Зарастание водоемов на северо-западе России воздушно-водной и водной растительностью в различных экологических условиях

Изучение прибрежно-водной и водной растительности (ПВР и ВР) на водоемах Северо-Запада России проводилось авторами по материалам дистанционного зондирования (МДЗ) – аэрофотосъемкам (АФС) 1970-х - 1980-х гг. и космическим съемкам (КС) 1990-х- 2000-х. Дистанционные изображения анализировались совместно с материалами натурного изучения объектов, полученными Т.А. Поповой в ходе экспедиционных исследований 1950-х –2000-х гг. на побережье различных водоемов – в Невской губе, восточной части Финского залива, Ладожском озере, озерах Ленинградской области, Куршском заливе и др. Первый опыт картирования ПВР был получен на Рыбинском водохранилище, работы выполнялись в составе отряда экспедиции АН СССР 1956 г. Все последующие работы проводились в НИИ космоаэрогеологиче-ских методов (ранее – Лаборатория аэрометодов). С 1977 по 1990 г. применялись экспериментальные АФС (панхроматические, изохроматические, спектрозональные, многоспектральные) – в масштабах от 1:100 000 до 1:2 000. Съемки выполнялись в период максимального развития ПВР и ВР – со второй половины июля по сентябрь. Радиолокационная съемка в сантиметровом диапазоне фиксировала контуры массового развития воздушно-водных растений (ВВР) - тростник, рогоз, камыш. С развитием космической техники стали использоваться снимки со спутников. Ныне по степени детальности снимки спутниковых систем приближаются к АФС, по одновременному охвату территории возможности съемки с ИСЗ намного превосходят возможности аэросъемки.

Дешифрирование АФС и КС основывается на натурных наблюдениях и изучении спектральных характеристик основных доминантных видов растительности. Подобные измерения выполнялись прецизионным фотометром ПИФ на макрофитах Б.Ракового озера. Геоботанические описания с географической привязкой к местности выполняются на типичных участках водоемов. При дешифрировании МДЗ используются методы статистического анализа двумерных полей яркости с целью выявления мест локализации на водоемах конкрет-

Попова Татьяна Александровна , к.б.н., доц., в.н.с..; Бычкова

ного вида растительности и оценки площадей, занимаемых данным видом (сегментация снимка, кластерный анализ), изучения динамики растительного покрова.

Опыт показал, что классическое поясное зарастание водоемов наблюдается редко. Характер зарастания определяют следующие основные факторы:

• 1.    морфология озерной чаши (или залива), форма, размеры, изрезанность береговой линии, глубина, уклон и рельеф дна;

• 2.    физико-химические свойства водной массы – химический состав, режим газообмена, прозрачность, цвет, температура воды;

• 3.    динамика водных масс – течения, волнение, приливы, изменение уровня воды (сезонное, режимное, многолетние циклы);

• 4.    донные отложения – механический и химический состав;

• 5.    тип местообитания окружающей территории;

• 6.    световой режим (затененность);

• 7.    береговые экзогенные процессы (оползни, обвалы, осыпи, эрозия);

• 8.    наличие органов размножения растений;

• 9.    годичная водообеспеченность водосбора;

• 10.    влияние техногенной, антропогенной и зоогенной деятельности (наличие гидротехнических сооружений, промышленных и бытовых сбросов, мелиоративных канав, сельскохозяйственных угодий, поселения ондатры и бобров).

Зарастание мелководных малых озер

Зарастание и эвтрофирование внутренних водоемов, их старение – естественный ход развития. Скорость этих процессов определяет комплекс факторов, влияние многих из них можно проследить на примере озера Охотничьего, входящего в единую систему с озерами Б. и М. Раковыми и др. озерами Карельского перешейка. Охотничье озеро мелководное с илистыми донными отложениями, слабопроточное, окружено низкими заболоченными равнинами, что способствует зарастанию путем образования прибрежных сплавин, краевые части которых не связаны с донными отложениями [1,2].

Динамика зарастания оценена по АФС 1969, 1974, 1988, 1999 и КС 2010 г. (рис.1). и полевым наблюдениям 1978, 1979, 1986, 1988 и 2000 гг. За эти годы процесс зарастания менялся, он не был однонаправленным. Ширина протоки на севере Охотничьего озера сузилась, по данным МДЗ, с 20 м в 1969 г. до 8-10 м в 2010 г. В 1969 г. сплавина на озере была еще в стадии формирования, а в 1988 г. она уже стабилизировалась в своем развитии. Краевая часть сплавины занимала примерно одинаковое положение и в 1988, и в 2010 г., ширина сплавины достигала 200-400 м. Т.е. дальнейшее зарастание озера идет медленно, в соответствии с естественным ходом многолетних природных процессов.

Развитие ПВР в мелководных районах ладоги

Основной вид ПВР на Ладоге – это тростник, распространяющийся в береговой зоне до глубин около 2 м. Тростник наиболее развит в Южном Приладожье, на участках с песчаным дном в районах с незначительным волнением, в условиях сильного прогрева в «стоячих» водах за счет солнечной инсоляции. Там, где песчаные отложения сочетаются с илистыми, одновременно с тростником присутствует камыш – особенно в устьевых зонах рек, выносящих много биогенов. В районах с интенсивным ветро-волновым перемешиванием вод в районе выноса рек тростник представляет монодоминантный вид (рис.2а, 2д). Круговины тростника в таких районах имеют меньший диаметр, чем в районах интенсивного прогрева в полузакрытых лагунах. Так, в районе впадения р. Ситика и к востоку от косы Кареджи диаметр круговин тростника составляет 30-50 м (рис. 2а, 2д), а у северного берега мелководной губы Черная Сатама – 100–150 м в диаметре. По краю отмели правильные круго-вины тростника местами сливаются друг с другом и приобретают форму восьмерки (рис. 2в). На мелководье полузакрытых лагун отмечается большее видовое разнообразие ПВР, особенно на заиленных грунтах. Так, восточнее мыса Песоцкий Нос в губе Черная Сатама, кроме тростника, отмечены рдест плавающий, камыш, манник. На разнообразие ПВР влияет состав донных грунтов, что иллюстрируют заросли ПВР в районе устья р. Лавы (рис. 2б), которая течет в каньоне с отложениями ордовика и кембрия (синие глины и др.).

Разнообразие ПВР характерно и для западного побережья Ладоги. Разграничение ареалов ВВР и ВР облегчает съемка в начале весны (рис. 2е), когда у берега на полосе ВВР (тростник, камыш) снега уже нет, а озеро еще покрыто льдом и ВР не проявляется, отсутствуют и искажения снимка за счет влияния волнения. На восточном побережье Ладоги, в Нижне-Свирском ландшафтном районе ПВР развита слабо. Так, от р. Гумбарки до р. Ситики отмечена лишь узкая полоса тростника по берегу и отдельные круговинки в 100 м полосе. Но в месте впадения Ситики полоса ПВР достигает ширины в 500 м, а уже через 1,5 км она имеет ширину 250 м и дальше на северо-запад постепенно сужается.

а)

б)

Рис. 1 . Зарастание озера Охотничье по данным ДЗ: а) АФС 1969 г.; б) АФС 1988 г.; в) снимок ИСЗ GeoEye, 2010 г.

Примечание : 1- уплотненная сплавина с осоковосфагновым покровом с обильной клюквой и рассеянными березками и ивами; 2 – наплывающая на воду кайма сплавины из белокрыльника и сабельника с единичными побегами рогоза; 3 – плес, зарастающий пятнами хвоща, камыша, тростника, ежеголовника и в окнах – рдестом плавающим и кубышкой желтой; 4 – протока, по которой поступает вода из оз. Глубокое; 5 – плес, зарастающий водными укореняющимися и с плавающими листьями растениями; 6 – протока из Охотничьего оз. в Бол. Раковое оз.; 7 – облесенная перемычка между Охотничьим и Б. Раковым озером; 8 – лодочный причал.

128 м

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рис. 2 . Развитие прибрежно-водной растительности на Ладожском озере по данным КС и АФС. а) р-н р. Сити-ка, АФС, 1977 г.; б) впадение реки Лава в Ладогу, АФС, 1982 г.; в) губа Черная Сатама, КС 2010; г) протока, соединяющая Ладогу с Новоладожским каналом, КС 2010; д) район у основания косы Кареджи, КС 2010; е) западное побережье у м. Сосновец, 15.03.2007, ИСЗ QuickBird.

В Северном Приладожье по материалам АФС и КС наблюдать ПВР можно только при сверхкрупномасштабной съемке, в силу того, что ПВР занимает здесь значительно меньшие территории из-за большей глубоководности и более низких температур воды.

Развитие прибрежно-водной растительности на северном побережье восточной части финского залива и невской губы

Наблюдения в Финском заливе за развитием ПВР с помощью АФС и КС показали, что в этом районе изменения ПВР и ВР происходят медленно. За 30 лет общие контуры зарастания изменились очень мало (рис. 3), произошло изреживание некоторых сообществ, исчезновение отдельных видов, связанное с сильным антропогенным воздействием, в частности с дноуглубительными работами, вызвавшими резкое падение прозрачности вод.

а)

250 м

':

Рис.3 . Прибрежно-водная растительность у северного берега Финского залива на илисто-глиняных грунтах (район ст. Морской). а) – АФС 1982 г.; б) – ИСЗ QuickBird 2009 г.; в) – дешифрирование рис. 3а.

Примечание : 1 – густые одновидовые тростниковые сообщества; 2- сочетание сообществ: разнотравнотростниковых и тростниковых с разнотравнокрупнозлаковыми и разнотравно-осоковыми; 3 – преобладание густых одновидовых сообществ камыша; 4 – одновидовые сообщества камыша с фрагментами разнотравных (вех, стрелолист); 5 – разреженные, глубоко погруженные сообщества камыша; 6 – густые сообщества камыша с фрагментами погруженных макрофитов и с плавающими листьями (рдесты, кубышка, сусак, вех, стрелолист и др.); 7 – одновидовые сообщества камыша с вкраплениями кубышки, рдеста, тростника; 8 – сообщества кубышки с фрагментами камышевых; 9 – сообщества стрелолиста с фрагментами камышевых, тростниковых, разнотравных.

ВЫВОДЫ

Мониторинг ПВР с помощью МДЗ показывает, что АФС и КС позволяют картировать различные виды растительности, выявлять сезонную и межгодовую динамику. ВВР достаточно лабильны и могут произрастать в различных эдафических условиях. Влияние глубины, температурного и светового режима – наиболее важные факторы, определяющие развитие ПВР. Сукцессионные процессы изменения ПВР идут достаточно медленно. Имеющийся 30-летний ряд дистанционных наблюдений недостаточен для достоверных выводов о многолетних трендах ПВР, принимая во внимание необходимость учета сезонной и межгодовой изменчивости ПВР и климатических аномалий.