.
6. В фитопланктоновом сообществе не произошло существенных изменений в количественном развитии водорослей, в качественном же составе произошло перераспределение основных групп. Сине-зеленые уступили доминирующее положение группе зеленых водорослей.
7. Наиболее значимые, с рыбохозяйственной точки зрения, изменения произошли в популяциях зоопланктона, являющегося основным кормовым объектом рыб. В озерах, отработанных земснарядами, по сравнению с естественными, зафиксировано относительное (г/м2) увеличение биомассы зоопланктона в
3-14 раз, а абсолютное (г/м2) увеличение биомассы зоопланктона произошло не менее, чем в 39 раз.
Обобщая результаты проведенных исследований, процессы происходящие в водной экосистеме можно разделить на следующие этапы, основанные на законах функционирования:
1. Изменение в водной экосистеме внешних условий, вызванных
работой средств гидромеханизации, связанных с извлечением донных осадков.
Происходят структурные изменения и усиление антропогенного давления во время проведения работ. это воздействие имеет явно выраженное отрицательное влияние на сложившееся, к началу работ, стабильное состояние водной экосистемы. Происходит, в местах проведения работ, отрицательное воздействие на зообентос, механическое нарушение инфраструктуры верхних слоев сапропеля, возможна гибель бентоносных организмов слоем разрушенных донных осадков (просором). Наносится определенный ущерб рыбному хозяйству, вследствие подрыва кормовой базы, происходит локальное уменьшение устойчивости озерной экосистемы. Это влечет за собой, в местах проведения работ, изменение структуры трофических связей в сторону упрощения сложности системы. При этом высвобождаются экологические ниши с широкими экологическими спектрами. Начинается исчезновение видов с узкими экологическими спектрами, стенобионтных и специализированных.
2. Расширение фронта гидромеханизированных работ. По мере проведения гидромеханизированных работ, за антропогенным давлением, которое перемещается вместе с развитием фронта работ, в местах с частичным удалением сапропеля начинают развиваться новые процессы.
По мере развития фронта работ, увеличение глубины, увеличения емкости водоема начинают развиваться процессы препятствующие резкому накоплению в системе органического вещества как растворенного, так и депонированного в самих донных отложениях. С понижением органической нагрузки на водную экосистему скорость оборота вещества начинает постепенно уменьшаться и уменьшается его накопление. Этому способствует снижение продуктивности водоема за счет постепенного увеличения глубины и площади, т. е. происходит постепенное увеличение “микробиальной петли” (карьерное поле), которая служит своеобразной “ловушкой биогенов”. Благодаря большой площади микроорганизмов по отношению к собственной массе и малой скорости их погружения создаются условия для быстрого разви-
тия биогенов в поверхностных слоях воды и их возврата в пищевую цепь. Вследствие высокой активности микроорганизмов они, будучи замкнутыми в “микробиальной петле”, создают резерв биогенов.
3. Постепенная стабилизация водной экосистемы. Снижение органического пресса на водоем понижает расход значительного количества кислорода, которое расходовалось на окисление органического вещества, и снижает его дефицит, который наблюдается в настоящее время на большинстве сапропелесодержащих водоемах в придонных слоях. Это способствует развитию и концентрации оксифильных видов и приведет к существенным изменениям структурных показателей системы.
Эволюционные процессы, происходящие в озере в ускоренном темпе, будут резко снижены, также снизится число событий и ускорение хода времени в них.
В озере будет снижена вариабельность динамики биомассы, резко возрастет численность хищников, фильтратов, стенобионтных видов, увеличится разнообразие, снизится доминирование эвриби-онтных видов с короткими жизненными циклами. С увеличением видового разнообразия, амплитуда колебаний биомасс как хищников так и жертв убывает, т. е. экосистема постепенно переходит в стабильное состояние с новыми показателями. Переход системы из одного стабильного состояния в другое обусловлен изменением условий среды, в том числе и поступление энергии и этот процесс будет происходить в течение некоторого промежутка времени. Способность к стабилизации следует рассматривать как основное свойство водной экосистемы.
Сегодня, когда продукция большинства водных экосистем отрицательна, аллохтонные органические вещества играют значительную роль в процессах биотического круговорота и вовлечены и вовлечены в биотический круговорот. При смещении баланса в положительную сторону (этому будут способст-
вовать проведение работ по добыче сапропеля) в озере, аллохтонные органические вещества станут играть незначительную роль. Биомасса микроорганизмов будет расти с высокими скоростями, что приведет к возникновению мощной петли положительной обратной связи в самом основании трофической сети, способной стать своеобразным буфером на пути трофического каскада.
Изменение структурной, а за ним и функциональной характеристики водной экосистемы спровоцирует процесс «биоманипулирования», который приостоно-вит процессы эвтрофирования, т. е. произойдет изменение звеньев в пищевых цепях, которые окажут влияние на продуктивность всех трофических уровней в озерной экосистеме. Ослабление процесса хищников в системе «хищник - фитофаг - растение» позволит фитофагам достичь большей численности и биомассы, что, в свою очередь приведет к снижению количества первичных продуцентов и предотвратит массовое развитие водорослей.
Число видов рыб находится в тесной связи с площадью и глубиной бассейнов, рН воды и концентрацией карбоната - иона. Поэтому произойдет увеличение численности рыб - планктофагов, которые влияют на уровень развития фитопланктона. Появятся условия вытеснения мелких видов зоопланктона более крупными видами -фильтратами. Это, в свою очередь, приведет к снижению первичной продукции и предотвратит «цветение воды». В результате менее интенсивного развития водорослей планктона возрастет прозрачность воды, возрастет численность и разнообразие макрозообентоса. Массовое развитие макрофитов и нитчатых водорослей в прибрежной зоне окажет положительный эффект на перехват биогенов у фитопланктона, в том числе и поступающих с водозабора.
С увеличением карьерного поля будет разрастаться видовое богатство водных животных, а увеличе-
ние водной массы будет способствовать увеличению активной реакции воды рН от 4 до 7, что также приведет к нарастанию разнообразия сообществ, фито- и зоопланктона и бентоса. Увеличение глубины водоема уменьшит колебания в течение года значения биомассы, имеющего большой размах межго-довых колебаний биомассы бентоса. В мелководных озерах увеличивается роль макрофитов и перифитона. Зарастание водоема пропорционально скорости увеличения соотношения между продукцией макро-фитов и первичной продукцией планктона и резко возрастает с уменьшением глубины водоема, что иногда приводит к 100 % зарастанию водоема.
Увеличение глубины, площади и объема водной массы приведет к изменению температуры воды, что также повлияет на первичную продукцию планктона в водоеме. Произойдет увеличение соотношения биогенных элементов N : Р. Таким образом озеро получит извне значительное количество энергии, что улучшит условия его функционирования.
Озеро постепенно начнет возвращаться в состояние подвижного равновесия.
Таким образом на основании исследований можно сделать однозначный вывод. Гидромеханизированный способ производства земляных работ при добыче сапропеля совершенно оправдан, обладает целым рядом экономических и экологических преимуществ, значительно уменьшает (не менее, чем на 30 %) отрицательное воздействие от других способов дноуглубительных работ, а по ряду показателей способствует улучшению экологической обстановки водной экосистемы. Проведение работ по добыче сапропеля на научной основе способствует включению внутренних механизмов водной экосистемы, которые уже через два - три года стабилизируют ее функционирование и приводят к новому устойчивому состоянию и возвращая их в эволюционное состояние нового качества.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алимов А.Ф. Элементы теории функционирования водных 2. Алимов А.Ф. Исследование биотических балансов экоси-
экосистем. Академическая типография “Наука” РАН, Санкт- стем пресноводных водоемов в СССР. Гидробиол. журн. 1987. Петербург, 2000. Т.23, №6. С. 3-9.
3. Алимов А. Ф. Разнообразие, сложность, стабильность, выносливость экологических систем. Журн. общ. биол. 1994. Т. 55, №3 С. 3-12.
4. Егоров В.К., Каменецкий В.Л., Харченко С.Л., Штин С.М. Научные и практические достижения в облсти гидромеханизации. - М.: Издательство МГГУ, 2001.
5. Жаков Л.А. Формирование и структура рыбного населения озер Северо - Запада СССР. Л., 1984.
6. Кулаковский Э.Е. Некоторые аспекты проблемы регуляции функционирования водных экосистем. Материалы 7-го съезда Гидробиологического об-ва РАН (Казань, 14-20 октября 1996 г.). Казань, 1996. Т.1. С. 7-13.
7. Структура и функционирование экосистем ацидных озер. Тр. Ин-та биол. внутр. вод. Борок, 1994. Вып 70 (73).
8. Трубецкой К.Н., Потапов М.Г. и др. Сравочник. Открытые горные работы. - М.: Горное бюро, 1994.
9. Экологическая оценка влияния работы земснарядов на жизнедеятельность водоемов бассейна р. Оби. Отчет о НИР. Свердловский горный ин-т, Науч. руководитель А.А. Матвеев. Шифр темы 30-201-89, № гос. рег. 1890028518, Сверд-ловск,1990.
10. Ялтанец И.М., Егоров В.К. Гидромеханизация. Справочный материал. - М.: Издательство МГГУ, 1999.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
