CC BY
63
УДК 551.80 Р. В. Антонова
Вестник СПбГУ. Сер. 7, 2003, вып. 2 (№15)
ВЛИЯНИЕ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОЗЕР НА ТРОФИЧЕСКИЙ СТАТУС ЛИМНОСИСТЕМ (РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПОДХОД)
В современных условиях все большее внимание привлекает проблема рационального использования, охраны и восстановления ресурсов озерного фонда. Озеро —водоем замедленного водообмена, часть гидрографической сети и участвует в общем круговороте воды. Озеро вместе со своим водосбором является сложной системой, включающей ряд разнородных элементов — гидрологических, химических, биологических и седиментационпых.
В 30-е годы XX в. Г. Ю. Верещагин [1] указал па определяющую роль морфометрии и морфологии котловины озера в лимпических процессах. Развитием этого подхода к изучению лимнических процессов занимались многие лимнологи [2-7]. В настоящее время накоплено значительное количество информации об озерных котловинах и их генезисе, и поэтому представляется актуальным совершенствование оценок взаимосвязи морфогенетических и лимно-экологических характеристик водоемов.
Озера служат накопительными системами, и со временем их котловины заполняются донными отложениями, что приводит к изменению не только форм котловин озер, но и их лимпоэг'га логических характеристик. Потому применение исторического метода исследования окружающей среды объективно является необходимым инструментом географических исследовании для познания дииамили природных процессов {5]. Изучение седимента-
ции в озерах и скоростей осадконакопления позволяет выявить закономерности в варьировании морфометрических характеристик и последующих изменений трофического статуса
Трофическая типизация озерных экосистем основывается на оценке уровня биологической продуктивности как главной функциональной характеристики водоема. Трофический тип водоема —это интегральная и многомерная характеристика, определяемая множеством взаимосвязанных процессов физической, химической и биологической природы. Определение трофического статуса, как правило, включает использование комплексов признаков, дополняющих друг друга, но существуют трофические типизации озер, базирующиеся на небольшом числе показателей или даже одном (табл. 1), наиболее информативном, к которым, бесспорно, относится величина первичной продукции как мера интенсивности процесса новообразования органического вещества в водоеме — основы всей трофической пирамиды. Уровень биологической продуктивности озер всегда связывается с вполне конкретными лимническими параметрами того или иного трофического типа, а также с характером водосбора, особенностями гидрографической сети, притоком тепла и другими компонентами, объединенными в единый комплекс как внутри водоема, так и в системе «водосбор — озеро» [9]. Оценка уровня биологической продуктивности определяет не только положение водоема в эволюционном ряду, по и характер структурно-функциональной организации экосистемы, т. е. специфику взаимосвязей слагающих ее компонентов.
В настоящее время используются многие классификационные шкалы, которые построены па основе показателей, относящихся к различным компонентам водных экосистем (см. табл. 1). Основоположниками первой трофической типизации озерных экосистем, как известно, являются Типеман и Наумап. Ими была предложена принятая впоследствии терминология разделения озер на олиго-, мезо-, эв- и дистрофпые. Подчеркивая комплексность характеристики трофического типа озера, они убедительно показали, что уровень биологической продуктивности (трофия) тесно связан с абиотическими факторами среды, географическим положением
© Р. В. Антонова, 2003
Таблица. 1. Некоторые показатели трофического статуса озерных экосистем (по [19] с добавлениями автора)
Показатель Характеристики озер ВНП Автор Трофический тип озера
Среднее Минимум Максимум классификации Олиготрофный Мезотрофный Эвтрофный
Сорг, мг/л 17,0 5,6 33,4 Калинина, 1,7-6,0 >6-13
Румянцева,
1980
С1й, мг/м3 26,5 4,5 70,9 Винберг, 1960 Китаев, 1984 0,1-1 <1,5-3 1-10 3-12 10-100 >12-48
Взоо, г/м 5,4 0,4 26,9 Китаев, 1984 <0,5-1 1-4 >4-16
н то, Г / М 6,5 0,4 38,3 Михеева, 1969 Китаев, 1984 <1,5 <0,5-1 1,5-2 1-4 >2-6 >4-16
/^фп'го 1,3 0,2 4,1 Андроникова, 1989 >4:1 1:1 <0,5: 1
Чзоо, 105/м2 В1апсЬег, 1984 1 3 8
Численность Сорокин, <1 1-2 >2-3
бактерио- 1973 0,05-0,5 0,5-2 2-15
планктона, Романенко,
МЛ 11 кл./л 1975
Индекс Андроникова, 4,0-2,6 2,5-2,1 <2,0-1,0
видового 1989
разнообразия
па основе
величин био-
массы
Примечание. Здесь и далее: Z — абсолютная высота (м), А — площадь зеркала озера (км2), V — объем озера (км"), //fwg — средняя глубина (м), Н,пах — максимальная глубина (м), W— максимальная ширина (км), L — длина озера (км), RT — время водообмена (годы), С — площадь водосбора (км2), Сорг — концентрация органического углерода (мг/л), РМИ1, — содержание фосфора минерального (мг/л), Р0вщ — содержание фосфора общего (мг/л), Маммом — азот аммонийный (мг/л), N„„Tp,n. — азот нитритный (мг/л), Chi — хлорофилл «а» (мг/л), В-300 — биомасса зоопланктона (г/м ), Вфи-го —биомасса фитопланктона (г/'м ), BJOO/Вфито —отношение биомассы зоопланктона к биомассе фитопланктона, Цв — цветность (град.), /?300 — видовое разнообразие зоопланктона, Яф„то — видовое разнообразие фитопланктона, Ч30„ — численность зоопланктона ,(тыс. экэ./м1), Чфите> — численность фитопланктона (тыс. кл./л).
водоема и типом водосбора (субальпийский и альпийский). Характеристика трофического типа водоема Тинемапом и Наумапом строится на связи биологических показателей с абиотическими факторами среды — средней и максимальной глубинами, цветом воды, прозрачностью, гиполимниальпым дефицитом 0-2, pH и др.
Прозрачность воды по диску Секки, начиная с Типемана и Наумана, применялась как показатель трофического типа озер в натурных классификационных шкалах. Прозрачность воды —это интегральная характеристика, результирующая множества процессов, связанных, в частности, с развитием планктонных сообществ, дающая информацию об общем содержании сестона, включающего взвешенное органическое вещество как автохтонного, так и аллохтон-ного происхождения. Возможность дистанционного определения прозрачности увеличивает перспективность ее использования для определения трофического статуса и качества воды.
С. П. Китаев [10] по величине отношения прозрачности к средней глубине делит озера на 5 групп —от «оптически очень мелководных» до «оптически очень глубоких». Крайние группы соответствуют эвтрофным и олиготрофпым озерам, промежуточные — мезотрофным.
О.Ф.Якушко [6] предложила в качестве основы комплексной лимнолого-географической классификации озер использовать связь максимальной глубины Нтах с экологическим статусом водоема. Она подразделяет озера по биологическим и гидрохимическим показателям на 4 группы: глубокие, мезотрофные с признаками олиготрофии (Нтах > 25 м); среднеглубокие ме-зотрофные (20 м < Нтах < 25 м); неглубокие, эвтрофные (5 м < Ята.\ < 20 м); мелководные, дистрофирующие (Ятах < 5 м).
Для регионального изучения влияния морфометрических показателей озер на экологическое состояние экосистем была выбрана территория Водлозерского национального парка (ВНП), для которой автором настоящей работы собраны и проанализированы доступные данные по морфометрическим и экологическим характеристикам озер [11, 12]. На территории ВНП в относительно однородных природных условиях сконцентрировано большое количество озер единого происхождения, но с различными морфометрическими параметрами, что позволяет решать задачу оценки влияния морфометрических особенностей озер на структуру и функционирование водных экосистем в целом, а также па характер и интенсивность процесса •естественной эвтрофикации водоемов.
Основные черты морфометрии и условий зарастания были рассмотрены для 19 озер в бассейне р. Илексы. Параметры этих озер указаны в табл. 2. На основе проанализированных литературных и натурных данных морфометрических и биологических показателей озер ВНП были рассчитаны корреляционные связи между ними. Полученная корреляционная матрица связи 9 морфометрических и 14 экологических параметров, используемых для определения трофического статуса озерных экосистем, свидетельствует о наличии устойчивой значимой связи между биопродуктивностью, морфометрическими и гидрологическими параметрами. В настоящей статье представлена часть корреляционной матрицы со статистически значимыми коэффициентами корреляции (табл. 3).
Для некоторых характеристик связь линейна и положительна, для других — наоборот. Значимые парные коэффициенты корреляции получены между кбличеством органического вещества и максимальной и средней глубинами. Чем больше глубины озер, тем меньшее количество органического вещества содержится в их воде, что подтверждает классификацию
О.Ф.Якушко. Высокие коэффициенты корреляции для озер ВНП между разнообразием фитопланктона и площадью озер, разнообразием зоопланктона и объемом озер свидетельствуют о том, что для крупных озер свойственно большее разнообразие фито- и зоопланктона. С возрастанием максимальной глубины численность зоопланктона уменьшается. Чем больше абсолютная высота озера, тем меньше содержится в озерной воде аммонийного азота, что подтверждает влияние площади водосбора на экологические показатели лимпосистем.
Комплексное исследование водоемов ВНП указывает на значительное многообразие изученных озер как по морфометрическим характеристикам, так и по уровню их трофий. По содержанию биогенных элементов, качественному составу и количественным показателям планктонных ценозов озера имеют различный статус трофности (см. табл. 1), со всем диапазо-
Таблица 2. Статистические характеристики озер ВНП
Характеристика Количество данных Среднее Минимум Максимум Среднее квадратич. отклонение
г 19 167,4 136,0 203,0 13,9
V 13 2211,4 1,5 18546,5 5046,2
А 19 18,5 1,0 256,0 57,9
Ь 19 5,5 1,6 36,5 8,0
IV 19 2,6 0,8 15,0 3,1
-ЯтЭх 14 3,1 1,1 16,0 3,8
Я XV £ 14 1,2 0,5 3,5 0,8
С 16 992,3 2,9 5299,0 1555,0
КГ 12 23,5 0,4 161,4 45,5
Сорг 14 17,0 5,6 33,4 7,4
Р мин 16 0,0 0,0 0,0 0,0
Р общ 15 0,1 0,0 0,2 0,1
N аммон 15 0,1 0,0 0,4 0,1
N нитрит 15 0,0 0,0 0,0 0,0
см 13 26,5 4,5 70,9 21,8
В:>оо 16 5,4 0,4 26,9 6,4
Яфито 16 6,5 0,4 38,3 9,4
Я300 /Яфито 16 1,3 0,2 4Д 1Д
Дв 13 64,1 6,6 137,0 42,7
Язоо 15 17,3 12,0 33,0 4,9
Яфито 16 37,4 12,0 89,0 18,7
ч і 300 16 535,9 39,1 5104,4 1225,3
Нфито 15 48341,3 570,0 328536,0 105591,0
Таблица 3. Корреляционная матрица для озер Водлозерского национального парка: зависимость биопродуктивности и биомассы гидробионтов от параметров, характеризующих форму котловш.ял (уровень значимости р < 0,05)
z V А Ятах нЛЧЯ Сорг N А' аммон Я30о ЯфИТО Чзоо
г -0,29 -0,30 -0,10 0,30 — 0, 45 - 0,72 0,03 —0,19 -0,44
V -0,29 0,89 0,06 -0,10 -0,01 0,53 0,77 0,60 -0,09
А -0,30 0,89 0,07 -0,18 -0,02 0,47 0,68 0,71 -0,05
Я/пах -0,10 0,06 0,07 0,75 -0,76 -0,27 -0,29 -0,12 -0,73
Я ,и-ц 0,30 -0,10 -0,18 0,75 -0,77 -0,41 -0,13 0,01 -0,59
Сорг -0,45 -0,01 -0,02 -0,76 -0,77 0,38 0,22 0,11 0,76
N і'аммон -0, 72 0,53 0,47 -0,27 -0,41 0,38 0,27 0,43 0,65
Язоо 0,03 0,77 0,68 -0,29 -0,13 0,22 0,27 0,79 0,13
Яфито -0,19 0,60 0,71 -0,12 0,01 0,11 0,43 0,79 0,32
Чзоо -0,44 -0,09 -0,05 -0,73 -0,59 0,76 0,65 0,13 0,32
Примечание. Выделены статистически значимые коэффициенты корреляции.
ном значений от очень низкого до высокого. При этом следует отметить повышенный уровень трофности большинства водоемов, который обусловлен их малыми средними глубинами (1,2 м в среднем) и незначительными объемами. По средним значениям концентрации органического углерода (17,0 мг/л), содержанию хлорофилла «а» (26,5 мг/м3), биомассе фито- (6,5 г/и3) и зоопланктона (5,4 г/м3) исследуемые озера ВНП относятся к эвтрофпому типу. Минималь-
ные величины этих показателей трофического статуса некоторых озер свидетельствуют об олиго- и мезотрофном статусе их экосистем (например, концентрация органического углерода—5,6 мг/'л, содержание хлорофилла «а» —4,5 мг/м3, биомассы фито- и зоопланктона —по 0,4 г/м3).
Таким образом, на региональном уровне, на примере озер ВНП, выявлена устойчивая качественная связь между биопродуктивностью, морфометрическими и гидрологическими параметрами. Развитие таких исследований для озер других регионов с иными морфометрическими, климатическими и экологическими характеристиками является перспективным направлением в лимнологии.
Summary
Antonova R. V. The influence of lake morphometric parameters on the trophic status of lim-nosystems.
This paper is focused on showing upquantitative relation-ships between morphometric and ecological characteristics of 19 lakes of Vodlozero National Park (Karelia, Russia). The lakes are not subject to the anthropogenous impact and have various limnetic characteristics. The lakes’ trophic status is determined on the basis of the ecosystem classification. Significant correlation between the trophic status and the form of lakes are obtained.
Литература
1. Верещагин Г.Ю. Методы морфологической характеристики озер // Труды. Олонец, науч. экспедиции. Л., 1930. Ч. 2, вып. 1. 2. Hutch .oon G.E. A treatise on limnology. Vol. 1: Geography, physics and chemistry. New York; London, 1957. 3. Богословский Б.Б. Озероведение. М., 1960. 4. Россолгило Л.Л. Основы типизации озер и лимнологического районирования // Накопление вещества в озерах / Под ред. Л. Л. Россолимо. М., 1964. 5. Форш Л.Ф. Термический режим, тепловой баланс озер и роль иловой толщи в их тепловом бюджете / I Озера различных ландшафтов Северо-Запада СССР / Под ред. Л.Ф. Форш. Л., 1968. Ч. 1. 6. Якушко О.Ф. Белорусское поозерье. Минск, 1975. 7. Сорокин И.Н. Морфологические, мор-‘фометрические и гидрологические показатели и их роль в комплексной классификации озер и районировании // Теоретические вопросы классификации озер / Ред. Н. ГГ. Смирнова. СПб., 1993. 8. Севастьянов Д. В., Субетто Д. А., Арсланов Х.А. и др. Процессы седиментации в озерно-болотных геосистемах северо-западного Приладожья // Изв. Русск. геогр. об-ва. 1996. Т. 128, вып. 5. 9. Андроникова И.Н. Классификация озер по уровню биологической продуктивности // Теоретические вопросы классификации озер / Ред. Н. П. Смирнова. СПб., 1993. 10. Китаев С.Л. Экологические основы биопродуктивности озер разных природных зон. М., 1984. 11. Вислянская И.Г., Куликова Т.П., Литвиненко А.В., Мартынова Н.И. Современное состояние озерных экосистем бассейна реки Илексы // Природно-культурное наследие Водлозерского национального парка / Под ред. В. С, Куликова. Петрозаводск, 1995. 12. Антонова Р. В. Влияние морфометрии озерных котловин на состояние озерных экосистем (на примере озер бассейна р. Илексы) // Вести. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология, география. 2001. Вып. 4 (№31).
Статья поступила в редакцию 25 декабря 2002 г.
