Драбкова В.Г., Прыткова М.Я., Якушко О.Ф. Восстановление экосистем малых озёр

Подождите немного. Документ загружается.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Институт озероведения

ВОССТАНОВЛЕНИЕ

ЭКОСИСТЕМ

МАЛЫХ ОЗЕР

Ответственные редакторы:

В. Г. Драбкова, М. Я. Прыткова,

О. Ф. Якушко

С.-Петербург

„Наука"

1994

ББК 26.222.6

В 78

УДК

551.481+557.472(28)

Восстановление экосистем малых озер. СПб.: Наука, 1994. 144 с.

В монографии обобщен опыт восстановления малых озер, подвергнутых

различным видам воздействия. Сформулирована научная концепция восста-

новления озер, основанная на теоретических положениях лимнологии: трофи-

ческий статус озера, его природный потенциал, устойчивость экосистемы.

Проведена типизация естественных и трансформированных малых озер. Рас-

сматриваются методы восстановления и примеры озер; на которых они осу-

ществлены.

Библиогр. 249 назв. Ил. 26. Табл. 13.

Рецензенты: В. Н. АДАМЕНКО, Т. Д. СЛЕПУХИНА

Редактор издательства Т.П.Жукова

1805040700-596

042(02)-94 290-94,1 полугодие

ISBN 5-02-024751-0 © Российская академия наук, 1994

ПРЕДИСЛОВИЕ

Озера - это аккумулирующие природные системы с замедленным

водообменом, что отличает их от рек и других водотоков. Замедлен-

ностью водообмена и структурой водного баланса обусловлена роль

озер как природных регуляторов стока речных систем. Круговорот

вещества и энергии при замедленном водообмене выражается в об-

разовании первичной продукции органического вещества и его по-

следующей деструкции (разложении) в аэробной (окислительной)

среде или накоплении в анаэробных (бескислородных) условиях.

Естественная эволюция озер от момента их возникновения - процесс

длительный (8-12 тыс. лет), заканчивающийся обмелением водоема

при накоплении специфических отложений, зарастанием его высши-

ми водными растениями (макрофитами) и постепенным превращени-

ем в болото. Эти процессы характеризуют уровень трофии озера,

т. е. степень его биологической продуктивности от низкотрофных

(олиго- и мезотрофных) до высокотрофных (эвтрофных) и, наконец, -

дистрофирующих.

Ход естественной эволюции лимносистем резко нарушается при

направленном воздействии человека. Освоение природных ресурсов

в современную эпоху носит характер социального, качественного

скачка. Высокий уровень современной техники позволяет осущест-

влять крупные преобразования природы на значительных территори-

ях. Невиданные ранее темпы интенсификации сельского хозяйства,

роста транспортных средств, процесс урбанизации, скопление про-

мышленных и энергетических объектов не могли не оказать влияния

на естественные компоненты природы, в том числе на озера.

Изменение естественной структуры водоемов чаще всего ухудша-

ет их экологическое состояние, сокращает возможность использова-

ния в качестве источников чистой воды, т. е. приближает процесс

дистрофирования. Следует учитывать также то обстоятельство, что

влияние водосбора на малые озера (площадью зеркала менее

100 км

) во много раз интенсивнее по сравнению с крупными водое-

мами, экологические системы которых более автономны. Поэтому

сведение лесов, распашка земель, бесконтрольное внесение удобре-

ний, осушительно-оросительная мелиорация со сбросом в водоемы

дренажных вод, углубление русел водотоков и создание дренажной

сети особенно губительно действуют на малые озера, так как на-

рушают естественные условия формирования стока на водосборе,

приводят к усилению эрозионных, а в ряде случаев и дефляционных

процессов, к увеличению выноса в озера биогенных и загрязняющих

веществ.

Озера издавна служили местом поселения человека, становясь

важными источниками его существования. В современный период

к традиционным путям прибавилось использование озер в мелиора-

тивном и энергетическом строительстве, для добычи сапропелевого

сырья. Видное место озера занимают в „рекреационной индустрии".

Развитие городов, промышленности, сельского хозяйства во мно-

го раз увеличивает потребление воды, а также сброс неочищенных

стоков в озера. Создается реальная опасность спонтанного повыше-

ния их биологической продуктивности, вызванной избыточным по-

ступлением биогенных веществ (фосфора, азота), что вызывает появ-

ление гипертрофных черт в процессе антропогенного (принудитель-

ного) эвтрофирования. Все более заметным становится загрязнение

водоемов нефтепродуктами, соединениями тяжелых металлов, вы-

зывающих заболевания водных организмов, а также людей, исполь-

зующих воду в бытовых нуждах. Современные технические возмож-

ности позволяют также преобразовывать озерные системы: отчленять

части водосборов, изменять естественный уровень, извлекать сапро-

пели и т. д. Такие техногенные трансформации также нарушают

естественный ход продукционно-деструкционных процессов.

В результате различной хозяйственной деятельности озера теря-

ют свое значение в качестве источников чистой воды, что выражается

в появлении дефицита кислорода, сокращении прозрачности, интен-

сивном „цветении", накоплении органического вещества в воде

и осадках. В Республике Беларусь, например, заметным антропоген-

ным трансформациям только в бассейне Западной Двины подвержено

около 10% озер главным образом благодаря точечному воздейст-

вию - сбросам неочищенных стоков сельскохозяйственных и про-

мышленных предприятий, городских канализаций, влиянию тепло-

вых электростанций. Многие малые озера Беларуси, Карельского

перешейка, Валдайской возвышенности потеряли в связи с заилени-

ем более 50

своего объема (Кислов, Лопотко, 1989; Евдокимова

и др., 1989; Волкова и др., 1969). Площадь зарастания высшей водной

растительностью ряда озер Карелии, Латвии и других районов лесной

зоны также превышает 50

(Фрейндлиг, 1988; Денисова, 1988; Голубе-

ва, 1976; Петрова, 1978). В Латвии за период с 1930 по 1970 г. коли-

чество озер уменьшилось на 25 %, а общая площадь зеркала озер - на

Причем уменьшение количества озер происходило в основном

за счет самых малых (площадью зеркала менее 5 га) (Глазачева, 1974).

В Швеции из 85 тыс. озер площадью зеркала более 1 га 18 тыс. - кис-

лые (Forsberg, 1987). Страдают от кислотных дождей водоемы Коль-

ского полуострова (Moiseenko, 1989), в которых минерализация воды

возросла в 3-10 раз, уменьшилась прозрачность воды, увеличилась

концентрация тяжелых металлов, биогенных элементов и органи-

ческого вещества; изменился тип водоема с бикарбонатного на

сульфатный. Все это свидетельствует о необходимости срочного при-

нятия мер, направленных на снижение интенсивности обмеления

и зарастания озер, их антропогенного эвтрофирования и загрязнения,

и на восстановление всей озерной экосистемы в целом как единства

абиотических и биотических ее элементов.

Понятие „восстановление" экосистемы подразумевает наличие

сведений о ее естественном, ненарушенном состоянии, которое коли-

чественно оценивается биогенной нагрузкой на озеро, трофическим

статусом и соотношением продукционно-деструкционных процессов.

В современный период, когда водосборы озер и собственно водоемы

подверглись значительному антропогенному воздействию, „восста-

новление" следует понимать не как возврат экосистемы к ее началь-

ному состоянию в далеком геологическом прошлом, а прежде всего

как снижение биогенной нагрузки на озеро, прекращение поступле-

ния загрязняющих веществ (нефтепродуктов, тяжелых металлов,

пестецидов и др.).

Разработка научно обоснованных методов восстановления эко-

систем озер осложняется слабой изученностью малых озер, как под-

вергнутых воздействию человека, так и находящихся в относительно

естественных условиях. Имеющиеся сравнительно ограниченные

сведения о малых озерах получены в основном в результате изуче-

ния водоемов в наиболее удобный для экспедиционных исследова-

ний сезон года, тогда как серьезное решение, этой проблемы требует

всестороннего стационарного их изучения. Отсутствие таких иссле-

дований приводит к одностороннему решению проблемы: прекраща-

ют сброс стоков в озеро, но не трогают богатые фосфором донные от-

ложения (Sendergaard е. а., 1987) или удаляют бескислородные, бога-

тые биогенными элементами воды гиполимниона, производят его

аэрацию, но не уменьшают поступления фосфора из внешних источ-

ников (Alhonen, 1986; Gachter, 1987; Stadelmann, 1988).

В настоящее время имеется некоторый опыт восстановления ма-

лых озер как в нашей стране, так и за рубежом (США, Швеция, Фин-

ляндия и др.). Его описанию посвящены отдельные статьи и вышед-

шая в последнее время монография (Хендерсон-Селлерс, Маркленд,

1990). В нашей отечественной литературе нет пока работы, в которой

был бы обобщен опыт восстановления малых озер, подвергнутых

различным видам воздействия человека. Восполнить этот пробел

является целью настоящей коллективной монографии, подготовлен-

ной сотрудниками Института озероведения РАН и Лаборатории Бело-

русского государственного университета.

ВВЕДЕНИЕ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

ПРОБЛЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МАЛЫХ ОЗЕР

История антропогенного воздействия на озера, проявляющегося

в разных формах на водосборе и в озере, насчитывает не одно столе-

тие (Давыдова, Якушко, 1986). За это время многие малые озера об-

мелели, заросли или перешли в гипертрофное состояние. Однако

проблема восстановления малых озер и в настоящее время еще слабо

разработана. Делаются отдельные попытки улучшить состояние неко-

торых озер, представляющих интерес для народного хозяйства.

Поскольку нет четкого представления о том, как то или иное вмеша-

тельство человека повлияет на экосистему озера, то и ожидаемый эф-

фект от этих мероприятий не всегда бывает достаточным, чтобы улуч-

шить озерную систему.

Существует два подхода к решению проблемы восстановления

озер. Первый состоит в том, чтобы добиться радикальных изменений

в озере путем воздействия на его водосборный бассейн, а второй -

предусматривает мероприятия в самом озере и не учитывает необхо-

димости улучшения состояния прибрежных территорий. Очевидно,

что выбор того или иного подхода диктуется соотношением между

внешней и внутренней нагрузками на озеро биогенных и загрязняю-

щих веществ, что возможно установить лишь после изучения совре-

менного состояния озерной экосистемы.

Насчитывается немного озер, где бы осуществлялись восстанови-

тельные работы на водосборе. Примером могут быть Великие озера

(Barica, 1989; Валлентайн, 1978; Люллин, 1989). В первой половине

XX в. эвтрофирование озер резко возрастало. В 1972 г. США и Канада

приняли совместную программу борьбы с ним, включающую очистку

сбрасываемых в озера промышленных и бытовых стоков, уменьше-

ние поступления фосфора (законодательное запрещение производст-

ва и использования содержащих фосфаты детергентов, уменьшение

склонового стока с удобряемых сельскохозяйственных угодий) и

других биогенных веществ. Очистными сооружениями, построенны-

ми в 1972-1977 гг., обрабатывалось на территории США и Канады со-

ответственно 60 и 94

объемов стоков. В результате за 1976-1980 гг.

сброс фосфорных соединений с территории США уменьшился в оз.

Верхнее в 2.5 раза, Мичиган - в 2.2 раза, Гурон - в 1.5 раза, Онта-

рио - в 1.3 раза. Однако появилась новая проблема взаимодействия

между биогенными веществами и аккумулированными в донных от-

ложениях токсичными веществами.

Для улучшения качества воды оз. Балатон наряду с частичным

изъятием донных отложений был запрещен сброс загрязняющих ве-

ществ в озеро и водотоки, вдоль 44

длины береговой линии по-

строены каменные и бетонные береговые укрепления, построено во-

дохранилище на р. Зала (Baranyi, 1989), которое задержало 2/3 взве-

шенных наносов и более 1/4 фосфора и азота реки.

В оз. Кальери (Сардиния) к 1974 г. рыболовство было запрещено

из-за сброса в озеро городских стоков, отходов нефтехимических

заводов, промышленных отходов предприятий по переработке фтора

и бария. Максимум бактериального загрязнения был в 1977 г. Частич-

ное прекращение сбросов в озеро привело к некоторому спаду

в 1982 г. бактериального загрязнения, но концентрация тяжелых ме-

таллов оставалась еще очень высокой (Contu е. а., 1985).

В Швеции была принята хорошо финансируемая программа по

уменьшению поступления биогенных элементов в водоемы. В резуль-

тате отвода сточных вод или удаления из них фосфора были оздоров-

лены экосистемы ряда озер, например озер Мёларен и Вёттерн, в ко-

торых уменьшилось цветение воды и увеличилась прозрачность

с 0.5 до 2 м (Forsberg, 1988). Однако только внешние мероприятия не

могут в достаточной степени восстановить водные экосистемы.

Многие мелководные озера Швеции (например, оз. Норрвикен) даже

при отводе от них сточных вод не удалось в достаточной степени оз-

доровить из-за поступления фосфора из донных отложений. Анало-

гичная ситуация сложилась в оз. Сёбюгор (Дания), где и через 3 года

после полного прекращения загрязнения водоема концентрация фос-

фора в воде оставалась высокой из-за больших запасов его в донных

отложениях (Sendergaard е. а., 1987). Такая же ситуация сложилась

в оз. Шарташ (Урал), где из донных отложений в водную массу посту-

пало в год 2.9 г/м

фосфора, тогда как с водосбора 0.16 г/м

(Пету-

хова, 1985). Донные отложения озер аккумулируют 40-70% посту-

пающего фосфора, часть которого (10-30

и более общего поступле-

ния) при определенных условиях в придонной области вновь возвра-

щается в воду (Мартынова, 1988). При значительной внутренней био-

генной нагрузке одной только очисткой стоков с водосбора пол-

ностью восстановить экосистему озера не удается.

Меры, осуществляемые в озере, не всегда имели целью восста-

новление его экосистемы. Например, многие озера Карелии, Белару-

си, Литвы, Латвии реконструированы в водохранилища (Баярунас,

1986; Широков, Лопух, 1983; Глазачева, 1974; Григорьев, 1962) в связи

со строительством ГЭС, а добыча сапропеля из озер связана с его

использованием как удобрения. Вместе с тем эти же меры применены

на отдельных озерах для их восстановления. С этой целью реконст-

руированы в водохранилища оз. Арпилич (Армения) и Жувинтас

(Литва) (Мешкова, 1960; Тамошайтис и др., 1984). В первом уровень

был поднят на 4 м, а во втором - на 30-40 см. Реконструкция озера

в водохранилище позволяет увеличить глубину водоема, но вместе

с тем создает новые проблемы, такие как значительное сокращение

площадей харовых водорослей в оз. Жувинтас, полная гибель макро-

фитов в оз. Арпилич, всплывание торфа в финском регулируемом оз.

Пийпсярви. Подобное явление наблюдается также в оз. Погост (Бело-

русское Полесье) после создания на его базе водохранилища.

Дноуглубление в озерах производится главным образом в связи

с добычей сапропелей, песка, для улучшения водоотведения из озера

и устройства зимовалов для рыбы, а также для строительства дамб на

низких берегах озера (оз. Черное в Белорусском Полесье) (Насыров,

Шарапова, 1989; Глазачева, 1970; Якушко, 1988). Только в отдельных

озерах изъятие донных отложений входило в состав мер по восста-

новлению водоемов. Так, в оз. Балатон (Венгрия) и в оз. Туусуланяр-

ви (Финляндия) были частично изъяты наиболее загрязненные отло-

жения (Baranyi, 1989; Pekkarinen, 1990), а из небольшого шведского

озера в г. Векша удален восстановленный черный и коричневый ил

слоем 60 см (Data..., 1987). Изъятие сапропелей из озер, как показали

исследования в Беларуси, способствует „омоложению" озера, если

толщина удаленного слоя не превышает 2.5-3.0 м (Якушко, 1989).

Этот прием использован для оздоровления оз. Судобле.

Многие стратифицированные озера испытывают недостаток кис-

лорода в гиполимнионе, а при ледоставе - и по всей акватории. Для

ликвидации этого явления в отдельных озерах производили искусст-

венное удаление бескислородных, обогащенных биогенными вещест-

вами вод из гиполимниона, а также аэрацию гиполимниона (Alhonen,

1986; Gachter, 1987; Stadelmann, 1988). Однако далеко не всегда эти

меры были достаточными для оздоровления озер.

С целью очистки поступающих в оз. Бива (Япония) с водосбора

соединений азота и фосфора успешно использовались макрофиты, ко-

торыми заросли лагуны (Kurato, 1989). Известно использование извес-

ти для снижения кислотности воды озер и рек, почвы, подвергаю-

щихся в Норвегии действию кислых атмосферных осадков (Rosseland,

Hidar, 1988).

Изложенным выше, по-видимому, не ограничивается перечень

мер, используемых в отдельности или в комплексе для оздоровле-

ния озер. Но и этот небольшой опыт производства восстановительных

работ на озерах позволил отдельным авторам предложить рекоменда-

ции по улучшению озер.

Озеро Рубовское в Витебской области - типичное реликтовое

дистрофирующее, где мощность сапропеля составляет 11 м (Брезгу-

нов, Жуховицкая, 1989). Эвакуация сапропелей, по мнению авторов,

предотвратит эвтрофирование водной массы и обеспечит длительное

существование водоема. В. А. Понько (1976) рекомендует следующие

приемы гидротехнической мелиорации озер Западно-Сибирской лесо-

степи: подъем и стабилизация уровня воды, обвалование понижен-

ных берегов с целью ликвидации оттока из них, сокращения площади

мелководий, омоложение озер за счет добычи сапропелей хотя бы на

отдельных участках дна (под зимовали для рыбы). Оптимизация озер

Беларуси в условиях интенсивной хозяйственной деятельности

включает: мероприятия по ликвидации источников эвтрофирования

и загрязнения, искусственную аэрацию, создание лесных защитных

полос, разработку методов рекультивации загрязненных водоемов,

очищение от высокоорганических сапропелей, определение экологи-

ческой целесообразности сооружения озер-водохранилищ, разработ-

ку схем комплексного использования озер в мелиоративных систе-

мах, организацию пространственно-временного мониторинга с целью

контроля за состоянием или нарушением сложившихся экосистем

(Якушко и др., 1986).

На основе изучения 37 малых озер Латвии даются рекомендации

по предотвращению их эвтрофирования, направленные в основном

на уменьшение поступления в водоемы биогенных и загрязняющих

веществ с водосбора. К ним относятся: запрет внесения удобрений по

мерзлой почве и снегу, а также в непосредственной близости к бере-

гам рек, озер и каналов, на водосборах олиготрофных озер и озер

в рекреационных и природоохранных зонах; запрет создания живот-

новодческих ферм и центров туризма в тех же зонах, если уклон

водосбора более 15° или уклоны окружающих полей более 8°; созда-

ние вокруг мезо- и эвтрофных озер водоохранных зон шириной 20-

200 м в зависимости от особенностей озера и характера водосбора.

Политрофные озера, реставрация которых экономически нецелесооб-

разна, могут быть использованы для аккумуляции промышленных

стоков, а при необходимости их можно частично очищать путем аэра-

ции или удаления ила (Liepa и др., 1989).

В Финляндии выбор метода восстановления озер ставят в зави-

симость от характера донных отложений (Alhonen, 1985). Если послед-

ние представлены сапропелем и эвтрофирование не сопровождается

дефицитом кислорода в гиполимнионе, то достаточно уменьшить

внешнюю биогенную нагрузку. Если в периоды стагнаций возникает

дефицит кислорода, а донные отложения содержат сапропель с суль-

фидными прослойками, то необходима аэрация или оксигенация ги-

полимниона. Когда донные отложения представлены черным суль-

фидным сапропелем, нужны радикальные меры - механическое уда-

ление донных отложений либо покрытие их слоем песка или пласти-

ковыми покрытиями, чтобы предотвратить поступление биогенных

веществ из донных отложений в воду. В Швеции для восстановления

кислых озер рекомендуется снижение поступлений загрязнений на

и добавление в воду известняка. Восстановление эвтрофных

озер связывают со снижением поступления фосфора и органического

вещества, с разведением определенных видов рыб, с применением

химических и механических методов. Для озер с пониженным содер-

жанием кислорода предлагаются биологическая очистка и аэриро-

вание воды. В зарастающих мелководных озерах рекомендуют

удалять растительность и поднимать уровень воды (Forsberg, 1987).

Для снижения содержания органического вещества в Тивериадском

Рециклинг

•т

Увлажненные

участки

Водосбора

Рис. 1. Примеры плохой (а) и хорошей (б) организации управления озерными

экосистемами (по: J^rgensen

Vollenweider

1989).

озере (Израиль) планируется уменьшение рыбных запасов, углубле-

ние озера, повышение высоты обвалования, чтобы уменьшить поступ-

ление органического вещества с прилегающей территории (Gophen,

1985).

Управление внутриозерными процессами должно в значительной

степени предусматривать четкую организацию мероприятий на водо-

сборе. На рис. 1 показаны примеры плохой и хорошей организации

таких мероприятий (J0rgensen, Vollenweider, 1989). Современные ме-

роприятия должны предусматривать раздельную очистку бытовых

стоков и индустриальных, замкнутый цикл водопользования в про-

мышленности, предотвращение поступления биогенных элементов

с сельско-хозяйственных полей.

Большинство упомянутых выше предложений по восстановлению

отдельных озер или их групп, разработанные как отечественными,

так и зарубежными исследователями, представляют в основном пе-

речень мер, направленных на восстановление водоема. Они лишены

научной концепции, основанной на главных теоретических положе-

ниях лимнологии: о трофическом статусе водоема и устойчивости его

экосистемы. Разработка такой концепции должна быть составной

частью научно-обоснованного подхода к восстановлению озерной

экосистемы.