ВЕСТНИК ЮЖНОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН Том 8, № 2, 2012, стр. 41-47
БИОЛОГИЯ
УДК 628.394.1(28):574.632
О КАЧЕСТВЕ ОЦЕНОК И ПРОГНОЗЕ ДЕГРАДАЦИИ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ КРУПНЫХ ОЗЕР)
© 2012 г. С.В. Кренёва1
Поднимается вопрос о проблемах и методологической основе контроля загрязнения крупных водоемов. На материалах четырехлетних гидробиологических исследований Ладожского и Онежского озер в сочетании с непрерывной записью гидрофизических и гидрохимических показателей в съемках было разработано принципиально новое холистическое направление в методологии контроля антропогенного загрязнения вод. Этот подход открыл широкие возможности и перспективы в контроле, прогнозе и ранней диагностике. Он позволил впервые обнаружить признаки не прогнозированном ранее изменения статуса Ладожского озера как большого олиготрофного водоема. Обсуждаются преимущества и необходимость срочного внедрения современной методологии в контроль загрязнения и оценку состояния озера Байкал и других крупных водоемов.
Ключевые слова: водные экосистемы, загрязнение, антропогенная сукцессия, ранняя диагностика, прогноз.
Одна из наиболее актуальных задач современности заключается в необходимости сохранения в приемлемом состоянии запасов пресных, и в первую очередь питьевых вод [1 и др.]. Однако она осложняется проблемами экономического, политического, социального и научного характера. При выборе административных решений необходимо иметь научно обоснованную оценку состояния водных экосистем, и в первую очередь биоценозов, обеспечивающих качество вод каждого конкретного водного источника. Важно адекватно оценить опасность их скорой деградации и дать прогноз возможных сценариев дальнейшего развития событий.
С начала ХХ в. повсеместно регистрируются стремительные темпы загрязнения и эвтрофирова-ния поверхностных вод суши [2-4 и др.]. Однако разработанные в ХХ в. многочисленные методы биологического контроля загрязнения водоемов в большинстве своем не имели фундаментальной теоретической основы и в принципе были не в состоянии обеспечить раннюю диагностику, надежный контроль и прогноз дальнейших изменений в экосистемах [5-10 и др.]. Так, наиболее широко принятые в гидробиологии системы сапробных индикаторов оказались непригодны в качестве основы
1 Азовский филиал Мурманского морского биологического института Кольского научного центра РАН, 344006, Ростов-на-Дону, Чехова, 41; тел. (863) 250-98-19; e-mail: HYPERLINK "mailto:sofia@ssc-ras.ru" sofia@ssc-ras.ru
динамического изучения экосистем [7]. Анализируя состояние методологии контроля загрязнения вод, Г.Г. Винберг подчеркивал [8], что создание единой научно обоснованной и апробированной на практике системы биологического анализа загрязненных вод является весьма актуальной задачей.
Решающим толчком к возникновению подобной системы послужила проблема загрязнения Байкала промышленными стоками построенного в 1967 г. Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК). Озеро Байкал будучи вместилищем 90% запасов питьевой воды России, - бесценный самовоспроизводящийся за счет своей эндемичной био-ты ресурс воды высшего качества. Однако в условиях столь огромного уникального озера с мощной системой течений пытаться регистрировать признаки влияния сточных вод БЦБК на его экосистему с помощью общепринятых в то время методов было бесперспективно. В связи с этим была начата разработка новых подходов и методов, способных обеспечить не только надежный контроль антропогенного влияния на водные экосистемы, но также раннюю диагностику нарушений в функционировании и прогноз дальнейших изменений в экосистеме.
Главная особенность загрязнения больших оли-готрофных озер - длительный период скрытой фазы загрязнения [9]. Причиной является специфика их гидродинамики: мощные течения и наличие двух основных водных масс, разделяемых в тече-
Рис. 1. Схема буксировочных съемок и каротажных станций (х) в районе выброса сточных вод Приозерского целлюлозно-бумажного завода (ПЦЗ). А - озеро Дроздово; Б - залив Щучий. Цифрами обозначены точки отбора проб
ние большей части года термобаром и термоклином. Это создает условия для более длительной стабильности видового состава гидробионтов в центральной водной массе. В периоды активного перемешивания вод при весенней и осенней гомо-термии центральная водная масса пополняет видовой состав прибрежной. Это одна из причин, по которым системы сапробности видов-индикаторов и другие традиционные методы, разработанные для мелких водоемов, неприменимы в столь крупных озерах. Уловить влияние загрязнения на биоценоз в условиях быстрого разбавления и разнонаправленного распространения сточных вод, зависящего от метеоусловий, методически сложно. Для выраженной реакции гидробионтов требуется, как правило, более длительное воздействие негативного фактора. Накопление загрязняющих веществ в озере происходит долго и почти незаметно до тех пор, пока их концентрации во всем водоеме не достигнут зна-
чительных величин, что запускает механизм необратимых изменений в биоценозе [9].
Цель настоящей работы - показать на конкретном примере сложности и методологические возможности своевременного обнаружения признаков нарушения равновесия в функционировании водных экосистем, вызванных антропогенным загрязнением вод, и опасность запаздывания оценки и прогноза состояния водных экосистем крупных водоемов.
В качестве модели при разработке системы методов контроля антропогенного загрязнения больших озер нами были использованы относительно близкие заданным условия на Ладожском и Онежском озерах. Исследования были проведены в составе гидрофизической экспедиции, руководимой профессором Н.А. Лабзовским (Институт озероведения), в 1973-1976 гг. Гидробиологические наблюдения сопровождались измерением гидрофизических и некоторых гидрохимических параметров вод, получаемых с помощью разработанных отечественных датчиков, используемых in situ с непрерывной записью на ленты самописцев [4, 9]. В первый день съемки научно-исследовательское судно "Лимнея" проходило галсами загрязняемый район, буксируя датчики в верхних горизонтах (в которых преимущественно и распространялись в холодном озере более теплые сточные воды). Съемки охватывали акватории в несколько десятков квадратных километров (рис. 1), создавая картину практически одномоментного распределения загрязненных вод в районах поступления промышленных стоков. В последующие 2-3 дня с помощью тех же датчиков осуществлялись каротажные съемки от поверхности до дна по дискретной сетке станций в том же районе.
В качестве информативного биологического показателя был выбран микрозоопланктон [11] как наиболее чувствительное, быстро реагирующее количественными и структурными характеристиками на изменения условий среды сообщество (табл. 1). Дискретные наблюдения микрозоопланктона проводились одновременно с гидрофизическими в буксировочных съемках путем отбора проб воды ведром с поверхности на тихом ходу судна по заранее намеченной сетке. Они дополнялись в ходе съемки пробами, отбираемыми в местах выраженных градиентов согласно показаниям датчиков. В каротажных съемках пробы отбирали по горизонтам батометром, также ориентируясь на показания датчиков и результаты предварительной буксировочной съемки. Данные гидробиологических, гидрофизических и гидрохимических наблюдений получали синхронно и в количестве, достаточном для статистической обработки и проверки.
Таблица 1. Состояние микрозоопланктона в разных районах одного крупного водоема в зависимости от загрязненности (оз.
Ладожское, 1973-1976 гг.)
Прибрежные районы (шхеры, заливы) п Численность инфузорий, экз/л Численность коловраток, экз/л ИНЭК *
Мш-шах Сред. Мш-шах Сред. Мш-шах Сред.
Питкярантский 212 0-3472 457 0-1204 84 0,0-39,0 8,7
Сюскюянлахти 14 90-432 244 11-110 45 4,6-26,4 6,5
Сортавальский 222 24-11680 850 2-1020 123 0,2-39,0 6,7
Якимварский (относительный контроль) 56 8-620 204 8-810 134 0,3-6,6 2,3
Куркийоки и Найсмери (контроль) 40 6-548 176 6-316 114 0,5-3,0 1,6
Примечания. * ИНЭК - индекс эвтрофирования Креневой, рассчитываемый по соотношению численности инфузорий и коловраток в микрозоопланктоне [9]; п - количество наблюдений.
Полученные таким образом обширные материалы позволили разработать ряд новых методов и показателей для гидробиологического контроля. Один из них - интегральный индекс загрязнения [12], рассчитанный по всему комплексу гидрохимических и гидрофизических параметров наблюдения, предназначенный для достоверного выделения загрязненных зон, потоков и линз в условиях сложной гидродинамики (рис. 2). Сопоставление динамики этого индекса с динамикой численности планктона позволило разделить район влияния сточных вод на отдельные зоны, в которых в зависимости от концентрации сточных вод характер их влияния менялся от угнетения к стимулированию развития планктеров [9, 12 и др.].
Это позволило регистрировать реакцию биоты на сточные воды разной концентрации в самых сложных условиях их быстрого разбавления и переноса в меняющихся направлениях под влиянием аэродинамических и гидрологических условий. Широкое использование в дальнейшем разнообразных математических методов при обработке и анализе материала позволяло достоверно выявлять реакцию био-ты в зависимости от степени разбавления сточных вод, ранжировать факторы по степени их влияния и даже аппроксимировать при необходимости гидробиологические показатели на дополнительные точки по физико-химическим показателям с помощью регрессионных моделей [4, 9]. Все это дало много дополнительной и надежной информации об изучаемых процессах. Однако без теоретической основы даже такой ценный и уникальный материал дает недостаточно сведений для налаживания надежного контроля и прогнозирования состояния экосистемы в обычных и разнообразных условиях [8].
В районах поступления сточных вод городов и крупных предприятий на Ладожском озере нами было зарегистрировано наличие фронтов повышенного уровня эвтрофирования. Это подтвердило гипотезу профессора И.И. Николаева, наблюдавшего
ранее фронты повышенной трофности в Финском заливе Балтийского моря, о связи этого
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.