ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 457, № 3, с. 366-369
^ ОБЩАЯ
БИОЛОГИЯ
УДК 504.37.054
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ ВОДОХРАНИЛИЩ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА © 2014 г. В. В. Бульон, С. Е. Сиротский, А. В. Остроухов
Представлено академиком А.Ф. Алимовым 29.01.2014 г. Поступило 31.03.2014 г.
DOI: 10.7868/S0869565214210270
Гидротехническое строительство на реках Дальнего Востока неизбежно сопряжено с решением вопросов по охране и эксплуатации биологических ресурсов этого региона. Поэтому целью данной работы явилось составление прогноза биологической продуктивности водохранилищ Дальнего Востока на основании определения количественных связей между ключевыми биотическими и абиотическими компонентами водной экосистемы, обобщенных в форме масс-балансовой модели. Объектами исследования были функционирующие, строящиеся или проектируемые водохранилища на реках Зея и Бурея и их притоках, Шилка, Б. Уссурка (приток Уссури) и Тимптон (приток Алдана) (табл. 1).
Заполнение Зейского водохранилища происходило с 1975 по 1985 г., Бурейского водохранилища — с 2003 г. Для борьбы с наводнениями в Приамурье специалисты "Ленгидропроекта" разработали проекты строительства ряда ГЭС, с помощью которых можно было бы регулировать сток Зеи и Буреи [6, 8, 9]. В трехстах километрах ниже Зейской ГЭС планируется создать Нижне-Зейскую ГЭС. Разработан проект противопаводковой плотины на р. Гилюй, впадающей в Зейское водохранилище. На р. Селемджа, самом мощном притоке р. Зея, впадающем ниже Зейской ГЭС, планируется строительство Селемджинской ГЭС. На 85 км выше устья Буреи проектируется Ниж-не-Бурейское водохранилище. На р. Ниман, правом притоке р. Бурея, в 60—70 км выше выклинивания Бурейского водохранилища предполагается соорудить Ургальское водохранилище. Для защиты городов Благовещенск и Хабаровск от наводнений проектируются Шилкинская ГЭС на р. Шилка и Дальнереченский каскад ГЭС (Дальне-реченская и Вострецовская ГЭС) на р. Большая
Зоологический институт Российской Академии наук, Санкт-Петербург Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Хабаровск
Уссурка (приток р. Уссури). Проектирование Канкунской ГЭС на р. Тимптон (Южная Якутия) находится на завершающей стадии. Краткая географическая и морфометрическая характеристика перечисленных водохранилищ, составленная в ИВЭП ДВО РАН методом объемного моделирования рельефов [5], дана в табл. 1.
Блок-схема модели для прогнозирования биологической продуктивности водохранилищ представлена на рис. 1, модельный алгоритм опубли-
Рис. 1. Блок-схема модели для прогнозирования биотических потоков энергии в водной экосистеме.
Таблица 1. Общая характеристика водохранилищ в реках Дальнего Востока. А — площадь зеркала, А — площадь водосбора, Ай/Ао — удельный водосбор, Dmean и Dmax — средняя и максимальная глубины, Т№ — время пребывания воды при нормальном подпорном уровне (НПУ)
Водохранилище Река Регион Ао2 А/Ао Dmean, Dmax, Т,
и его координаты км2 м м годы
Зейское, 53°46' с.ш. Зея Амурская обл. 2419 35 37 99 4.0
Нижне-Зейское, 51°47' с.ш. Та же Тот же 272 563 10 30 0.069
Гилюйское, 54°23' с.ш. Гилюй, приток Зеи » 189 119 28 89 1.0
Селемджинское, 52°16' с.ш. Селемджа, приток Зеи » 750 65 9.6 34 0.38
Бурейское, 50°16' с.ш. Бурея » 721 94 14.5 100 0.38
Нижне-Бурейское, 49°47' с.ш. Та же » 150 457 13 29 0.066
Ургальское, 51°31' с.ш. Ниман, приток Буреи Хабаровский край 359 46 36.3 131 2.1
Вострецовское, 45°59' с.ш. Б. Уссурка, приток Уссури Приморский край 108 256 17.9 44 0.19
Дальнереченское, 45°54 ' с.ш. Та же Тот же 59 477 13.7 37 0.078
Шилкинское, 53°28' с.ш. Шилка Забайкальский край 451 473 31 100 0.80
Канкунское, 57°37' с.ш. Тимптон, приток Алдана Южная Якутия 245 111 65.3 203 1.4
кован в работах [1—3]. Входные (движущиеся) абиотические параметры модели: географическая широта, определяющая продолжительность вегетационного сезона; средняя и максимальная глубины водохранилищ; содержание общего фосфора и цветность воды.
Содержание общего фосфора в реках, на которых сооружены или проектируются плотины, варьируется в среднем от 10 до 20 мкг/л, цветность воды — от 80 до 120° [8, 9]. Поскольку все водохранилища будут иметь высокую проточность, содержание фосфора и цветность воды в них будут практически на том же уровне, что и в притоках.
Для верификации модели использовали опубликованные материалы ИВЭП РАН для Зейского водохранилища по содержанию хлорофилла в планктоне, биомассе фитопланктона, зоопланктона и зообентоса. Значения этих показателей, спрогнозированные моделью, располагаются в пределах межгодовых колебаний, установленных при полевых наблюдениях (табл. 2). Вылов рыбы в Зейском водохранилище ~15 т [10]. Учитывая площадь водохранилища, получаем крайне низкий улов — 0.06 кг/га. Модель же предсказывает, что в соответствии с кормовой базой вылов рыбы может быть существенно увеличен.
Исходя из концентраций общего фосфора, чистая продукция фитопланктона во всех водохранилищах будет практически одинаковой и согласно модели составит в среднем 220—360 ккал/м2 год.
Важным фактором, определяющим площадь литоральной зоны и, следовательно, вклад литоральных сообществ (макрофитов, эпифитов, фи-тобентоса, зообентоса и бентосоядных рыб) в общую биологическую продуктивность экосистемы
являются форма котловины водоемов — У-образ-ная, и-образная или промежуточная. По этому признаку водохранилища Дальнего Востока будут каньонного типа (Канкунское) и близкими к равнинному типу (например, Бурейское). В соответствии с формой котловины, наименьшая продукция макрофитов прогнозируется в Канкунском водохранилище (0.7 ккал/м2 в год), наибольшая — в Нижне-Зейском, Селемджинском, Бурейском, Нижне-Бурейском, Вострецовском и Дальнеречен-ском водохранилищах (31—54 ккал/м2 в год). В Зейском, Гилюйском, Ургальском и Шилкинском водохранилищах продукция макрофитов составит 7—11 ккал/м2 в год. Продукция микрофитобенто-са, заселяющего литоральную зону, будет достоверно ниже в Зейском и Канкунском водохранилищах (5—8 ккал/м2 в год). Достоверно выше она
Таблица 2. Сравнение результатов моделирования и полевых наблюдений на Зейском водохранилище
Параметры Данные модели Эмпирические Источник
данные
Хлорофилл, мкг/л 1.5-3.8 1.2-4.8 [11]
Биомасса фитопланктона, ккал/м2 3.3-6.0 1.1-17 [7]
Биомасса зоопланктона, ккал/м2 3.3-4.5 0.13-4.8 [4]
Биомасса зообенто-са, ккал/м2 1.0-1.1 0.7-1.2 [10]
Вылов рыб, кг/га 4.0-5.0 ~0.06 [10]
368
БУЛЬОН и др.
Продукция, ккал/м2 в год 4 г
(а)
3
2
1
0 1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0 0.4
0.3
0.2
0.1
il
il
(б)
rih
il
П
(в)
123456789 10 11
Рис. 2. Прогноз продукции (данные модели) планк-тоноядных (а), бентосоядных (б) и хищных рыб (в) в Зейском (1), Нижне-Зейском (2), Гилюйском (3), Се-лемджинском (4), Бурейском (5), Нижне-Бурейском (6), Ургальском (7), Вострецовском (8), Дальнеречен-ском (9), Шилкинском (10), и Канкунском (11) водохранилищах. Представлены средние значения и 95%-е доверительные интервалы.
ожидается в Нижне-Зейском, Селемджин-ском, Бурейском и Дальнереченском водохранилищах — 25—40 ккал/м2 год. В остальных пяти — 12—18 ккал/м2 в год.
Модель предсказывает, что продукция зоопланктона во всех водохранилищах практически не будет различаться и составит 20—30 ккал/м2 в год. Однако существенное различие будет наблюдаться в продукции зообентоса. Наименьшая ее величина прогнозируется в Канкунском водохранилище (0.9 ккал/м2 год), наибольшая — в Нижне-Зейском, Селемджинском, Бурейском, Нижне-Бу-рейском, Вострецовском и Дальнереченском водо-
хранилищах (7.5—10 ккал/м2 год). В остальных пяти — 2—3 ккал/м2 год.
Так как продукция зоопланктона во всех водохранилищах ожидается практически одинаковой, то и продукция планктоноядных рыб различаться не будет (рис. 2а). Однако продукция бентосоядных рыб будет достоверно разная. Наименьшая ее величина предсказывается в Канкунском водохранилище, наибольшая — в Нижне-Зейском, Селемджинском, Бурейском, Нижне-Бурейском, Ургальском, Вострецовском и Дальнереченском водохранилищах. Промежуточное положение будут занимать Зейское, Гилюйское и Шилкинское водохранилища (рис. 2б). Продукция хищных рыб будет практически неразличима (рис. 2в). Анализ модели показывает, что ожидаемая продукция рыбного сообщества во всех водохранилищах — 1.3—1.8 ккал/м2 в год.
Ассимиляция органического вещества бакте-риопланктоном составит ориентировочно 345— 675 ккал/м2 в год. При этом от 50% (в Селемджин-ском водохранилище) до 80% энергии (в Канкун-ском водохранилище) будет поступить в бактериальное звено от аллохтонного органического вещества и только 20—50% — из органического вещества, синтезируемого фитопланктоном.
Из-за больших удельных водосборов (от 35 до 477) для водохранилищ свойственна высокая цветность воды (80—120°), что означает высокую концентрацию органического вещества, поступающего с притоками. Бактериопланктон, утилизируя ал-лохтонную фракцию органического вещества, служит наравне с фитопланктоном источником энергии для "мирного" зоопланктона, который, в свою очередь, — пищевым объектом для планктоноядных рыб. Следовательно, для прогнозирования общей биологической продуктивности и продукции рыбного сообщества следует учитывать продукцию не только автотрофного планктона, но и той части гетеротрофного бактериопланктона, которая специализируется на утилизации органического вещества, поступающего в водохранилище извне.
Анализ масс-балансовой модели, разработанной для прогноза биологической продуктивности водных экосистем, позволяет предположить, что после установления динамического равновесия в водохранилищах допустимый вылов рыбы (без подрыва популяции) составит ~4.5—6 кг/га.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бульон В.В. // Вод. ресурсы. 2005. Т. 32. № 3. С. 361-370.
2. Бульон В.В. // Биология внутр. вод. 2006. № 1. С. 48-56.
3. Бульон В.В. В кн.: Гидроэкологический мониторинг зоны влияния Бурейского гидроузла. Хабаровск: ДВО РАН, 2007. С. 223-251.
4. Бородицкая Г.В., Иванова Е.Г. В сб.: Научные основы экологического мониторинга водохранилищ. Хабаровск: ДВО РАН, 2005. С. 115-117.
5. Глу
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.