Особенности биотической трансформации воды в водохранилищах

Основные процессы, изменяющие неконсервативные характеристики химического и биологического состава воды, в водохранилищах те же, что и в озерах. Но интенсивность проявления процессов иная, что связано с особенностями водообмена и формы их ложа. Наименее значимы эти отличия в озерно-котловинных водохранилищах. В них сохраняются основные продукционно-дсструкцион-ные взаимодействия гидробионтов, сложившиеся в период существования озера. В долинных же водохранилищах происходит кардинальная перестройка речного биоценоза на специфический — водохранилищный, в формировании которого выделяют две стадии — формирования экосистемы водохранилища и стабилизации ее трофического статуса.

Стадия формирования экосистемы начинается в момент перекрытия речного русла строящимся гидроузлом и продолжается не только в годы завершения его сооружения, но и 3−7 первых лет эксплуатации водохранилища. Из затопленных почв участков речной поймы и террас при разбухании почв в поровый раствор переходят минеральные соединения N, Р, К, Fe, Мп и других биогенных элементов. Анаэробными бактериями продуцируется метан, увеличивается вдвое выделение С0₂ в сравнении с незатопленными почвами.

В возникающем водоёме с повышением уровня воды увеличивается её гидростатическое давление на донные грунты. Оно выжимает насыщенные биогенными веществами поровыс воды в придонный слой водохранилища, и они динамическими процессами вовлекаются в большой круговорот неконсервативных химических веществ.

Удельный водосбор долинных водохранилищ обычно в десятки раз больше, чем у озёр, поэтому приток аллохтонных веществ создаст намного большую биогенную нагрузку, чем на озёра. Её сочетание с автохтонной биогенной нагрузкой приводит к бурному развитию фитопланктона, бактериои зоопланктона, к активному нересту рыбы на затопленных участках наземной и околоводной растительности.

Из-за ослабленной проточности в вегетационный период и начинающейся абразии возникает обильная седиментация детрита и минеральной взвеси, быстрое формирование наилка на дне и бентоса, включающего почвенных бактерий, червей и других беспозвоночных. Образование обильного корма для бентосоядных рыб (леща, сазана), стад малоценных рыб и хищных (щуки, судака) приводит к интенсивному росту и размножению ихтиофауны в начальную стадию формирования водохранилищного биоценоза.

В слабопроточных и стратифицированных районах водохранилищ, где образуется большая биомасса планктона и масса детрита, летом и зимой в гиполимнионе возникают обширные зоны дефицита растворенного СЬ и даже заморы.

По биоактивности только что возникшая экосистема водохранилища сопоставима с эвгрофными озерами, хотя его глубина и объём бывают намного больше размеров таких озёр. По мере расходования почвенного запаса биогенных веществ биологическая продуктивность снижается, и через несколько лет наступает вторая стадия развития водохранилищной экосистемы.

Стадия стабилизации трофического статуса водохранилища в течение всего дальнейшего времени его эксплуатации отличается от гидроэкологического режима пресных озер, расположенных в сходных физико-географических условиях, но имеющих сравнительно небольшой удельный водосбор. Большая межгодовая изменчивость биоактивиости в водохранилищах обусловлена тремя причинами:

• • большей изменчивостью структуры водного баланса и баланса химических веществ при чередовании многоводных и маловодных лет и их серий;
• • большей проточностью водоема и ее неравномерностью — интенсивной в мелководных верховьях главной и боковых лопастей

и снижающейся к приплотинному наиболее глубокому плёсу;

• большей изменчивостью внешней нагрузки биогенными и органическими веществами из-за того, что большинство водохранилищ и прудов сооружают в густо населенных регионах с развитым хозяйственным использованием земель и водных ресурсов, сопровождающимся химическим загрязнением водного стока. Если водохранилище построено в необжитом районе, то по завершении сооружения гидроузла поселок строителей быстро превращается в промышленный центр, активно осваивающий водные и энергетические ресурсы.

Эти гидрологические отличия особенно присущи внутрикаскадным водохранилищам из-за большой проточности и распространения длинных волн, сопровождающихся возвратно-поступательным перемещением воды (Вода России… 2001), а также водохранилищам многолетнего и глубокого сезонного регулирования стока, имеющих большой размаха колебания уровня воды и размера акватерритории.

В стадию стабилизации трофический статус водохранилища устанавливается в зависимости от его внешней химической нагрузки. В необжитых районах снижение трофии после первых лет существования происходило в Усть-Илимском водохранилище (тайга), в водохранилище Ла Гранд (лесотундра, к востоку от Гудзонова залива) и даже в водохранилище Кариба (р. Замбези, субэкваториальная Африка).

Большинство водохранилищ в России относится к мезотрофному типу. Среднелетняя биомасса фитопланктона в них колеблется в пределах 2−5 г/м³. В фитопланктоне крупнейших водохранилищ диатомовые водоросли по биомассе преобладают над синезелёными. Особенно это характерно для проточных внутрикаскадных (Угличское, Горьковское, Чебоксарское, Нижнекамское, Саратовское) и глубоководных сибирских водохранилищ. Кислородный режим водохранилищ благоприятен для гидробионтов. Даже в самых глубоких из них (Братском, Красноярском) в продолжительный период ледостава минимальное содержание 0₂ в придонных слоях воды более 50%. Суммарное содержание минеральных соединениях азота зимой у дна 1,5- 3 мг/л, фосфора 0,03−0,10 мг/л. В трофогенном слое летом их концентрация в 10 раз меньше из-за поглощения при фотосинтезе.

Среди крупных водохранилищ многолетнего регулирования стока Цимлянское выделяется вдвое большим содержанием биогенных веществ в гиполимнионе. Оно летом нередко «цветёт» синезелёными, славится высокой рыбопродуктивностью — наиболее эвтрофно. Некоторые небольшие водохранилища (Можайское, Истринское) многолетнего регулированиямезотрофно-эвтрофные. Это объясняется тем, что в многоводные годы с прохладным и дождливым летом, частыми штормовыми нагонами и глубоким перемешиванием их биологическая продуктивность снижается. В маловодные годы с жарким летом (1972, 1996) при сильной сработке и устойчивой стратификации возникает сильное «цветение» и пересыщение кислородом поверхностного слоя воды, а в гиполимнионе приплотинного района — продолжительный летний и зимний его дефицит. В их верховьях объем трофогенного слоя больше трофолитического объёма, поэтому в них продуцирование органического вещества превосходит его деструкцию. Это — трофогенные районы перехвата внешней биогенной нагрузки и превращения ес минеральных веществ в автохтонное органическое вещество, переносимое стоковым и дрейфовым (при продольных ветрах) течениями в более глубокие центральный и приплотинный трофолитические районы. В их водной толще деструкция в среднем за год превосходит первичную продукцию органических веществ. В накапливающихся илистых донных отложениях деструкция детрита регенерирует минеральные биогенные вещества. В фазу весеннего наполнения и конвективной циркуляции они превращаются во вторичную биогенную нагрузку трофогенного слоя. Поэтому в глубоководных районах возникает весенний диатомовый пик «цветения».

Летом из верхового района, где зарождается пик «цветения» синезелёными водорослями органические и минеральные биогенные вещества распространяются стоковым и придонным плотностным течениями в центральный и приплотинный районы. Таким направленным воздействием биоценоза трофогенного района на трансформацию состава воды в трофолитическом глубоководном районе водохранилищная экосистема принципиально отлична от двустороннего взаимодействия между литоральными и пелагическими биоценозами в озёрах, где оно определяется ветровыми течениями произвольно меняющихся направлений. В крупнейших озёрах в первой половине вегетационного периода такое взаимодействие разнотипных биоценозов ограничено термобаром.