БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2007, № 2, с. 3-10
СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ВОДНЫХ ^^^^
ЭКОСИСТЕМ
УДК 574.5
ЗОНЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА В ПРИБРЕЖНЫХ РАЙОНАХ
ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА
© 2007 г. И. Н. Андроникова, И. М. Распопов
Институт озероведения РАН, 196105 Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, д. 9, e-mail: dandr@da6590.spb.edu Поступила в редакцию 12.10.2005 г.
Даны обзор и основные результаты многолетних исследований литоральной зоны Ладожского озера. В прибрежных районах выявлены наиболее загрязненные участки, или зоны экологического риска, влияние которых не прослеживается в открытой акватории озера. В качестве индикаторов неблагополучной экологической ситуации использовали сообщества гидробионтов, в частности показатели зоопланктона на уровне "тест-системы", которые могут рассматриваться как инструмент мониторинга. Подчеркнута важная информативная роль литоральной зоны в оценке экологического состояния озера в целом. Очевидна приоритетность мониторинга прибрежья с целью получения градиентных оценок распространения загрязнений в сторону открытой пелагиали, картирования этого явления и экологической классификации различных районов Ладожского озера.
ВВЕДЕНИЕ
В аналитическом обзоре многолетних исследований литоральной зоны Ладожского озера, особенно подробных в последние 1.5 десятилетия, использованы материалы авторов статьи и литературные данные. Наряду с выводами о структуре и функционировании исследованного прибрежно-водного экотона и определением его трофического статуса делается акцент на важную информативную роль литоральной зоны в оценке экологического состояния озера в целом. По сравнению с пелагиалью здесь более четко выделяются загрязненные участки, или зоны экологического риска. В литературе концепция "экологического риска" представлена как оценка вероятности возникновения обратимых или необратимых изменений в структуре и функции экосистем в ответ на антропогенные воздействия. На начальных этапах она включает процесс идентификации опасности, который можно считать как качественное предсказание воздействия стрессоров. Количественная оценка опасности включает рассмотрение схемы максимально возможного потока загрязнителей и установление границ их воздействия [5]. Для конкретно рассматриваемой экосистемы Ладожского озера зона экологического риска представляет собой участок акватории, как правило, приближенный к источникам техногенного загрязнения, где гидрохимические показатели и состояние сообществ гидробионтов в той или иной степени отличаются от таковых фоновых участков, расположенных на значительном расстоянии от этих источников. На загрязненных участках при продолжении антропогенного воздействия степень наблюдаемых негативных явлений будет усиливать-
ся, приводя к постепенной деградации экосистемы вплоть до образования "мертвых зон". Идентификация участков с отклонениями названных показателей от фоновых, к которым относятся основная акватория прибрежья и эпилимнион пелагиали, рассматривается как качественное выявление зон экологического риска. Количественная оценка опасности влияния таких зон в направлении открытого озера или вдоль литоральной зоны определяется авторами как приоритетная в программе общего мониторинга этого уникального водоема. Качество воды Ладожского озера - важнейшая из проблем водоснабжения огромного региона Северо-Запада, включая г. Санкт-Петербург.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛИТОРАЛЬНОЙ ЗОНЫ
Литоральная зона - прибрежная часть водоема, которая включает дно, т.е. собственно литораль и водную массу, расположенную над литоралью. Будучи переходной зоной между смежными экологическими системами (наземной и водной), она может рассматриваться как прибрежно-водный экотон, характеризующийся специфическими чертами гидрологического и гидрохимического режимов, богатством видового состава и высокой биологической продуктивностью. Экотон первым испытывает воздействие антропогенных факторов и выполняет роль своеобразного экологического барьера между водосбором и основной акваторией озера. Огромную функциональную роль играют здесь макрофиты и беспозвоночные организмы-фильтраторы, участвующие в процессах естественного самоочищения водоемов. Следует отме-
тить, что первые сведения об инвазиях чужеродных видов гидробиологи получают при исследованиях литоральной зоны [17, 20]. В последние десятилетия фундаментальная значимость изучения экотонов признана международным научным сообществом и находится в сфере внимания UNESCO [20].
Относительная доля литоральной зоны в больших глубоководных озерах значительно меньше, чем в малых и мелководных. Так, в Ладожском озере, где нижняя граница литоральной зоны проходит по изобате 8 м, литораль составляет лишь 15% площади водоема и 1.3% объема воды. Тем не менее, многолетние комплексные исследования литорали выявили несопоставимое с пелагиалью биоразнообразие, а количественная оценка развития всех сообществ дала более полное представление о продукционном потенциале водоема в целом. Изучение литоральной зоны значительно увеличило список видового состава гидробионтов Ладожского озера, 108 видов макрофитов и 450 видов и форм перифитона развиваются лишь в пределах литорали. Из >400 видов бентоса ~90% отмечено в прибрежной зоне. Литоральный зоопланктон представлен 168, фитопланктон - 155 таксонами рангом ниже рода. Наиболее изучено сообщество высшей водной растительности, исследования которой проводили ~40 лет. Выявлено, что 38 видов макрофитов образуют 71 ассоциацию, их наибольшее число (51) отмечено на защищенной от волнения литорали северного шхерного района. В зарастании южных губ участвуют фитоценозы, относящиеся к 29 ассоциациям, наименее заросшая -литораль открытых берегов (западного и восточного), где отмечена лишь 21 ассоциация. Для литорали в целом наиболее распространены сообщества Phragmites australis (Cav.) Tin. ex Steud. и Scir-pus lacustris L., занимающие 55%, и сообщество Potamogeton perfoliatus L., занимающее 33% общей площади зарослей. К концу 90-х годов 20-го столетия общая площадь зарослей составила 133 км2, а годовая фитомасса - 62 670 т абсолютно сухой массы [25]. Высшие водные растения обладают большой фильтрационной способностью и выполняют важную роль экологического барьера. Они поглощают и аккумулируют биогенные элементы и органические вещества, способны накапливать ионы различных элементов в сотни и тысячи раз больших концентрациях по сравнению с водной средой, а также задерживать приносимые с водосбора взвеси путем образования органоминераль-ных скоплений на листьях, стеблях и водных придаточных корнях [26]. Растения могут выступать и в качестве детоксикаторов. Так, в Щучьем заливе Ладожского озера эту роль играла Lemna minor L., которая произрастала в сточной воде целлюлозно-бумажного комбината. Примером функционирования высшей водной растительности в Ладожском озере служит величина связанного макрофи-
тами фосфора [24]. В 90-х годах 20-го столетия она достигала 188 т, тогда как запасы минерального фосфора в воде в пределах пятиметровой изобаты, за которую растительные группировки фактически не выходят, составляли 37.5 т. Следовательно, в высших водных растениях минерального фосфора содержится в 5 раз больше, чем во всем объеме воды литоральной зоны до глубины 5 м. Если учесть, что сообщества макрофитов занимают лишь 4.6% площади литорали, то фосфора, накопленного в растениях, оказывается в ~100 раз больше, чем в воде. Таким образом, макрофиты на длительное время выводят фосфор из круговорота в озере. Высшая водная растительность служит также важнейшим структурообразующим фактором, определяющим развитие перифитона и фито-фильных беспозвоночных.
Исследования перифитона проводили в течение 11 лет - в конце 80-х - 90-х годах 20-го столетия. Получены сведения о численности, биомассе, содержании хлорофилла а и процессе фотосинтеза, который наиболее интенсивен в южной части водоема (1.17 г О^м2 • сут)). В мелководных заросших макрофитами заливах продукция перифитона может достигать 15% в общем балансе создания органического вещества [16, 27]. На основе данных по биомассе и продукции фитопланктона трофический статус литоральной зоны (без северных шхер) определен как мезотрофный [16, 21, 22, 40]. В северной части Ладожского озера, где большинство заливов также мезотрофные, отмечены акватории, относящиеся как к олиготрофному, так и к эвтрофному типам [16, 39].
Результаты исследований зоопланктона получены на основе десятилетнего периода наблюдений (1989-1998 гг.) по всему периметру литоральной зоны. Они включают сведения о видовом составе, индексе разнообразия Шеннона, данные по численности и биомассе. В зарослях макрофитов для оценки количественных показателей зоопланктона использовали специальную методику, по которой учитывали смывы организмов с растений. Их наибольшая доля в общей величине биомассы отмечалась в смешанных ассоциациях (94%), плавающей и погруженной растительности (в среднем 74%), минимальная - в зарослях тростника (1.5%). Пятнистый характер распределения зоопланктона подтверждается большим диапазоном количественных показателей, который в открытой литорали составляет 7.9-848.1 тыс.экз./м3 по численности и 0.05-12.1 г/м3 по биомассе. Для всей литоральной зоны, включающей растительные ассоциации с обильной фитофильной фауной, численность варьирует от 7.9 до 4 543 тыс.экз./м3, биомасса - от 0.05 до 164.2 г/м3. Впервые для зоопланктона прибрежных районов определены средневзвешенные количественные показатели, при расчетах которых учитывали площади основных растительных ассоциаций. Они оказались заметно
ниже среднеарифметических величин для тех же ассоциаций (25.6 против 48.7 г/м3). Средневзвешенная биомасса зоопланктона в ассоциациях макро-фитов превышает его биомассу в эпилимнионе пе-лагиали в 21 раз (25.6 против 1.19 г/м3), а биомасса зоопланктона литоральной зоны в целом - в 6 раз (7.14 против 1.19 г/м3) [3]. Заслуживают внимания показатели градиента развития зоопланктона в зарослях высшей водной растительности, в открытой воде у самого края зарослей и на значительном удалении от них. На примере двух тр
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.