ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Исследования внутренних водоемов Сахалинской области в настоящее время заметно отстают от изучения прилегающих морских вод. Особенно это относится к исследованиям зоопланктона. Внутренние водоемы чрезвычайно уязвимы и часто страдают от антропогенного воздействия. Строительство объектов промышленности, сельского хозяйства, использование ресурсов внутренних водоемов требуют детального изучения всех компонентов водных экосистем, в том числе и во временном аспекте.
Озеро Тунайча является одним из крупнейших внутренних водоемов Сахалинской области и отнесено к памятникам природы. Строительство в середине 70-х гг. автодорожного моста и, как результат, обмеление протоки Красноармейская привело к серьезным изменениям гидрологии озера (Микишин и др., 1995). Встал вопрос об изучении произошедших в озере, и в том числе в его биоте, изменений.
В соответствии с договором ХД № 25/01 между Сахалинским областным управлением гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды (СахУГМС) и СахНИРО в 2001 - 2003 гг. сотрудники лаборатории прикладной экологии СахНИРО провели ряд комплексных гидробиологических экспедиций на оз. Тунайча. В ходе экспедиции были собраны обширные материалы по фито- , зоо- , ихтиопланктону, бентосу и ихтиофауне озера, а также условиям обитания гидробионтов. Исследования выполнены по тематическому плану НИР СахНИРО и по утвержденной губернатором комплексной программе изучения экологического состояния озера Тунайча при финансовой поддержке Администрации Сахалинской области.
В печатных изданиях материалов по зоопланктону озера крайне мало -имеется одна статья в сборнике «Распределение и рациональное использование водных зооресурсов Сахалина и Курильских островов» (Усова, Филатова, Чернышева, 1980). В то же время, имеющийся архивный материал СахНИРО
,t, позволяет провести анализ изменений зоопланктона озера, произошедших
после строительства дамбы моста через протоку.
Цель и задачи работы. Целью данной работы является описание микро-и мезозоопланктона озера Тунайча на современном этапе (по данным съемок 2001 - 2003 гг.) и анализ произошедших в зоопланктоне изменений в результате опреснения, вызванного постройкой дамбы на основе имеющихся архивных данных.
Задачами работы определены:
• краткое описание условий обитания зоопланктона в озере;
*' • описание видового состава, количественных показателей и распределения
зоопланктона на современном этапе;
• сравнительный анализ изменений по полученным и архивным данным
Научная новизна. Впервые приводится видовой список зоопланктеров оз. Тунайча после опреснения. Часть видов впервые указываются не только для озера, но и для Сахалинской области. Обнаружено наличие у Shmackeria inopina половозрелых самок без типичных для вида шипов на фурках. Выделены пять сообществ зоопланктеров озера. Для основного из них -пелагического - выделены сезонные фазы развития. Получены сезонные данные по динамике численности и биомассы зоопланктона озера. Проведен анализ изменений произошедших в зоопланктоне озера в связи с опреснением * ниже пределов критической солености.
Защищаемые положения. В связи с опреснением водоема произошло изменение видового состава и структурно-функциональных показателей зоопланктона озера, в то время как биомасса осталась практически прежней.
Практическое значение. Результаты исследований, в комплексе с прочими, полученными при проведении на водоеме гидробиологических и гидролого-гидрохимических изысканий, позволят дать рекомендации по проведению работ, направленных на стабилизацию происходящих в озере
5
изменений, а также оценить кормовую базу промысловых и потенциально промысловых рыб озера.
Апробация. Материалы, легшие в основу работы, были доложены на чтениях, посвященные памяти В.Я. Леванидова (БПИ, Владивосток) в 2003 и 2005 гг., на пяти коллоквиумах Отдела прикладной экологии СахНИРО, а также на отчетной сессии СахНИРО в 2002 г. и заседании Ученого Совета СахНИРО в 2005 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка литературы. Содержит 121 страницу, 62 рисунка, 15 таблиц. а Список цитируемой литературы насчитывает 74 работы, из них 6 на
иностранных языках.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность всем участникам экспедиций, а также лично начальнику Отдела прикладной экологии, к.б.н. А. Д. Саматову, заведующему Лабораторией гидробиологии, к.б.н. В. С. Лабаю, и сотрудникам Отдела прикладной экологии Роготневу М. Г., Пискунову И. Б., Заварзиной Н. К., Полупанову П. В. за ценные рекомендации, помощь при сборе и обработке материала, сотрудникам лаборатории гидробиологии Коноваловой Н. В. и Матыльковой И. В. за предоставленные данные по фитопланктону, сотруднику Лаборатории болезней рыб Виноградову С. А. за определение эргазилид, сотруднику Лаборатории «• экологии рыб ТИНРО-центра С. В. Френкель и старшему научному сотруднику
ЗИН РАН к.б.н. Степановой Л. А. за помощь в определении ряда видов. Особую благодарность автор выражает своему руководителю - д.б.н. М.Б. Ивановой (ЗИН РАН, г. Санкт-Петербург) за всестороннюю помощь и поддержку.
'r 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА
ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Географическое положение и морфология водоема
Побережье Сахалина имеет протяженность около 2670 км, 516 км из них (19%) приходится на лагуны и формы рельефа лагунного происхождения (Бровко, Микишин и др. 2002). Лагуна - отчлененная аккумулятивной формой (рифом, искусственным сооружением) часть океана, моря, озера с отличным от основной акватории гидрологическим режимом, специфическими условиями рельефообразования и осадконакопления и развитием своеобразных j, биоценозов в условиях пониженной или повышенной солености (Бровко, 1990).
К самым крупным водоемам Сахалина лагунного типа относятся заливы Байкал, Набильский, Пильтун, Помрь, Чайво, озера Невское и Тунайча. Озеро Тунайча до постройки дамбы имело периодическую связь с морем и соответственно относилось к закрытым лагунам. На данный момент морские воды не проникают в водоем, типичная лагуна превратилась в лагунное озеро.
Озеро Тунайча - крупный и самый глубокий водоем острова - занимает северную, наиболее пониженную часть Муравьевской низменности (рис. 1.1.1); оно вытянуто параллельно береговой линии зал. Мордвинова (Охотское море). Узкая (300 - 700 м) и мелководная протока Красноармейская, длиной 3 км связывает озеро с морем. Протока имеет сложное строение — корытообразный + профиль с крутыми бортами и выположенным дном с фарватером глубиной 14
- 15 м у восточного борта, который ближе к устью переходит под западный берег. Меандрирующий фарватер напоминает приливные каналы современных проливов лагун Сахалина, это позволяет утверждать, что фарватер сформирован при свободном обмене Тунайчи с морем (Бровко, Микишин и др., 2002; Атлас, 1967).
п-ов Шмкдта
Оха
зал Пильтун
зал. Чайво
Ноглики
Набильский залив
О (я
fe; о
Рис. 1.1.1. Расположение оз. Тунайча
8
lf) Очертания озера имеют сложную форму. Длина озера составляет около
30 км, максимальная ширина - 10 км. Длина береговой линии около 84 км, средняя глубина составляет 12,8 м, наибольшая - более 49 м, площадь водного зеркала 174 км2, водосбора - 554 км . Рельеф водосбора крупнохолмистый с хорошо выраженными вершинами высотой 100 - 1000 м. Местность поросла смешанным лесом, редким кустарником и разнотравьем. В водоем впадают 34 водотока, главными из которых являются: реки Казачка, Комиссаровка и Подорожная, длина их соответственно 17',37 и 13 км, площадь водосбора 38,3, 223,0 и 76,1 км2. Реки служат одним из основных источников поступления осадочного материала в озеро.
*< В северо-западной части озера между мысами Макарова и Меньшикова
располагается остров Птичий, площадью 0,2 км , поросший кустарником и разнотравьем. (Демин, Клюканов, 1991; Микишин и др., 1995). Линия м. Макарова - о. Птичий - м. Меньшикова служит воображаемой границей разделяющий озеро на два плеса: западный называется Малая Тунайча, восточный - Большая Тунайча.
Западный плес гораздо меньше и мельче восточного, его наибольшая глубина, составляющая 20 м, отмечена у о-ва Птичий. Максимальная глубина Большой Тунайчи отмечена в 500 м южнее м. Меньшикова и составляет 49 м. Котловина лагуны тектонического происхождения, типично корытообразной формы с плоско-вогнутым дном, которое имеет ширину 4-7 км и лежит, в
¦ основном, на глубинах 12-20 м. На глубины более 20 м приходится 12%
площади. Спокойный и очень выровненный рельеф дна в отдельных случаях нарушается скалистыми выступами фундамента высотой до семи метров. Грунты в озере преобладают песчано-галечниковые, в местах впадения водотоков торфяные, заболоченные. Вдоль абразионных берегов на подводных продолжениях мысов до глубины 2-3 м распространены выходы коренных пород, между которыми встречаются галечно-гравийные отложения и пески. Галечные и гравийные осадки характерны для верхней части подводного склона и пляжа озера, сортированы и лишены песчаного заполнителя. Пески в
9
,Ж) озере широко распространены, особенно в восточной части Большой Тунайчи.
Тонкозернистые пески практически полностью оконтуривают илистые осадки. Ширина зоны их распространения достигает максимальных значений на пологих склонах залива Обручева и в восточной части озера. Алевритовые илы представлены терригенными обломочными и в меньшей степени глинистыми компонентами. Они оконтуривают самые тонкие осадки. Пелитовые илы имеют самые обширные площади распространения и занимают глубины от 13-15 м. Содержание органики в поверхностном слое возрастает от 15-17 % в крупнопелитовом иле до 20-25% в мелкопелитовом (Демин, Клюканов, 1991; Микишин и др., 1995). На северном и восточном побережьях озера и на берегах а больших бухт распространены террасы и крупные береговые валы, сложенные
грубыми песками с гравием и галечниками. Именно такими образованиями отшнуровались от Тунайчи ее бывшие заливы оз. Свободное, Открытое, Добрецкое и ряд других, более мелких (Демин, Клюканов, 1991; Микишин и др., 1995).
Прибрежная подводная зона отлогая, до глубины 4-5 м заросшая макрофитами. По классификации Поползина (Поползин, 1967) по характеру зарастания макрофитами озеро относится к бордюрному типу.
1.2. История развития озера
История озера Тунайча тесно связана с голоценовой трансгрессией Мирового океана, благодаря которой и произошло возникновение водоема в ¦ современном виде. До этого в течение позднеледниковья и начала голоцена
котловина озера переживала континентальный этап развития. Наиболее погруженная, восточная часть впадины в конце пребореала — начале Атлантики (7200U800 лет назад), вероятно была занята пресноводным озером, развивающемся в холодных условиях. Низменное прибрежье, прилегающее к озеру, было сильно заболочено.
Проникновение морских вод в котловину произошло, скорее всего, в среднем голоцене, когда уровень Мирового океана стал близким к современному. Коса и пересыпь, перегораживающие сейчас устье протоки,
'Ж)
10
отсутствовали, и морские воды свободно поступали в котловину через пролив шириной около 2 км. Морской этап в развитии озера совпал с началом атлантического периода голоцена (около 7000 лет назад), когда уровень моря достиг отметки -10 м. В течение следующих 2-2,5 тыс. лет происходило заполнение котловины морскими водами. Во время кульминации трансгрессии 5-6 тыс. лет назад, когда уровень моря превышал современный на несколько метров, резко усилились абразионно-аккумулятивные процессы на берегах озера, сформировались аккумулятивные валы, отчленившие палеозаливы (оз. Добрецкое, Свободное), и, вероятно, песчаная пересыпь в горловине протоки, уменьшившая водообмен с морем. Понижение уровня Охотского моря до
а современного значения в начале суббореала, несомненно, еще больше
уменьшило водообмен. Началось опреснение верхнего 15-метрового слоя водной массы Тунайчи. Наступил лагунный этап развития водоема.
Следующий этап развития - «лагуна - озеро», наступил в субатлантике и длится не менее 1200 лет.
В последние десятилетия резко увеличилось антропогенное воздействие на озеро. В середине семидесятых годов был построен мост через приустьевую часть протоки Красноармейской, при этом большая ее часть была просто засыпана грунтом, что вызвало резкое обмеление устьевой зоны и полное прекращение доступа морских вод в озеро (Микишин, Рыбаков, Бровко, 1995; Микишин, Гвоздева, 1996). В результате ускорился процесс опреснения,
t особенно заметный в верхнем пятнадцатиметровом слое. Так, в шестидесятые -
семидесятые годы соленость активного слоя находилась на уровне около 6-6,25%о, в 1989 г. - уже 5,6%о. К 1990 г. соленость понизилась до 4,0%о, и в настоящее время (2001-2004 гг.) находится на уровне 2,4-2,6%о. Таким образом, воды озера прошли а — хорогалинную зону в 5-8%о (Хлебович, 1989) и на данный момент являются олигогалинными, в результате чего из озера полностью исчезли морские виды организмов и начали развиваться пресноводные.
11
1.3. Гидрология и гидрохимия озера
Цвет воды в Тунайче изменяется от зеленовато-желтого до желто-зеленого во время цветения планктонных водорослей. Прозрачность воды по диску Секи колеблется в пределах от 2,2-3,5 м в прибрежной полосе до 4-6 м в центральной части. Во время пика цветения водорослей в Малой Тунайче прозрачность может падать до 1 см, зимой увеличивается до 10 м.
Сток воды с водосбора составляет 3000 мм, осадки на зеркало озера дают 1035 мм и испарение с него - 400 мм. Годовая амплитуда колебаний уровня не превышает 50 см. Максимальная толщина льда по сведениям Микишина и др. (1995) достигает 1 м, продолжительность ледостава колеблется от 130 до 170 дней.
Вода представляет собой разбавленную морскую (хлоридная магниево-натриевая по составу) (Микишин и др., 1995). Для озера характерна устойчивая хемостратификация. По классификации Фореля Тунайча относится к умеренным озерам - с нормальной стратификацией летом и обратной зимой. Верхний слой, до глубины 15 м, подвержен волновому перемешиванию (высота волны в озере может достигать более 5 м), и в результате весьма однороден, как по температурным, так и по химическим параметрам. Придонный слой воды (глубже 15 м) практически совершенно не подвержен перемешиванию - по классификации Хатчинсона (Хатчинсон, 1969) озеро относится к меромиктическим водоемам.
В начале весны во время паводка в верхнем слое наблюдаются обширные линзы практически пресной воды (рис. 1.3.1), которые исчезают уже к началу мая. В летний период миксолимнион (до 15-16 м) имеет соленость 2,2-2,5%о, в интервале глубин 16-20 м соленость резко возрастает до 11-12%о (рис. 1.3.2). Аналогичная хемостратификация наблюдается и в осенне-зимний период (рис. 1.3.3).
12
Расстояние от станции №6, км
Рис. 1.3.1. Вертикальное распределение солености в марте 2002 г., %о
Расстояние от станции №6, км
Рис. 1.3.2. Вертикальное распределение солености в августе 2002 г., %о
13
Весенняя и осенняя гомотермии не оказывают заметного перемешивающего влияния на соленостные слои — галоклин остается практически постоянным, лишь несколько размывается, а соленость придонных вод в течение года практически не меняется, что говорит об отсутствии перемешивания на глубинах более 18 м, даже при существенном прогреве летом. Адвекция тепла происходит без адвекции соли, что подтверждается и горизонтальным распределением солености и температуры по разрезу (Саматов и др., 2002).
Морские приливные воды в трансформированном виде проникают только в первую треть протоки Красноармейская, в остальной протоке и в собственно озере отмечено только косвенное влияние приливов, выражающееся в слабых колебаниях уровня воды в протоке и прилегающей акватории, никак не отражающееся на его солености. До строительства в середине семидесятых годов прошлого века автодорожного моста через протоку Красноармейская, приливные воды проникали в озеро в сильно трансформированном виде, и наблюдался горизонтальный градиент солености от 6%о в Малой Тунайче до 2,6%о в восточной части Большой Тунайчи. Ныне горизонтальный градиент в водах собственно озера практически отсутствует (рис. 1.3.4).
14
Расстояние от станции №6, км
Рис. 1.3.3. Вертикальное распределение солености в октябре 2002 г., %о
143.1 143.15 143.2 143.25 143.3 143.35
Рис. 1.3.4. Горизонтальное распределение солености в поверхностном слое в
августе 2003 г., %о
15
В вертикальном распределении температуры воды (разрез представлен на рис. 3.2) на также наблюдается устойчивая стратификация. В летние месяцы в теплые годы (2001 г.) отмечена, фактически, трехслойная термостратификация: верхний слой до 10 м характеризовался температурой воды равной 20-22°С, в слое 10-15 м температура воды падала до 14°С, глубже значения температуры составляли 10-12°С. В холодные годы с обилием штормов (2002 г.) наблюдалась двухслойная термостратификация с термоклином на глубине 15-17 м; выше него температура составляла 15-19°С, ниже 10-14°С (рис. 1.3.5). Осенью температура воды по слоям выравнивается и составляет 10-12°С -наступает осенняя гомотермия. (рис. 1.3.6). Зимой подо льдом отмечен обратный градиент температуры: от близких к нулю у поверхности подо льдом до 3°С у дна в профундали. (рис. 1.3.7). В начале весны отмечается весенняя гомотермия, позднее в результате прогрева появляется двухслойная термостратификация, которая к концу мая принимает характеристики летнего распределения.
Сезонный ход значений водородного показателя во многом совпадает с ходом температуры. Минимальные значения pH наблюдались в нижнем слое (ниже 15-17 м) 6,7-6,9. В верхнем 17-метровом слое значения pH изменялись от 7,78 весной и летом до 6,89 осенью и зимой (рис. 1.3.8, 1.3.9). Вертикальный ход значений pH сильно зависит от процессов связанных с жизнедеятельностью растительных организмов, поэтому не имеет такой явной структуризации как температура и соленость. На хорошо прогреваемых мелководьях в зарослях растительности днем водородный показатель возрастает до 8 и более. Скачок pH отмечается на глубине 15-17 м, что объясняется плохой вентиляцией придонных вод, и наличием сероводородного слоя.
Распределение растворенного кислорода совпадает с таковым для водородного показателя; в летние месяцы слой воды глубже 15-17 м сильно обеднен кислородом (менее 1 мг/л), выше слоя скачка концентрация растворенного кислорода составляет 5-6 мг/л (рис. 1.3.10) (Саматов и др., 2002а; Лабай, 2004).
16
Расстояние от станции №6, км
Рис. 1.3.5. Вертикальное распределение температуры в августе 2002 г., °С
Расстояние от станции №6, км
Рис. 1.3.6. Вертикальное распределение температуры в октябре 2002 г., °С
17
>
Расстояние от станции №6, км
Рис. 1.3.7. Вертикальное распределение температуры в феврале 2003 г., °С
•
Расстояние от станции №6, км
Рис. 1.3.8. Вертикальное распределение водородного показателя в июне 2003 г. |
