УДК 556.551+574.583(28):581
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
СРАВНИТЕЛЬНЫМ АНАЛИЗ УСЛОВИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ФИТОПЛАНКТОНА КРУПНЫХ РЕЧНЫХ СИСТЕМ РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН НА ПРИМЕРЕ ВОЛГИ И ЕНИСЕЯ
**
© 2014 г. Н. М. Минеева*, |Л- А. Щур|;
*Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок Некоузского района Ярославской обл.
E-mail: mineeva@ibiw.yaroslavl.ru **Институт вычислительного моделирования СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50, стр. 44 Поступила в редакцию 01.12.2011 г.
Связь первичной продукции планктона с географической широтой предполагает зависимость биологической продуктивности водоемов от природно-климатических условий. Для выявления этой зависимости выполнен сравнительный анализ ключевых факторов продуктивности фитопланктона Волги и Енисея — крупных речных систем, простирающихся в меридиональном направлении, пересекающих различные природно-климатические зоны и различающихся условиями обитания гид-робионтов.
Ключевые слова: фитопланктон, продуктивность, Волга, Енисей, факторы среды, географическая зональность.
DOI: 10.7868/S0321059614020102
В экосистеме крупных водоемов фитопланктон — основной продуцент автохтонного органического вещества (ОВ), составляющего вместе с аллохтонным ОВ материальную и энергетическую основу для всех последующих этапов продукционного процесса [5]. Исследование особенностей первичного продуцирования, выявление ключевых факторов продуктивности, оценка современного состояния водных экосистем, анализ направленности их развития под действием природных и антропогенных факторов относятся к актуальным проблемам современной гидробиологии. Зависимость первичной продукции планктона от географической широты, продемонстрированная в глобальном аспекте [3, 33, 37], предполагает влияние на биологическую продуктивность водоемов природно-климатических условий. При значительной изменчивости климата его воздействие на гидробионтов велико и не уступает антропогенному прессу. Однако до настоящего времени остается открытым вопрос о том, как проявляется это влияние в водоемах и водотоках в различных природно-климатических зонах. При наличии обширных данных по отдельным водным объектам сравнительные их исследования в разных регионов остаются фрагментарными [21].
Настоящая работа — сравнительный анализ ключевых факторов продуктивности фитопланктона Волги и Енисея — крупных речных систем, пересекающих различные природно-климатические зоны и различающихся условиями обитания гидробионтов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В основу работы положены опубликованные данные по продуктивности фитопланктона Волги и Енисея [2, 18, 19, 21, 30, 31], а также материалы по климату регионов, гидрологии и гидрохимии исследованных речных систем [6, 12, 13, 20, 23, 24, 26, 28, 36]. Для определения первичной продукции планктона использовали скляночный метод в его кислородной модификации при суточном экспонировании проб. Интегральную (в столбе воды под 1 м2) величину рассчитывали перемножением максимального фотосинтеза и прозрачности воды, при переходе от единиц кислорода к единицам углерода использовали множитель 0.3 [3]. Содержание хлорофилла "а" определяли в Волге — стандартным спектрофотометрическим [34, 38], в Енисее — флуоресцентным [15] методом; биомас-
191
6*
(а)
[ Рыбинское вдхр.
& п п
Угличское
вдхр.^у
Иваньковское вдхр.
Горьковское вдхр. Чебоксарское
К М
Атлантико-континентальная
лесная зона п/з южной тайги
п/з смешанных хвойно-широколиственных лесов
Волгоградское вдхр.
Каспийское море
р. Кама
Лесостепь
Атлантико-континентальная степная зона
Степь
Полупустыня
Континентальная пустыня
(б)
Карское море
Арктическая пустыня Тундра Лесотундра
¿р. Н. Тунгуска Северная тайга
¿С м
рх и
ен РЗ и
Красноярское вдхр.
Саяно-Шушенское вдхр.
Средняя тайга
р. Ангара
С
Южная тайга Островные степи
Горнотаежные леса и гольцы
Рис. 1. Климатические области и подобласти в пределах водосборов и районирование Волги и Енисея (по [6, 24]).
су фитопланктона оценивали счетно-объемным методом [17].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Крупнейшая река Европы — Волга и одна из самых полноводных рек мира — Енисей протекают в меридиональном направлении. Бассейн Волги и большая часть бассейна Енисея находятся в умеренном климатическом поясе, низовье Енисея — в субарктическом [1]. Водосборная территория Енисея расположена в горах Южной Сибири и Среднесибирского плоскогорья в условиях резко континентального климата, ее большая часть — в зоне многолетней мерзлоты. В бассейне
Волги, находящемся на Русской равнине, по мере удаления от Атлантики степень континентально-сти климата возрастает с запада на восток. В обоих бассейнах выражена широтная зональность, бассейны пересекают различные природно-климатические зоны: от южной тайги в их верхних частях до полупустыни в низовьях Волги, протекающей с севера на юг, и до арктической пустыни в низовьях протекающего с юга на север Енисея (рис. 1). Основные характеристики речных систем приведены в табл. 1.
По физико-географическим условиям, строению долины и русла, водному режиму обе реки подразделяют на верхний, средний и нижний участки, условными границами которых соответственно считают устье Ангары и устье Нижней
Тунгуски для Енисея, устье Шексны и устье Камы для Волги. Обе реки имеют разветвленные дельты. Волга на всем своем протяжении сохраняет равнинный характер со скоростью течения <1 м/с [6, 24, 26]. В настоящее время она преобразована в каскад из восьми крупных равнинных относительно мелководных водохранилищ [36]. Верхний участок Енисея — горный со средней скоростью течения ~2.5 м/с, которая снижается до ~1 м/с на среднем полугорном участке и до 0.5 м/с — на равнинном нижнем [13]. Сток Енисея регулируют созданные в его верхней части два крупных (Сая-но-Шушенское и Красноярское) и небольшое Майнское водохранилища [16].
Обе речные системы — многоводные и характеризуются смешанным типом питания с преобладанием снегового, высокими среднегодовыми расходами и объемами годового стока, а также развитой речной сетью (табл. 1). Боковая приточ-ность снижается с севера на юг. Основные притоки Волги — реки Ока и Кама; расход последней почти равен волжскому [26, 36]. Бассейн Енисея ассиметричен, >80% его площади занимают крупные правобережные притоки — реки Ангара, Под-каменная и Нижняя Тунгуска [24].
Климатические области выделяются по особенностям радиационного режима, преобладающим типам атмосферной циркуляции, степени увлажненности территории, характеру подстилающей поверхности. В соответствии с широтной зональностью закономерно меняются основные факторы среды, формирующие радиационный, гидрологический и гидрохимический режимы водотоков и влияющие на развитие альгоценозов. С севера на юг увеличивается поступление солнечной радиации, растет температура воздуха и температура водной массы, снижается количество осадков (рис. 2). Суммарное поступление солнечной энергии и в северной, и в южной частях бассейнов двух рек за период с мая по сентябрь различается несущественно. Различия сглаживаются из-за полярного дня в северных широтах. Однако расположение бассейна Енисея в зоне вечной мерзлоты в условиях резко континентального климата на юге и субарктического — на севере создает более жесткий температурный режим с отрицательными среднегодовыми температурами воздуха и невысоким прогревом водной толщи. В бассейне Волги, который в основном расположен в зоне умеренного континентального климата, среднегодовая температура воздуха выше нуля.
Продолжительность безледного периода, в течение которого создается основной фонд первичной продукции, увеличивается с севера на юг. Пе-
Таблица 1. Основные абиотические характеристики Волги и Енисея и их водосборных бассейнов (по [2, 6, 11, 13, 23, 24, 26-28, 36])
Показатель Волга Енисей
Координаты
с.ш. 45°35'—61°55' 50°47'—70°17'
в.д. 32°05'—60°22' 82°53'—97°42'
Площадь бассейна, 103 км2 1360 2580
Речная сеть ~151 тыс. рек ~198 тыс. рек
Среднегодовой расход во- 8060* 19400**
ды, м3/с
Объем стока, км3 251 624
Протяженность, км 3530 4092
Средняя глубина, м 6—10 15—20
Безледный период, сут 195—260 165—214
Летняя температура воды, °С >20 <20
Минерализация, мг/л 300—400 <100
^общ/^мин >1.0/0.6 /~0.1
Робщ/Рмин (80—100)/40 /~5
Взвесь, мг/л ~10 <5
Прозрачность, м ~1.0 3—5
Цветность, град. 30—60 <30
Эвфотная зона, м 4—7 15—18
* Створ Волгоградской ГЭС. ** Устье.
риоды открытой воды на верхних участках обеих рек разнятся незначительно (составляют в среднем ~200 сут), но в низовьях Волги период увеличивается до 230-260 сут, а в низовье Енисея — сокращается до 165—185 сут. На участке Енисея ниже плотины Красноярской ГЭС ледовый покров не образуется. Из-за спуска глубинных вод Красноярского водохранилища, влияние которых прослеживается вниз по течению на расстоянии до 500 км, температура воды в нижнем бьефе ГЭС в летнее время не превышает 10°С [11, 12]. Однако поступление более теплых вод р. Ангары приводит к повышению температуры на 5—10°С, что улучшает условия развития гидробионтов [28].
В летние месяцы водная масса Енисея, продвигаясь с юга на север, прогревается на значительном протяжении среднего участка реки при небольших скоростях течения, и в сентябре температура воды в низовье выше, чем на верхнем участке. Температура воды в волжском каскаде увеличивается с севера на юг летом и осенью. Весной же за счет аккумуляции весеннего стока и сброса более холодных зимних вод в период про-
МДж/м2 4000
3000
2000
1000
0
°С 20 г
10 -
Волга
(а)
(в)
мм/год 800
600
400
200
0
м3/с 100000
10000
1000
100
10
1
(д)
(ж)
4000 3000 2000 1000 0
20 10
Енисей (б)
(а)
П 1 В 2 ИЗ
(г)
II III
-10
800 600 400 200 0
100000 10000 1000 100 10 1
(е)
(з)
II III
Участок
1.0 0.5
0
1972 1973
1977 1978 Год
Рис. 2. Изменение климатических характеристик (а— е) и расходов воды (ж, з) верхнего (I), среднего (II) и нижнего (III) участков Волги и Енисея (по [6, 13, 22, 24, 36]). а, б — суммарное поступление солнечной радиации общего спектра за май—сентябрь; в, г — с
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.