Оценка роли зоопланктона в процессе самоочищения водоема–охладителя ТЭС

УДК 577.472:591.52

Т. А. Прохода

Украинский научно–исследовательский институт экологических проблем (УкрНИИЭП), г. Харьков, Украина

Экосистемы водных объектов обладают определенными возможностями самоочищения от загрязняющих взвешенных минеральных и органических веществ. Освобождение воды от них осуществляется в основном тремя путями: путем выноса за пределы водного объекта, в процессе минерализации (деструкцией) и седиментации взвешенных веществ. Водные организмы активно используют фильтрацию воды, минерализацию и седиментацию взвешенных веществ в своей жизнедеятельности, осуществляя таким образом процесс биологического самоочищения вод. Очень дорогие очистные сооружения не могут сравниться ни по продуктивности, ни по эффективности с этим природным процессом, в результате которого гидробионтами восстанавливается первоначальное (фоновые) качество воды и состояние всей экосистемы.

Участие зоопланктона в процессе самоочищении воды обусловлено его питанием детритом, бактерио- и фитопланктоном, которые являются основными компонентами взвешенного органического вещества (ВОВ). В результате вода очищается от органической и неорганической взвеси, увеличивается прозрачность воды, минерализуется ВОВ и вовлекается в круговорот веществ, происходит осаждение и захоронение взвесей на дне.

Наиболее активно процесс самоочищения осуществляется фильтраторами зоопланктона: ветвистоусыми ракообразными, коловратками, веслоногими и инфузориями. Большую роль играют хищные веслоногие, которые также используют в пищу органическую взвесь, особенно в период метаморфоза на науплиальных и младших копеподитных стадиях развития.

Одним из показателей участия сообщества в процессе самоочищения является интенсивность фильтрационной активности зоопланктона, для подсчета которой используют экспериментально полученные данные о скорости фильтрации ветвистоусых ракообразных (Гутельмахер, 1985): в олиготрофных – 0,60–0,25 л на мг сырой биомассы в сутки, в мезо­трофных – 0,25–0,15 л/мг, в эвтрофных – 0,15–0,025 л/мг.

В водоеме–охладителе Змиевской ТЭС биомасса зоопланктона колеблется в пределах 0,4–1,3 г/м3, а средняя биомасса ветвистоусых составляет 0,7 г/м3, что соответствует мезотрофным условиям. При принятой скорости фильтрации порядка 0,23 л/мг сырой биомассы в сутки, весь объем водоема–охладителя, а это в среднем 40,79 млн. м3, фильтраторы зоопланктона профильтровывают в период вегетации в среднем за 6,3 суток (при максимальной и минимальной биомассе – соответственно за 3,3 и 10,8 суток). В среднем за сутки фильтраторами зоопланктона очищается около 16 % объема водоема–охладителя. В действительности этот показатель больше, т.к. в очищении от взвеси участвуют и другие группы зоопланктона.

Энергетический эквивалент общего количества изъятого зоопланктоном ВОВ, или его рацион, продукцию и деструкцию определяли по физиологическому методу. Количество потребленного организмами кислорода находили по общепринятым экспериментально рассчитанным уравнениям функциональной зависимости скорости потребления кислорода от массы тела; расчет осуществлялся по каждой отдельной систематической и трофической группе; за индивидуальный вес организмов принимали средневзвешенный вес особи в каждой группе. Коэффициенты эффективности использования пищи на рост (К2) были взяты от 0,5 до 0,2. Общую деструкцию планктона определяли по методу Винклера.

Расчеты показали, что по многолетним данным (табл.) за 200 дней вегетационного периода из толщи воды водоема–охладителя нехищными организмами зоопланктона (с учетом инфузорий) изымается ежегодно от 6,4 до 21,4 тыс. т взвешенных органических веществ, а в среднем 11,7 тыс. т.

В течение последних 15 лет в условиях изменения факторов среды в водоеме–охладителе Змиевской ТЭС (снижение тепловой нагрузки из-за сокращения выработки электроэнергии, вселение моллюска–эдификатора Dreissena polymorpha Pallas, 1771) основную роль в потреблении взвешенных органических веществ играли разные трофические группы. Если в конце 1980-х гг. большая часть взвешенного органического вещества потреблялась молодью веслоногих ракообразных (41–51 %), а ветвистоусые рачки были субдоминантами (27–34 %), то с середины 1990-х гг. доминирование в потреблении органической взвеси полностью перешло к ветвистоусым (48–64 %), что является отражением улучшения общей экологической обстановки и свидетельствует о повышении самоочищающей способности водоема–охладителя. Средние показатели изъятия взвешенного органического вещества за период 1987–1995 гг. составили 10,9 тыс. т/год, а за период 1996–2002 гг. – 12,2 тыс. т/год.

Таблица. Рацион разных трофических групп зоопланктона
водоема–охладителя Змиевской ТЭС

Систематическая группа

1987 г.

1989 г.

1990 г.

1995 г.

1996 г.

1997 г.

1998 г.

1999 г.

2000 г.

2001 г.

2002 г.

Коловратки мирные, %

11

11

8

11

8

9

13

2

0

2

0

Коловратки хищные, %

1

1

2

0

1

1

1

0

0

2

1

Ветвистоусые мирные, %

27

34

31

37

54

53

48

58

54

64

53

Веслоногие мирные, %

51

41

41

32

19

22

23

21

24

17

27

Веслоногие хищные, %

10

13

18

20

19

14

14

19

22

16

20

Всего мезопланктон, %

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

Мирный мезопланктон,   тыс. т

9,3

10,8

4,7

8,3

10,2

10,6

15,7

2,7

6,3

6,6

9,3

Инфузории* мирные, тыс. т

2,5

3,5

1,7

3,1

3,8

4,0

5,7

1,1

2,7

2,8

3,9

Мирный зоопланктон, тыс. т

11,8

14,3

6,4

11,4

14,0

14,6

21,4

3,8

9,0

9,4

13,2

Хищный мезопланктон, тыс. т

1,0

1,8

1,2

2,0

2,4

1,9

3,0

0,6

1,7

1,4

2,4

Примечание: * – энергетические показатели инфузорий рассчитывали исходя из биомассы инфузорий равной 12 % биомассы мезопланктона.

В сезонной динамике утилизации ВОВ наблюдается плавный подъем к середине лета. В некоторые годы отмечен более ранний пик – в мае. Это происходит в годы массового развития ветвистоусого рачка–детритофага Bosmina longirostri O.F.Muller, 1785, которое сопряжено с появлением растительного детрита после весеннего пика развития водорослей. В итоге биоценозом зоопланктона ликвидируются ВОВ и биогены, попавшие в водоем с паводком и приведшие к вторичному (биологическому) загрязнению воды. До 80 % общего количества изымаемых из водоема ВОВ утилизируется зоопланктоном в мае–августе, что обусловлено фильтрационной активностью эвритермных форм кладоцер (Daphnia longispina O.F.Muller, 1785, D. cucullata Sars, 1862), а в период максимального прогрева воды – теплолюбивых кладоцер (Moina micrura Hellich, 1877 и Diaphanosoma brachiurum Lievin, 1848), а также молоди копепод. В конце лета и осенью численность ветвистоусых рачков–фильтраторов резко сокращается, и утилизация органической взвеси идет в основном за счет молоди копепод.

Коловратки участвуют в самоочищении воды от ВОВ в основном ранней весной (март–начало апреля), извлекая из воды до 50–60 % всех ВОВ. Осенью основную массу ВОВ извлекает молодь копепод – до 60 %.

Мезопланктоном водоема–охладителя ЗмТЭС (без учета протозойного зоопланктона) в процессе дыхания в результате разложения органического вещества минерализуется порядка 2,0–13,8 % продукции фитопланктона, а в среднем – 9,5 %, что является низким показателем. Суммарная деструкция мезопланктона и инфузорий колеблется от 2,3 % до 16,8 % и в среднем составляет 11,5 % от общей деструкции планктона, что также ниже средних показателей (Иванова, 1978, 1985).

Количественная сторона процесса участия зоопланктона в образовании донных отложений зависит от величин неусвоенной части рациона и той части продукции, которая после гибели животных оседает на дно. Животные получают энергию в виде пищи (R – рацион), часть которой усваивается (А – ассимилированная пища) и расходуется на построение тела (Р – продукция) и на обменные процессы (D – дыхание или деструкцию); часть пищи не усваивается (F– фекалии). Данное положение записывается в виде уравнения балансового равенства:

R = А + F = Р + D + F

В среднем доля усваиваемой части рациона от общего количества потребленной пищи для нехищных форм зоопланктона составляет 60 % (А/R = U = 0,6), для хищных – 80 % (А/R = 0,8), т.е. балансовое равенство в процентном отношении имеет вид:

для нехищных форм: 100 % (R) = 60 % (А) + 40 % (F);

для хищных форм: 100 % (R) = 80 % (А) + 20 % (F).

Часть продукции зоопланктона в процессе круговорота веществ минерализуется, а остальная часть участвует в формировании взвесей и донных отложений. Степень минерализации остатков различных видов гидробионтов принята исходя из рекомендаций Института озероведения АН СССР (Прыткова, Семенцов, 1989), основанных на исследованиях малых водохранилищ и прудов. Принято, что минерализация зоопланктона составляет 75 % от его продукции, следовательно, на формирование взвесей и донных отложений идет 25 % продукции сообщества.

Исходя из этого, вклад зоопланктона водоема–охладителя Змиевской ТЭС в формирование донных осадков составляет около 30 % от 11,7 тыс. т среднегодового рациона и 25 % от 3,0 тыс. т среднегодовой продукции сообщества, т.е. всего около 4,3 тыс. т.

В настоящее время благодаря сформировавшейся структуре зоопланктон наиболее эффективно осуществляет процесс очищения от загрязняющих взвешенных органических веществ. Однако, в связи с воздействием лимитирующих факторов среды (в прошлом – высокой температуры, а в настоящий период – пищевого конкурента моллюска дрейссены) интенсивность развития сообщества невысокая, что и обусловливает незначительную роль зоопланктона в процессе самоочищения водоема–охладителя.


Zoocenosis — 2003
 Біорізноманіття та роль зооценозу в природних і антропогенних екосистемах: Матеріали ІІ Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: ДНУ, 2003. – С. 75-78.

Розповісти колегам:

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники