Экология/ 2.Экологические и  метеорологические

                                                проб­лемы   больших городов и промышленных зон

                                      Д.б.н. Горюнова С.В.

Московский городской педагогический университет,

Институт естественных наук, Россия

Влияние эвтрофирования на изменение

структурно-функциональной организации водной

экосистемы

 

Проблема обеспечения экологической безопасности атомных электростанций (АЭС)  всегда представляет собой актуальную задачу. В регионах размещения АЭС постоянно осуществляется экологический мониторинг.  Особое внимание уделяется водоемам-охладителям, служащим для отвода избытка тепловой энергии, вырабатываемой атомными реакторами. Одной из важнейших задач является недопущение возникновения в водоемах-охладителях процессов,  ведущих к образованию серьезных биологических помех (биопомех) в системе технического водоснабжения АЭС.  Забор воды в системы промышленного водоснабжения из водного объекта, находящегося под воздействием сильного антропогенного  эвтрофирования, может стать причиной возникновения чрезвычайной ситуации техногенного характера  вследствие интенсивного образования биологических помех.  Поэтому  для обеспечения нормальной работы атомной  станции необходимо контролировать не только работу технических узлов, но и состояние экосистемы водоема-охладителя, не допуская развития в ней негативных тенденций [1].

Многолетние гидрохимические и гидробиологические исследования  проводились на водоеме-охладителе Курской АЭС (КАЭС). Основной задачей являлось изучение причин изменения структуры водной экосистемы водохранилища.  Водоем-охладитель Курской АЭС (КАЭС), именуемый иногда также Курчатовским водохранилищем, представляет собой искусственное наливное водохранилище, созданное в долине р.Сейм. Река Сейм, служащая основным источником подпитки  водоснабжения Курской АЭС, протекает через промышленные зоны и районы с интенсивным сельским хозяйством, поэтому ее воды в отдельные периоды могут быть сильно загрязнены. Водоем имеет форму вытянутого кольца, а большая часть объема его вод  периодически проходит через систему охлаждения АЭС.

Водоем-охладитель Курской АЭС является водоемом многоцелевого пользования. Подогретые воды, сбрасываемые из системы охлаждения, используются для садкового разведения рыбы и в тепличном хозяйстве. Садковое разведение рыбы приводит к сильному загрязнению водной среды органическими веществами, содержащимися в фекалиях рыб и частицах недоиспользованного корма.  На берегу расположен относительно крупный город Курчатов (население около 50 тысяч человек), поверхностный сток с которого через систему ливневой канализации попадает в водоем.

В последние годы в составе сообществ водной растительности  на многих участках акватории водоема-охладителя КАЭС происходили резкие изменения. Иногда в течение всего одного вегетационного сезона одни фитоценозы сменялись другими. На большинстве участков акватории КАЭС в 2002-2008 гг. наблюдалось интенсивное зарастание прибрежной зоны, сопровождающееся обильным развитием зеленых нитчаток и существенной перестройкой водных фитоценозов. Обычно интенсивное зарастание любых водоемов свидетельствует об их эвтрофировании и разрушении структурно-функциональной организации водной экосистемы. Сильное эвтрофирование в большинстве случаев приводит к утрате рыбохозяйственного, водохозяйственного и рекреационного потенциалов водоема. Вспышка развития водной растительности не только обусловила серьезные биопомехи в работе АЭС, но и вызвала интенсивное вторичное загрязнение ряда участков акватории, сопровождающееся массовой гибелью гидробионтов и почти полной потерей их рекреационного потенциала. Так, городской пляж г.Курчатова, в летнее время служивший местом массового отдыха, всего за 2 года превратился в заболоченный участок, малопригодный для купания

Отмечена заметная интенсификация зарастания водоема-охладителя видами, массовое развитие которых характерно именно для эвтрофируемых водоемов. В качестве признака интенсивной эвтрофикации можно рассматривать  наблюдавшееся в последние годы повышение биомассы роголистника (Ceratophyllum demersum L.) и значительное увеличение площади его зарослей. Ранее роголистник встречался в водоеме-охладителе довольно часто, но в большинстве обследованных участков значительных площадей не занимал. В июле-августе 2002 г. произошло бурное развитие роголистника на ряде участков, где его количество, по сравнению с предшествующими годами, увеличилось в несколько раз. В 2004-2008 гг. на мелководье роголистник образовал отдельные скопления с проективным покрытием 100% и биомассой до 12 кг/м2. Сплошная масса растений здесь заполняла все пространство от дна до поверхности. На большинстве этих участков роголистник  превратился в доминирующий вид. Одновидовые и смешанные фитоценозы роголистника стали занимать как ранее пустовавшие участки дна, так и развиваться в местах, где ранее существовали фитоценозы других формаций. При отсутствии интенсивного эвтрофирования заросли роголистника  быстро исчезают.

           Наблюдается весьма бурное развитие зеленых нитчатых водорослей в прибрежной зоне. Местами их биомасса в середине лета стала достигать нескольких кг/м2. Особенно заметно эти явления наблюдались на участках акватории, прилегающей к территории городской застройки.

             Развитие нитчатых водорослей носит сезонный характер. По нашим наблюдениям, после вспышки их развития в первой половине лета, в последующий период погруженные формы высшей водной растительности вновь становятся доминантами. Сравнение результатов, полученных в 2004-2009 гг., свидетельствует о том, что площади скоплений зеленых нитчатых водорослей постепенно увеличиваются, захватывая все новые участки. Причем, если раньше полоса нитчаток  располагалась исключительно в прибрежной зоне, то в летний период 2009 г. на некоторых участках были отмечены «языки» водорослей, на несколько десятков метров вдающиеся в водоем. В двух небольших заливах, прилегающих к городской территории, зелеными водорослями  были покрыты не только берега, но центральные части, ранее свободные от водорослей. Если процесс зарастания  будет идти теми же темпами, то в течение нескольких лет на месте этих заливов могут возникнуть прибрежные болота, поверхность которых будет постоянно покрыта сплавиной.

В водоеме-охладителе обнаружено  два типа фитоценозов зеленых нитчатых водорослей.

           В обрастаниях подводных предметов (перифитоне), погруженной растительности (эпифитоне), а также на участках открытого грунта преобладают кладофоровые. Наиболее часто в этих пробах встречалась Cladophora glomerata (L.) Kutz.; Cladophora fracta (Vahl.) Kutz.; Cladophora crispata (Roth.) Kutz. В некоторых случаях в состав доминантов входили также представители улотриксовых – Enteromorpha intestinalis (L.) Link и Ulothrix zonata (Web. et Mohr.) Kutz. При массовом развитии этих водорослей в воде образуются пучки нитей светло-зеленого и зеленого цветов, постепенно сплошным ковром, толщиной 20-50 см покрывающим дно и поверхность погруженных предметов. Обрастание нитями кладофоровых погруженных форм высшей водной растительности (таких, как рдесты, уруть, реже – роголистник) значительно ухудшает состояние последних. При волнении небольшие фрагменты скоплений кладофоровых и улотриксовых водорослей могут отрываться и подхватываться течением. Таким образом, развитие этих фитоценозов может привести к возникновению биопомех в системе технического водоснабжения атомной электростанции.

 На затишных участках (например, в полосе воды за внутренней стороной зарослей тростника), а также между зарослями погруженных форм высшей водной растительности развивается второй тип фитоценозов, в котором доминируют зигнемовые водоросли, главным образом из рода Spirogira (наиболее часто встречалась Spirogira crassa Kutz.) и эдогониевые (наиболее массовый вид Oedogonium capilliforme Kutz.). В отличие от кладофоровых сообществ, зигнемовые водоросли отрываются большими фрагментами, которые также могут попасть в систему техводоснабжения. Проективное покрытие на участках, где образуется зигнемовые скопления, обычно составляет 100%. Фитомасса водорослей достигает 10 кг сырого веса на м2    

Непременным условием развития зеленых нитчатых водорослей является интенсивное эвтрофирование вод в данной точке акватории.  Крупные скопления зигнемовых в 2003-2009 гг. были отмечены только вдоль берегов Курчатовского водохранилища, прилегающих к территории г. Курчатов или подверженных интенсивной рекреационной нагрузке.  Большая площадь занята водорослями и в районе Тарасовского лога, куда периодически сбрасываются стоки с очистных сооружений.  В то же время на участках прибрежной зоны, где эвтрофирования не происходит (например, прибрежная зона струенаправляющей дамбы) образования значительных массивов водорослевых скоплений пока не наблюдается. Однако в дальнейшем, благодаря интенсивному внутреннему водообмену (внутренней техногенной проточности), подобные процессы могут распространиться и на эти участки.

Именно в результате интенсивного эвтрофирования нитчатки  к настоящему времени распространились практически по всей акватории водоема-охладителя. Однако их роль в структуре фитоценозов различна. В одних случаях они являются одним из компонентов, в других случаях – доминантом. В соответствии с этим на одних участках акватории продолжают существовать ранее описанные формации высшей водной растительности, включившие в свой состав новый компонент, но не изменившие своей структуры, на других участках массовое развитие нитчаток  привело к разрушению существовавших фитоценозов. Здесь представители высшей водной растительности утратили доминирующую роль или их развитие  полностью подавлено. Однако во всех случаях возникновение как устойчивых, так и периодически возникающих сообществ зеленых нитчатых водорослей, несомненно, следует рассматривать как признак интенсивного эвтрофирования вод [2].

Формация тростника южного (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.) относится к числу наиболее распространенных.  Однако в структуре фитоценозов тростниковой формации произошли заметные изменения. Летом 2004 - 2009 гг. на участках, где наблюдалось интенсивное эвтрофирование вод (например, район городского пляжа), отмечено образование новой ассоциации тростника с зелеными нитчатыми водорослями. Почти все пространство между стеблями заполняется нитчатками, в связи с чем проективное покрытие достигает 100%, а биомасса иногда превышает 10 кг сырого веса/м2, что на несколько кг больше средней биомассы одноярусных тростниковых ассоциаций.  Площадь, занимаемая этой формацией в период 1999-2009 гг., не изменилась. Тростниковые сообщества образуют полосу шириной до 30 м. вдоль большей части береговой линии водоема-охладителя. Данная формация  хорошо развита как в зоне сильного подогрева, так и на участках акватории, находящихся на значительном удалении от сброса АЭС. Таким образом, ранее распространенные одновидовые тростниковые ассоциации во многих случаях превратились в ассоциацию тростник – зеленые нитчатки. Последние выступают в качестве субдоминанта и образуют дополнительный ярус.

Наиболее распространенной формацией погруженной растительности в водоеме-охладителе КАЭС до 2002 г.  являлась формация рдеста гребенчатого (Potamogeton pectinatus L.).  Однако, начиная с 2002 года,  на ряде участков прибрежной зоны в июне  постоянно  обнаруживали  ассоциации рдеста гребенчатого с зелеными нитчатками. При этом экземпляры рдеста, обнаруженные  под сплошным покровом нитчаток,  как правило, находились в плохом  физиологическом состоянии. Проективное покрытие в таких ассоциациях составляет до 100%, биомасса до 5-8 кг/м2.

На основании  результатов, полученных при многолетнем исследовании развития водной растительности в водоеме-охладителе КАЭС, можно сделать ряд заключений.

На современном этапе происходит интенсивное зарастание прибрежной зоны водоема-охладителя, вызванное эвтрофированием водоема.  Основными источниками эвтрофирования являются: загрязнение водоема с территории г.Курчатов, неорганизованное использование прибрежной зоны и сброс стоков по ручью в Тарасовском логе.

Наблюдается значительное увеличение площади участков, занятых зарослями роголистника и зеленых нитчатых водорослей. Именно эти   водные растения и являются главным источником биологических помех в системе водоснабжения АЭС. Плохо прикрепленные  и свободно плавающие растения   с током воды поступают на водозабор АЭС и,  не полностью задерживаясь на решетках и фильтрах (в отличие от плавающего мусора), могут вызвать закупорку водоводов.

Площадь других формаций водной растительности сократилась. Ряд формаций практически исчез. Зарастание водоема-охладителя КАЭС в условиях интенсивного антропогенного эвтрофирования  сопровождается снижением разнообразия его фитоценозов. Дальнейшее эвтрофирование водоема-охладителя приведет как к образованию массивов нитчатых водорослей в удаленных от основных источников эвтрофирования частях акватории, так и  к  зарастанию центральных частей небольших заливов, вызывая  заболачивание прибрежной зоны.

 

                                                  Литература

1.  Безносов В.Н., Горюнова С.В., Кацман Е.А., Кучкина М.А., Суздалева А.Л. Особенности эвтрофирования водоема - охладителя АЭС. // Сб. научных трудов «Актуальные проблемы экологии и природопользования». М.: Изд. РУДН, 2004, вып.5, ч.2, с.174-184.

2.  Горюнова С.В. Закономерности процесса антропогенной деградации водных объектов // Автореферат дис. …докт. биол. наук. М.: МГУ, 2006. 49 c.