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

Подождите немного. Документ загружается.

0.05

0.10

0.2

J Iiiil

0.02

50 100

П,%

Рис. 4. Связь между средней концентрацией общего фосфора в ручьях и рас-

паханностью водосборов Латгальской возвышенности.

Условные обозначения такие же, как на рис. 2.

существует связь (рис. 5), из которой видно, что рассеянные источ-

ники (нижняя линия связи) при одинаковом слое стока дают мень-

ший вынос Р

общ

, чем искусственно удобренные водотоки (точки 33,

34, 45), а также водотоки, на водосборе которых есть животновод-

ческая ферма (точка 26) и жилые постройки (точки 20,21).

Исследованию влияния осушительной мелиорации на сток водо-

токов посвящено довольно много работ. При этом установлено, что

осушение болот изменяет условия инфильтрации атмосферных осад-

ков и испарения, вызывает понижение уровня грунтовых вод и уве-

личивает приток грунтовых вод со смежных территорий (Маслов

и др., 1973; Балясова, 1985). Влияние осушительной мелиорации на

сток зависит также от расстояния между дренажными канавами и ме-

ханического состава почвогрунтов (Бабиков, 1984; Дрозд, 1985).

С уменьшением расстояния между дренами сток с осушенных болот

растет. Последний также увеличивается при легком механическом

составе почвогрунтов, уменьшается при тяжелых почвогрунтах и ос-

тается без изменения при разных по составу почвогрунтах.

Многолетние исследования на Украине и в Беларуси показали,

что в первые годы после осушения земель наблюдалось некоторое

увеличение годового стока в связи со сработкой вековых запасов

воды на осушаемых болотах и грунтовых вод смежной территории.

В последующие годы сток приблизился к среднему многолетнему,

а затем наступило уменьшение стока (Запольский, 1981; Ыебеко,

ЗЭ+fyO

100

h,MM

Рис. 5. Связь между среднегодовьш вьшосом общего фосфора и слоем стока

ручьев на водосборах озер Латгальской возвышенности.

Цифры у точек

—

номера створов.

Воробьев, 1985). Эта закономерность была подтверждена активным

экспериментом на территории Прибалтийской воднобалансовой стан-

ции (Риекст, 1981; Борисовский, 1986; Бойко, Калинина, Прыткова,

1988). В 1975-1976 гг. осушено 4.25 км

площади водосбора руч. Вен-

земите (F = 5.92 км

). Сопоставление годового стока этого ручья со

стоком руч. Стрейна (F

6.93 км

), водосбор которого не подвергался

мелиорации и служил аналогом, показало, что отношение годового

стока руч. Венземите к таковому руч. Стрейна за 1947-1974 гг., когда

режим первого был естественным, составило 1.28, в 1975-1980 гг.

увеличилось до 1.44 и вновь уменьшилось до 1.26 в последующие

1981-1984 гг. Годовой сток дренажных канав, как показали иссле-

дования на водосборах малых озер Латвии, зависит от продолжитель-

ности их эксплуатации: в старых канавах он в 1.5-2.0 раза меньше

стока естественных водотоков, а в новых - в 2-5 раз больше (Бойко

и др., 1988). Влияние осушительной мелиорации на сезонный сток

водотоков рассмотрено отдельными авторами (Краукле, 1986; Ваби-

ков, Смирнов, 1988). При этом установлено, что в результате осуши-

тельной мелиорации больше всего изменяется (возрастает) сток лет-

ней межени и меньше всего - весенний сток.

Влияние осушительной мелиорации на сток наносов и биоген-

ных элементов изучено недостаточно. При осушении болот происхо-

дит коренное изменение природных условий существования торфа

(Игумнова, 1985). Резкое понижение уровня грунтовых вод вызывает

пересушивание дренированных территорий, подвергающихся после

освобождения от растительности прямому воздействию солнечной

радиации, ветра и осадков. Это приводит к развитию эрозии и дефля-

ции. После минерализации органического вещества торфяной массы

песчаные грунты становятся доминирующими в почвенном покрове,

и при вспашке осушенной территории резко возрастает мутность

воды. Это подтверждается исследованиями на двух торфяниках

(естественном и мелиорированном) в среднем Уэльсе (Francis, Taylor,

1989). После проведения дренажных работ средняя годовая мутность

увеличилась в 2.5 раза. Максимальный вынос органического вещест-

ва наблюдался летом, а взвешенных наносов - осенью. Увеличение

выноса в водотоки гумусовых веществ с осушенных болотных мас-

сивов отмечается и другими авторами (Мете, 1985).

Воздействие осушительной мелиорации на уровень озер осущест-

вляется через сток водотоков и через понижение уровня грунтовых

вод на осушаемой территории. Следствием осушительной мелиора-

ции является понижение уровня озер, которое в отдельных случаях

может быть значительным. Так, осушительная мелиорация на водо-

сборе Браславских озер в Беларуси, осуществленная в 1930-е годы,

привела к понижению их уровня на 3 м (Широков, Лопух, 1983).

Осушение болот, прилегающих к оз. Червонному (Беларусь), начатое

после 1960 г., вызвало понижение уровня озера на 1 м. Аналогичная

ситуация отмечается на отдельных озерах Литвы (Тамошайтис и др.,

1973).

При оценке влияния осушительной мелиорации на уровень озер

нельзя не учитывать водности периода наблюдений. Например, по-

нижение уровня оз. Швянтас (Литва) за период 1962-1976 гг. на 1.4 м

первоначально объясняли осушительными работами на его водосборе

и в окрестностях. Однако анализ гидрометеорологических данных

показал, что истинной причиной является сухой климатический пе-

риод (Мацявичюс, Сакалаускас, 1986). Начавшийся в 1977 г. влажный

период вызвал повышение уровня озера, который к 1983 г. поднялся

на 1.2 м и приблизился к среднемноголетнему.

В связи с оценкой влияния осушительной мелиорации на уро-

вень озер необходимо иметь в виду, что дальность влияния осуше-

ния отдельных болот в условиях Центра России, Полесья Беларуси

и Украины достигает 4-5 км (Маслов, 1983). При этом наибольшее по-

нижение уровня грунтовых вод наблюдается около мелиоративной

системы и не превышает 0.2-0.3 м на расстоянии 2-2.5 км от нее. На

осушаемых болотах уровень грунтовых вод понижается на 60-130 см

в зависимости от состава почв и сельскохозяйственного использова-

ния земли. При массовом осушении болот понижение уровня в цент-

ре осушаемого массива на 20-40 см больше, чем при осушении оди-

ночных болот. Зона влияния осушительных систем при прочих рав-

ных условиях зависит от состава пород: в маломощных песках, су-

песях и суглинках с прослоями песков она ограничивается 85 м,

в суглинках и глинах - 100-150 м. Таким образом, чем ближе

к урезу воды в озере находится осушаемое болото, тем большее

влияние оно окажет на снижение уровня озера. Это снижение будет

тем больше, чем больше глубина понижения грунтовых вод на осу-

шаемом болоте, а также чем больше площадь самого болота, глубина

заложения каналов (дрен), их густота и чем легче механический со-

став почвогрунтов.

Роль животноводства в формировании химического состава во-

ды, поступающей в водоемы, изучена недостаточно, хотя животно-

водческие комплексы могут быть существенным источником загряз-

нения малых рек биогенными веществами. Это видно из рис. 5, где

данные по створу 26 значительно отклоняются от нижней линии свя-

зи P = /(h), соответствующей рассеянным источникам общего фосфо-

ра. Створ 26 расположен на ручье, по которому проходят животно-

водческие стоки МТФ при переполнении предназначенного для их

сбора пруда. Косвенным подтверждением большого поступления ор-

ганического вещества с животноводческими стоками из расположен-

ного на берегу водоема конного двора является высокое содержание

его в поверхностном горизонте донных отложений, которое в 2.5 ра-

за превышает его значение в других водоемах при прочих равных

условиях (Прыткова, 1981). Согласно оценке эстонских исследовате-

лей, на обрабатываемые земли в районе Псковско-Чудского озера

с отходами животных вносится примерно в два раза меньше азота

и фосфора, чем с минеральными удобрениями (Пярнапуу, Лойгу,

1990). В природные воды может поступить около 10

азота и 3

фос-

фора, содержащихся в экскрементах животных. Обогащение вод ор-

ганическими и биогенными веществами зависит от объема производ-

ства животноводческой продукции, технологии обработки отходов,

культуры производства и особенно от состава отходов. Причем, за-

грязнению могут подвергаться не только поверхностные, но и грун-

товые воды при неблагоприятных гидрогеологических условиях,

учет которых необходим при создании навозохранилищ и жиже-

сборников.

Эффективное использование распаханных земель и осушенных

болот сопровождается, как уже отмечалось, внесением под посевы

минеральных удобрений. Процент смываемых поверхностным стоком

биогенных элементов по разным источникам значительно отличается

(Морозов, Телитченко, 1981; Назаров, 1984). Если фосфор переносится

поверхностным стоком, то нитраты и калий могут вымываться

в грунтовые воды (Яцык, Слюсар, 1985). Следствием антропогенных

воздействий на водосборе являются отмеченное многими исследова-

телями увеличение в последние десятилетия поступление в озера

биогенных элементов и содержания их в озерной воде. Например, за

последние 30 лет приток минерального азота в оз. Жувинтас (Литва)

увеличился в 4 раза, а минерального фосфора - в 25 раз (Тамошайтис

и др., 1984). За это же время содержание фосфатов в воде озер Литвы

увеличилось в 5-10 раз, нитратов и аммония - более чем в 10 раз,

сульфатов - в 4-6 раз, растворенных органических веществ - в 2-3

раза, а минерализация воды возросла в 2 раза (Тамошайтис и др.,

1986). К 1980 г. содержание фосфатов в воде малых озер Эстонии уве-

личилось в 9 раз по сравнению с 1950 г. (Milius, 1982).

В отличие от рассмотренных выше видов хозяйственной деятель-

ности гидротехническое строительство, включающее создание пру-

дов, отстойников, очистных и других сооружений, направлено на

уменьшение выноса биогенных элементов. Многие малые водотоки

лесной зоны зарегулированы прудами и малыми водохранилищами,

число которых, например в Беларуси, сопоставимо с количеством ма-

лых озер с площадью зеркала более 0.1 км

(Широков, Кирвель, 1987).

Эти водоемы практически не влияют на величину годового стока

водотоков лесной зоны (Борсук, 1958), но удерживают взвешенные

наносы и биогенные вещества (Цимдинь, Лиепа, 1983; Приходько,

1989) и тем самым предупреждают заиление и антропогенное эвтро-

фирование озер, если сами не становятся источником эвтрофиро-

вания.

В заключение отметим, что такие виды хозяйственной деятель-

ности человека на водосборе, как осушительная мелиорация, живот-

новодческие комплексы, распашка территорий и внесение удобрений

способствуют не только увеличению выноса биогенных элементов, но

и влияют на отдельные элементы водного баланса водоемов, их во-

дообмен, морфометрические характеристики. Сочетание повышенно-

го поступления в водоемы биогенных элементов со снижением уров-

ня озер способствует ускорению антропогенного эвтрофирования

водоемов.

U. Техногенное воздействие на озера

Хозяйственная деятельность человека в самом озере оказывает

непосредственное влияние на его экосистему: на уровень воды, мор-

фометрические характеристики, водообмен, термический и гидро-

химический режимы. Существуют еще такие виды техногенного воз-

действия на экосистему озера, как атмосферное загрязнение и изме-

нение площади водосбора озера.

13.1. Изменение уровня воды в озере

На экосистему озера влияет как искусственное повышение, так и

понижение уровня, а также изменение его внутригодового режима.

Наиболее распространенным и увеличивающим масштабы техноген-

ных воздействий на озерные системы является искусственное повы-

шение уровня озера, что достигается строительством подпорной пло-

тины на водотоке, вытекающем из озера, а также путем обвалования

низких берегов озера. Реконструкция озера в водохранилище произ-

водится с целью накопления дополнительного объема воды, увеличе-

ния глубины водоема, регулирования уровня в течение года, а также

снижения степени зарастания водоема макрофитами. В нашей стране

Таблица 2

Средний годовой водный баланс оз. Зосены

Приход,

Сумма,

мм

Расход,

Сумма,

мм

^в»

45.8

50.2

55.8

19.6

14.9

29.4

11.0

9.0

11.1

23.6

25.8

3.7

XII 1973-XI1979

5608 I 93.8 J 6.2

XII 1979-XI1981

8028 J 94.9 I 5.1

XII1981—XI1984

6151 I 80.1

5.9

14.0

6102

7046

5974

340

5.4

8.0

1.6

Примечание. П

- приток по основному водотоку, П

- боковой приток

с прилегающего водосбора, О

—

осадки на зеркало озера, П

—

приток подзем-

ных вод, С - сток из озера, И - испарение с поверхности озера, Ф - потери на

фильтрацию, A

- аккумуляция в озере, H - невязка баланса.

накоплен большой опыт использования озер как регулируемых во-

дохранилищ. В середине прошлого столетия при постройке Мариин-

ской системы было реконструировано оз. Белое, во втором десятиле-

тии нашего века - оз. Кубенское, после постройки Волховской ГЭС -

оз. Ильмень, затем озера Онежское, Байкал, Зайсан, Чудское (Венд-

ров, 1979). Регулируемые озера имеются в ряде районов Северо-Запа-

да (Григорьев, 1962). На

января 1986 г. в Литве насчитывалось 47 ре-

гулируемых озер с полным объемом более

млн м

(Баярунас, 1986).

В Беларуси создано 12 крупных водохранилищ на базе озер с общей

площадью зеркала 307.4 км

(Широков, 1983). Здесь в разные годы

часть озер была подпружена плотинами малых сельских ГЭС, низко-

напорными глухими плотинами и перемычками. При этом уровень

воды повысился на 1-2, реже 3-5 м выше естественного (Широков,

Лопух, 1983). Много регулируемых озер на территории Карелии,

Финляндии.

Подъем уровня в регулируемых озерах влияет на структуру вод-

ного баланса водоема и его водообмен, вызывает изменения приле-

гающей территории и в самом озере. В оз. Зосены (Латвия) объемом

около 100 тыс. м

в конце 70-х годов на вытекающем из озера ручье

был построен переход (плотина), в результате чего уровень в озере

поднялся более чем на

м. Расчет водного баланса для естественного

(XII 1973-XI 1979 гг.), переходного (XII 1979-XI1981 гг.) периода и для

периода с нарушенным режимом (XII 1981-XI 1984) показал, что

в первые годы после создания плотины озеро еще получало грунто-

вое питание (табл. 2), но начиная с 1982 г. приток грунтовых вод

в озеро прекратился, а с 1980 г. в расходной части водного баланса

озера появились фильтрационные потери. Уменьшение общего прито-

ка воды в озеро после подпора его уровня плотиной (табл. 2) и уве-

c/w

6 -

^ I

1—

100 150 200

Рис. 6. Связь между условным водообменом и уровнем воды оз. Зосены.

Светлые точки

—

естественный режим, темные

—

нарушенный режим. Цифры

у точек

—

годы наблюдений.

личение объема водной массы привели к уменьшению условного во-

дообмена озера (отношения объема стока из озера к объему водной

массы). Его среднее значение за период 1973-1978 гг. было равно 3.8,

а после 1978 г. уменьшилось до 2.8. Такая закономерность изменения

условного водообмена озерных водохранилищ отмечалась ранее

(Григорьев, 1962). Нарушилась связь между годовым значением ус-

ловного водообмена и уровнем озера (рис. 6). Уменьшение условного

водообмена ведет к увеличению фосфорудерживающей способности

водоема (Калинина, Прыткова, 1988).

Подъем уровня в озерных водохранилищах вызывает изменения

в природных условиях прилегающей территории: отмечаются подпор

подземных вод, подтопление прилегающих земель и сопутствующее

ему изменение в почвенно-растительных условиях, переработка бе-

регов, оживление геодинамических процессов (овражной, обвально-

осыпной, оползневой деятельности) (Широков, 1983). Эти изменения

тем значительнее, чем выше подъем уровня в водоеме. При подъеме

уровня менее чем на 0.5 м активизация природных процессов слабая

и быстро затухает (водохранилища Лукомльское, Езерищенское в Бе-

ларуси). При подъеме до 1 м отмечается небольшая вспышка процес-

сов, затухающая через 2-3 года эксплуатации, а при подъеме на 1.5 м

происходит массовое и активное проявление всех процессов, имев-

ших место до создания водохранилища. Активная фаза занимает 5-8,

иногда 10-12 лет. Подъем уровня на 2-3 м вызывает часто

необратимые изменения во всех природных комплексах побережья,

приводящие к смене ландшафтов. Время окончательного становле-

ния 16-20 лет.

Большие изменения будут происходить на затопленных болотах

и прежде всего - всплывание торфа. Этому способствуют большие

площади прибрежных мелководий, благоприятствующих прогреву

воды летом и газообразованию в торфе. Промерзший зимой торф на

болоте весной будет оторван при повышении уровня воды (Алексее-

ва, 1982). В зоне подтопления растительность верховых болот будет

изменяться с формированием эвтрофных и мезотрофных группиро-

вок. Растительность низинных болот почти не изменится, как и вер-

ховых болот на водоразделах.

В самом озере изменения охватывают прежде всего литоральные

и сублиторальные урочища в связи с процессами переработки бере-

гов, образованием нового профиля равновесия береговой зоны

(Якушко, 1989). Происходит формирование абразионных и аккумуля-

тивных участков, обрушение и осыпание высоких берегов и забола-

чивание, подтопление низких. Одновременно с переработкой берегов

существенно изменяется характер седиментации в сублиторальных

и даже профундальных урочищах: увеличивается содержание грубо-

го песчаного материала, сокращается накопление органического ве-

щества. Повышение уровня, а следовательно увеличение площади

и объема озера, сказывается на состоянии всей озерной системы по-

разному, в зависимости от типа озерной котловины. В котловинах

ложбинного, эворзионного, сложного, отчасти подпрудного типа

с высокими берегами и склонами подъем уровня влечет за собой

увеличение не столько площади, сколько объема воды, выступая как

фактор „омоложения" всего озерного комплекса: возрастают содер-

жание кислорода в гиполимнионе, прозрачность воды, сокращается

аномально высокая биомасса фитопланктона. Эти явления зафикси-

рованы в таких, например, озерах Беларуси, как Обстерно, Езерище,

Яново, Паулье. Общим следствием повышения среднего уровня в та-

ких озерах является частичная или полная деградация макрофитов

в первые годы существования озера-водохранилища (Николаев, 1986;

Мешкова, 1960). Формирование новых зарослей растягивается мини-

мум на 10-15 лет.

В плоских котловинах полесских озер Беларуси, остаточных и

некоторых подпрудных котловинах Севера Беларуси подъем уровня

вызывает значительное увеличение площади зеркала, затопление

прилегающих низких участков, заболачивание. На затопленные

участки распространяется водно-болотная растительность, а подвод-

ные растительные ассоциации заметно сокращаются в связи с умень-

шением прозрачности. Вследствие развития фитопланктона, повыше-

ния содержания аллохтонного органического вещества, роста дефи-

цита кислорода зимой ухудшается состояние эпилимниона. Через

несколько лет интенсивность продукционных процессов снижается

(Николаев, 1986). При сильной заболоченности водосбора начальной

вспышки продукционных процессов может не произойти из-за по-

ступления с затопленной территории гуминовых веществ. Неблаго-

приятные явления послужили причиной обвалования котловины

полесских озер при создании на базе их водохранилищ. Примерами

могут служить озера Черное и Луково в Беларуси.

На состояние лимносистемы влияет не только изменение средне-

го уровня воды, но и его режима внутри года. В естественных усло-

виях озеро во время весеннего половодья отличается большой про-

точностью, благодаря которой из озера выносятся накопившиеся за

зиму органическое вещество и продукты его разложения. Поэтому

нарушение внутригодового режима уровня на фоне измененного

среднего уровня водоема отрицательно влияет на его биологическую

продуктивность в целом и рыбную в частности (Николаев, 1986).

Изменение внутригодового режима уровня в оз. Жувинтас (Литва),

даже при небольшом подъеме его (20-30 см), привело к нарушению

условий произрастания подводной растительности, а это в свою оче-

редь стало причиной смены пернатых (Тамошайтис и др., 1984).

Уровень многих озер Северо-Запада (Беларусь, Прибалтика и др.)

понижен в связи с осушением прилегающих к озеру болот и заболо-

ченных лугов (Глазачева, 1970, 1974). При этом озеро становилось

преемником дренажных вод. Понижение уровня воды отражается

прежде всего на литоральных и сублиторальных участках озера.

Часть мелководной зоны освобождается от воды, что нарушает усло-

вия развития макрофитов и лишает озеро буферной зоны прибреж-

ных растений (Якушко, 1989). С понижением уровня часть раститель-

ности озера вытесняется флорой суши, а полоса водных растений ли-

бо исчезает, либо спускается к центру озера (Пакальнис, Тучене,

1977). Нарушаются общие законы седиментации, так как значитель-

ная часть сублиторали переходит в ранг литорали с кластогенным ти-

пом осадков. Комплекс изменений на мелководных участках ска-

зывается на состояние глубоководных: в периоды стагнации одно-

временно с возрастанием содержания CO

значительно понижается

содержание кислорода, из осадков в воду мигрируют соединения же-

леза, в донных отложениях накапливаются органические продукты.

Следствием уменьшения площади зеркала озера является увели-

чение биогенной нагрузки и обусловленной ею биологической про-

дуктивности водоема (Николаев, 1986). Увеличению последней спо-

собствует также усиление прогрева воды в связи с уменьшением

глубины. Согласно И. И. Николаеву, при понижении уровня возмож-

ны два типа перестройки структуры экосистемы. В исходно глубоко-

водных озерах в пелагических сообществах растет продуктивность

фито- и зоопланктона и рыб-планктофагов. В исходно мелководных

водоемах быстрее растет продуктивность донных сообществ: харак-

терны увеличение зарослей макрофитов и связанное с ними повыше-

ние продуктивности зообентоса и рыб-бентофагов. Макрофиты как

более конкурентноспособные в использовании биогенов и в первую

очередь солей фосфора и азота сдерживают развитие фитопланктона

лишь до определенной величины биогенной нагрузки на водоем. При

очень высоком значении последней резко повышается продуктив-

ность фитопланктона, отмечается „цветение" воды и подавляется

развитие макрофитов.

Если озеро после снижения уровня становится преемником дре-

нажных вод, то характер трансформаций зависит от их химического

состава. В целом на экосистему это оказывает отрицательное воздей-

ствие, так как приводит к повышению содержания аллохтонного ор-

ганического вещества, ухудшению кислородного режима, появлению

кислой реакции воды (оз. Червоное в Беларуси), хотя дополнитель-

ный приток вод улучшает гидрологический режим водоема, способ-

ствует повышению уровня. Особенно заметные негативные явления

возникают при создании на базе озер водоемов-отстойников мелиора-

тивных вод.

Нарушение уровенного режима старичных озер происходит при

создании польдерных систем в связи с потерей связи водоема с ре-

кой. При этом понижается уровень воды в безледный период, а мел-

ководность водоемов и хорошее прогревание воды создают благо-

приятные условия для развития высшей водной растительности.

В результате происходит зарастание водоемов и накопление органи-

ческого вещества в воде.

1.3.2. Добыча сапропелей и грунта из озер

Сапропели - донные отложения пресноводных озер, образую-

щиеся из организмов животного происхождения, минерального ма-

териала, остатков водорослей, планктона в результате химических

и микробиологических процессов, происходящих при слабом доступе

кислорода. Запасы сапропелей в озерах Нечерноземной зоны более

200 млрд м

(Рекомендации..., 1987). Только в озерах Беларуси их

запасы составляют около 3.7 млрд м

(Якушко, 1989), а в озерах Лат-

вии 0.7 млрд м

(Знотс, 1988). Образование сапропелей происходило,

как правило, в глубоководных водоемах и предшествовало стадии

торфообразования (Ефимов и др., 1987). Мелководные озера зараста-

ли водно-болотной растительностью и превращались в торфяники,

минуя стадию отложения сапропелей. Богатство сапропелей пита-

тельными веществами издавна определило применение их в качестве

удобрения, улучшающего водно-физические, физико-механические

и биологические свойства почвы и для бальнеологических целей.

Кроме того, за счет намыва озерных отложений на поверхность пере-

увлажненных и подтопляемых прибрежных земель можно поднять

отметки территории, что позволит создать более благоприятный вод-

ный режим для растений, увеличить пахотный слой и обогатить его

органическим веществом.

Очистка котловины озера от накопленных озерных отложений,

являющихся важнейшим звеном экосистемы, вызывает резкие, а при

большом объеме добычи необратимые изменения водного баланса,