Простенькая зеленая водоросль стала внутренней угрозой для озера.
Об авторах: Филипп Вячеславович Сапожников – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН; Ольга Юрьевна Калинина – младший научный сотрудник географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Уже много лет кряду растет интерес туристов всего мира к самому глубокому и чистому озеру планеты – Байкалу. Между тем за последние 10 лет существенно изменился сам облик озера, вожделенного для сотен тысяч приезжих. И причина его изменений, как это ни парадоксально, но вполне логично, кроется как раз в антропогенном влиянии.
Топкие ковры из тины
В последние годы многие мелководные бухты по берегам озера стали превращаться в гниющие болота. В летний период ветром к берегу нагоняет зеленую тину, заполняющую всю толщу мелководья на расстояние до 50 м от уреза воды. Это происходит в районах Северобайкальска, Выдрино, Турки и многих других населенных пунктов. Однако нагон «ковров» из тины случается и в бухтах, где нет населенных пунктов, а туристы немногочисленны. Сбившаяся ковром зеленая тина ложится на дно, изолируя его поверхность, и медленно перегнивает, убивая его обитателей, порождая омерзительный запах и образуя труднопреодолимую преграду для желающих добраться с берега до чистой водной глади.
Причина образования таких топких «ковров» – массовое развитие зеленых нитчатых водорослей из рода спирогира (Spirogyra). Когда эти водоросли развиваются на чистом дне и не слишком обильно, они напоминают развесистые пряди русалочьих волос: тонкие нити тянутся на несколько метров плавными прядями. Разные виды спирогиры – а их только описано свыше 500 – населяют большинство пресных водоемов планеты. Некоторые из них всегда жили в Байкале, не нанося вреда его экосистеме и являясь ее полноправными компонентами. Однако обстоятельства сложились так, что спирогира обрела для озера статус внутренней угрозы.
В связи с ростом турпотока по берегам озера в последнее десятилетие было возведено огромное количество турбаз, пансионатов и домов отдыха. И особенно в летний период все они ежедневно бывают заполнены приезжими. Между тем инфраструктура работает: использованное белье и полотенца отправляются в стирку, и стирают их здесь в подавляющем большинстве случаев дешевыми порошками. А те содержат соли фосфора – и в большом количестве. Также крайне важна особенность новоотстроенных баз: в основном своем они не оснащены качественными очистными сооружениями для сточных вод.
В озеро устремляется поток загрязнений, богатый соединениями фосфора и азота. Половину сброса органических загрязнителей в Байкал сейчас дают населенные пункты, расположенные по его берегам. Другая половина приходит по реке Селенге из Улан-Удэ. Всего же ежегодно в озеро поступает до 5 млн куб. м неочищенных стоков.
Спирогира – это ответ экосистемы
Отметим, что спирогира обладает четырьмя свойствами, важными для баланса экосистемы водоема.
Фото авторов
Во-первых, она очень «любит» соли фосфора и азота – для нее это ценнейшие и легко усвояемые удобрения.
Во-вторых, ее нити способны расти со скоростью до 5–10 см в сутки – зеленые пряди быстро простираются над поверхностью дна.
В-третьих, оторванная или отрезанная от субстрата спирогира способна зацепиться за подводное препятствие и, обтекаемая потоком ценных для нее биогенных веществ, продолжает расти.
Наконец, после отмирания нитей они под действием ферментов бактериальных сообществ разлагаются довольно быстро, возвращая неорганические компоненты в среду обитания. То есть захоронения фосфатов и нитратов в поверхностном слое донного осадка не происходит, соли возвращаются обратно в воду.
Невзирая на обильный рост спирогиры во многих прибрежных районах, солей фосфора и азота в озере не становится меньше. Наоборот, с каждым годом их поступает туда все больше. И, по сути, концентрации биогенов, необходимые для обильного роста спирогиры, есть уже во всех районах прибрежной зоны Байкала. Добавим к этому, что – опять же в последние годы – усилился забор воды из озера для нужд Ангарского каскада ГРЭС. Это вызвано растущей необходимостью в снабжении электроэнергией региона.
Тем не менее в связи с введением дополнительных квот на сброс воды уровень озера опустился ниже экстремального. Это, в свою очередь, привело к более интенсивному прогреву поверхности дна на мелководьях прибрежной зоны – как раз там, где спирогира растет лучше всего, на глубинах до 7–10 м.
Чем теплее вода, тем интенсивнее рост спирогиры: в каналах водосбора, окружающих пахотные угодья по всей Средней России, куда стекает с полей богатый удобрениями избыток воды и где вся ее толща хорошо прогревается Солнцем, виды спирогиры способны разрастаться густой тиной всего за несколько суток.
Таким образом, бурный рост спирогиры – это вполне закономерный ответ экосистемы Байкала на антропогенный пресс, приведший ее в состояние глубокого и продолжительного стресса. Здесь напрашивается физиологическая аналогия с туберкулезом легких.
Как известно, туберкулез врачи называют «болезнью долгого стресса». Палочка Коха живет в организмах большинства из нас, и наши иммунные системы держат ее под жестким контролем, не позволяя развиваться. Однако при продолжительном воздействии стресса эта потенциально патогенная палочка становится вполне реально опасной, бурно разрастаясь в тканях легких и образуя сгустки (туберы), сильно снижающие площадь их дыхательной поверхности. Эти туберы, как самостоятельно живущие бактериальные сообщества, выделяют токсины, способные отравлять человеку кровь.
Спирогира, разрастаясь в некогда самом чистом озере планеты, в ответ на продолжительное стрессирующее воздействие со стороны человека, теперь производит в прибрежных зонах сходные эффекты:
– при массовом развитии нити этой водоросли образуют густые пряди большой площади, простирающиеся на многие квадратные метры и плотно покрывающие поверхность дна, мешая нормальной жизнедеятельности его обитателей – и они гибнут не в силах приспособиться к новым ландшафтным условиям; это относится к рачкам-бокоплавам, червям, двустворчатым моллюскам и нескольким видам донных рыб из рода широколобок – «байкальским бычкам»;
– свыше 90% разнообразия донных организмов Байкала сосредоточено именно на мелководьях – там, где способна развиваться спирогира, меняющая облик обжитых ими ландшафтов до неузнаваемости;
– несмотря на обильное выделение кислорода в результате реакций фотосинтеза, тина из спирогиры снабжает им в основном слои воды, лежащие над ней – в нижние слои тины свет уже не проникает, у самого дна верхние нити сильно затеняют нижние, там происходит обильное развитие бактерий, предпочитающих условия низкой концентрации кислорода и, как следствие, происходят заморные явления, приводящие к размножению уже анаэробных форм бактерий, а те выделяют сероводород и метан;
– гниение спирогировых «ковров» на мелководьях сопровождается высвобождением токсинов в воздух прибрежной зоны, а вода на многие сотни метров в округе становится непригодной для питья.
Не дать зацепиться
Однако, как показали исследования сотрудников Института океанологии РАН, проведенные на Южном побережье Байкала в июле 2016 года, и параллельные наблюдения группы «Берега России» в прибрежной зоне по большей части периметра озера, спирогира обильно развивается не везде. Также далеко не повсюду она образует прибрежные скопления, коврами ложащиеся на дно.
Причины кроятся в том, что нити этой водоросли способны расти только там, где им есть на чем отрастать или за что зацепиться. А кроме того, в прибрежной зоне Байкала существует своя вертикальная зональность в распределении донных сообществ. Например, на Южном побережье есть три типа дна, уходящего от уреза воды в глубину: песок, крупная галька и каменные глыбы – последние были в большинстве мест насыпаны искусственно, чтобы спасти берег под железной дорогой от разрушения штормовыми волнами.
Так вот: непосредственно на песчаном дне, уходящем с пляжа в воду и простирающемся до самых илов, залегающих на глубинах от 30 с лишним метров, спирогира не растет.
В свою очередь, на крупных камнях, нагромождениями уходящих с берега под воду, первые 1,5 м в глубину растут густые ковры другой зеленой водоросли – улотрикса (Ulothrix). Два вида этой нитчатки – не слишком длинной (до 10–15 см), растущей плотными куртинами и образующей курчавый оброст скал, тоже жили в Байкале на протяжении тысячелетий. И только в последние годы их обилие возросло по известным уже причинам. Однако для развития им нужен очень твердый субстрат и освоить они способны в силу видовых особенностей лишь относительно узкий слой водной толщи.
Глубже появляется на камнях спирогира. Однако здесь ее ярко-зеленые пятна перемежаются с пятнами кладофоры (Cladophora) – третьей зеленой нитчатки, также предпочитающей жить на поверхности скал: ее обильно ветвящиеся нити растут относительно медленно, обладают высокой прочностью на разрыв и вполне хорошо переносят воздействие штормовых волн. Спирогиру же такие волны легко рвут в клочья.
Еще один сдерживающий фактор для развития спирогиры на крупных подводных камнях глубже пояса улотрикса – корковые губки, во многих местах покрывающие их поверхность (на губках спирогира не растет), и крупные (до 20 см) кусты эндемичных для Байкала водорослей из рода драпарнальдиодес (Draparnaldiodes). Последние тоже ощутили приток ценнейших для роста биогенов, однако их рост происходит значительно медленнее, нежели у спирогиры и улотрикса, держатся они за скалу нитевидными образованиями (ризоидами) довольно прочно и плотность поселения их невелика. Основные заросли спирогиры в таких местах сосредоточены на глубинах 3–5 м – ниже россыпи камней заканчиваются, а на голом песке спирогира не растет.
Отметим, что и кладофора, и улотрикс, и драпарнальдиодес, и, конечно же, спирогира, находясь на свету, выделяют в толщу воды огромное количество кислорода, обильно аэрируя придонные слои воды. Кроме того, пряди спирогиры служат кормом двум видам растительноядных моллюсков – те в большом количестве «пасутся» на ее живых зарослях и активно плодятся.
Однако улитки не в состоянии решить проблему тины, застилающей дно, даже на длительном промежутке времени. Своими радулами они режут пряди спонтанно, в любом приглянувшемся месте. Отрезанные ими «локоны», имеющие самую разную длину, попадают во власть придонных течений.
Наконец, на галечном дне, простирающемся от уреза воды и до глубин около 2 м, развивается совсем иное сообщество: здесь растут колониальные диатомеи из рода дидимосфения (Didymosphenia). Их древовидно ветвящиеся колонии покрывают обкатанные камни гальки и некрупные валуны сплошным серовато-бурым наростом мощностью до сантиметра. Большую часть колоний образует полимерный матрикс: из полисахаридов сделаны их многоярусные ветви, по концам которых сидят крупные (по масштабам микроорганизмов) кеглевидные клетки диатомей. В свою очередь, поверхность ветвей служит пристанищем для целого сообщества микроэпифитов – в первую очередь почти двух десятков видов других диатомей, существенно более мелких.
На галечных россыпях по мелководьям Байкала живет – в примерно равных условиях – три вида и несколько разновидностей дидимосфении, и здесь они не дают друг другу разрастаться, конкурируя за главный ресурс – пространство. В горных ручьях, куда поступают биогены с форелевых ферм, как правило, живет один вид дидимосфении (D. geminata), и матрикс ее колоний там достигает 5–20 см в толщину, полностью изолируя поверхность каменистого дна.
На глубине 12–13 м мы наблюдаем уже сплошной ковер из спирогиры, причем плотный, свалявшийся. Здесь ее пряди, сбитые штормами с более мелководных участков и снесенные сюда течениями, начинают постепенно перегнивать...
К тому же в этом поясе глубины поверхность песка покрывают сети из микроскопически тонких нитчатых цианобактерий: переплетаясь между собой и накапливая пузырьки кислорода среди сгустков нитей, они приподнимаются над субстратом невысокими столбиками (столонами). Такие столоны стоят на дне довольно часто (через каждые 5–15 см разной высоты) – за них-то и цепляется снесенная штормом на глубину спирогирная тина.
В слое свалявшейся тины постепенно разрастаются пузыри гнилостных газов, и крупные фрагменты ее отрываются от общего мата и поднимаются к поверхности воды. А здесь уже начинается их долгое путешествие по течению в те места, где их прибивает к берегу в обширных мелководных бухтах. Там они и собираются в ковры и продолжают гниение.
Защита требует времени
Резюмируя результаты наблюдений, мы говорим о том, что спирогира имеет биохимические возможности для роста в Байкале практически повсеместно по мелководьям, но разрастается лишь там, где ей позволяют особенности донного ландшафта и сообществ организмов, его населяющих. К примеру, на открытом песчаном дне часто можно встретить «луговины» из подводных трав с длинными тонкими листьями – на них спирогира не растет, в отличие от хар и роголистников с радиальным ветвлением, за которые можно зацепиться, как за якорь.
В настоящее время экологическая ситуация на Байкале становится объектом пристального внимания федеральных властей. В создавшихся условиях высокий статус озера как самого чистого и притягательного в мире, а также как ценнейшего источника пресной воды постепенно угасает. Облик прибрежной зоны, наиболее востребованной человеком, сильно изменился. Результаты совместной проверки, осуществленной прокурорами Бурятии, Иркутской области и Забайкальского края, выявили серьезные сокращения рыбных ресурсов озера, связанные с усилением антропогенного пресса и незаконным промыслом.
В свою очередь, такой пресс выражается в неорганизованном туризме, самовольной застройке в прибрежных районах и сбросе неочищенных сточных вод. Генеральная прокуратура РФ направила официальное письмо в кабинет министров, где сообщила о сокращении запасов рыбы, а также внесла предложение об увеличении числа объектов, подпадающих под экологический надзор. Также в последнее время уделено внимание контролю за строительством объектов туристической инфраструктуры в прибрежной зоне. Уже в 2017 году начата капитальная реконструкция очистных сооружений на правом берегу Селенги, в Улан-Удэ. Это дает существенную надежду на улучшение состояния реки в обозримом будущем.
Даже если уже в ближайшее время полностью прекратить сброс неочищенных сточных вод в озеро, что видится не более чем утопической перспективой, то восстановление прибрежной экосистемы займет не меньше десятилетия. Но это вовсе не означает, что Байкал не нужно спасать – такие процессы требуют действий и времени.
