Глава 1. Эвтрофирование озер и водохранилищ (стр. 7 )

,

где SD – величина прозрачности по диску Секи, Chl – концентрация хлорофилла в водоеме, они незначительно различаются эмпирическими коэффициентами.

Необходимо учитывать, однако, что глубина диска Секки репрезентативна для оценки трофии лишь в периоды низкой мутности вод. В случае интенсивного поступления в водоем аллохтонной взвеси с водосбора, содержащей, главным образом, минеральные взвешенные частицы, определение прозрачности воды может давать ошибочное представление об уровне развития планктона.

1.5. Индексы трофического состояния

Граничные значения показателей варьируют в достаточно широких пределах. Поэтому при попытке использовать эти классификации для оценки трофического состояния конкретного водоема нередко возникают серьезные трудности.

Оценки оказываются весьма противоречивыми и колебания трофического статуса водохранилищ охватывают диапазон от олиготрофных до эвтрофных водоемов. Эта противоречивость, вообще говоря, согласуется с современными подходами к оценкам трофического состояния, согласно которым по значениям показателей можно оценивать только некоторую вероятность отнесения водоема к тому или иному типу трофии. Эту вероятность можно найти путем формального осреднения полученных оценок. Несмотря на условность такого подхода важно, что в этом случае проводится осреднение не только значений различных показателей, отражающих разные стороны процесса эвтрофирования, но и осреднение мнения экспертов, авторов используемых классификаций. В качестве примера приведем оценку трофического состояния двух водохранилищ, входящих в систему водоснабжения г. Москвы, - Яузского и Вазузского. Мы просуммировали количество проведенных оценок по различным классификациям и рассчитали долю попаданий в ту или иную градацию для каждого водохранилища. Результаты такого осреднения представлены на диаграмме (рис. 1.2.)

 

Рис. 1.2. Диаграмма вероятностей отнесения Яузского и Вазузского водохранилищ к определенным типам трофности (На оси абсцисс обозначены типы трофического состояния: О – олиготрофное, О-М – олиготрофно-мезотрофное, М – мезотрофное, М-Э – мезотрофно-эвтрофное, Э – эвтрофное).

Эта диаграмма показывает, что Яузское водохранилище заметно менее продуктивно, чем Вазузское. Более 50 % оценок относят Яузское водохранилище к мезотрофным водоемам. В оценках Вазузского водохранилища также преобладает мезотрофный статус, однако доля его существенно ниже за счет, в основном, мезотрофно-эвтрофных и эвтрофных оценок. В целом оба эти водохранилища можно отнести к типичным мезотрофным водоемам, но Вазузское водохранилище имеет намного больше признаков прогрессирующего эвтрофирования и близко к переходу к мезотрофно-эвтрофному типу.

Классификации трофического состояния характеризуются одним общим недостатком – большой дискретностью градаций, вследствие чего практически невозможно ранжировать трофическое состояние водоемов, экосистемы которых близки по своим характеристикам. Такое ранжирование водоемов представляет определенный интерес, поскольку указывает на темпы их эвтрофирования, а, следовательно, и приоритет внимания к их мониторингу и охране. Этого недостатка практически лишены числовые индексы трофического состояния. Главное преимущество индексов состоит в концентрировании информации и представлении трофического состояния в виде конкретных числовых значений. Индексы очень удобны при сравнении водоемов между собой, оценки изменений состояния водоема с течением времени, а также при выражении результатов моделирования. В одном из первых индексов, основанном на системе штрафных баллов, предложенном П. Уотомарком и Й. Уоллом, использованы слишком субъективные оценки состояния озер [Uttomark, Wall, 1985]. Е. Шенноном и П. Брезоником на основе анализа широкого диапазона трофических состояний озер Флориды предлагался индекс, включающий 7 переменных: хлорофилл-а, прозрачность по диску Секки, общий азот, общий фосфор, величину первичной продукции, электропроводность и отношение двухвалентных к одновалентных катионам [Shennon, Brezonik, 1972].

Однако, наибольшую известность и распространенность среди лимнологов получил индекс, предложенный Р. Карлсоном и названный TSI (Trophic State Index), основанный на простых регрессионных связях между важнейшими показателями трофического состояния: прозрачности по диску Секки в летний период, концентрации общего фосфора в воде водоема, концентрации хлорофилла в воде водоема [Carlson, 1977]. За основу индекса Р. Карлсоном были взяты значения прозрачности воды по диску Секки. Каждый из перечисленных показателей распределен по стобальной шкале и TSI может быть определен либо по любому из этих показателей, либо по их комбинации. Регрессионные уравнения для расчета индекса Карлсона соответственно для прозрачности по диску Секи, концентрации хлорофилла и концентрации общего фосфора имеют вид:

Осреднение значений индекса по отдельным показателям позволяет сгладить возможные ошибки и более объективно отразить трофическое состояние, несмотря на очевидную скоррелированность показателей.

Однако использование этого индекса может привести к неправильным результатам в случае азотного, а не фосфорного лимитирования. Тогда значение индекса по величине общего фосфора намного превышает значение по хлорофиллу (что, кстати, может быть использовано для определения лимитирующего элемента эвтрофирования водоема). Позднее при корректировке индекса орселлой были включены дополнительные показатели: концентрация общего азота в водоеме, концентрация кислорода в гиполимнионе водоема, распространенность макрофитов в водоеме [Porsella et al., 1980].

Расчетные формулы значений индекса Порселлы выглядят следующим образом

LEI = 0,25[(XCA + XMAC)/2] + XSD +XDO + XN

Где

XN = мин (XTP, XTN),

XCA = 30,6 + 9,81 ln (Cla),

XMAC – степень покрытости зеркала водоема макрофитами, %,

XSD = 60 – 14,1427 ln(SD),

XTP = 4,15 + 14,427 ln(TP),

XTN = 14,1427 ln(TN) – 23,8

XDO = 10netDO

EOD, COD – мгновенная равновесная и измеренная концентрация растворенного кислорода

n - число станций измерения вертикального распределения кислорода,

m - число вертикальных слоев водоема,

Сi - измеренная концентрация кислорода, мг/л,

С* - концентрация насыщения, мг/л,

DVi – объем отдельного слоя, V – объем водоема.

арлсона и индекс LEI были использованы нами для оценки состояния экосистем москворецких водохранилищ по данным их комплексного лимнологического обследования. При этом использовались средние значения прозрачности, концентраций общего фосфора, азота и хлорофилла, полученные в результате синхронных гидрохимических съемок, выполненных на водохранилищах в июле-августе 200г. Результаты расчета индексов приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6

Значения индексов трофического состояния москворецких водохранилищ

Индекс	Можайское	Рузское	Озернинское	Истринское
Карлсона	56	49	66	65
LEI	48	45	51	50

Как видно из таблицы, между примененными индексами противоречий не обнаружено. Граница между мезотрофным и эвтрофным состоянием в индексе Карлсона соответствует значению, равному 50. По этому критерию оценка состояния водохранилищ совпадает с оценкой, сделанной нами на основе различных классификаций. Заметим, что переход водоема в гипертрофное состояние происходит при значении индекса – более 80. Таким образом, москворецкие водохранилища можно отнести к слабоэвтрофным и даже мезотрофным. Это подтверждается данными комплексных лимнологических исследований Можайского водохранилища, включавших детальные наблюдения за состоянием зоопланктона этого водоема. Информация по зоопланктону редко используется для оценки трофического состояния и не учитывается в приведенных выше индексах. Тем самым, мы получили практически одинаковую оценку трофического состояния Можайского водохранилища независимыми методами, что повышает ее объективность.

Включение степени покрытости озера макрофитами в оценку его состояния диктовалось стремлением использовать индекс для оценки эвтрофирования макрофитных озер. Однако, как показали исследования, особенности развития экосистем макрофитных озер при эвтрофировании весьма значительны, что подтвердилось отсутствием связей между плотностью зарослей и основными лимнологическими показателями состояния экосистемы водоемов [Шилькрот, 1979]. По-видимому, макрофитные водоемы нуждаются в разработке отдельного индекса, учитывающего специфику их развития. Интересная попытка разработать индекс трофического состояния озер, основанный на видовых и количественных характеристиках зарослей высшей водной растительности приведена в работе Х. Эдмистона и В. Майерса на основе данных хорошо изученных в лимнологическом отношении озер Флориды [Edmiston, Myers, 1984].

Приведенные показатели трофического состояния, хотя и связаны непосредственно с процессом первичного продуцирования, играют в нем различную роль. Учитывая это обстоятельство, Дж. Кох предложил рассматривать отдельно индексы трофического потенциала и трофического отклика. [Cox, 1984]. К показателям потенциального трофического состояния он относит, прежде всего, концентрацию биогенных элементов, а также световые, температурные и гидрологические условия водоема. Содержание хлорофилла-а, первичная продукция, биомасса фитопланктона и степень покрытия водоема макрофитами относятся к показателям трофического отклика.