Формирование ихтиофауны водоемов-охладителей аэс
На правах рукописи
КОТКИН КИРИЛЛ СЕРГЕЕВИЧ ФОРМИРОВАНИЕ ИХТИОФАУНЫ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ АЭС 03.02.08 – экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва 2012
Работа выполнена в Открытом акционерном обществе “Научно-исследовательский институт энергетических сооружений”.
Научный консультант:
Суздалева Антонина Львовна доктор биологических наук, начальник отдела экологических проблем энергетики ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений»
Официальные оппоненты:
Горюнова Светлана Васильевна доктор биологических наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности ГБОУ ВПО г. Москвы «Московского городского педагогического университета» Шавырина Ольга Борисовна кандидат биологических наук, старший научный сотрудник кафедры гидробиологии Биологического факультета ФГОУ ВПО «МГУ им. М. В. Ломоносова»
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования государственный университет «Московский природообустройства»
Защита диссертации состоится «20» декабря 2012 г. в _часов на заседании диссертационного совета в Российском университете дружбы народов по адресу: 115093, г. Москва, Подольское шоссе, д. 8/5, экологический факультет РУДН.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117923, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.
Автореферат размещен на сайте.www.rad.pfu.edu.ru.
Автореферат разослан «_» ноября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета:
кандидат биологических наук, доцент Карпухина Е.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Ихтиофауна является важнейшим компонентом экосистем континентальных водоемов. Рыбы являются не только одним из конечных звеньев пищевых цепей, но и представляют хозяйственную ценность для человека.
Кроме того, характер ихтиофауны всегда достаточно хорошо отражает состояние водоема и служит надежным критерием в оценке качества вод.
Атомная электростанция и водоем-охладитель образуют единую природно техногенную систему, функционирование основных элементов которой взаимосвязано и взаимообусловлено. Таксономический состав ихтиофауны водоемов-охладителей, характер пространственного распределения рыб и его фенологические изменения определяются воздействием комплекса как природных, так и техногенных факторов. Повышенная температура создает благоприятные условия для существования в них видов, не свойственных данному региону. В связи с этим, процесс формирования ихтиофауны в водоемах-охладителях имеет ряд существенных отличий от аналогичных процессов в других типах водных объектов.
Вместе с тем, общие закономерности этих явлений, необходимые для объективной оценки экологического состояния водоемов-охладителей, его научно обоснованного прогнозирования и разработки эффективных природоохранных мероприятий, в настоящее время изучены еще недостаточно.
Дополнительную актуальность исследованиям ихтиофауне водоемов охладителей придает важность их результатов для решения ряда проблем, связанных с обеспечением безопасности работы АЭС. Нормальная работа системы технического водоснабжения электростанции возможна только в том случае, если качество поступающих в нее вод, находится не ниже определенного уровня. Во многом это зависит от уровня развития ихтиоценозов. Так, виды-мелиораторы помогают контролировать зарастание водоема, развитие нежелательных организмов, таких, как дрейссена (Dreissena polymorpha Pall.) и, даже, бороться с цветением воды. По этим причинам во многих водоемах-охладителях проводится целенаправленная акклиматизация и разведение некоторых видов рыб. Изучение закономерностей процесса и специфических особенностей формирования их ихтиофауны, несомненно, повысит обоснованность и прогнозируемость результатов этих мероприятий.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы является исследование закономерностей развития ихтиофауны в природно-техногенной системе водоема охладителя АЭС.
В соответствии с намеченной целью были поставлены следующие задачи.
Исследование факторов формирования ихтиофауны в водоемах 1.
охладителях.
2. Изучение состава и характера пространственного распределения рыбных сообществ по акватории водоемов-охладителей.
Исследование особенностей сезонной динамики основных групп 3.
ихтиофауны.
4. Оценка последствий экстремальных температурных воздействий на ихтиофауну водоема-охладителя.
5. Выявление основных закономерностей исторического развития ихтиофауны водоема-охладителя.
Научная новизна. Впервые проведено целенаправленное исследование многолетнего процесса формирования ихтиофауны водоема-охладителя АЭС. На основе учета особенностей структуры водных масс водоемов-охладителей, выявлены закономерности в распределении ихтиоценозов и фенологии основных групп ихтиофауны. Исследован комплекс природных и техногенных факторов, определяющих условия среды обитания рыб на отдельных этапах существования водоема-охладителя. Выявлены общие закономерности развития ихтиоценоза, характерные для данной категории природно-техногенных водных объектов.
Практическое значение. Результаты исследования могут быть использованы в следующих областях практической деятельности:
1) для разработки программ целенаправленного формирования ихтиофауны водоемов-охладителей, улучшению их рыбохозяйственного потенциала;
2) для планирования биомелиоративных мероприятий с использованием рыб, повышающих безопасность работы АЭС;
при разработке рыбоводно-биологических обоснований на этапе 3) проектирования водоемов-охладителей и организации экологического мониторинга в период их эксплуатации;
4) для прогноза экологических последствий изменения режима эксплуатации АЭС;
5) для оценки экологического состояния водоемов-охладителей и разработки природоохранных мероприятий.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на пятнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов МЭИ международной заочной научно-практической конференции (Москва, 2009), проблемы естественных наук» Тамбовского государственного «Актуальные университета им. Г.Р. Державина (Тамбов, 2010);
V международной научно практической конференции «Проблемы современной биологии» научного журнала «Естественные и технические науки» и научного издательство «Спутник +» (Москва, 2012);
I Всероссийской молодежной научной Интернет-конференции "Грани науки 2012"совета молодых ученых и специалистов города Казани (Казань 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 131 странице машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и двух приложений. Диссертация включает 5 таблиц, 19 рисунков. Список литературы содержит 111 наименований работ, из них – 12 на иностранных языках.
Глава I. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ ИХИТИОФАУНЫ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ Дана общая характеристика условий в водоемах-охладителях. Приведен анализ различных форм воздействия работы атомных и тепловых электростанций на водоемы-охладители. Рассмотрены факторы, обусловливающие специфические особенности формирования ихтиофауны техногенных и природно-техногенных водных объектов. В соответствии с общей схемой сукцессионных преобразований водной экосистемы выделены несколько основных этапов ее развития.
Глава II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Материалом для работы послужили результаты полевых исследований, проведенных в различные сезоны 2008-2010 гг. на водоеме-охладителе Курской АЭС, а также фондовые и архивные данные, описывающие состав и характер распределения ихтиофауны в предшествующие годы. Их комплексный анализ позволил оценить процессы и явления, происходившие в водоеме-охладителе на протяжении нескольких десятков лет – практически от начала его заполнения. В течение этого периода характер и уровень антропогенной нагрузки претерпевал изменения в целом характерные и для других водных объектов данной категории.
Рисунок 1. Схема водоема-охладителя Курской АЭС (цифрами обозначены номера станций отбора проб).
Расположение станций отбора проб определялось в соответствии с унифицированной методикой исследования экологического состояния водоемов охладителей, с учетом генезиса и распределения отдельных водных масс (рис. 1).
Сбор материала проводился не только на действующем водоеме-охладителе I II очереди, но и на водоеме-охладителе АЭС III очереди, который для водоснабжения электростанции пока не используется. Результаты, полученные на последнем из указанных объектов, позволили дополнительно исследовать процесс формирования ихтиофауны на стадии подготовки водоема-охладителя к эксплуатации. Сбор ихтиологического материала проводился по общепринятым методикам. За период работ проведено 62 суточных лова, произведенных в различные сезоны. Для лова крупных (промысловых) рыб использовали набор ставных сетей с шагом ячеи от 20 до 60 мм. Мелкие (непромысловые) виды рыб ловили ихтиологическим сачком, накидной сетью с шагом ячеи 7 мм и площадью охвата 3 м, ловушками вентерного типа и мальковым неводом длиной 15 м.
Все материалы подвергались статистической обработке. Кластерный анализ производился в программе STATISTICA 6.0 с использованием метода Уорда. Для оценки вдового разнообразия применялся индекс Шеннона.
Глава III. ИХТИОФАУНА ВОДОЕМА-ОХЛАДИТЕЛЯ КУРСКОЙ АЭС Согласно результатам сбора ихтиологического материала, проведенного автором данной работы, ихтиофауна водоема-охладителя I-II очереди Курской АЭС состоит из 33 видов рыб, относящихся к 9 семействам и 4 отрядам (лососеобразные, карпообразные, окунеобразные, скорпенообразные). Из них 28 видов встречаются в реке Сейм.
Массовыми видами ихтиофауны являются: белый и черный амуры, верховка, густера, караси обыкновенный и серебряный, красноперка, лещ, сазан, сом обыкновенный, окунь обыкновенный, пескарь обыкновенный, плотва, судак обыкновенный, тиляпия мозамбикская, белый и пёстрый толстолобики, уклейка обыкновенная, щука обыкновенная.
В водоеме-охладителе охладителя III очереди обитает 19 видов рыб. Все эти виды можно встретить и в бассейне реки Сейм. В водоеме отсутствуют реофилы, обитающие в Сейме и водоеме-охладителе охладителя I-II очереди (жерех, подуст, уклейка, судак, ерш, голавль), а так же теплолюбивые виды-интродуценты, обитающие только в теплых водах охладителя I-II очереди (тиляпия, толстолобики, белый и черный амур). Виды, обнаруженные в водоеме-охладителе, образуют несколько различных фаунистических комплексов (табл. 1).
Таблица 1. Экологическая характеристика ихтиофауны водоема-охладителя Курской АЭС.
Обозначения: Л- Лимнофил, Р – Реофил;
Б-бентофаг, И-ихтиофаг, М-малакофаг, ПГ планктофаг, ФГ-фитофаг, Э-эврифаг;
ЛЛ-литофил, О-остракофил, ПЛ-пелагофил, ПсЛ – псаммофил, ФЛ-фитофил;
БП-бореальный предгорный, БР-бореальный равнинный, ДВ – древний верхнетретичный, КР-китайский равнинный, ПП – понтический пресноводный Экологическая Фаунисти характеристика ческий № Вид Отношение Тип Тип комплекс к течению питания нереста Отряд ЛОСОСЕОБРАЗНЫЕ – SALMONIFORMES Семейство Щуковые – Esocidae Щука обыкновенная Л И ФЛ БР 1 Esox lucius Отряд КАРПООБРАЗНЫЕ – CYPRINIFORMES Семейство Карповые – Cyprinidae Белый амур Л ФГ ПЛ КР 2 Ctenopharyngodon idella Белый толстолобик Л ПГ ПЛ КР 3 Hypophthalmichthys molitrix ПсЛ/ Быстрянка Р ПГ ПП 4 Alburnoides bipunctatus ЛЛ Верховка Л ПГ ФЛ ПП 5 Leucaspius delineatus Голавль Р Э ЛЛ БР 6 Leuciscus cephalus Горчак Л ФГ ОЛ ДВ 7 Rhodeus sericeus Густера Л Б ФЛ ПП 8 Blicca bjoerkna ЛЛ/ Елец обыкновенный Р ПГ/Б БР 9 Leuciscus leuciscus ПсЛ ПсЛ/ Жерех Р И ПП 10 Aspiu saspius ЛЛ Карась золотой Л Б ФЛ БР 11 Carassius carassius Карась серебряный Л Б ФЛ БР 12 Carassius auratus Окончание таблицы 1.
Красноперка Л ФГ ФЛ ПП 13 Scardinius erythrophthalmus Лещ Л Б ФЛ ПП 14 Abramis brama Линь Л Б ФЛ БР 15 Tinca tinca Пескарь обыкновенный Р Б ПсЛ БР 16 Gobio gobio Пёстрый толстолобик Л ПГ ПЛ КР 17 Aristichthys nobilis Плотва Л Э ФЛ БР 18 Rutilus rutilus Подуст обыкновенный Р Б ЛЛ ПП 19 Chondrostoma nasus Сазан Л Б ФЛ ДВ 20 Cyprinus carpio Уклейка обыкновенная Р ПГ ФЛ ПП 21 Alburnus alburnus Чёрный амур Л М ПЛ КР 22 Mylopharyngodon piceus Язь обыкновенный Л/Р Э ФЛ БР 23 Leuciscus idus Семейство Балиториевые - Balitoridae ФЛ/ Усатый голец Р Б БП 24 Barbatula barbatula ПсЛ Семейство Вьюновые – Cobitidae Вьюн Л Б ФЛ ДВ 25 Misgurnusfossilis Щиповка обыкновенная Л/Р Б ПсЛ БР 26 Cobitis taenia Семейство Сомовые – Siluridae Сомобыкновенный Л/Р И ФЛ ДВ 27 Silurusglanis Отряд ОКУНЕОБРАЗНЫЕ – PERCIFORMES Семейство Окуневые – Percidae ПсЛ/ Ёрш обыкновенный Л/Р Б/И БР 28 Gymnocephalus cernuus ФЛ Окунь обыкновенный Л И/Б ФЛ БР 29 Perca fluviatilis Судак обыкновенный Л/Р И ПсЛ ДВ 30 Stizostedion lucioperca Семейство Головешковые- Eleotrididae Головешка-ротан Л Э ФЛ КР 31 Perccottus glenii Семейство Цихловые- Cichlidae Тиляпия мозамбикская Л Э ЛЛ 32 Sarotherodon mossambicus Отряд СКОРПЕНООБРАЗНЫЕ - SCORPAENIFORMES СемействоКерчаковые – Cottidae Подкаменщик обыкновенный Р Б ЛЛ БП 33 Cottus gobio ГЛАВА IV.ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ ИХТИОФАУНЫ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ КУРСКОЙ АЭС Традиционно при анализе условий существования рыб в водоемах охладителях приоритетное значение отдается факторам нагрева и травмирования организмов при их с током воды попадании в технические агрегаты. Вместе с тем, как показывают полученные нами результаты, подобная точка зрения несколько упрошенный характер и игнорирует ряд специфических особенностей водоемов охладителей.
Объем водоема-охладителя слагается из нескольких водных масс, генезис и условия в которых существенно различаются. Центральную часть акватории занимает постоянно движущаяся по замкнутой траектории водная масса циркуляционного течения. Ее воды периодически проходят через систему технического водоснабжения АЭС и подвергаются непосредственному воздействию техногенных факторов. На ряде прибрежных участков акватории формируются относительно малоподвижные автохтонные периферические водные массы. В результате возникает хорошо выраженная мозаичность местообитаний, в каждом из которых формируются условия благоприятные для определенного комплекса видов.
Это ни в коей мере не снижает значение подогрева вод и других техногенных фактов, однако их воздействие в различных частях акватории модифицируется в соответствии с существующей гидрологической структурой.
На рисунке 2 показано типичное распределение водных масс в исследуемом охладителе. Обозначенные на рисунке границы водных масс весьма условны и отражают только наиболее часто наблюдающуюся их конфигурацию. Ряд факторов могут существенно изменить эту картину, но общий характер гидрологической структуры остается неизменным. Прежде всего, на общую конфигурацию водных масс влияет режим работы АЭС – в зависимости от количества работающих в конкретный момент времени энергоблоков изменяется количество и температура сбрасываемых вод и, соответственно, объем и скорость перемещения вод циркуляционного течения. Конфигурация водных масс может измениться и вследствие воздействия других техногенных факторов: искусственного увеличения проточности, подкачки речных вод и др. Кроме того, на структуру водных масс в каждый конкретный момент времени оказывает влияние действие гидрометеорологических факторов, не зависящих от работы электростанции, в особенности время года.
Рисунок 2 Водные массы водоема-охладителя Курской АЭС. (Штриховкой обозначена водная масса циркуляционного течения, крестиками – район поступления речных вод).
Для выявления группировок рыб, имеющих определенные «пространственные предпочтения», нами был применен кластерный анализ.
На рисунке 3 представлена дендрограмма, полученная в результате анализа данных по видовому составу и численности пойманных рыб, на каждой станции за период наблюдений с декабря 2008 по сентябрь 2010 гг. Станции отбора проб разделяются на 2 основных кластера: сообщество видов рыб, обитающих в водной массе циркуляционного течения (станции 1, 3, 4, 7) и сообщество периферических водных масс (2, 5, 6). Ихтиоценоз водоема-охладителя 3-й очереди (станция 8) сходен с сообществами периферических водных масс, что объясняется сходным гидрологическим режимом. Если в сообществах водной массы циркуляционного течения преобладают реофильные виды рыб, то в сообществах периферийной водной массы – виды-лимнофилы.
Рисунок 3. Результаты кластерного анализа данных, полученных с декабря 2008 по сентябрь 2010 гг.
Таким образом, в водоеме существует два достаточно обособленных ихтиоценоза, которые соответствуют основным кластерам на рисунке 3.
1. Ихтиоценоз (кластер) циркуляционного течения. Здесь доминируют реофильные виды, в основном судак, уклейка, голавль, сом.
2. Ихтиоценоз (кластер) периферических водных масс. Виды-доминанты представлены типичными лимнофилами, такими как сазан, плотва, лещ, красноперка, караси золотой и серебряный, густера, верховка, белый амур, окунь.
Рассмотрим изменения, происходящие с распределением ихтиофауны по акватории водоема в течение года. Для удобства будем рассматривать отдельно кластер водных масс циркуляционного течения (реофильный комплекс) и кластер периферических водных масс (лимнофильный комплекс).
Зимой и в начале весны в кластере реофильного комплекса выделяется кластера: теплых вод (станции 1 и 3) и холодных (станции 4 и 7). Летом образцы, собранные со станций 1, 3, и 4 практически образуют единый кластер, точка 7 в свою очередь, приближается к ним по своим характеристикам. Осенью, с понижением температуры, евклидово расстояние между кластером точек 1 и 3 и остальными точками начинает увеличиваться. Иными словами, зимой водная масса течения состоит из теплых вод (в районе водосброса) и холодных (начинающуюся в районе последней трети разделительной косы, после станции 3). В теплой части этой водной массы кроме эвритермных видов обитают так же теплолюбивые. Виды, предпочитающие пониженную температуру, обитают в холодной части водной массы. Чем ниже температура окружающей среды, тем меньше размер теплого участка и больше – холодного. Уменьшение размеров теплой или холодной части водной массы до критических может оказать существенное влияние на ихтиофауну водоема в целом.
Сходная ситуации наблюдается и для кластера периферических водных масс.
Зимой станция 2, расположенная в тёплой части водоема, наиболее удалена на дендрограмме от остальных станций.
Более наглядно процесс термических миграций иллюстрирует изменение индекса видового разнообразия в течение года (табл. 2).
Таблица 2. Значения индекса Шеннона (среднего за период наблюдений) для различных точек лова.
Сезон Точки лова зима весна Лето осень 1 2,179370 2,159149 1,939816 2, 2 2,796598 2,817652 2,725653 2, 3 2,317090 2,088593 2,012809 2, 4 2,235420 2,137835 2,458277 2, 5 2,642049 2,787573 2,900734 2, 6 2,347922 2,526229 2,490465 2, 7 2,273143 2,122918 2,105265 2, 8 2,491254 2,533693 2,630397 2, На рисунке 4. приведено изменение индекса Шеннона (среднего за период наблюдений) в течение года для реофильных сообществ (точки 1, 3, 4, 7).
Рисунок 4. Динамика значений индекса Шеннона для реофильных сообществ.
В точке 4 (поворот циркуляционного течения) наблюдается повышение биоразнообразия летом и в начале осени и снижение его зимой и в начале весны.
Объясняется это тем, что в теплое время года условия в точке 4 позволяют комфортно существовать теплолюбивым вида рыб. В холодное время года вода на этом участке не прогревается до приемлемых для этих видов значений, и теплолюбивые виды уходят в более теплые воды района водосброса, снижая индекс биоразнообразия в данной точке. Таким образом, летом точка 4 принадлежит к кластеру теплых вод, а зимой – холодных.
Аналогичную ситуацию можно наблюдать и для сообществ лимнофильных видов. На рисунке 5 приведено изменение индекса Шеннона (среднего за период наблюдений) в течение года для лимнофильных сообществ (точки 2, 5, 6, 8).
Наиболее значимые различия в показателях индекса Шеннона между теплым и холодным временем сбора материала наблюдаются в точке 5, принадлежность которой к кластеру теплых или холодных вод связна с временем года.
Рисунок 5. Динамика значений индекса Шеннона для лимнофильных сообществ.
В целом, можно отметить, что большая часть видов китайского равнинного комплекса, а так же мозамбикская тиляпия тяготеют к кластеру теплых вод, тогда как виды остальных комплексов достаточно широко встречаются по всему водоему.
Воздействие критических температур. Данные явления также можно рассматривать как один из специфических факторов, оказывающих значимое влияние на состав и пространственное распределение ихтиоценозов водоемов охладителей. При этом в них периодически проявляются не только критические высокие температуры воды, но и критически низкие.
Первый из этих видов воздействий достаточно хорошо описан в научной литературе и неоднократно наблюдался нами при проведении исследований на водоеме-охладителе Курской АЭС. При повышении температуры воды происходит значительное увеличение теплой зоны. При этом происходит угнетение видов, чей температурный оптимум лежит ниже новой температуры воды. В зоне, где температура достигнет экстремальных показателей, происходит массовая гибель водных организмов.
Известно, что подогрев воды до уровня 40оС является летальным практически для всех высокоорганизованных видов гидробионтов. Массовая гибель рыб начинается еще при 30оС. При этом воздействие температурного фактора в «чистом» виде, как правило, наблюдать не удается. Спровоцированное повышением температуры разложение отмирающей водной растительности и органических донных отложений сопровождается гипоксией. По этой причине в первую очередь наблюдается массовая гибель не стенотермных форм, а видов, наименее толерантных по отношению к ухудшению кислородного режима.
После таких явлений численность рыб и их разнообразие в подогреваемых частях водоема-охладителя резко снижаются. Одновременно отмечается увеличение количество термофилов в других частях акватории, в результате их миграции из зон с неблагоприятными условиями.
Критическое понижение температуры в водоемах-охладителях также может иметь катастрофические последствия. По сути критическим оно является только для теплолюбивых акклиматизантов. Но, поскольку их численность и роль в экосистеме водоемов-охладителей зачастую весьма значительны, они также должны рассматриваться как негативные явления. Такие события обычно происходят в результате совпадения во времени низких зимних температур воздуха и понижения мощности работы электростанции. Например, подобное явление наблюдалось автором на водоеме-охладителе Курской АЭС зимой 2009 г. В течение нескольких часов произошла гибель большей части тиляпии. В последующий период с целью избежания ухудшения санитарно-эпидемиологических условий водолазами было извлечено несколько десятков тонн рыбы. При этом значительная ее часть осталась в водоеме. В течение последующего года тиляпия встречалась крайне редко. Ее численность была восстановлена отчасти путем повторных зарыблений водоема охладителя.
Оценивая последствия критических понижений температуры следует также учитывать то, что практически все виды, гибнущие в такие периоды, являются биомелиораторами. Их жизнедеятельность способствует повышению безопасности работы АЭС и улучшению экологического состояния водоема-охладителя. При этом, если в отношении критического повышения температуры уже давно разработаны и действуют соответствующие природоохранные нормы, то в отношении критического понижения температуры подобные нормы отсутствуют.
Глава V. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИХТИОФАУНЫ ВОДОЕМА-ОХЛАДИТЕЛЯ КУРСКОЙ АЭС.
Анализ архивных и фондовых материалов, накопленных в предшествующие годы, и сравнение их с нашими материалами позволяет выделить в истории экосистемы водоема-охладителя несколько отдельных фаз, в каждой из которых ихтиофауна претерпевала определенные изменения (табл. 3).
Таблица 3. Процесс формирование ихтиофауны на различных фазах существования экосистемы водоема-охладителя Курской АЭС Фазы Состояние экосистемы водоема- Характеристика ихтиофауны охладителя и факторы ее формирования Фаза подготовки Первые сериальные стадии Видовой состав представлен водоема- сукцессионного развития водных видами аборигенной охладителя к сообществ, характерные для лимнофильной ихтиофауны, эксплуатации начального этапа экосистемы водных заселяющей водоем-охладитель (1971-1977 гг.) объектов водохранилищного типа. из источника его заполнения (р.
Образование отдельных островков Сейм). Видовое разнообразие высшей водной растительности. ихтиофауны минимально.
Фаза начала Изменения в составе и характере Обособление реофильного и эксплуатации пространственного распределения лимнофильного комплексов.
водоема- водных биоценозов, обусловленные Видовое разнообразие охладителя воздействием специфических постепенно увеличивается.
(пуск I очереди техногенных факторов Численность ряда видов, АЭС (циркуляционное течение и подогрев встречавшихся в массовом 1977-1978 гг). вод) после пуска I очереди АЭС, количестве на предшествующем происходящие на фоне бурных этапе, снижается.
сукцессионных процессов.
Возникновение массивных зарослей, состоящих из нескольких пионерных видов погруженной растительности.
Окончание таблицы 3.
Фаза первой Относительно стабильное состояние Состав ихтиофауны и характер стабилизации в экосистемы при постоянном уровне пространственной локализации период работы воздействия техногенных факторов. отдельных видов рыб не энергоблоков Темп сукцессионных процессов претерпевают каких-либо I очереди АЭС постепенно замедляется. принципиальных изменений.
(1979-1984 гг.) Формируется комплекс относительно стабильных биотопов.
Фаза Процессы вторичной сукцессии в Состав ихтиофауны скачкообразного обогреваемой части акватории и принципиально не изменяется, изменения обусловленные ими изменения в но отмечаются сдвиги в уровня составе водных сообществ, их пространственном техногенной пространственном распределении и распределении отдельных видов нагрузки структуре биотопов. рыб, связанные и техногенной (пуск II очереди трансформацией биотопической 1984-1986 гг). структуры водоема-охладителя.
Фаза второй Состав и характер распределение Состав ихтиофауны и характер стабилизации в водных сообществ пространственной локализации период работы стабилизировались в соответствии с отдельных видов рыб не энергоблоков новым уровнем техногенной претерпевают каких-либо I-II очередей нагрузки. принципиальных изменений.
(1986-1998 гг.) Фаза инвазии в Массовое развитие дрейссены, Повышение численности видов водоем- вызывающее изменения в составе рыб, в состав кормовой базы охладитель бентических сообществ и бурное которых входит дрейссена.
дрейссены и развитие погруженной вспышки растительности вследствие зарастания интенсивного эвтрофирования высшей водной водоема-охладителя.
растительностью (1998-2000 гг.) Фаза Трансформация состава структуры Формирование комплекса биомелиорации водной экосистемы под термофилов, снижение водоема- воздействием целенаправленного численности видов, с которыми охладителя вселения в водоем-охладитель рыб- вселенцы вступают в (2000-2008 гг.) биомелиораторов для улучшения его конкурентные отношения.
технико-эксплуатационных параметров и повышения рыбохозяйственного потенциала.
Состав ихтиофауны остается Фаза третьей Относительная стабилизация состава неизменным. Разделение на стабилизации и распределения водных сообществ тепловодные и холодноводные (2008-2010 гг.) сообщества становится более четким, миграции рыб, вызванные изменением температуры, – более заметными.
На первоначальном этапе (1971-1977 гг.) состав ихтиофауны водоема охладителя ограничивался видами, обитавшими в реке Сейм, из которой происходило его наполнение. На этом этапе наиболее существенную роль сыграл фактор гидрологического режима водоема – из состава сообщества выпадают реофильные виды. В период наших наблюдений аналогичный ихтиоценоз сформировался в водоеме-охладителе III очереди.
После пуска I очереди АЭС в 1977 году гидрология водоема продолжает оказывать определяющее влияние на состав ихтиоценоза. Благодаря появлению циркуляционного течения, в водоеме появляются две основных водных массы. В водной массе циркуляционного течения частично восстанавливается реофильная фауна. Лимнофильная ихтиофауна продолжает развитие в периферической водной массе. В это же время на экосистему водоема начинает оказывать влияние температурный фактор, вслед за ним изменяется гидрохимический режим.
Начинается формирование сообществ теплых и холодных вод. С изменением температуры в разных частях водоема меняются и границы распространения этих сообществ.
Увеличение уровня техногенного воздействия, связанного с повышением мощности АЭС, после пуска новых агрегатов (II очереди) 1984-1986гг., не оказало на ихтиофауну заметного воздействия, аналогичного тому, которое было отмечено в этот период у других групп водной биоты (фито-, зоопланктона, высшей водной растительности и зообентоса). Наблюдалось только смещение пространственных границ комплексов при возникновении экстремальных температурных условий, которое в последующем быстро восстанавливалось. Это объясняется способностью рыб к активному движению, их миграцией на участки акватории с наиболее благоприятными условиями.
Заметные изменения в составе ихтиоценоза наблюдались в результате интродукции различных видов рыб. В связи с тем, что большинство вселенцев оказались более теплолюбивыми, чем виды аборигенной ихтиофауны, разделение на тепловодные и холодноводные сообщества стало более четким, а миграции рыб, вызванные изменением температуры, – более заметными.
Сазан Белый амур Кг Черный амур Толстолобики Год Рисунок 6. Зарыбление I-II очереди водоема-охладителя Курской АЭС в 1998-2010гг.
На каждом этапе формирования ихтиофауны ее качественный и количественный состав, а также характер пространственного распределения и сезонная динамика формирующих ее видов определяется комплексом факторов, как техногенного, так природного характера.
Резюмируя сказанное, можно заключить, что развитие ихтиофауны в водоеме охладителе представляет собой длительный многоступенчатый процесс, в котором периоды относительной стабилизации чередуются с периодами скоротечных биотических изменений, обусловленным изменением характера и уровня антропогенного воздействия. Сравнение полученных данных с опубликованными материалами аналогичных исследований, проведенных на других водоемах охладителях, позволяет сделать вывод о том, что рассмотренная выше схема поэтапного формирования ихтиофауны в целом характерна для всей категории водных объектов данного и типа и может быть использована для разработки прогнозов.
Многообразие условий обитания создает благоприятные условия для развития биоразнообразия ихтиоценоза. Согласно полученным результатам ихтиофауна водоема-охладителя I-II очереди Курской АЭС на современном этапе составляют вида рыб, относящихся к 9 семействам и 4 отрядам (лососеобразные, карпообразные, окунеобразные, скорпенообразные). Наиболее широко представлен отряд карпообразных.
Из 33 видов, населяющих водоем, 12 относятся к бореальному равнинному комплексу, 7 к понтическому пресноводному 5 к древнему верхнетретичному, китайскому равнинному, 2 к бореальному предгорному и 1 представитель африканской фауны.
Благодаря сложившейся структуре водных масс, в ихтиофауне рассматриваемого водоема можно выделить две крупные экологические группировки – сообщество лимнофильных видов и сообщество реофильных видов рыб.
Изменение температуры в каждой водной массе приводит к перераспределению рыб в пространстве. Как правило, это связано с сезонными изменениями температуры воздуха.
В случае повышения температуры происходит угнетение холодноводных видов. При достижении температурой критически высоких значений (свыше 30оС) наблюдается массовая гибель рыб. Так как повышение температуры сопровождается ухудшение кислородного режима, оксифильные виды страдают одними из первых.
Одновременно отмечается увеличение количество термофилов в других частях акватории, в результате их миграции из зон с неблагоприятными условиями.
Критическое понижение температуры в водоемах-охладителях также имеет катастрофические последствия. Оценивая последствия таких понижений температуры следует учитывать то, что практически все виды, гибнущие в эти периоды, являются биомелиораторами, способствующими повышению безопасности работы АЭС и улучшению экологического состояния водоема-охладителя.
ВЫВОДЫ 1. Развитие ихтиофауны в водоеме-охладителе Курской АЭС представляет собой длительный многоступенчатый процесс, в котором периоды относительной стабилизации чередуются с периодами скоротечных биотических изменений, обусловленным изменением характера и уровня антропогенного воздействия.
2. На каждом этапе формирования ихтиофауны ее качественный и количественный состав, а также характер пространственного распределения и сезонная динамика формирующих ее видов определяется комплексом факторов, как техногенного, так и природного характера.
3. Несмотря на высокий уровень антропогенной нагрузки, ихтиоценоз водоема-охладителя Курской АЭС, характеризуется высоким уровнем биоразнообразия. На современном этапе в составе его ихтиофауны отмечено вида.
4. Существенные различия между основными водными массами и постоянство гидрологической структуры водоема-охладителя обусловливают устойчивое существование в водоеме-охладителе двух экологических группировок ихтиофауны:
лимнофильных и реофильных видов.
5. Подогрев воды и повышенный уровень биопродукционных процессов создают предпосылки для акклиматизации в водоемах-охладителях рыб мелиораторов, жизнедеятельность которых повышает безопасность работы АЭС. В ихтиофауне водоема-охладителя Курской АЭС рыбы-мелиораторы составляют 12 %.
6. Массовая гибель рыб в водоеме-охладителе может быть вызвана не только экстремальным повышением температуры, но и понижением температуры до естественного уровня.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Коткин К.С. Оптимизация экологических исследований при 1.
проектировании и эксплуатации энергетических объектов // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Пятнадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. В 3-х томах. Том 2.
Издательский дом МЭИ, 2009. С. 219-220.
Коткин К.С., Фомин Д.В. Эколого-мелиоративный эффект работы систем 2.
технического водоснабжения на примере реабилитации экосистемы после массовой гибели тиляпии на водоеме-охладителе Курской АЭС // Актуальные проблемы естественных наук: Материалы международной заочной научно-практической конференции, 28-29 января 2009 г. / Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2009. С.
167-171.
Коткин К.С. Основные факторы формирования ихтиофауны природно 3.
техногенных и техногенных водоемов // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 2012.- № 3. С.53-57.
Коткин К.С. Основные этапы формирования ихтиофауны водоемов 4.
охладителей (на примере водоема-охладителя Курской АЭС) // Материалы V Международной научно-практическая конференция современной «Проблемы биологии» 20 июля 2012 г. / Москва: Изд-во «Спутник +», 2012. C. 5-7.
Коткин К.С., Суздалева А. Л. Влияние системы технического 5.
водоснабжения на формирование ихтиофауны водоемов-охладителей //Естественные и технические науки №4, М.: 2012. C. 112-114.
Коткин К.С. Воздействие критических температур на ихтиофауну 6.
водоемов-охладителей ТЭС и АЭС //I Всероссийская молодежная научная Интернет конференция науки "Грани 2012". URL:
http://grani.kznscience.ru/participants/sekciya3/KotkinKS/ (дата обращения 06.06.12) Коткин К. С. Основные этапы развития ихтиоценозов водоемов 7.
охладителей //Естественные и технические науки №4, М.: 2012. C. 115-116.
Коткин Кирилл Сергеевич Россия Формирование ихтиофауны водоемов-охладителей АЭС В диссертации представлены результаты исследования процессов формирования ихтиофауны водоемов-охладителей атомных станций. На основе учета особенностей структуры водных масс водоемов-охладителей, выявлены закономерности в распределении ихтиоценозов и фенологии основных групп ихтиофауны. Исследован комплекс природных и техногенных факторов, определяющих условия среды обитания рыб на отдельных этапах существования водоема-охладителя. Описан процесс многолетнего формирования ихтиофауны водоема-охладителя АЭС. Выявлены общие закономерности развития ихтиоценоза, характерные для данной категории природно-техногенных водных объектов.
Kotkin Kirill Sergeevich Russia The Fish Fauna Formation of NPP Cooling Reservoirs The results of investigation of fish populations formation processes in nuclear power plant water-cooler reservoirs are presented in the dissertation. Considering to the structural features of water masses cooling ponds, the distribution of an ichthyocenosis and phenology of ichthyofauna major groups dependencies have been identified. A complex of natural and technogenic factors, which determining conditions of a fish habitat in some stages of cooling reservoirs development stages, were studied. The long-term process of a NPP cooling reservoirs ichtiofauna formation were described. The general dependencies of an ichthyocenosis development typical to this category of natural-technogenic water objects were discovered.