Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экспериментальные и теоретические основы регулирования биопродукционных процессов в разнотипных водоемах дельты Волги

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, доктора биологических наук, Сокольский, Аркадий Федорович, Москва

" ■ / ^ \ р"..... ; :. г

КАСПИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ й РЫБНОГО ХОЗЯЙСТВА

(КаспНИРХ)

На правах рукописи

СОКОЛЬСКИЙ АРКАДИШРЕДОРОВИЧ

Ъ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ БИОПРОДУКЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В РАЗНОТИПНЫХ ВОДОЕМАХ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ

11.00Л1. - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов (но биологическим наукам)

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических н^ук/с, //-

' 3 ¿у>¥ - ■¿^■■'уУ^/'/Т

Москва - 1999

Работа выполнена в Каспийском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства (КаспНИРХ)

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук,

профессор Л.А.Кудерский

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕ!"ПчАЯ Доктор биологических наук,

БИБЛИОТЕКА профессор А.П.Садчиков

/пп-ч О/} Ф

С) 1 л г.■ууГ^ " Доктор медицинских наук,

} ' " В.В.Худолей

Л

к;

Ведущая организация: Астраханский государственный

технический университет

Защита состоится 15 апреля 1999 г. в 1530 на заседании специализированного совета Д.053.05.91 при Московском Государственном университете им. М.В.Ломоносова по я !р99, г. Москва, Воробьевы горы, МГУ им. М.В.Ломоно<" ский факультет, ауд. 389.

С диссертацией в виде науч1 ся в биб-

лиотеке факультета МГУ иг.

Диссертация в форме научно! 99 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

Н.В.Карташвва

Волго-Каспийский бассейн исторически является житницей России, поставляя в отдельные периоды развития страны до 80% добываемой ею рыбы. Северный Каспий и дельта Волги - район уязвимый в экологическом отношении. Это обусловлено, с одной стороны, высокой антропогенной активностью в бассейне моря, с другой - неустойчивостью гидрологического режима реки, моря и происходящих в них биопродукционных процессов.

В настоящее время сток реки Волги практически полностью зарегулирован Волго-Камским каскадом водохранилищ. В бассейне реки Волги проживает более четверти населения России и производится свыше 20% промышленной, продукции.

Природные ресурсы бассейна Волги и Каспийского моря активно осваиваются человеком. Основные отрасли - сельское хозяйство, вылов и обработка рыбы, судостроение и водный транспорт в 60-80-е годы получили бурное развитие. Впервые крупное вмешательство человека в экосистему Нижней Волги было осуществлено в 1958 году, когда закончилось строительство Волгоградского гидроузла. В этот период в качестве компенсационных мероприятий на базе Западных подстепных ильменей было построено более 3-х тысяч гектаров нагульных карповых прудов. Здесь же для обеспечения рыбоводных хозяйств посадочным материалом было введено в эксплуатацию 3 рыбопитомника с общей площадью выростных прудов около 1000 гектаров.

Одновременно здесь работали 3 осетровых рыбоводных завода и одно нерестово-выростное хозяйство, в задачу которых входило получение и выпуск молоди частиковых и осетровых видов рыб, предназначенных для зарыбления Каспийского моря.

Таким образом, к началу 70-х годов в дельте Волги была сформирована мощная отрасль аквакультуры. Становление и развитие этой отрасли потребовало решения проблемы повышения продуктивности искусственных водоемов различных категорий с целью достижения максимальной рыбопродуктивности.

В конце 70-х годов в связи с маловодностью Волги и необходимостью стабильной подачи воды для целей сельскохозяйственного производства в зоне Западных подстепных ильменей (местное название озер в дельте Волги) >0 завершено строительство семи водных трактов. Тракты представляют ч цепочки озер, соединенные копанными каналами, подача воды в з[С осуществляется принудительно с помощью насосных станций. В гате, массив озер в 40 тысяч гектаров оказался отрезанным от реки что, в свою очередь, исключило свободный заход воды и рыбы в эти

[Ы.

Однако, наибольший вред озерному фонду дельты Волги нанесло

сельское хозяйство, когда к середине 80-х годов выращивание овощно-бахчевой продукции в этой зоне достигло 1 млн. тонн. Интенсивное использование минеральных удобрений и при поливе сельскохозяйственных культур их смыв в водоемы привел к резкой эвтрофикации ильменей, сделав непригодной воду даже для использования сельскохозяйственными животными.

Вышеуказанные антропогенные воздействия на экологию естественных озер привели к тому, что вылов рыбы в этой зоне по сравнению с незарегулированным периодом уменьшился почти в 10 раз и за редким исключением не превышает 200 тонн.

Таким образом, возникла новая проблема, связанная с разработкой приемов и методов восстановления биопродуктивности деградировавших озер с целью получения дополнительной пищевой продукции.

После зарегулирования русла Волги экологическая ситуация в ее дельте значительно ухудшилась. Объем стока реки по сравнению с незарегулируемым периодом уменьшился в 15 раз. Только в Астраханской области в открытые водоемы сбрасывается 112 млн. м3 сточных вод, из которых загрязненньгх - 89 млн.м3 и совсем не очищенных- 1,4 млн.м3.

Указанные выше причины привели к катастрофическому уменьшению запасов наиболее ценных в пищевом отношении объектов добычи: сельди - в 30, белорыбицы - в 70, воблы - в 6, миноги - в 242, белуги - в 10, осетра и севрюги — в 6 раз. Практически выпал из уловов шип, а вылов стерляди уменьшился в 20 раз по сравнению с аналогичным периодом стояния уровня Каспия, наблюдавшимся в 1911 г. (Сокольский, 1992; 1996).

Образование на Каспии пяти суверенных государств вывел на межгосударственный уровень вопросы охраны биоресурсов моря, среди которых осетровые занимают важнейшее место.

Одним из путей реального сохранения генофонда осетровых в России является необходимость форсированного развития товарного осетроводства. На первом этапе становления этой отрасли в дельте Волги наиболее перспективным будет их пастбищное выращивание с задействованием существующих выростных и нагульных карповых прудов (ПТРХ) и озерных товарных рыбоводных хозяйств (ОТРХ). По нашим расчетам, развертывание этого направления может дать в ближайшей перспективе до 500 т товарного мяса осетровых (Сокольский и др, 1996).

Экологические условия водоемов аридной зоны, к которой относится и регион Прикаспия, соответствуют особенностям биологии единственного вида осетрообразных - веслоноса, питающегося планктоном. Поэтому мы считаем, что акклиматизация этого вида весьма перспективна не только в озера дельты Волги, но и в Северный Каспий.

Таким образом, оформилась проблема, связанная с разработкой биотехнических приемов сохранения генофонда осетровых, через многообразие водоемов их содержания.

Наблюдающаяся в настоящее время угрожающая экологическая ситуация в Волго-Каспийском бассейне предопределила необходимость решения проблемы защиты живой природы и сохранения биоразнообразия, а также интенсификации природопользования биоресурсов водоема.

Цель и задачи работы. Основной целью настоящей работы является разработка способов компенсации ущерба, нанесенного рыбному хозяйству в результате неблагоприятного антропогенного воздействия на внутренние водоемы России, на основе обобщения многолетних данных по микробиологии и гидробиологии всех типов рыбохозяйственных водоемов Нижней Волги.

Достижение поставленной цели реализуется через последовательное решение нескольких взаимосвязанных задач:

1. Оценить трофический статус разнотипных рыбохозяйственных

водоемов по микробиологическим и гидробиологическим показателям.

2. Определить экологическое состояние и продуктивность ильменей

дельты Волги и на этой основе разработать мероприятия по их рациональному использованию.

3. Дать оценку влияния рыбохозяйственной деятельности на

экологическое состояние водоемов и обосновать мероприятия по их охране.

4.Разработать принципы управления продуктивностью разнотипных водоемов дельты Волги на основе методов, способов и подходов, направленных на их решение.

5. Разработать научные основы разведения ценных пород рыб и

нерыбных объектов применительно к особенностям экологии внутренних водоемов дельты Волги с целью сохранения важнейших биологических ресурсов Волго-Каспийского района.

Научная новизна и теоретическая значгшость. Впервые дана оценка первичной продукции и деструкционных процессов для Волго-Каспийского региона в целом.

Впервые определена биологическая продуктивность разнотипных рыбохозяйственных водоемов дельты Волги. Изучены механизмы воздействия минеральных, органических удобрений и их комплексов, а также микроэлементов на продуктивность прудов. Описаны и расшифрованы микробиологические механизмы круговорота азота, фосфора и углерода в

указанных водоемах.

Разработанные новые приемы биотехнологии разведения на базе ильменей карповых и осетровых видов рыб, а также беспозвоночных (раков) позволяют сохранить биоразнообразие и интенсифицировать природопользование биоресурсов в изученных водоемах.

Практическая значимость. На основе изучения биологической продуктивности биоценозов ильменей, выростных и нагульных карповых прудов разработана биотехнология выращивания карпа и растительноядных рыб в ильменях.

Апробированы и внедрены в производство методы выращивания водных беспозвоночных (раки). Предложена технология товарного выращивания белуги и веслоноса в неспециализированных водоемах (карповые пруды, ильмени).

Создана в дельте Волги новая отрасль рыбного хозяйства - озерное товарное рыбоводство.

Предложены и внедрены в производство более совершенные технологии применения азотно-фосфорных, органических удобрений и микроэлементов, резко повышающих продуктивность прудов.

Фактический материал. В работе подведены итоги исследований за период с 1970 по 1997гг., продолжающихся в настоящее время, предусмотренных планом комплексных работ Каспийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства в области экологического обеспечения развития аквакультуры как важного направления рыбной отрасли.

Фактической основой докторской диссертации послужили многолетние данные, полученные, проанализированные, обобщенные и опубликованные автором самостоятельно или в соавторстве с сотрудниками лаборатории "Регулирования биоресурсов Волги и Каспийского моря", а также его учениками и аспирантами.

Представленный материал диссертации опубликован в двух монографиях, шести инструкциях и более чем в 100 печатных и рукописных работах, а также шести кандидатских диссертациях моих учеников и коллег.

Раздел 1. Типология западных подстепных ильменей.

Южнее Волгограда от Волги отходит рукав - река Ахтуба, которая течет около 500 км почти параллельно Волге, то удаляясь от нее до 30 км, то приближаясь к ней до 7 км. Волга и Ахтуба образуют обширную пойму со множеством озер, протоков, ериков и рукавов. Скорость течения в Волге в меженное время невелика (0,3 - 0,5 м/с). Ахтуба многоводна только в период

весеннего половодья, а летом на перекатах сильно мелеет. Южной границей поймы считают р.Бузан. В этом месте пойма резко расширяется и переходит в дельту (рис. 1). Дельта подразделяется на надводную и подводную. Площадь первой - 18949 км2, второй - 5343 км2.

Основные исследования осуществлялись в зоне Западных подстепных ильменей, являющихся составной частью дельты Волги. Из общей площади дельты 24292 км2 Западные подстепные ильмени занимают более 5,9 тыс.км2. Е.Ф. Белевич (1963) выделяет этот район как самостоятельную часть дельтовой области реки Волги.

Несмотря на близость Каспийского моря и обильное волжское половодье, весь этот район в климатическом отношении близок к полупустыням. Климат здесь весьма континентальный. Обычно наблюдается резкий недостаток атмосферных осадков. В среднем за год их выпадает от 133,2 до 233,9 мм (Аполлов, 1956). Началом зимы здесь считается примерно середина декабря, когда наступают устойчивые морозы. В конце февраля -начале марта начинается весна, а во второй половине апреля кончаются заморозки и начинается лето. Лето продолжительное, жаркое и сухое. Средняя температура воздуха в июле - от 24 до 27°С, а максимальная - до +40°С. Температура воды в июле-августе в ильменях держится на уровне +25-27°С, достигая в отдельные дни 30°С. До конца сентября температура воды в озерах не опускается ниже +20°С.

Испарение в районе ильменей превышает количество выпадающих осадков почти в 10 раз (Сокольский, 1995), и поэтому многие ильмени, расположенные на границе с Калмыкией, к осени пересыхают.

Район Западных подстепных ильменей, как и всего Каспийского моря и дельты Волги, представляет собой часть Прикаспийской бессточной котловины (Доскач, 1979), образование которой относят к третичному периоду. Уровень Каспия подвергался многократным значительным колебаниям в результате трансгрессий. Самой большой в четвертичном периоде была хвалынская трансгрессия, в результате которой в межбугровых понижениях и образовались многочисленные озера, носящих местное название ильмени. Важной особенностью ильменей является их строгая ориентация с востока на запад. Цепочки ильменей уходят далеко (свыше 100 км) от основного русла Волги и там примыкают к полупустынной степи Калмыкии.

Некоторые исследователи разделяют район Западных подстепных ильменей на две части- западную, или степную, и восточную, или прирусловую (Брюшков, 1951).

Неоднократно делались попытки классифицировать Западные подстепные ильмени. Так, Н.Л.Чугунов (1923) все ильмени делит по степени

Условные обозначения

I - Волгоградское водохранилище

II - «Чистая зона»

III - Астраханский промышленный комплекс

IV — Астраханский газоконденсатный комплекс

V - морской край авандельты

VI — западная часть Северного Каспия

VII - центральная часть Северного Каспия

VIII - восточная частьСеверного Каспия

IX - Западные подстепные ильмени

X - Восточные подстепные ильмени

• - места отбора проб

ii

iii

•О '

. iv

-л*

V • 12

v ' ..5

vii

.176

Рис. 1. Схема расположения зон наблюдений в Волго-Каспийском районе.

проточности на две группы. И.И.Плюснин (1958) выделяет7 групп ильменей, разделяя их по степени обводняемости речными водами. В.И.Мейснер (цитируется по Плюснину (1958)), классифицирует ильмени по генетическому признаку и выделяет три группы.

Позднее (Сокольский и др., 1990) была предложена собственная классификация ильменей, по которой все они были разбиты на 3 большие группы:

1. Постоянные, то есть никогда не пересыхающие, глубокие ильмени (площадь таких водоемов в настоящее время более 140 тыс. гектаров);

2. Постоянные непересыхающие мелководные (общая площадь

50-75 тыс.га);

3. Пересыхающие в меженное время (площадь 200-300 тыс. га

- западная оконечность ильменей).

Данная классификация, не будучи детализированной, позволяла описать большие группы водоемов, существующие в настоящий период, на основе главных показателей их гидролого - гидрохимического режима.

Впоследствии появилась детальная классификация водоемов Волго-Каспийского района предложенная Ю.С. Чуйковым и др.(1994), в которой приводится и типология ильменей. По предложенной авторами классификации все разнообразие водоемов зоны Западных подстепных ильменей объеденено в 9 больших типов. С учетом сделанных нами дополнений типология Западных подстепных ильменей в методологическом понимании указанных выше авторов представлена в табл. 1.

Рассматривая типологию водоемов, представленную выше, следует отметить, что не все из представленных типов ильменей имеют рыбохозяйственное значение. Наибольшую ценность представляют, безусловно, мелиорированные или искусственные водоемы, которые дают свыше 90% вылавливаемой в этом районе рыбы. Практически не имеют рыбохозяйственного значения все другие представленные в классификации типы озер, за исключением пресноводных глубоководных ильменей -водохранилищ и водотоков, входящих в состав водных трактов.

В связи с важным рыбохозяйственных значением искусственных водоемов, расположенных в зоне Западных подстепных ильменей, следует дать их классификацию (табл.2).

Настоящая классификация выделяет ильмени по виду и возрасту выращиваемых в них рыб. Все представленные выше типы окультуренных ильменей различаются по площади и, в некоторой степени, по глубинам. Общим для всех этих водоемов является почти полное отсутствие высших водных растений, что предусмотрено технологией выращивания рыб.

Таблица 1

Типология Западных подстепных ильменей дельты Волги

Зональные территориальные единицы Основные типы водоемов Типы водоемов

Постоянные или переодически пересыхающие озера в межбугровых понижениях и питающие их протоки Пресные или солоноватые ильмени 1. Пресные или слабосоленые глубоководные ильмени с прибрежными тросниково-рогозовыми зарослями (изучено 18 водоемов)

2. Пресные или слабосоленые ильмени с плавневыми тросниково-рогозовыми зарослями {изучено 20 во�