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

Подождите немного. Документ загружается.

L ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ,

ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ИЗМЕНЕНИЕ

ОЗЕРНЫХ ЭКОСИСТЕМ

I.I. Естественная эволюция озер

Озера в своем длительном естественном развитии, как отмеча-

лось выше, проходят путь от олиготрофных, мезотрофных водоемов

к эвтрофным и дистрофирующим. Антропогенное воздействие на

озера ускоряет переход озера из более низкого трофического состоя-

ния в более высокое. Выявить в истории развития озера периоды его

естественной эволюции и начала антропогенного воздействия позво-

ляют палеолимнологические исследования донных отложений - гео-

логической летописи водоема. В донных отложениях захороняются

не успевшие разложиться в водной толще остатки растительных и

животных организмов, обитающих в водоеме и принесенных с водо-

сбора водой и ветром.

Для палеолимнологических исследований колонки донных от-

ложений отбираются в области максимального осадконакопления.

Определяются характер осадка, преимущественная размерность ча-

стиц, цвет, консистенция, структура, текстурные особенности, нали-

чие минеральных или органических включений. По изменению этих

параметров намечаются границы между генетическими горизонтами.

Наиболее дробно разделяются верхние 50 см молодых отложений,

содержащих информацию об изменении озерной экосистемы в пос-

ледние десятилетия (Венцковский, 1967; Общие..., 1986). В лабора-

торных условиях изучается гранулометрический, химический состав

донных отложений, определяется возраст отложений радиоуглерод-

ным методом с разрешающей способностью от нескольких сотен до

55 тыс. лет. Радиосвинцовый метод, эффективный в пределах от 10 до

100 лет, применяется для изучения антропогенного воздействия на

озера.

Особое место при изучении эволюции озерных экосистем принад-

лежит палеонтологическим исследованиям, из которых наибольшее

применение получили палинологический (или спорово-пыльцевой)

и диатомовый анализы. Первый позволяет проследить закономерно-

сти развития растительности на водосборе озера и реконструировать

изменение климата, главным образом температурного режима и ха-

рактера увлажненности территории. По составу диатомовых комп-

лексов в донных отложениях можно судить о происходящих в прош-

лом изменениях экосистем озер - их продуктивности, уровне

трофности, величине рН, минерализации воды, а также скорости

осадконакопления и глубине озера в каждую фазу его развития. Эти

же данные позволяют зафиксировать начало антропогенного воздей-

ствия на озеро, оценить интенсивность этого процесса, реконструиро-

вать изменения, происходящие в экосистеме по мере усиления антро-

погенных изменений в озере и на его водосборе.

На основании комплексного изучения строения осадочной толщи

озер производится реконструкция основных этапов эволюции озер

под совокупным воздействием природных и антропогенных факто-

ров. Это можно проследить на примере озер Белорусского Поозерья

и Полесья, хорошо изученных в лимнологическом и палеолимноло-

гическом отношении (табл. 1).

Северная Беларусь относится к числу типичных Балтийских

Поозерий с молодым холмисто-моренно-озерным рельефом. По спо-

собу образования многочисленные озерные котловины делятся на

ложбинные (гляцигенные рытвины), эворзионные (чашеобразные),

подпрудные, термокарстовые, сложные. В их формировании прини-

мали участие процессы экзарации, эрозии, эворзии, термокарста

в эпоху активного движения ледника или его длительного стацио-

нарного состояния („мертвый" лед). Видимое несоответствие между

значительным абсолютным возрастом большинства котловин и их

внешней молодостью является результатом их консервации ледяны-

ми массами и мерзлыми породами. Освобождение котловин ото льда

происходило в процессе термокарста во время позднеледниковых

потеплений (в бёллинге и особенно в аллерёде), а иногда и в начале

голоцена. Поэтому абсолютный возраст малых озер Поозерий растя-

гивается от 13 до 9 тыс. лет в зависимости от глубины котловины

и особенностей водосбора. В разрезе озерных осадков чаще всего

обнаружено три основных горизонта: нижний горизонт кластогенных

песчано-галечниковых и глинистых отложений с тонким слоем погре-

бенного торфа времени аллерёда. Средний горизонт карбонатных

сапропелей или отложений с повышенным содержанием карбонатов

пребореал-бореального времени голоцена. Выше до верхнего слоя

преобладают органо-минеральные илы и сапропели, образованные

в среднем и позднем голоцене.

Современные озера Полесий Восточно-Европейской равнины

(в том числе Белорусского Полесья) имеют отличный генезис в срав-

нении с регионом Балтийских Поозерий. Они образовались в голоце-

не после спуска в позднеледниковье крупного приледникового

озера. Типичные полесские озера - разливы - характеризуются плос-

кими округлыми котловинами, небольшими глубинами, заболочен-

ными водосборами. Образовались они в бореальном и начале атлан-

тического времени в связи с увлажнением климата, гляциоизоста-

тическим погружением Полесья и подъемом грунтовых вод. Процесс

образования озер происходил одновременно с заболачиванием и тор-

фонакоплением в пределах всего Полесья.

Кроме озер-разливов для Полесий Восточно-Европейской равнины

Таблица 1

Палеогеографические сведения об озерах Беларуси

Палеокли-

матические Природные

Режим Озерная

периоды по условия

Режим Озерная

Блитту

водосборов

озер

седиментация

и Сернан-

деру

Поозерье

Голоцен

Субатланти- Климат близок к

Преобладание

Кремнеземистые

ческий современному. Ле- эвтрофных озер,

тонко- и грубо-

са смешанные ,

редко мезотроф-

детритовые

сосново-елово- ных

сапропели

березовые с при-

месью широко-

лиственных

Субборе- Климат теплый,

Уровень озер по- Тонко- и грубо-

альный

сухой. Леса сосно-

нижается. Преоб-

детритовые отло-

во-елово-широко-

ладает эвтроф-

жения, реже

лиственные с ный, реже мезо-

кремнеземистые

березой трофный режим и карбонатные

Атланти- Климат теплый, Уровень озер вы-

Кремнеземистые

ческий влажный. Леса сокий. Увеличе- и тонкодетрито-

хвойно-широко- ние проточности.

вые сапропели,

лиственные и ши- Переход к эвтроф- реже карбонатные

роколиственные ному режиму

и смешанные

Бореаль-

Климат теплый, Окончание термо-

Карбонатные са-

ный и

сухой. Леса сосно- карстовых процес-

пропели, кремне-

пребо-

во-березовые с сов. Образование

земистые отложе-

реаль-

примесью широ- современных озер

ния, обогащен-

ный

колиственных с низким уров-

ные карбонатами

нем. Режим олиго- глинистые илы

и мезотрофный

Плейстоцен

Верхний Климат субаркти- Озера замерзают Песок и карбонат-

дриас ческий. Лесотунд- на бблыыую часть

ный песок

ровые ассоциации

года

Аллерёд Потепление кли- Приледниковые Карбонатная гли-

мата. Леса бере- озера спущены.

на, гумусирован-

зово-сосновые и Термокарст. Мо- ная глина, торф

еловые лодые озера мо-

ренных возвышен-

ностей мелковод-

ные, олиготроф-

ные

Средний Холодный субарк-

Приледниковые

Песок, глина

дриас тический климат.

водоемы сокраща-

Лесотундровые ются в размерах.

ассоциации Озерные котлови-

ны на возвышен-

ностях законсерви-

рованы льдом

Таблица 1 (продолжение)

Палеокли-

матические

периоды по

Блитту

и Сернан-

Природные

условия

водосборов

Режим

озер

Озерная

седиментация

деру

Голоцен

Субатлан-

тический

Субборе-

альный

Атланти-

ческий

Бореаль-

ный и

пребо-

реальный

Плейстоцен

Верхний

дриас

Аллерёд

Средний

дриас

Климат близок к

современному. Ле-

са сосновые с при-

месью широко-

лиственных и ши-

роколиственные

Климат теплый,

сухой. Леса сосно-

вые с примесью

широколиствен-

ных и березы

Климат очень теп-

лый, влажный.

Леса сосновые,

сосново-широко-

лиственные с бе-

резой и елью,

широколиственные

Климат теплый,

сухой. Леса сме-

шанные сосново-

березовые с при-

месью широколи-

ственных. В конце

периода

—

увлаж-

нение

Похолодание

климата

Заметное потеп-

ление по-преж-

нему сухого клима-

та. Сосновые леса

с примесью березы

Холодный субарк-

тический сухой

климат

Смешанные сос-

ново-березовые

леса с участками

лесотундры

Полесье

Эвтрофные и ди-

строфирующие. В

карстовых котло-

винах мезотроф-

ные

Быстрое эвтрофи-

рование мелких

озер. Продолжение

карстовых про-

цессов

Мелководные озер-

ные разливы в древ

них понижениях.

Появление карсто-

вых озер олиго-

трофного режима

Крупные озера

отсутствуют

То же

Крупные озера

отсутствуют

Остатки озерно-

ледниковых

водоемов

Тонко- и грубо-

детритовые, крем-

неземистые

Тонко- и грубо-

детритовые, реже

кремнеземистые

и обогащенные

карбонатами

Карбонатные и

обогащенные кар-

бонатами, крем-

неземистые и

тонкодетритовые

Торф и отложения

пойменно-болот-

ного типа

Аллювиальные и

эллювиально-де-

лювиальные

То же

Кластогенные

(песок, глина)

типичны карстовые озера с глубокими (> 20 м) воронкообразными

котловинами и преобладанием грунтового питания. Внешне разрез

осадков Полесских озер схож с озерами Поозерья, однако различия

наблюдаются

возрасте

и условиях образования. Обычно нижний

слой осадков представлен песком древнего водноледникового или

озерного происхождения. Выше, как правило, залегает слой погре-

бенного торфа мощностью от 5-10 см до 1.0 м. Следующий горизонт,

характеризующий этап мезотрофного состояния озер, представлен

отложениями в той или иной степени обогащенными карбонатным ве-

ществом. Верхний, наиболее мощный горизонт состоит из сапропелей

тонко- и грубодетритовых. Определения абсолютного возраста (по

C) в ряде озер дали следующие результаты: оз. Мошно - 10 060 ± 120

лет, оз. Червоное - 10 190 ± 140 лет, оз. Олтушское - 9870 ± 50 лет.

Приведенные материалы показывают, что на территории Бело-

руссии в позднем плейстоцене в эпоху среднедриасового похолода-

ния (12 тыс. лет назад) исчезли крупные приледниковые водоемы.

В последующую эпоху аллередского потепления (12-11 тыс. лет на-

зад) в результате таяния вечной мерзлоты и массивов погребенного

льда началось формирование котловин термокарстового происхожде-

ния и заполнение их водой, т. е. образование озер на освободивших-

ся от ледникового покрова территориях. Этот процесс был приоста-

новлен в последнюю волну холода в позднем дриасе (11-10 тыс. лет

назад). Позднеплейстоценовые озера были олиготрофными. Развитие

жизни в них тормозилось суровыми климатическими условиями,

в первую очередь - низкими температурами и короткими вегетаци-

онными периодами. При этом вскрытие озер происходило не еже-

годно.

С наступлением голоцена (10 тыс. лет назад) начинается потепле-

ние климата, сопровождающееся постепенным ростом его увлажнен-

ности. Активизируются процессы вытаивания погребенного льда, что

приводит к углублению котловин многих озер, заложившихся ранее,

и возникновению многочисленных новых озер. Этот процесс завер-

шается в бореальную эпоху (9-8 тыс. лет назад) на всей Восточно-

Европейской равнине, включая и районы крайнего Севера (История

озер..., 1992). В условиях голоценового потепления повышается про-

дуктивность экосистем малых озер, многие из которых в бореале

становятся мезотрофными. В то же время в углубившихся вследст-

вие вытаивания льда озерах происходит как бы „омоложение" эко-

системы - озера снова обнаруживают черты олиготрофии. Примером

такого развития может служить небольшое оз. Воркалю в пределах

Латгальской возвышенности, которое в пребореале было мелковод-

ным зарастающим макрофитами водоемом, а к концу бореала имело

глубину порядка 10 м, причем в его планктоне появились диатомеи,

характерные для олиготрофных озер (Давыдова, 1985).

Особенно благоприятным в эволюции озер было атлантическое

время (8-5 тыс. лет назад), эпоха климатического оптимума голо-

цена, когда климат в умеренных широтах был наиболее теплым

и влажным, на севере Европейского континента исчезла тундровая

зона - лесная растительность доходила до побережий Северного

Ледовитого океана. Многие озера достигли в это время состояния эв-

трофии при высоком положении уровня воды. Повышение уровня

грунтовых вод приводило в западных областях к возникновению но-

вых озер в котловинах, где ранее были низинные болота.

Сменившая атлантику суббореальная эпоха (5-2.5 тыс. лет на-

зад) характеризовалась теплым и сухим климатом в Прибалтике,

Белоруссии и Средней полосе России, а в более северных регионах -

более прохладным континентальным климатом. Уменьшение годо-

вого количества осадков привело к существенному снижению уров-

ня грунтовых вод и обмелению озер. Котловины многих небольших

озер к этому времени уже в значительной мере оказались заполнен-

ными осадками; многие озера даже в условиях морского климата

в Прибалтике, Белоруссии, на Северо-Западе переходят в дистроф-

ную стадию, заболачиваются и исчезают. Более глубокие озера в суб-

бореале достигают эвтрофной стадии развития.

В субатлантическое время (2.5 тыс. лет назад - до современно-

сти) климат становится более прохладным и влажным. Субатланти-

ческая эпоха детально изучена в разрезах донных отложений многих

озер. Первое ее тысячелетие (500 лет до н. э. - V-VI века нашей

эры) - относительно теплое и влажное время. Последующие 5-

сто-

летий отличались некоторой аридизацией климата, снижением уров-

ней озер. Далее наступает очень яркая климатическая эпоха - малый

ледниковый период Европы. Она охватывает XIII-XIX века и харак-

теризуется влажным и суровым климатом. Волна холода как бы на-

растала во времени и достигла максимума в XV-XVII столетиях. Этот

период характеризовался особенно суровыми зимами и коротким

летом с большим количеством осадков. Изменение климата привело

к повышению уровня воды в озерах; многие котловины в Прибалти-

ке, где в сухую суббореальную эпоху озера деградировали и превра-

тились в болота, снова обводнились. В ряде эвтрофных озер про-

изошло как бы „омоложение" их экосистем. Падение уровня продук-

тивности сопровождалось появлением в них диатомовых водорос-

лей, характерных для олиготрофных озер, снижением содержания

в отложениях органического вещества, т. е. замедлением естествен-

ного хода эволюции озерных экосистем (Давыдова, 1985).

В период малого ледниковья на Европейском континенте озера

уже испытывали довольно сильное антропогенное воздействие. Су-

щественно изменены были водосборные пространства, тем не менее

климатические факторы практически полностью „управляли" раз-

витием озерных экосистем. Двадцатое столетие оказалось более бла-

гоприятным в климатическом отношении и характеризуется потепле-

нием и сокращением количества осадков, хотя, как известно, внут-

ривековые климатические циклы заметно проявились в нашем сто-

летии - оптимум тепла в 1930-е годы, повышенная увлажненность -

в 1950-1960-е, более сухие и теплые 1970-1980-е годы и теплая

и влажная фаза конца 1980-х-начала 1990-х годов. Указанные коле-

бания климата оказывают влияние на развитие озерных экосистем;

тем не менее в XX столетии определяющим в жизни озерных экоси-

стем является антропогенное воздействие на

сами водоемы

на их

водосборы, что можно проследить в колонках донных отложений.

В зависимости от особенностей строения озерной котловины измене-

ния в характере отложений проявляются по-разному. Очень часто

отмечается укрупнение их гранулометрического состава, резкое

увеличение содержания органического вещества, появление остат-

ков животных и растительных организмов - индикаторов высокой

сопробности; в случае возникновения анаэробной зоны в придонных

слоях воды в отложениях появляются минералы, содержащие закис-

ные формы железа и т. д. Кроме того, часто донные отложения содер-

жат пестициды и гербициды, промышленные отходы и т. д.

Таким образом, палеолимнологические исследования позволяют

заключить, что естественная эволюция озер состоит не только в пе-

реходе озерной экосистемы с более низкого трофического уровня на

более высокий, но и в возможном понижении трофического статуса

при соответствующих климатических условиях. В отличие от естест-

венного эвтрофирования антропогенное всегда ведет только к повы-

шению трофического статуса озера.

1.2. Влияние хозяйственной деятельности человека

(на водосборе) на структуру озерной экосистемы

Преобразования водосборов озер (сведение лесов, распашка зе-

мель, внесение удобрений, осушительно-оросительная мелиорация

и др.) влекут за собой изменение стока воды и наносов водотоков,

выноса биогенных и загрязняющих веществ, а это в свою очередь

вызывает изменение уровенных режима озер, морфометрических ха-

рактеристик, водообмена, а также содержания в озерной воде био-

генных и загрязняющих веществ. Следовательно, хозяйственная

деятельность человека на водосборе влияет на озерную биоту через

абиотические элементы озерной экосистемы. Для лесной зоны, где

сосредоточена основная масса малых озер, важно выявить, как влия-

ют на сток воды и наносов водотоков, вынос биогенных веществ

указанные виды хозяйственной деятельности человека.

Водный режим рек лесной зоны формируется под благотворным

влиянием лесов, которые выполняют водоохранную, водорегулирую-

щую и противоэрозионную роль. JIec сохраняет и повышает водонос-

ность рек, способствует более равномерному распределению стока

в течение года, предотвращает засорение и загрязнение водных

объектов (Рубцов и др., 1990). Лес способствует увеличению высоты

снежного покрова, запасу воды в снеге перед снеготаянием, снижает

интенсивность снеготаяния, увеличивает запасы грунтовых вод (там

же). Однако связь между годовым стоком водотоков и лесистостью

водосборов не представляется такой простой, как можно было

2 Восстановление экосистем

К,мм

BOo\

ZOO

100

го

•37

J L

—I—. I I

SO 80 100

6 8 10 20

Л,%

h,MM

500 (-

200

100

J I I__L_

Iiiil

n,%

100

ожидать, исходя из влияния леса на перечисленные выше факторы

стока. Как установлено исследованием в упомянутой работе, снего-

накопление и запасы воды в снеге зависят не только от лесистости

водосбора, но и от характера лесонасаждений (вида, возраста, плот-

ности). Например, снегозапасы убывают от березняков к соснякам

и ельникам. На водосборах, где растут преимущественно спелые

и высокополнотные хвойные леса с преобладанием ели и пихты, сне-

гозапасы меньше, чем на водосборах со смешанным низко- и средне-

полнотным молодняком. Эти и другие факторы обусловливают раз-

брос точек на графике связи между среднегодовым стоком водото-

ков Латгальской возвышенности (Бойко и др., 1988) и лесистостью

водосборов (рис. 2,а). Эта связь не является общей даже для водо-

сборов двух озер, входящих в одну озерную систему (Рудушское-

Грижанское, Илзес-Лапийтис). На графике h =/(Л) выделяются че-

тыре линии связи, из которых кривая I относится к водосбору оз.

Илзес, II-K водосборам озер Рудушского и Лапийтис, III - к водо-

сбору оз. Грижанского и кривая IV - к водосборам озер Лаборжского

и Удринка. Этот график позволяет сделать вывод, что сведение леса

на указанных водосборах неизбежно приведет к уменьшению прито-

ка воды в озера с последующим понижением уровня воды. Выявле-

ние связи между стоком водотоков и лесистостью водосбора необ-

ходимо для составления водного баланса озера в его естественном

состоянии (при лесистости водосбора,равной 100 %), без чего нельзя

оценить природный потенциал озера.

Сведение лесов обычно сопровождается распашкой земель, ко-

торая ведет к уменьшению годового стока водотоков (рис. 2,6). При

этом связь между годовым стоком водотоков и относительной пло-

щадью распашки водосборов не является общей для близко распо-

ложенных водосборов озер (рис. 2,а). Уменьшение стока с увеличени-

ем площади распашки связано с увеличением потерь стока на откры-

тых участках водосбора и неизбежно ведет к понижению уровня

воды в озерах. При обобщении материалов по среднегодовому стоку

водотоков Латгальской возвышенности получено общее для всех

водотоков уравнение регрессии этой характеристики с площадью во-

досбора, лесистостью и распашкой (Бойко и др., 1988). При этом рас-

пашка водосборов прямо пропорционально влияла на сток водото-

ков (ср. с рис.2, а). Произошло это потому, что через распашку водо-

сбора было косвенно учтено влияние на сток водотоков среднего

уклона водосбора, с которым распашка находится в прямой связи

(рис. 3). Сочетание в лесной зоне больших уклонов водосбора с боль-

шой распашкой создает опасные условия для развития эрозии

Рис. 2. Связь между среднемноголетним слоем стока ручьев h, лесистостью

Л (а) и распаханностью П (б) на водосборах озер Латгальской возвышенности.

Озера: J

—

Рудушское, 2

—

Грижанское, 3

—

Илзес, 4

—

Лапийтис, 5

—

Лаборжское,

—

Удринка. Цифры у точек

—

номера створов.

100

п,

J 1 1 I I I L

ZO 50 100

ZOO 300

Рис. 3. Связь между распаханностью и средним уклоном на водосборах озер

Латгальской возвышенности.

Условные обозначения такие же, как на рис. 2.

и выноса биогенных веществ. Подтверждением этому является вы-

сокая интенсивность заиления прудов Беларуси, водосборы которых

распаханы более чем на 90

(Широков, Кирвель, 1987). Ее значения

в ряде случаев не отличаются от таковых для прудов лесостепной

зоны (Прыткова, 1986).

Распашка водосборов резко увеличивает среднегодовое содер-

жание общего фосфора в водотоках (рис. 4), а лесистость соответст-

венно уменьшает (график не приводится). Средний годовой модуль

выноса P

(в кг/км

) также растет с увеличением площади распа-

ханных земель (график не приводится). К такому же выводу пришли

эстонские исследователи (Лойгу, Вельнер, 1981).

Из рис. 2, 3 следует, что сведение лесов и распашка земель, со-

провождаемая внесением удобрений, приводят к снижению годового

стока водотоков и увеличению выноса в водоемы биогенных элемен-

тов. Следствием этого являются понижение уровня озер и увеличе-

ние биогенной нагрузки на озера. Гидрографическая сеть на водо-

сборах озер Латгальской возвышенности представлена небольшими

ручьями площадью водосбора 0.010-5.6 км

. Одни водотоки являют-

ся условно естественными, так как русло их частично углублялось,

другие представляют дренажные канавы с разной продолжитель-

ностью эксплуатации. Это вносит разброс точек на рис. 2,а,6.

Между среднегодовым выносом Р

и слоем стока водотоков