Урбанизация водосборов и трансформация речных экосистем

Процесс масштабной урбанизации сопровождается заменяемостью естественных водопроницаемых почвенно-растительных покровов искусственными водонепроницаемыми поверхностями: асфальтобетонными покрытиями автодорог, мощеными площадками и крышами зданий. Подобное преобразование ландшафтов приводит к тому, что естественные гидрографические сети и водотоки теряют способность к саморегуляции и перестают справляться с гидрологической нагрузкой.

В комплекс экологических последствий урбанизации традиционно входят следующие проявления:
- Резкая деформация гидрологических режимов с возрастанием пиковых значений поверхностного стока.
- Существенное ухудшение химических и физических показателей качества воды.
- Многократное увеличение скорости осадконакопления и заиления русел, проявляющееся наиболее остро на этапах активного строительства (Кордери, 1976).

Для нивелирования негативных гидрологических сдвигов сооружаются инженерно-технические объекты: бетонные каналы, пруды-отстойники, искусственные водохранилища и урбанизированные водно-болотные угодья. Их целевое назначение заключается в регулировании скорости течения, снижении объема твердого стока и стабилизации качественного состава воды. Однако природоохранный потенциал данных сооружений существенно ограничен из-за их собственного низкого экологического качества, что требует тщательной оценки воздействия таких структур на природные водные экосистемы.

Характерным примером служит Австралия, где расширение городских агломераций происходит на освоенных сельскохозяйственных территориях с геологически древними, выветренными почвами с высоким содержанием глины (Олив и Уокер, 1982). Поскольку механическое нарушение дернового покрова провоцирует эрозию (Норрис, 1991), проектировщики вынуждены создавать сооружения для удержания наносов. Ниже рассматривается влияние подобного строительства в бассейне реки Маррамбиджи (Австралийская столичная территория) на бентосные сообщества беспозвоночных.

Гидрологическая характеристика бассейна реки Маррамбиджи. Река Маррамбиджи — важнейшая артерия крупнейшей гидрографической системы Австралии, протянувшаяся на 1600 км по юго-восточной части континента до слияния с рекой Муррей. Практически весь 60-километровый отрезок русла, протекающий по Австралийской столичной территории, наделен статусом природного заповедника (Anon, 1988). Данный участок отличается чередованием песчаных плесов и глубоких каменистых перекатов. Прилегающие территории исторически отводились под пастбищное животноводство, однако расширение границ Канберры привело к интенсификации застройки водосбора (Hogg and Norris, 1991).

Малый городской ручей Таггеранонг-Крик, протекающий через южные кварталы Канберры, является непосредственным притоком реки Маррамбиджи. В целях снижения антропогенного пресса на заповедную реку вдоль русла ручья был возведен комплекс отстойных прудов и создано искусственное озеро Таггеранонг площадью 70 га, образованное системой плотин.

Строительные работы сопровождались выравниванием чаши озера тяжелой землеройной техникой и полным снятием растительного слоя на территории водосброса. Несмотря на то, что средний расход воды в ручье Таггеранонг-Крик на порядок уступает расходу Маррамбиджи, снос растительности на водосборе вызвал стократное увеличение концентрации взвешенных веществ в реке ниже места слияния. Твердые осадки (в особенности тонкодисперсная фракция с диаметром частиц менее 125 мкм) выпадали непосредственно на дно русла. При этом химические параметры выше и ниже слияния оставались схожими, за исключением резкого роста содержания нитратов и нитритно-щелочных соединений, вымываемых из оголенного верхнего слоя почвы (Мартин и Пирс, 1980).

Реакция донных макробеспозвоночных на заиление и эрозию. Анализ бентосных проб, отобранных в период масштабных строительных работ, выявил заметную деградацию фаунистических комплексов (Таблица 10.5). На экспериментальных участках ниже впадения ручья отмечалось падение суммарного обилия организмов (54 особи против 23 в контроле), а также снижение видового богатства. Ни один новый вид не смог освоить трансформированный участок ниже по течению.

Таблица 10.5 — Виды беспозвоночных, обнаруженные на контрольных, восстановительных и экспериментальных участках вдоль реки Маррамбиджи (1987–1988 гг.)

За исключением олигохет Nais communis / variabilis и хирономид Cryptochironomus sp., плотность абсолютного большинства видов ниже места слияния существенно сократилась. Пробы с участка ниже гидравлического воздействия показали почти полное исчезновение молоди хищных таксонов:
- Личинок стрекоз (Odonata).
- Хищных хирономид подсемейства Tanypodinae (в частности, Procladius sp.).
- Мокрецов семейства Ceratopogonidae.

Особая чувствительность хищных градаций макробентоса к механическому заилению и изменению гидрорежима подтверждается многочисленными исследованиями пресноводных экосистем Австралии (Watson et al., 1982). Падение численности личинок поденок Tasmanocoenis tillyardi (семейство Caenidae) оказалось неожиданным для исследователей, поскольку данный вид считается псаммофильным и обычно населяет зоны аккумуляции наносов. Частичная регенерация его популяции фиксировалась лишь на удалении 35 км ниже по течению от источника загрязнения. В целом деформация гидрологического стока по всей Австралии уже поставила под угрозу исчезновения не менее пяти видов стрекоз (Key, 1978).

Долгосрочные экологические риски и проблемы сохранения биоразнообразия. Изучение отдаленных последствий гидротехнического строительства на ручье Таггеранонг показало их стойкий негативный характер: даже через 6 лет после завершения работ полнокровного восстановления популяции T. tillyardi и ряда других чувствительных беспозвоночных не произошло.

Высокая смертность, снижение численности и слабая миграционная способность взрослых фаз (имаго) водных насекомых создают долгосрочные угрозы для выживания локальных популяций. Утрата естественных биотопов при затоплении чаши озера Таггеранонг и заилении русла ниже плотины приводит к изоляции сохранившихся микропопуляций и нарушает естественный генетический обмен.

Для развивающихся стран, обладающих уникальной и слабоизученной фауной водно-болотных угодий, градостроительная экспансия и гидротехническое освоение ресурсов представляют глобальную угрозу (Уэллс и др., 1983). Ситуация усугубляется отсутствием законодательных механизмов охраны беспозвоночных. Дополнительный аспект проблемы лежит в плоскости эпидемиологии: масштабное создание мелководных стоячих водоемов и отстойников вблизи городских кварталов провоцирует рост численности кровососущих насекомых — переносчиков опасных инфекционных заболеваний (Рассел, 1999).

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Д. Дадли Уильямс, Блауштейн Л. и С.С. Шварц, Кили Дж.Э. и П.Х. Зедлер, Аматали М.А., Боуэн Р.

Источник: Биология временных водоемов

Данные публикации будут полезны студентам, изучающим биологические и экологические науки, начинающим исследователям в области экологии пресноводных водоемов и зоологии беспозвоночных, а также специалистам по охране природы и всем, кто интересуется глобальной сравнительной экологией сообществ временных водных сред обитания.