Речной ландшафт как экосистемный контекст: управление водосборами и сохранение биоразнообразия

Основная цель данной главы — создать речной ландшафт или экосистемный контекст для последующих глав, в которых представлен детальный анализ речных экологических процессов и ответных реакций на них в конкретных местах. Основная предпосылка заключается в том, что лишь немногие вопросы, связанные с исследованиями рек и управлением ими, могут быть адекватно решены без учёта характеристик и динамики речного ландшафта. Более того, вопросы, выходящие за пределы водосборного бассейна, часто оказываются критически важными для понимания речных систем. Действительно, к большинству задач управления природными ресурсами необходимо подходить в рамках всего бассейна или речной экосистемы из-за перекрывающихся границ юрисдикций и интерактивного характера экологических процессов, которые обеспечивают речные товары (чистую воду, рыболовство, ресурсы дикой природы) и услуги (транспорт, гидроэнергетику, удобрение пойм), необходимые для человеческих обществ. Однако границы экосистем остаются проницаемыми для потоков энергии и веществ, и их лучше всего определять в соответствии с конкретной экологической проблемой или исследуемым вопросом (Стэнфорд и Уорд, 1992).

Рассмотрим глобальную проблему сохранения дикого лосося. Популяции дикого лосося неуклонно сокращаются во всём мире из-за чрезмерного вылова и значительных изменений местообитаний в реках, где он обитает. Исторически сложилось так, что по меньшей мере 20 миллионов тихоокеанских лососей и стальноголовых лососей (радужная форель проходная) возвращались в реку Колумбия на нерест, и более 200 различных группировок (популяций) пяти наиболее распространённых видов сформировались в результате тысячелетней адаптации к меняющейся мозаике местообитаний и высокой продуктивности этого обширного (567 000 км²) водосборного бассейна. Взрослый лосось демонстрировал сильную привязанность к определённым местам нереста вдоль всего речного коридора, включая верховья рек и озёра в многочисленных притоках, таких как суббассейн реки Снейк. Молодь лосося активно мигрировала, часто концентрируясь на пойменных местообитаниях, где питалась богатыми источниками пищи, обеспечиваемыми динамичным речным ландшафтом. Популяции некоторых видов оставались в реке всего несколько месяцев, тогда как другие обитали в течение трёх-пяти лет.

Такая же пластичность жизненного цикла наблюдалась и в океанской среде: одни лососи возвращались на нерест через один-два года, в то время как другие, например крупная чавыча из реки Колумбия (которую местные жители называют «июньскими свиньями» из-за времени вылова и массы тела более 25 кг), кормились в море несколько лет перед возвращением на нерест. Эта пластичность подчёркивает способность лососевых видов адаптировать свои жизненные циклы к местным условиям окружающей среды. Река Колумбия охватывает 15 экорегионов, представляющих множество различных изменчивых местообитаний для лосося, что приводит к удивительно высокому разнообразию адаптированных к местным условиям популяций. Попадание тел лосося в прибрежную зону повышает плодовитость (лосось погибает после нереста, тогда как стальноголовый — нет), а также обеспечивает пищей разнообразную дикую природу и человеческие сообщества, живущие вдоль реки и её многочисленных притоков. Следовательно, река Колумбия до начала освоения функционировала как естественная «лососёвая фабрика», которая поддерживала тысячи коренных жителей (Стэнфорд и др., 2005a; Уильямс, 2006).

Сегодня река Колумбия и почти все её притоки полностью перекрыты сотнями плотин, которые существенно изменяют естественный сток. Почти всё основное русло затоплено в результате гидроэнергетических работ, что затрудняет миграцию лосося. Поймы либо затоплены водохранилищами, либо отделены от русла реки автомобильными и железными дорогами, а также разрастающимися посёлками. Развитие фермерских хозяйств и промышленности происходит за счёт отвода воды как из притоков, так и из главного русла. С 1990 года на добычу лосося в реке Колумбия были потрачены миллиарды долларов, но с ограниченным успехом. Действительно, сохранился только один по-настоящему устойчивый вид — осенняя чавыча, которая мечет икру и выращивает смолтов (океаническую молодь) в Хэнфордском проливе — последнем свободно текущем участке главного русла реки (Стэнфорд и др., 2005a; Уильямс, 2006). Аналогичная ситуация наблюдается в большинстве других лососёвых рек по всему миру, за исключением отдалённых северных регионов, где антропогенное изменение среды обитания минимально.

Лосось полностью исчез из большинства европейских рек, таких как Рейн, где он когда-то был в изобилии. Тем не менее благодаря его культовому и экономическому статусу в местных культурах на берегах рек, где исторически процветал лосось, люди желают его возвращения и готовы инвестировать в восстановление. Задача речных экологов — согласовать использование рек человеком с обеспечением надлежащей среды обитания для лосося. Необходимо решить как минимум две основные проблемы. Во-первых, следует признать, что экосистема лосося охватывает всю речную систему, её устья и большую часть морской среды — для тихоокеанских лососей это означает значительную часть северной части Тихого океана, где они мигрируют между районами нагула в зависимости от океанических условий. На сегодняшний день менеджеры не адаптировали добычу лосося так, чтобы консервативно учитывать изменения в океанских, эстуарных и речных условиях, с которыми лосось сталкивается в течение своего длительного жизненного цикла. Результатом стали годы чрезмерного вылова, которые постепенно привели к сокращению запасов до неприемлемого уровня, несмотря на природную пластичность лосося в реагировании на изменения среды.

Во-вторых, изменяющаяся мозаика местообитаний, необходимая лососю в пресных водах, должна быть восстановлена путём нормализации режимов стока в нативных реках (Стэнфорд и др., 1996; Хауэр и др., 2003; Хауэр и Лоранг, 2004; Стэнфорд и др., 2005a). Во многих системах, таких как Колумбия, этого реально достичь только на некоторых притоках, где отсутствуют крупные гидроэлектростанции и иная инфраструктура, от которой общество не желает отказываться, несмотря на широкую общественную поддержку восстановления лосося. Дополнительные проблемы, такие как изменение климата и использование рыбоводных заводов для компенсации утраты среды обитания, также создают значительные трудности (дополнительную информацию о лососе см. на сайте www.wildsalmoncenter.org). В меньшем масштабе, но с такими же интерактивными исследовательскими и управленческими задачами в области экологии рек, поучительным примером служит экосистема реки Флэтхед-Лейк на северо-западе Монтаны и юго-востоке Британской Колумбии, Канада (Стэнфорд и Эллис, 2002).

Этот крупный (22 241 км²) водосбор реки Колумбия исторически был недоступен для лосося из-за естественных барьеров, препятствующих миграции вверх по течению. Водосбор охватывает небольшие городские и сельскохозяйственные угодья на дне долины Пьемонт, обширные национальные (США) и провинциальные (Британская Колумбия) леса с зонами лесопользования и охраны дикой природы, а также западную половину Международного парка мира Глейшер-Уотертон — международного биосферного заповедника и объекта Всемирного наследия. Перепад высот составляет примерно 3400 метров от самых высоких точек водораздела до озера Флэтхед. Исток реки берёт начало на вершине Тройного водораздела — «короны континента», где берут начало три величайшие реки Северной Америки: Колумбия, Саскачеван и Миссури. Речной ландшафт Флэтхеда многогранен: кристально чистые горные потоки низвергаются каскадами по крутым горным долинам, в которых обитают многочисленные популяции диких животных Скалистых гор, включая одну из двух последних популяций медведя гризли на сопредельной территории США (другая обитает в экосистеме Большого Йеллоустона).

Речная система включает пойму реки Ньяк, описанную ранее, где была разработана концепция мозаики меняющихся местообитаний, а также другие обширные поймы вдоль каждого притока и главного русла в долине Флэтхед. Они впадают в озеро Флэтхед площадью 480 км² — крупнейшее озеро на западе США и одно из самых чистых в мире среди крупных озёр, в водосборах которых проживает значительное количество людей. Однако Флэтхед испытывает те же нагрузки, что и большинство рек и водотоков. Лимнология озера Флэтхед и его речной системы изучается учёными Биологической станции Флэтхед-Лейк Университета Монтаны на протяжении более 100 лет. Этот многолетний опыт ясно показывает, что качество воды постепенно снижается в прямой зависимости от развития инфраструктуры в бассейне. В последние десятилетия ухудшение качества воды ускорилось в связи с быстрым ростом населения. Движимые сильным желанием поддерживать высокое качество воды — в частности, поразительную прозрачность озера Флэтхед — и имея чёткую научную документацию об ухудшении, жители Флэтхеда поддержали строительство современных очистных сооружений по всему водосбору и эффективно внедрили правила землепользования, чтобы минимизировать диффузный сток загрязняющих веществ из городов, ферм и лесозаготовок. Это пример успешного управления речным хозяйством, хотя постоянная бдительность и тщательный мониторинг остаются необходимыми.

Тем не менее одной из главных проблем, стоящих перед речными экологами во Флэтхеде, являются изменения в структуре пищевой сети озера Флэтхед. Виды рыб и беспозвоночных были интродуцированы для расширения возможностей рыболовства, но эти действия предпринимались без надлежащей научной базы. Численность местной форели-головореза начала сокращаться, когда появился не имеющий выхода к морю красный лосось (кокани), а также озёрная форель, озёрный сиг, окунь и другие виды. Местные хищные самцы гольца (бычья форель) приспособились питаться кокани, поскольку их естественная добыча (головорез) уменьшилась. Голец и форель-головорез мигрируют из озера к определённым притокам для нереста, а молодь остаётся в речной системе в течение нескольких лет, прежде чем мигрировать в озеро для созревания. Таким образом, как и для лосося, для их жизненного цикла требуется интегрированная система «озеро-река» в качестве единой экосистемы. Бычий голец успешно сохранялся в озере Флэтхед до тех пор, пока в него не были завезены креветки-мизиды (Mysis relicta) с целью повышения продуктивности кокани за счёт дополнительного корма.

Это внедрение привело к серьёзным последствиям, поскольку мизиды потребляли пищу кокани, но кокани не могли эффективно питаться мизидами — мизиды активны только ночью, тогда как кокани питаются днём. Это фактически привело к исчезновению из озера ранее многочисленной популяции кокани. В то же время мизиды обеспечивали новый богатый корм для озёрной форели и озёрного сига — видов, которые ранее были ограничены скудными пищевыми ресурсами на ранних стадиях жизни и поэтому размножались очень медленно. Новый корм (мизиды) оказался идеальным для молоди озерной форели и озерного сига, что позволило быстро увеличить численность этих видов за счёт бычков гольца, численность которых резко сократилась. Сегодня в озере преобладают неместные виды рыб. Местные виды гольца, головореза и других аборигенных рыб в настоящее время находятся под угрозой исчезновения из системы. Кроме того, многочисленные неместные виды мигрировали вверх по течению и заселили озёра в Национальном парке Глейшер, что представляет собой ещё одну дилемму для речных администраторов.

Закон США «Об исчезающих видах» и хартия системы национальных парков предписывают сохранять и защищать местные виды. Во Флэтхеде это окажется весьма проблематичным из-за кажущихся необратимыми изменений в пищевой сети, вызванных прошлыми управленческими ошибками. Эти примеры подчёркивают критическую важность понимания речных и озёрно-речных систем в контексте экосистем речного ландшафта. Требуется чёткое определение границ экосистем, которые влияют на экологические проблемы. Суть в том, что современный речной эколог должен иметь широкую подготовку, быть ориентирован на междисциплинарный подход к решению проблем, основанный на изучении речных ландшафтов, и полностью владеть научной информацией, чтобы должным образом выполнять свою работу.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Ф. Ричард Хауэр и Гэри А. Ламберти

Источник: Методы в экологии ручьев

Данные публикации будут полезны студентам экологических и географических специальностей, начинающим специалистам в области гидрологии, геоморфологии и управления водными ресурсами, а также всем, кто интересуется динамикой речных экосистем и вопросами охраны природных ландшафтов.