БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2014, № 2, с. 5-12
СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
УДК [(574.5:574.55:574.58):(621.311.25)]:(285)
КОНТУРИЗАЦИЯ И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ В ТЕХНО-ЭКОСИСТЕМАХ
© 2014 г. А. А. Протасов, А. А. Силаева
Институт гидробиологии НАН Украины, 04210 г. Киев, пр. Героев Сталинграда, 12, Украина e-mail:protasov@bigmir.net, labtech-hb@ukr.net Поступила в редакцию 29.03.2013 г.
Явление перехода основных продукционно-деструкционных процессов из пелагической подсистемы в донную получило различные названия и разную интерпретацию в зависимости от "пусковых механизмов". Целесообразно рассматривать его как процесс контуризации, что подчеркивает усиление роли контурных группировок (бентоса и перифитона). В водоеме-охладителе Хмельницкой АЭС (Украина) вселение дрейссены привело к значительному увеличению прозрачности воды, возрастанию обилия нитчатых водорослей и других макрофитов. Рост обилия контуробионтов привел к существенным биологическим помехам в эксплуатации оборудования, связанного с водоснабжением АЭС.
Ключевые слова: контурные группировки, контуробионты, бентос, перифитон, бентификация, кон-туризация, техно-экосистема.
DOI: 10.7868/S0320965214020120
ВВЕДЕНИЕ
Гидросфера и жизнь в ней определенным образом структурированы. Как подчеркивал В.Н. Беклемишев [4], живой покров Земли существует как единое целое благодаря сложному функционированию и взаимодействию своих частей. В качестве наиболее крупных элементов в гидросфере В.И. Вернадский [8] выделял пленки, приграничные сгущения, с одной стороны, и внутренние инертные, малоактивные области — с другой. Контурные биотопы в водоемах различного типа — место значительного накопления биомассы, высокого уровня продукционно-де-струкционных процессов [36].
В континентальных водоемах существование контурных активных и внутренних относительно малоактивных зон определяет структуру экосистем в целом. Например, в оз. Глубокое >60% фитопланктона сосредоточено в слое 0—1 м [27]. В оз. Нарочь в летний период наиболее интенсивно процессы фотосинтеза проходят в слое от поверхности до глубины 3 м [29]. Однако в континентальных относительно небольших водных объектах происходит более или менее постоянное перемешивание и разрушение пелагического поверхностного "контура". Но донные (бенталь) и различные твердые, включая и техногенные субстраты (пе-рифиталь), биотопы остаются стабильными. Внешние береговые контуры водоемов в зависимости от их характера называются литоконтуром, псаммоконтуром и др. [36]. Кроме того, в некоторых водоемах антропогенного характера может
быть представлен техноконтур (как часть антро-пали [24] — в виде различных облицовок берега, плотин, систем водоснабжения и т.п. [21, 26]).
Как правило, в континентальных водоемах основная часть первично продуцируемого органического вещества создается водорослями в пелагической подсистеме [2, 3]. Однако в некоторых случаях происходит смещение продукционно-де-струкционных процессов в контурные подсистемы [9, 12, 32]. Проявления этого процесса получили название бентификации ("Ъеп&ШсаНоп"), которая рассматривается как существенное изменение всех экосистемных функций в связи с распространением макрофитов на более значительную глубину за счет увеличения прозрачности воды [37]. Данный термин используется и в русскоязычной литературе [20]. В более общей форме этот процесс следует рассматривать как контуризацию, т.е. перестройку водной экосистемы, вызванную различными факторами, которая выражается в значительном возрастании роли контурных группировок (бентоса, перифитона, иногда и нейстона) в продукционно-деструкци-онных процессах, накоплении и трансформации вещества в условиях снижения мутности и перераспределения потоков биогенных веществ. В техно-экосистемах из-за специфики их биотопической и биотической структуры и влияния антропогенных факторов этот процесс имеет свои особенности.
Цель работы — рассмотреть процессы контуризации на примере техно-экосистемы водоема-охладителя атомной электростанции.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Водоем-охладитель Хмельницкой АЭС (ХАЭС) представляет собой водохранилище, заполненное водами рек Гнилой Рог и Горынь. Площадь водоема 15.4 км2, объем ~150 млн м3. С севера водоем ограничивает земляная плотина длиной 6.85 км, облицованная бетоном до дна (глубина 7—8 м). В восточной части водоема расположены бетонированный подводящий канал протяженностью 1.6 км и отводящий канал, в первой трети (0.9 км) облицованный бетоном, далее (3 км) — щебнем. Объем воды в подводящем канале ~0.8 млн м3.
Водоем-охладитель ХАЭС обследовали в летние сезоны 1998, 1999, 2001 гг. при работе одного блока АЭС (первый период). Во второй период после введения в эксплуатацию второго блока (декабрь 2004 г.), пробы отбирали в 2006 и 2007 гг. посезонно, в 2005, 2008—2010 и 2012 гг. — в летний сезон. Незадолго до подключения второго блока в водоем-охладитель (ВО) спонтанно вселилась дрейссена (Dreissenapolymorpha Pall.), вероятно, в 2002-2003 гг. [23].
Фито- и зоопланктон, зооперифитон и зо-обентос изучали по общепринятым методикам [17, 26]. Пробы фитопланктона отбирали из поверхностного слоя воды в емкости объемом 0.5 дм3, зоопланктона - из поверхностного горизонта, профильтровывая 30-100 л воды через планктонную сеть из мельничного газа № 70. Прозрачность измеряли диском Секки. С помощью легководолазного снаряжения обследовали гидросооружения, дно водоема-охладителя и отбирали пробы перифитона и бентоса [22]. Пери-фитон отбирали на откосах плотины, подводящего и отводящего каналов, с металлических конструкций в отводящем канале, с камней в южном районе на участке впадения р. Гнилой Рог. Пробы зообентоса отбирали водолазным методом и с помощью дночерпателя СДЧ-100 на всей акватории охладителя, в подводящем и отводящем каналах. Все пробы фиксировали 4%-ным формалином. Фильтрацию моллюсков определяли, учитывая ее зависимость от количества потребленного кислорода [1].
Введение в эксплуатацию второго энергоблока увеличило термическую нагрузку на водоем. Среднегодовая температура воды в охладителе в 1998-2001 гг. была 12.1-14.0°С, в 2005-2008 гг. -14.9-15.8°С. В первый период летом при остановке блока для планового ремонта подогрев в водоеме отсутствовал в течение месяца, температура приближалась к естественной. Во второй период термическая нагрузка на водоем сохранялась в течение всего года, поскольку и летом хотя бы один энергоблок АЭС находился в эксплуатации. В отводящем канале в летний сезон температура достигала 37.5°С, в охладителе во второй период в январе была на 1.8°С, в октябре на 4.9°С
выше, чем в природном фоновом водотоке (р. Горынь).
Второй период исследований характеризовался постепенным увеличением содержания гидрокарбонатных ионов, ионов хлора и в целом общей минерализации до 438.7 мг/дм3. На протяжении всего периода исследований сохранялась тенденция к уменьшению концентрации ионов кальция (средние значения в 2006—2010 гг. были 44.86 мг/дм3 при минимуме (38.0 мг/дм3) в августе—сентябре 2006 г.) [26]. Содержание фосфатных ионов в воде водоема-охладителя увеличилось с 0.028 до 0.066 мг Р/дм3. Произошло изменение соотношения азота и фосфора — в первый период 9 : 1, во второй — 5 : 1.
Суммарный объем сточных вод с очистных сооружений в отводящий канал за 1998—2001 гг. составлял 24.1 млн м3, за 2006—2009 гг. — 22.9 млн м3. С этими стоками в первый период в водоем поступило 59.1 т фосфатов, 744.3 т нитратов, во второй период — соответственно 52.9 и 155.7 т. Концентрация биогенных элементов в сточных водах была на два порядка выше, чем в воде ВО [26]. Среднегодовой сток р. Гнилой Рог (2002—2007 гг.) был 25.0 млн м3. Со стоком этой реки в ВО поступало ~1.4 т/год фосфатов, или 9.4% общего внешнего поступления [26].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Прозрачность воды в охладителе в первый период исследований в среднем была 1.16 ± 0.06 м (1998—2001 гг.). Невысокая прозрачность связана с обильным развитием планктонных водорослей. По данным 1998 г., в фитопланктоне отмечено 72 вида водорослей, средняя численность 9.3 х 107 кл./дм3 при абсолютном доминировании синезеленых, биомасса — 15.59 г/м3. На различных участках охладителя биомассу определяли синезеленые, динофитовые и зеленые водоросли [26]. Биомасса зоопланктона в первый период в среднем по водоему была 1.5-1.7 г/м3 (1998, 1999 гг.). В отдельные годы (2001) она достигала гораздо больших величин (6.0 г/м3) за счет массового развития Da.ph.nia сиси11а1а
Постоянным элементом перифитона в фоти-ческой зоне в каналах и на плотине были нитчатые водоросли, другие макроформы перифитона (мшанки, губки, моллюски) фактически отсутствовали. Запас водорослей перифитона на плотине достигал 38 т при гораздо меньшем запасе беспозвоночных — несколько >1 т в автотрофно-гете-ротрофном поясе (среди нитчаток) и 600 кг - в более глубоководной зоне. В подводящем канале запас водорослей составлял 1 т, в отводящем — 5 т, на дамбе в районе впадения р. Гнилой Рог — 1т. Таким образом, общий запас нитчатых зеленых водорослей во всей системе достигал 45 т. В донной
Таблица 1. Характеристика контурных сообществ в водоеме-охладителе ХАЭС и подводящем канале в период до (1998 и 2001 г.) и после вселения дрейссены (2006 г.)
Показатель Chironomus plumosus + ТиЪШшёае Cricotopus silvestris + + Limnochironomus tritomus+ + Glyptotendipes gripecoveni (1998 г.) Dreissena polymorpha (2006 г.)
2001 г. 2006 г.
Локализация Северный, запад- Северный, запад- Плотина, подводящий Плотина
ный, центральный ный, центральный канал, отводящий канал,
районы районы дамба на р. Гнилой Рог
Глубина, м 7.5-10.0 5.5-12.0 0.5-4.0 4.0
Грунты, субстрат Ил Ил, сильно за- Бетон, камни Бетон
иленный песок
Таксономическое 7 15 33 18
богатство
Численность, экз./м2 1592 ± 456 3080 ± 504 5700 ± 3900 49360± 9509
Биомасса, г/м2 15.3 ± 10.1 10.9 ± 2.9 5.4 ± 3.9 10063.1 ± 1747.3
Деструкция, кДж/(м2 ■ ч) 0.09 0.08 0.04 12.40
Разнообразие, бит/экз. 2.264 2.765 3.294 0.203
Разнообразие, бит/г 0.236 0.646 2.821 0.001
Таблица 2. Запас организмов (т) бентоса и перифитона в разные периоды
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.