Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оценка двухфакторного антропогенного воздействия на экосистемы водоемов-охладителей электростанций

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

Автореферат диссертации по теме "Оценка двухфакторного антропогенного воздействия на экосистемы водоемов-охладителей электростанций"

РГ8 ОД

На правах рукописи

ДОМПАЛЬМ Екатерина Игоревна

ОЦЕНКА ДВУХФАКТОРНОГО АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЭКОСИСТЕМЫ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Специальность:

11-. 00.51 - "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"

03.00.16 - "Экология"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Горном институте им. Г. В. Плеханова (Техническом университете)

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Иванов Борис Алексеевич кандидат биологических наук, с.н.с. Шуйский Владимир Феликсович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Парахонский Э. В.

доктор биологических наук Слепухина Т.Д.

Ведущая организация - . Государственный научно-исследовательский институт охраны природы Арктики и Севера (ГосНИИОПАС).

Защита диссертации состоится ¿¿"¿¿^¿^ 5995 г в часов

на ; заседании диссертационного совета Д.063.15.11 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова по адресу: 199026, г. С.-Петербург, В. 0., 21 линия, д. 2, зал N 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Горного института им. Г.В.Плеханова

Автореферат разослан — 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.063.15. И к.т.н., доц. А.Н.Маковский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с интенсивным развитием энергетики термофикация континентальных водоемов становится все более глобальным явлением. Наиболее сильное тепловое воздействие испытывают экосистемы водоемов-охладителей (ВО) ТЭС и АЭС.Для них термофикация яляется одним из наиболее влиятельных факторов, усиливающим и действие других антропогенных факторов. В особенности это относится к ВО, которые используются для садкового выращивания рыбы и поэтому интенсивно загрязняются аллохтонными органическими веществами (неиспользованные корма и мета-'болиты рыб, поступающие с садковых линий). Известно, что взаимодействие термофикации и органического загрязнения существенно осложняет и усиливает результирующие антропогенные изменения биоты. Однако закономерности совместного влияния этих факторов на экосистемы почти не исследованы. Соответственно, отсутствует и научная основа для регламентации и регуляции результирующего антропогенного воздействия на указанные водоемы. Это .обусловливает необходимость количественного изучения совместного влияния термофикации и органического загрязнения на биоту ВО, создания естественной классификации этого двухфакторного воздействия и разработки подхода к его нормированию и регуляции. Для этого наиболее целесообразно использовать в качестве биоиндикатора антропогенного воздействия макрозообентос, - как сообщество гидробионтов, наиболее стабильное в пространстве и времени.

Актуальность работы определяется также необходимостью разработки метода количественной оценки, нормирования и регуляции теплового воздействия на любые гидроэкосистемы, в том числе и связанного с деятельностью горнодобывающих предприятий.

Цель работы:

Изучить влияние термофикации и органического загрязнения на макрозообентоценозы и выбрать критерии их состояния, позволяющие оценивать и регулировать двухфакторное воздействие на гидроэкосистему ВО.

Данные цели определили следующие задачи исследования:

1. На примере ВО Рязанской ГРЭС выяснить степень антропогенной нагрузки на экосистему реки выше ГРЭС по течению и оценить возможность интерпретации этих условий как "естественных" по сравнению с условиями ВО.

2. Выделить оптимальные показатели локального теплового режима и органического загрязнения, адекватно оценивающие условия существования бентоса.

3. Изучить закономерности теплового воздействия на структуру и функционирование макрозообентоса при отсутствии органического загрязнения.

4. Разработать способ количественной оценки результирующего двух-факторного лимитирования макрозообентоса ВО, используемых для садкового выращивания рыбы, с учетом синергизма теплового воздействия и органического загрязнения.

5. Изучить закономерности совместного влияния термофикации и органического загрязнения на макрозообентос ВО.

6. Выяснить закономерности результирующего влияния термофикации и органического загрязнения на распределение моллюска Dreissena poly-morpha Pall.. который доминирует в бентосе многих ВО.

7. Разработать естественную классификацию двухфакторного антропогенного воздействия на макрозообентоценозы ВО, используемых для садкового выращивания рыбы.

8. Обосновать и разработать подход к нормированию и регуляции антропогенного воздействия на экосистемы ВО по состоянию макрозообентоса.

9. Предложить .конкретные меры по практической регуляции антропогенного воздействия на экосистемы ВО.

Методы исследования.

1. Влияние термофикации и органического загрязнения на макрозообентос изучалось на примере ВО Рязанской ГРЭС (Пронского водохранилища) . Обработаны и проанализированы данные литературы (_ источников),' фондовые материалы ГосНИОРХ (1990-1991 гг., данные о динамике гидрохимических и гидобиологических показателей на 48 гидробиологических станциях; проб макрозообентоса 612, из них 532 - количественные) и оригинальные результаты гидрохимического обследования 10-километрового участка р.Проня (выше ВО по течению) в 1994 г. на 10 равноудаленных створах.

2. Лабораторные гидрохимические анализы велись по стандартным методикам (Алекин, 1970; Руководство..., 1974; Алекин, Семенов, Скопин-цев, 1973; Лурье, 1984; Никаноров. Посохов, 1985; Циканоров, 1989; стандартные методики системы Росгидромета) в лаборатории охраны недр и окружающей среды кафедры инженерной экологии и металпургии тяжелых металлов СПГИ им.Г.В.Плеханова (Технический университет).

3. Статистическая обработка и математический .анализ материалов велись стандартными методами (пакеты STATGRAPHICS, SURFER, MS-Excel 5.0) и по оригинальным программам И.И. Ебдокимова и Д. п. . Чукреева.

Для количественного выражения степени лимитирования донной фауны тер-мофикацией и органическим загрязнением был адаптирован метод оценки многофакторного воздействия на бентос (Шуйский и др.. 1994, 1995). Задача по определению показателей синергичности для указанных факторов определялись методами Ньютона и Градиентного спуска.

Научная новизна работы.

1. Выявлены и количественно описаны закономерности совместного влияния териофикации и органического загрязнения на макрозообентос ВО.

2. Предложен метод количественной оценки результирующего воздействия на макрозообентос термофикации и органического загрязнения с учетом синергизма факторов. Выделены критерии оценки отклика бентоса на двухфакторное воздействие и дана его естественная классификация.

Практическое значение.

1. На основании установленных закономерностей и предлагаемой классификации количественно выражены условия недопущения катастрофических структурно-функциональных изменений бентоса. Исходя из этих условий, дан подход к нормированию и регуляции дзухфакторного воздействия на ВО по состоянию макрозообентоса.

2. Результаты работы использованы при обосновании проектов нормирования и регуляции антропогенной нагрузки на ВО (в ГосНИОРХ: госзаказ, N госрегистрации 01870025870; заказ Рязанского производственного объединения рыбной промышленности; и др.), а также на экосистемы других водоемов, испытывающих мнсгофакторную антропогенную нагрузку (в ИЭФиБ им. И.М.Сеченова РАН: проект РФФИ N 94-04-13510). Полученные результаты могут таюке применяться для количественной оценки, нормирования и регуляции теплового воздействия на гидроэкосистемы, связанного с деятельностью горнодобывающих предприятий.

Положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование и использование понятий "фоновых условий" и "фонового состояния макрозообентоса" ВО руслового типа.

2. Закономерности теплового воздействия на макрозообентос ВО вне действия органического загрязнения от садков

3. Закономерности и классификация совместного воздействия термофикации и органического загрязнение на макрозообентос ВО, используемых для садкового выращивания рыбы. Обоснование подхода к нормированию и регуляции антропогенного в'оздействия на экосистемы ВО по состоянию

макрозообентоса.

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на научно-практической конференции "Критерии экологической безопасности" (Санкт-Петербург. 1994); на совещании "Факторы таксономического и биохорологического разнообразия" (Санкт-Петербург, 1995); на Международной конференции "Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера" (Петрозаводск, 1995); .на семинарах лаборатории гидробиологии ГосНИОРХ и лаборатории математического моделирования эволюции Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН; на II Международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд". (Санкт-Петербург, 1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, приложения и списка цитируемой литературы, включающего 302 источника (из них 93 иностранных авторов).

Основное содержание работы.

Аналитический обзор тематической литературы показал, что данные о воздействии как термофикации. так и органического загрязнения на макрозообентос ВО весьма противоречивы (для многих показателей указываются даже противонаправленные тенденции). Количественные аспекты совместного действия термофикации и органического загрязнения на бентос неизвестны. В значительной степени это связано с использованием неадекватных показателей термофикации, а также с отсутствием способа оценки двухфакторного воздействия на бентос и естественной классификации такого воздействия. Выяснилось, что нормирование значений функций отклика {основных структурно-функциональных характеристик бентоса) и аргументов (указанные лимитирующие факторы) при анализе данных литературы часто устраняет их мнимую противоречивость и проявляет общие закономерности реакции бентоса на термофикацию.

Так установлено, что стимуляция бентоса (по основным характеристикам) происходит при среднесезонном значении фоновой температуры воды. не превышающей определенного, значения, которое закономерно увеличивается от северных широт к южным (от»16 до 24°С, пля водоемов умеренной зоны - 18-22°С). При больших значениях среднесезонной' фоновой температуры термофикация, наоборот, лимитирует бентос в прямой зависимости от подогрева.•Максимальное значение температуры воды, превышение .которого лимитирует макрозообентоценозы. изменяется, соответственно.

от 26.5 до 30°С (в том числе и для водоемов умеренной зоны). Показана необходимость разработки естественной классификации совместного воздействия термофикации и органического загрязнения на макрозообентос ВО.

Дается краткая характеристика ВО Рязанской ГРЭС, подтверждающая репрезентативность этого водоема, как типичного ВО руслового типа умеренной зоны. Среднегодовая температура воды - 8.6-15.1°С, в сбросных каналах температура выше фоновой на 5.1-12.3°С.. в среднем за год - на 8.5°С, летом достигая 36°С. Содержание органического вещества в единице абс.сух. массы грунта (ХПК, кал/г) варьирует от 30 кал/г (в песчаной рипали) до 210 кал/г (у садков и, центростремительно, в циркуляци-ях течений). Таким образом, результаты настоящей работы можно экстраполировать на водоемы указанного типа.

Обоснование и использование понятий "фоновых условий" и "фонового состояния макрозообентоса" водоема-охладителя руслового типа.

Традиционно при изучении ВО условия какого-либо эталонного участка реки, расположенного выше по течению, принято расценивать как "естественные". В соответствии с этим, по результатам сравнения состояния биотн в самом ВО и в "естественных" условиях на эталонном участке судят о степени антропогенной нагрузки, испытываемой экосистемой ВО. Однако, наши исследования показали, что вода р.Проня, питающая ВО Рязанской ГРЭС, по различным гидрохимическим показателям характеризуется как "грязная", на отдельных створах - как "очень грязная". Концентрации целого ряда поллютантов (нефтяных и полиароматических углеводородов, тяжелых металлов, хлорорганических соединений) достигают и превышают ПДК, установленные для водоемов рыбохозяйственного назначения. Согласно литературным сведениям, подобная ситуация характерна для многих ВО руслового типа, т. к. на их водосборные территории, помимо воздействия ГРЭС, приходится большая антропогенная нагрузка. Это не позволяет оценивать условия на эталонных участках рек, расположенных выше охладителей, как "естественные:'. Соответственно, отличия состояния би-оты в ВО и на эталонных участках на самом деле могут характеризовать не всю антропогенную нагрузку, но лишь действие факторов, связанных с функционированием электростанций и садковых линий:При этом выяснилось, что адекватность оценки действия указанных факторов на бентос существенно зависит от правильного выбора методов исследования.

Установлено, что для корректного количественного изучения лимитирования бентоса термофикацией и органическим загрязнением от садков

необходимо, во-первых, тщательно выбрать соответствующие эталонные участки, расположенные выше ВО по течению, во-вторых, правильно расположить сеть станций (добившись достаточно густого и равномерного распределения сочетаний факторных значений во всей двухфакторной координатной плоскости). В целях обеспечения максимальной точности оценки действия термофикации и органического загрязнения на макрозообентос ВО за счет правильного выбора эталонного участка предложено понятие "фоновых" условий. Условия считаются фоновыми, если:

1. все факторы, создающие изучаемое воздействие на бентоценоз, здесь отсутствуют или не являются лимитирующими;

2. ни один из остальных факторов среды не лимитирует бентоценоз в большей степени, чем в зоне воздействия;

3. естественные свойства биотопа идентичны таковым в зоне воздействия.

Состояние бентоценоза, соответствующее фоновым условиям, названо, соответственно, "фоновым состоянием".

Для изучения влияния указанных факторов на бентос ВО Рязанской ГРЭС удалось использовать два модельных биотопа, для которых были обследованы фоновые условия и собран репрезентативный материал по различным градациям воздействий: песчаная рипаль (изобата 0.5м), и заиленная медиаль и профундапь (изобата 4+1м.). Для обоих биотопов описано фоновое состояние макрозообентоса.В фоновых условиях в обоих биотопах донные сообщества монодоминантны (доминирует моллюск Б. ро1угаогрЬа), видовое разнообразие по Шеннону - 1.5 до 3.8 бит/экз, основные характеристики бентоса соответствует таковым з- р-а-мезосапробного водотока с "загрязненной" водой, что подтверждает вывод о значительной антропогенной трансформации экосистемы уже в фоновых условиях. Для фонового состояния бентоценозоо каждого из двух основных биотопов в широком диапазоне значений доверительного уровня (70-90%) естественно выделяются одни и те же т.наз. "существенные" виды (плотность популяций которых за репрезентативный период времени достоверно отличается от нуля; Шуйский и др., 1994,1995) (37-47% от общего количества встреченных видов). Присутствие всего набора "существенных" видов являлось.далее критерием сохранения или изменения видового состава сообщества в условиях воздействия термофикации и органического загрязнения при-доверительном уровне 90%.

Закономерности теплового воздействия на макрозообентос ВО пне действия органического загрязнения от садков

По результатам изучения зависимости динамики биомассы макрозообентоса от температуру воды в ВО Рязанской ГРЭС установлено, что максимальные удельные скорости приращения биомассы реализуются в интервале значений температуры от 18°С до 26°С, максимальная биомасса - при 25°С. Увеличение температуры сверх 26°С вызывает существенное уменьшение биомассы■макрозообентоса. Это соответствует результату анализа литературы, согласно которому для бентоса ВО умеренной зоны лимитирующими являются температуры свыше 26.5°С.

Тепловое воздействие на структурно-функциональные характеристики макрозообентоса изучалось в песчаной рипапи (биотоп, где органического загрязнения минимально, и воздействие его на бентос пренебрежимо). Выяснилось, что по принципу минимизации доли временной вариабельности для характеристики локального уровня теплового воздействия наиболее корректно использовать нормированный показатель X! ^, как минимально варьирующий во времени и максимально - в пространстве:

= " )' (^шлх^ ~ 1%) 1 (1)

где 1°и - температура воды на ¿-й станции в момент ,]-й съемки; 10()] -температура воды в фоновых условиях в момент ,]-ой съемки; "

температура воды в водосбросном канале ГРЭС в момент ,}-ой съемки. Адекватной мерой органического загрязнения оказалось содержание органического вещества в единице абсолютно сухой массы грунта на ¡-й станции в ,3-й момент времени (С^, кал'г"1), определяемое по бихроматной окис-ляемости при сжигании в сернокислой среде. Значения структурно-функциональных характеристик бентоса также нормировались относительно синхронных им фоновых значений (для устранения временной вариабельности значений каждой из них и обеспечения возможности сравнительного анализа относительных изменений разных характеристик под воздействием тер-мофикации и органического загрязнения) (Домпальм и др., 1995).

Нормированные значения основных характеристик бентоценоза (количество видов, индекс видового разнообразия Шеннона, биомасса, средняя масса особи, скорость продуцирования) по мере усиления теплового воздействия уменьшаются закономерно и скачкообразно. Это отражает наличие двух резких структурно-функциональных изменений бентоса в градиенте термофикации.

Так, при Х-0.2 (что соответствует среднелетней температуре 21.5°С, максимальной - 26°С, среднелетнему подогреву - 2.0°С, максимальному - 4.5°С) из сообщества исчезает 43% "существенных" видов

(стрекозы, личинки некоторых видов хирономид, моллюски ШЮ р1сПогит, \felvata р^сШаИв и Ап1гиз асгогисиэ). Общее количество зарегистрированных видов уменьшается .на 40%. Это перзое скачкообразное обеднение видового состава бентоса расценивается как катастрофическое ("первая катастрофа").

Дальнейшее усиление теплового воздействия до уровня Х=0.5 не влияет на обедненный видовой состав бентоценоза, претерпевшего первую катастрофу. При превышении указанного уровня (Х>0.5; среднелетняя температура - 24.5°С. максимальная - 27.5°С, среднелетний подогрев - 3.5°С. максимальный - 6.0°С) происходит повторное резкое обеднение видового состава бентоса, при котором в сообществе остается не более 30% существенных видов, свойственных фоновому состоянию бентоценоза. Повторное резкое обеднение видового состава бентоса песчаной рипали при Х>0.5 интерпретируется нами как "вторая катастрофа".

Количественные характеристики бентоса уменьшаются в термоградиенте несколько более плавно, но также в соответствии с выделенными катастрофами. Ход их изменений позволяет достаточно естественно разделить всю область значений теплового воздействия, выражаемого показателем X (в пределах от 0 до 1) на 3 подобласти, границы которых соответствуют двум наблюденным катастрофам и определяют скачкообразное изменение основных качественных и количественных свойств макрозообенто-ценозов при тепловом воздействии (в остутствии органического загрязнения).

1. Область а, или область "минимального" теплового воздействия на макрозоо'бентос. Значения X принадлежат диапазону [0.0 - 0.2], первая катастрофа не происходит. По количественным характеристикам бентоценоз лимитирован незначительно, кормовая база рыб-бентофагов не нарушена.

2. Область или область "умеренного" теплового воздействия. Значения X принадлежат диапазону [0.2 - 0.5]. первая катастрофа произошла, вторая еще не происходит. По количественным характеристикам бентоценоз лимитирован на 30-45% (в среднем, на 40%) по сравнению с фоновым состоянием. Это свидетельствует о лимитировании бентоса (и, соответственно, кормовых ресурсов рыб-бентофагов) в области р.

3. Область К. или область "максимального" теплового воздействия. Значения X принадлежат диапазону [0.5 - 1.0],- произошла вторая катастрофа.. По количественным характеристикам бентоценоз лимитирован более, чем на на 65-75%. (в среднем для рассмотренных характеристик - более, чем на 70%) по сравнению с фоновым .состоянием, что. позволяет констатировать полную деградацию бентоценозов и подрыв кормовой базы рыб-бентофагов в области К-.

Приведенная классификация теплового воздействия достаточно естественна, поскольку градации базируются на реальных закономерностях изменения свойств бентоса и отражают происходящие при.тепловом воздействии (в отсутствие органического загрязнения) катастрофы1 бентоце-нозов. , .

Закономерности и классификация совместного воздействия термофикации и органического загрязнения на макрозообентос ВО, Используемых для садкового выращивания рыбы. Обоснование подхода к нормированию и регуляции антропогенного воздействия на экосистемы ВО по- состоянию макро-зообентоса. .

. Совместное воздействие термофикации и органического • загрязнения на структурно-функциональные характеристики макрозообентоса изучалось во втором модельном биотопе .(заиленная медиаль-профундаль). Выяснилось, что при двухфакторном воздействии бентос также претерпевает две вышеописанных катастрофы. При этом, чем сильнее лимитирующее действие любого из . этих факторов, тем меньшими оказываются значения второго фактора, в сочетании с первым вызывающие катастрофу. В двухфакторной системе координат установлены границы области сочетаний значений Показателей термофикации (X) и органического загрязнения (Си). обеспечивающих предотвращение первой катастрофы (сохранение "существенных" видов и незначительное уменьшение количественных характеристик). При проекции границ указанной области на оси координат для каждого из двух факторов естественно выделяются следующие диапазоны значений:

1. диапазон "толерантных" значений - т.е. всех значений, при которых дёйствие данного фактора в отсутствие второго не может вызвать первой катастрофы;

2. диапазон "оптимальных" значений - т.е. всех значений данного фактора, не вызывающих первой катастрофы при значении второго фактора, равном верхней границе его диапазона толерантных значений (диапазон оптимальных значений принадлежит диапазону толерантных значений).

3. диапазон "субоптимальных" значений - т.е. всех значений фактора. принадлежащих его толерантному диапазону, но не принадлежащих его оптимальному диапазону.

Для теплового воздействия верхней границей оптимального диапазона (и. соответственно, нижней границей субоптимального диапазона) оказалось значение Х=Хор[=0.07. верхней границей толерантного диапазона (и. соответственно, верхней границей субоптпмального диапазона) - значение

о 1 2.

Для органического загрязнения верхней границей оптимального диапазона (и, соответственно, нижней границей субоптимального диапазона) оказалось з'начение с=сорС=50 кал/г, верхней границей толерантного диапазона (и, соответственно, верхней границе субоптимального диапазона) - значение с=с[о1=145 кал/г.

Соответственно, область всех сочетаний факторных значений может быть разделена на 5 подобластей:

1. Х<0.07, с<50 - значения обоих факторов.оптимальны, первой катастрофы не происходит;

2. КО. 07, 50<с<145 - значение уровня теплового воздействия оптимально, значение уровня органического загрязнения субоптимально, первой катастрофы не происходит;

'3. -0.07<Х<0.20, с<50 - значение уровня органического загрязнения оптимально, значение уровня теплового воздействия субоптимально, первой- катастрофы не происходит;

' 4. 0.070/0.2. 50<с<145 - значения обоих факторов субоптимальны; произойдет ли первая катастрофа, зависит от взаимодействия факторов;

5.- Х>0.2, с>145 - значение одного или обоих факторов превышает диапазон толерантных значений, первая катастрофа произошла)'.

Область сочетания' факторных значений, при которых не происходит первой катастрофа и свойства бентоса практически соответствуют фоновым, обозначим как область сохранения устойчивости бентоса к двухфак-торному воздействию (ОСУ). В подобласти 4 граница ОСУ может быт^ опи-. сана кривой, форма которой полностью зависит от особенностей взаимодействия'факторов. Для удобства аппроксимации этой кривой нормируем значения обоих факторов, превышающие верхнюю границу оптимальных диапазонов, относительно их субоптимальных диапазонов (Домпальм и др.. 1995). Нормированное значение Л-го уровня теплового воздействия X (Х3), хи, рассчитывается как

■ ; Хи - - 0.07)-(0.20 - 0.07)-1 = 7.69Х^ - 0.54 (2)

(с,).

Нормированное'значение ¿-го уровня органического загрязнения "х2з.. рассчитывается как

. Х2Л = (сл ~ 50)- (145 - 50)"1 = 0.01с3 - 0.53 (3)

■: Начало координат в новой системе координат х,/^ (0;0) находится в точке (Хор{;сор1). кривая,-ограничивающая ЦСУ в подобласти 4, прохо-,дит. из точки с координатами (0;1) в точку с координатами (1;0) и при

любой синергичности каждого из двух факторов может быть описана уравнением:

х^1 + x2Z2 - 1 ' (4)

где Z, и Z2 - параметры уравнения, отражающие синергичность каждого из факторов. Эти параметры могут варьировать от от 0 до в обратной зависимости от того, насколько сильно соответствующий фактор взаимодействует с остальными (при аддитивности Z=l). Реальные значения 'показателей синергичности Z оказались равны: для термофикации (Z=3.46), для органического загрязнения - (Z=0.78). Таким образом, тепловое, воздействие усиливает влияние органического загрязнения на бентос более сильно, чем это соответствует традиционно используемой а priori аддитивной модели (Z>1); органическое загрязнение усиливает тепловое воздействие на бентос сильнее, чем при аддитивности (Z<1). Соответственно, область сохранения устойчивости макрозообентоса к действию термофикации и органического загрязнения при субоптимальных значениях факторов может быть описана неравенством:

Xj346 + Xgo78 а (5)

Формула (5) описывает условия, вызывающие первую катастрофу бен-тоценозов при их двухфакторном лимитировании. Аналогично, формула (6) описывает условия, вызывающие вторую катастрофу:

(хи/3.3)346 . (х2345 /З.З)078 1 (6)

Оказалось, что и при двухфакторном лимитировании бентоса первая и вторая катастрофы сопровождаются, практически, такими же изменениями количественных характеристик, как и при одном лишь тепловом воздействии. При этом достаточно естественно выделяются те же три области сочетаний факторных значений (а - "минимальное воздействие", р - "умеренное воздействие", Y _ максимальное воздействие) с такими же градациями количественных характеристик (таблица 1).В данном случае граничные сочетания факторных значений не фиксированы (как при однофакторном воздействии), а определяются .формулами (5) и (6).

Предложенная классификация достаточно естественна (поскольку градации выбраны не произвольно, а основаны на учете катастрофических изменений бентоса).Она отражает реакцию основных свойств макрозообентоса на двухфакторное воздействие с учетом реального синергизма факторов и

поэтому может быть использована для обоснования подхода к нормированию и регуляции антропогенного воздействия на экосистемы водоемов-охладителей по состоянию макрозообентоса.

Таблица 1.

Классификация результирующего двухфакторного воздействия (термофикация и органическое загрязнение) на макрозообентос водоемов- охладителей руслового типа умеренной полосы.

1 I Диапазоны I значений I показателей: 1 lr р а д а ц и и : 1

[минимальное 1 воздействие 1 (а) умеренное воздействие (Р) 1 максимальное 1 воздействие | 00 1

1 У 10.0 - 1.0 1.0 - 2.5-3.5 >2.5-3.5 |

1 KSo 11.00 - 0.60 0.60 - 0.25 0.25 - 0.00 |

1 s/s0 11.00 - 0.60 0.60 - 0.30 0.30 - 0.00 |

1 н/н0 11.00 - 0.65 0.65 - 0.35 Q.35 - 0 00 I

1 в/в0 11.00 - 0.60 0.60 - 0.30 0.30 - 0.00 |

1 W/W, 11.00 - 0.55 0.55 - 0.25 0.25 - 0.00 I

1 Р/Р0 1 11.00 - 0.70 ■ 0.70 - 0.40 0.40 - 0.00 | 1 1

Биомасса "тотального" бентоса реагирует на термофикацию и органическое загрязнение несколько иначе, чем остальные характеристики донных сообществ. Бентоценозы ВО Рязанской ГРЭС монодоминантны, и распределение их биомассы определяется распределением доминирующего теплолюбивого вида-вселенца - 0ге1ззепа ро1уюогрУ1а. Максимальная биомасса этого моллюска и биомасса бентоса (до 5 кг м'2) реализуются при минимальном органическом загрязнении (с<50) и умеренном тепловом воздействии (0.2<Х<0.5).

В условиях избыточного поступления аллохтонных органических веществ - дрейссена не играет важной роли в питании донных детритофагов.

и существование колоний этого моллюска не приводит к образований трофически зависимых от них сообществ гидробионтов. При этом популяции видов "мягкого" бентоса с фильтрационным типом питания в водоеме весьма малочисленны. По-видимому. О.ро1угаогрйа " перехватывает" значительную долю пищевых ресурсов у донных фильтраторов, не стимулируя при этом и развития детритофагов. Поскольку фильтрующие организмы "мягкого" бентоса (в первую очередь - личинки хирономид рода СМгопошз) играют важнейшую роль в питании рыб-бентофагов.а кормовое значение Б.ро-1утогрЬа невелико (в ихтиоценозе ВО Рязанской ГРЭС нет малакофагов). влияние этого моллюска на бентос данного водоема с рыбохозяйственной точки зрения следует признать негативным.

Учитывая большую роль дрейссены в бентоценозах и экосистеме ВО. для охладителей, заселенных дрейссеной (как ВО Рязанской ГРЭС), целесообразно услоено (без указания столь четких границ, какие разделяют области) выделить в области "умеренного" воздействия (5 подобласть (умеренное тепловое воздействие, минимальное органическое загрязнение, максимальные показатели обилия дрейссены) и подобласть ¡3, (меньшее тепловое воздействие и большее органическое загрязнение, значительное лимитирование дрейссены).

Отсутствие эффективных методов борьбы с дрейссеной и ее активная деятельность по очищению воды от сестона позволяют предложить стратегию оптимального использования дрейссены в охладителях. Для этого следует воспользоваться дефицитом естественных твердых субстратов, активно предпочитаемых дрейссеной. и создавать в областях умеренного теплового воздействия (0.2<Х<0.5) барьеры из искусственных рифов (при расположивши; их перпендикулярно направленению течений, идущих от сбросного канала, а также разносящих органическое вещество от садков). Оптимальные для дрейссены условия (умеренный подогрев, минимальное органическое загрязнение субстрата) вызовут интенсивную колонизацию рифов этими моллюсками. Таким образом, разнос поллютантов (токсикантов, содержащихся в сбросных водах, и органических веществ, поступающих с садковых линий) будет экранирован искусственным эффективным биофильтром. Аккумуляция поллютантов в тканях и раковине моллюсков позволит периодически удалять накопленные поллютанты из экосистемы, счищая друзы дрейссены с рифов (например, с использованием акваланга). Собранные друзы следует далее аннигилировать (например, сжиганием) вне водосбор-но,; территории. Это позволит, сочетать необходимую борьбу с дрейссеной (регуляция ее плотности при очистке рифов от друз) с ее использованием в природоохранных целях.

Использование показателя результирующего двухфакторного. воздейс-

твия у, расчет которого базируется на учете реальной синергичности факторов, позволяет обосновать подход к нормированию и регуляции двух-факторного* воздействия на экосистему охладителя {оцениваемого по состоянию макрозообентоса).

1. Если 0<у;К1, совместное действие обоих факторов на бентоценоз не способно вызвать его катастрофических изменений, причем бентоценоз сохраняет некоторый "запас прочности" к воздействию. При этом значение показывает, какая доля "запаса прочности" к воздействию данных двух факторов уже израсходована. Например, при у3 =0.7 уровень лимитирующего действия факторов составляет 70% от уровня их действия, вызывающего потерю устойчивости данного бентоценоза. Запас прочности оценивается как. 1-у3.

' 2. .Если значение у3 приближается к 1, катастрофы еще не происходит, запас прочности бентоценоза к.воздействию почти израсходован, что можно трактовать как "ситуацию повышенного риска".

■ 3. Если у3 = 1, запас прочности бентоценоза.к-данному воздействию полностью исчерпан, и'происходит первая катастрофа.

4.- Если у3>1, запас прочности бентоценоза к данному воздействию превышен, устойчивость потеряна, катастрофа произошла. При этом значе- ' ние у3 п<жазывает, во сколько раз превышен запас прочности.

Для регуляции двухфакторной нагрузки на гидроэкосистемы удобно подбирать значения отдельных факторов так, чтобы результирующее воздействие не превышало заданного уровня у,. руководствуясь соблюдением условия: • •

(Х13/у3)г1.+ (х23/?3)г2 < 1 (7)

' Это неравенство применимо безотносительно того, значения только одного или обоих взаимодействующих факторов предполагается регулировать для обеспечения заданного уровня результирующего воздействия. В том. частном случае, когда заведомо предполагается регулировать- результирующее воздействие, влияя, только на один из факторов - допустимое (для соблюдения этого условия), добавочное воздействие этого фактора (например, фактора х1 (х1 лйй), при каком-либо фиксированном З-м значении фактора х2, рассчитывается как ■ . ' .

х, а(М - 11 - (х23/ул)гг]1/г1 * у, . хи ' (8)

' ••.".: -(■.'■ ' :' " ■ ■ Ясно, что, ориентируясь на сохранение устойчивости бентоценозов к

результирующему воздействию, следовало бы принять у3 = 1: В этом случае неравенство (8) трансформируется в (9):

хи21 * хг}*г <1 (9)

При этом "запас прочности" (дополнительное допустимое воздействие) можно определить, как 1-у3. Однако, сохранение устойчивости бен-тоценозов к антропогенному воздействию на всей акватории водоема-охладителя обычно нереально даже в отсутствие органического загрязнения, так как возникновение зон с умеренным и максимальным тепловым воздействием на бентос при функционировании электростанции неизбежно. Соответственно, некоторый ущерб кормовой базе рыб-бентофагов также неизбежен. Гораздо более актуальным является недопущение второй катастрофы на основной части акватории и связанного с ней подрыва кормовой базы бентофагов. Условие недопущения второй катастрофы бентоса задается неравенством. следующим из формулы (6):

. (хи/3.3)Э46 , (Х2345 /З.З)078 <1 . (10)

Это неравенство может использоваться при регуляции результирующе- ' го двухфакторного воздействия на водоемы-охладители и их отдельные районы путем регламентации значений каждого из факторов с учетом реальной синергичности факторов.

ВЫВОДЫ ' -

1. Введение понятий "фоновые условия" и "фоновое состояние бен-тоценоза" обеспечивает адекватную оценку антропогенных изменений зоо-бентоса, по сравнению с его исходным состоянием.

2. Разработанные нормированные показатели локального.уровня теплового воздействия и отклика на него бентоценозов имеют минимальную временную и максимальную пространственную вариабельность и обеспечивают максимальную чувствительность методов количественного изучения термогенных изменений зообентоса.

3. Рекомендуемая классификация теплового воздействия на бентос отражает его двухкратное катастрофическое обеднение по качественным и количественным признакам в градиенте теплового воздействия (без влияния органического загрязнения): при X = 0.2 и при X - 0.5. при соответствующем уменьшении значений основных характеристик сообществ на 30-45% и на 60-75%.

4. Предложенный способ количественной оценки результирующего двухфакторного лимитирования макрозообентоса с учетом синергизма теплового воздействия и органического загрязнения может быть рекомендован к использованию при проведении количественных гидроэкологических исследований и природоохранных мероприятий на водоемах-охладителях.

5. Предлагаемый показатель результирующего воздействия на зообен-тос факторов теплового воздействия и органического загрязнения рекомендуется использовать для'количественной оценки и нормирования двухфакторного антропогенного воздействия на экосистемы охладителей электростанций.

6. Установленные количественные закономерности распределения биомассы дрейссены (0.ро1ушогрЬа) в условиях теплового воздействия и органического загрязнения могут быть использованы для разработки опти-г мальной стратегии борьбы с этим моллюском.

: 7. Разработанная классификация двухфакторного антропогенного воздействия на экосистемы водоемов-охладителей является естественной, т. к. ее градации отражают соответствующие двухкратные катастрофические изменения состояния зообентоса.

8. Предлагаемый подход к нормированию и регуляции двухфакторного воздействия на экосистему водоема-охладителя позволяет не допустить ее необратимых изменений» в частности, предотвратить подрыв кормовой базы рыб.

9. В качестве мер регуляции результирующего воздействия и приведения его в соответствие с указанными условиями могут быть рекомендованы: 1) размещение садковых линий вне зон циркулирующих течений: 2) установка искусственных многоярусных рифов перпендикулярно циркулирующим течениям в зоне "умеренного" теплового воздействия, согласно предложенной классификации, для накопления дрейссены с целью использования ее как биофильтра и дальнейшей аннигиляции вне водосборной территории.

По материалам липг.ертаиии опубликованы следующие работы:

1. Шуйский В.Ф., Михнин А. Е.. Белов М.М., Домпальм Е.И. Количественная оценка устойчивости макроообентоценоза к многофакторному антро-пическому воздействию // Критерии экол. безопасности. Мат. на-учн.-практ.конф. С.-Петербург, 25-27 мая 1994г. - СПб., 1994 - С.72-73

2. Шуйский В.Ф., Евдокимов И.И., Михнин А.Е., Белов М.М., Дом-пальм Е.И. Зависимость видового разнообразия пресноводных водоемов от степени многофактррного лимитирования // Факторы таксономического и биохорологического разнообразия. Тез. докл. совещ. С. -Петербург. 12 -

14 апр. 1995 г. - СПб.. 1995 - С. 91

3. Шуйский В.Ф., Михнин А.Е.. Евдокимов И.И.. Домпальм Е.И. Лимитирование зообентоса экологическими факторами: количественная оценка. 1. Однофакторное лимитирование // Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Езропейсдого Севера. Тез. докл. междунар.. конф. Петрозаводск, 19 - 23 нояб. 1995 г. - Петрозаводск, 1995 - С. 174-176.

4. Домпальм Е.И., Шуйский В.Ф., Евдокимов И.И. О преимуществе использования нормированных значений экологических факторов и функций отклика при количественном изучении лимитирования сообществ макрозоо-бентоса // Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера. Тез. докл. междунар. конф. Петрозаводск, 19 - 23 нояб. 1995 г. - Петрозаводск, 1995 - С. 126-128.

5. Шуйский В.Ф.. Евдокимов И.И., Домпальм Е.И. Тепловое воздействие на макрозообентос песчаной литорали водоема-охладителя Рязанской ГРЭС // Сб. научных трудов ГосНИОРХ - 1995 - вып. 314 -С. 70-81

6. Шуйский В.Ф., Евдокимов И.И.. Домпальм Е.И. Оценка уровня локального "теплового загрязнения" в водоемах-охладителях // Сб. научных трудов ГосНИОРХ - 1995 - зып. 314 - С. 82-86

7. Шуйский В.Ф.. Евдокимов И. И., Белов М.М., Домпальм Е.И. Некоторые закономерности трофического лимитирования личинок хироно-мид-фильтраторов (Glyptotendipes К., Endochlronomus К., Chlronomldae: Ditera) // Сб. научных 1рудов ГосНИОРХ - 1995 -вып. 314 - С. 301-313

8. Домпальм Е.И.', шуйский В.Ф. Тепловое воздействие на зообентос литорали водоема-охладителя Рязанской ГРЭС // Сб. трудов аспирантов и студентов СПб. Горного института (Технич. ун-та) - СПб: СПбГГИ, 1996 -С. 78 - 79.

9. Домпальм Е.И., Иванов Б.А.. Шуйский ВСФ. К вопросу количественной оценки лимитирования состояния поверхностных вод экологическими факторами в зоне действия металлургических предприятий // Проблема комплексного использования руд. Тез. докл. II междунар. симп. Санкт-Петербург,19 - 24 мая 1996 г. - СПб: СПбГГИ, 1996 -С. 333 - 334.