Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

PROBLEM OF ACCUMULATION OF BIOMASS IN SHALLOW ARTIFICIAL RESERVOIRS (ON THE EXAMPLE OF LAKES OF UPPER COURSES OF THE VORONEZH WATER RESERVOIR)

Novikov V.A. 1
1 Voronezh State Academy of forestry engineering
В статье освещается актуальная на сегодняшний день проблема зарастания мелководных искусственных водоёмов и накопление в них избыточной фитомассы. Описаны процессы накопления донных отложений и оценено их влияние на кормовые условия ряда водоплавающих птиц. Отмечено также значение телореза обыкновенного, как индикаторного вида и как вида, крайне отрицательно влияющего на гнездовые условия для водоплавающей дичи. Приводится описание и обоснование метода учёта растительности на водоёмах, а также различных способов подсчёта растительной продукции. Приводятся расчёты запасов фитомассы и фитопродукции за последние годы и сравнение этих данных с материалами исследований прошлых лет. Данные сведены в таблицы и сопровождаются анализом. Дана информация о том, что темпы зарастания мелководных водоёмов за последнее время значительно усилились. Это способствует и накоплению органики и общему снижению пригодности водоёма для использования его в целях охотничьего хозяйства. По результатам исследований сделаны выводы и даны рекомендации
¬¬In article the problem of a growing of shallow artificial reservoirs actual today and accumulation in them excess biomass is covered. Processes of accumulation of ground deposits are described and their influence on fodder conditions of a number of waterfowl is estimated. Value of stratiotes aloides ordinary as indicator look and as the look extremely negatively influencing nested conditions for a natatorial game is noted also. The description and justification of a method of the accounting of vegetation on reservoirs and also various ways of calculation of vegetable production is provided. Calculations of stocks of biomass and phytoproduction in recent years and comparison of these data with materials of researches of last years are given. Data are tabulated and are accompanied by the analysis. Information that rates of a growing of shallow reservoirs considerably amplified lately is given. It promotes both to accumulation of organic chemistry and the general decrease in suitability of a reservoir for its use for hunting economy. By results of researches conclusions are drawn and recommendations are made
Water reservoir
stratioes aloides
vegetation
shallow artificial reservoir
biomass

Введение

В последнее десятилетие проблема зарастания мелководных искусственных водоёмов ощущается всё сильнее. Связано это, в первую очередь, с истечением срока эксплуатации большинства основных искусственных водоёмов - водохранилищ. Воронежское водохранилище исключением не является. Заполненное в 1972 году и не перенесшее никаких радикальных воздействий по очистке и углублению, оно к настоящему моменту имеет критический срок эксплуатации [1].

Объектом наших исследований, освещённых в данной статье, является не само водохранилище как таковое, а его верховья с озёрами и плёсами, расположенные севернее автодороги Москва-Ростов и наиболее сильно подверженное зарастанию. Изучалось и анализировалось нами также состояние водной, земноводной и погруженной растительности в озёрах.

Анализ проблемы

Такой внушительный срок эксплуатации водоёма не мог не оказать влияние на связанную с ним растительность. Мелководные искусственные водоёмы зарастают под влиянием целого ряда абиотических факторов, таких как глубина водоёма, степень его прозрачности, скорость течения и т.д. Влияние всех этих факторов в различных типах водоёмов неодинаково. Нас интересует только влияние их на зарастание озёр и плёсов. Всегда выделяется несколько главенствующих факторов, от которых в значительной степени зависит и влияние других. Проблема же заключается не только в накоплении фитомассы и увеличении площади зарастания, но и в накоплении органических донных отложений и бентоса на дне мелководий, а также в проникновении в естественные укрытия водоплавающих птиц - заросли тростника и рогоза, телореза обыкновенного [2]. Телорез делает заросли тростника и рогоза непригодными для гнездования и является одним из факторов снижения численности водоплавающих птиц. Необходимо выделить из всех лимитирующих факторов влияние именно накопления фитомассы и увеличения площади зарастания на кормовые условия и условия для гнездования. Необходимо также оценить степень этого влияния.

Методика учёта запасов растительности и их проведение

Для ответа на поставленный вопрос и оценки влияния, в первую очередь, нужно было провести учёт растительности, чтобы оценить современное состояние зарастания, а также сравнить полученные данные с исследованиями прошлых лет. Необходимые нам учёты запасов фитомассы проводились по общепринятому методу пробных площадей. Закладывались пробные площадки размером 1×1 м. Полученные данные впоследствии переводились на всю площадь озёр и плёсов.

Нами использовалась следующая последовательность расчётов: вычисление площадей, занятых определённым типом растительности (S), вычисление средней величины фитомассы (b) основных ассоциаций растений (г/м2 воздушно-сухой массы), вычислений величины надземной фитомассы (В, т) - пользуемся формулой И.Л. Кореляковой (1975), где В - запас фитомассы, в - фитомасса на 1 м2, S - площадь участка. При расчётах величин надземной фитомассы растений учитываются следующие параметры и характер распределения зарослей в озере: диффузное сложение зарослей в водоёме В = b×S, раздельно-групповое сложение, при котором заросли образованы одним видом растения В = b×S×S×% зарастания/100, раздельно-групповое сложение, при котором заросли образованы двумя и более количеством видов В = (b×S×S×% зарастания / 100) +...+ вn (S×S×% зарастания / 100). После проведения расчётов по данным формулам необходимо было осуществить перевод всех полученных показателей на единицу площади для каждого исследуемого озера, не единицу площади мелководий, так как основным объектом исследования в данном случае являются мелководные озёра, и на единицу объёма. Сбор и определение растений производится по общепринятой методике [6]

Помимо собственно запасов фитомассы необходимо было рассчитать фитопродукцию по некоторым индикаторным растительным сообществам, чтобы получить представление о дальнейшем развитии растительности и об изменении площадей зарастания.

Фитопродукция общая вычислялась по формулам И.М. Распопова (1973):

Р = 1,2В - для погруженных и водно-воздушных растений;

Р = 1,2В + Wn - для растений с плавающими листьями, где W - масса листа, n - число мутовок без листьев.

Общая продуктивность абсолютно сухой растительности (Р1, т) вычислялась с использованием коэффициента И.Л. Кореляковой (1977):

Р1 = 0,93Р

Общая продуктивность органического вещества (Р2, т) вычисляется также с использованием коэффициента И.Л. Кореляковой (1977):

Р2 = 0,9Р1

Общая продукция углерода (Р3, т) вычисляется с использованием коэффициента И.М. Распопова (1973):

Р3 = 0,464Р2

Общая продукция с учётом энергетических показателей (Р4, кДж) вычисляется с использованием коэффициента Лита (Lieth, 1965): Р4 = 41,9Р3

Анализ полученных данных

Полученные данные по запасам надземной фитомассы сравнивались нами с данными Н.Ю. Хлызовой (1989) и были сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Распределение запасов надземной фитомассы верховий водохранилища (В, т (x' ± 2m), воздушно-сухая масса

Состав растительности

Верховья водохранилища

1989 год

2013 год

Погруженная растительность

409,37±23,45

1146,24±22,0

Растительность с плавающими листьями

208,40±26,12

583,52±26,10

Земноводная растительность

3734,88±520,59

10457,66±522,72

Всего

4352,65±570,16

12187,42±570,82

Анализируя и сравнивая данные таблицы 1, делаем вывод, что за рассматриваемый период общие запасы по всем видам растительности увеличились и составили 12187,42 т на 2013 год против 4352,65 т по данным 1989 года. Наибольшие запасы приходятся на земноводную растительность и увеличение её запасов на данный период произошло на 6722,78 т.

Как известно, основой всех энергетических процессов в водоёме является растительная продукция. Фитомасса, в свою очередь, является важнейшим показателем продуцирования органического вещества, что непосредственно затрагивает нашу проблему накопления донных отложений и бентоса в зависимости от величины фитомассы. Последняя представляет собой совокупность всех растений, произрастающих на определённой единице площади с определённой массой, калорийностью, химизмом и объёмом [6].

Величины фитомассы основных растительных сообществ в исследуемых водоёмах приведены в таблице 2, причём данные приводятся без учёта подземных частей растений.

Таблица 2

Фитомасса основных растительных сообществ исследуемых водоёмов

Состав растительности

Фитомасса (воздушно-сухая масса, г/м2)

данные на 1989 год (Хлызова, 1989)

данные на 2013 год

Элодея канадская - Elodeeta canadensis

309,8±14,7

406,12±14,0

Роголистник погруженный - Ceratophylleta demersi

201,7±10,1

564,76±10,3

Рдест блестящий - Potamogeteta lucentis

299,5±23,3

838,6±23,0

Рдест пронзённолистный - Potamogeteta perfoliati

269,9±25,4

755,72±24,0

Телорез алоэвидный - Stratioteta aloides

805,5±30,7

2255,4±30,1

Кубышка жёлтая - Nuphareta lutei

116,1±15,7

325,08±15,0

Рдест плавающий - Potamogeteta natantis

101,2±29,4

283,36±29,2

Манник большой - Glycerieta maximae

671,2±22,5

1879,36±22,5

Камыш озёрный - Scirpeta lacustris

657,4±90,1

1840,72±90,0

Рогоз узколистный - Typheta angustifoliae

727,4±12,8

2036,72±12,5

Тростник южный - Phragmiteta australis

1150,5±96,9

3221,40±97,0

Ежеголовник прямой - Sparganieta erecti

699,7±11,05

1959,16±11,0

Осока береговая - Cariceta ripariae

615,7±70,7

1723,96±70,2

Анализируя данные таблицы, делаем вывод, что чистые сомкнутые заросли тростника южного по данным на 1989 год обладают наибольшей фитомассой - 1150,5 г/м2. Достаточно высокими показателями характеризуется также сообщества рогоза узколистного - 727 г/м2, а среди настоящих водных растений - интересующий нас телорез алоэвидный: 805,5 г/м2, широко распространённый на территории верховий водохранилища (Хлызова, 1989). Запасы этих трёх видов по нашим расчётам на 2013 год значительно возросли и составили соответственно 3221,4; 2036,72; 2255,4 г/м2. Особенности современного этапа зарастания Воронежского водохранилища заключаются в том, что в настоящее время прослеживается увеличение площадей заболачивания. На таких участках наблюдается разрастание площадей зарослей тростинка южного, рогоза узколистного, камыша озёрного. Телорез является мощным конкурентом в потреблении питательных веществ. При этом наблюдается увеличение площадей, занятых зарослями водно-воздушной растительности и общее повышение запасов фитомассы, так как именно эти растения являются её основными продуцентами. За счёт увеличения площадей зарастания процессы заболачивания усиливаются.

Усиление процессов заболачивания приводит к ухудшению гнездовых условий водоплавающих [5], а телорез алоэвидный со своими острыми листьями полностью заполняет пространство в зарослях рогоза и тростника и делает их непроходимыми для птиц. Опускаясь на дно, телорез способствует накоплению органики, водоёмы ещё больше мелеют, слой органики препятствует добыче корма птицами.

Статистическая обработка данных показывает, что величины фитомассы нами определены с допустимой погрешностью до 10%. Исключение составляют только камыш озёрный, кубышка жёлтая и осока береговая - до 15%. Данные по погрешностям приведены сведены нами в таблицу 3.

Таблица 3

Погрешность и точность определения (р) величины фитомассы в зависимости от количества проб (n)

Ассоциация

Полученные данные на 1989 год (воздушно-сухая масса)

n

p,%

Elodeetum Canadensis

48

4,7

Ceratophylletum demersi

39

5,1

Potamogetetum lucentis

54

7,7

Potamogetetum perfoliati

49

9,4

Statiotetum aloides

55

3,8

Nupharetum lutei

10

13,5

Glycerietum maximae

31

3,4

Scirpeta lacustris

15

13,7

Typhetum angustifoliae

120

1,8

Phragmitetum australis

120

8,4

Caricetum ripariae

24

11,4

Всего проб

565

-

После расчётов запасов фитомассы основных растительных сообществ исследуемых водоёмов и распределения запасов надземной фитомассы проводим расчёты фитопродукции за год в воздушно-сухой (Р), абсолютно-сухой массе (РI), а также годовой продукции органического вещества (P2), углерода (P3) и энергии (P4). Рассчитанные показатели были сравнены с данными Н.Ю. Хлызовой (1989) и проведён анализ ситуации. Показатели рассчитывались для погруженной, земноводной и растительности с плавающими листьями. Данные были сведены нами в таблицы 4 и 5.

Таблица 4

Годовая фитопродукция водохранилица (P, т, воздушно-сухая масса; PI, т, абсолютно-сухая масса)

Состав растительности

Водохранилище

1989

2013

P

PI

P

PI

Погруженная растительность

491,24

456,85

1375,47

1279,18

Растительность с плавающими листьями

279,40

259,82

782,32

727,50

Земноводная растительность

4481,86

4168,12

12549,21

11670,74

Всего

5252,50

4884,79

14707,0

13677,42

Таблица 5

Годовая растительная продукция органического вещества (P2, т), углерода (P3, т), и энергии (P4, 1,109 кДж) водохранилища

Состав растительности

Водохранилище

1989

2013

P2

P3

P4

P2

P3

P4

1

2

3

4

5

6

7

Погруженная растительность

442,12

205,11

8,59

1237,94

574,31

24,05

Растительность с плавающими листьями

250,40

116,18

4,87

701,12

325,30

13,64

Земноводная растительность

3751,3

1740,61

72,92

10503,67

4873,71

204,18

Всего

4443,8

2061,90

86,38

12442,73

5773,32

241,87

По результатам анализа таблиц делаем вывод, что исследуемые нами объекты соответствуют эвтрофному и мезотрофному уровням. При этом в зоне зарослей и мелководий степень эвтрофикации за счёт органического вещества, которое создаёт водная растительность, особенно велика. Все, измеренные нами показатели увеличились. По нашему мнению увеличение значений основных показателей фитопродукции и фитомассы индикаторных видов растительности также свидетельствует о том, что исследуемые объекты находятся в стадии сильного заболачивания [4]. Высшая водная растительность в Воронежском водохранилище является одним из источников поступления органического вещества, наряду с фитопланктоном, что является ещё одним фактором, ограничивающим численность и распространение водоплавающих птиц [7].

При увеличении общей степени зарастания происходит изменение соотношения площадей, занятых воздушно-водной и погружённой растительностью. За счёт снижения площадей, занятых воздушно-водной растительностью и увеличения площадей погруженной растительности, изменения состояния их жизненности, происходит ухудшение условий гнездования водоплавающих птиц [3].

Выводы

По результатам работы нами были сделаны выводы.

1. Фитомасса в верховьях водохранилища, несомненно, накапливается. За период исследования общие средние запасы растительности на территории верховий водохранилища увеличились примерно на 180%!

2. Зарастание и накопление фитомассы происходит высокими темпами. Надземная фитомасса только земноводной растительности за исследуемый период увеличилась на 6722,78 т.

3. Зарастание и заболачивание озёр и плёсов является мощным лимитирующим фактором в отношении изменения численности охотничьих видов птиц.

3. Исследуемые объекты в силу невысокой глубины и слабой проточности подвержены достаточно высокой степени заболачивания и зарастания, происходит накопление органики и увеличение мощности донных отложений. В частности, увеличиваются площади распространения телореза алоэвидного.

4. Фитопродукция некоторых растительных сообществ также сильно выросла. Показатели воздушно-сухой массы выросли за исследуемый период с 5252,50 т в 1989 году до 14707,0 т в 2013 году. Следовательно, при отсутствии каких-либо воздействий извне темпы зарастания будут неуклонно расти, что, несомненно, будет способствовать дальнейшему заболачиванию исследуемых водоёмов.

Рекомендацией же может служить систематическое улучшение проточности исследуемых водоёмов механическим способом, хотя это и является довольно затратным предприятием.

Рецензенты:

Гапонов С.П., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой зоологии и паразитологии Воронежского государственного университета, г.Воронеж.

Негробов О.П., д.б.н., профессор кафедры экологии и систематики беспозвоночных животных Воронежского государственного университета, г.Воронеж.