Деструкция опада высшей водной растительности в естественных условиях/Decomposition of Macrophytes in Natural Water

Деструкция опада высшей водной растительности в естественных условиях

Казмирук В. Д., Институт водных проблем Российской академии наук, Москва, Россия

При использовании высшей водной растительности (ВВР) в качестве одного из активных компонентов биоинженерных сооружений очистки или доочистки сточных вод наиболее сложная проблема — утилизация растительного опада, особенно жесткой воздушно-водной растительности. Разложение фитомассы ВВР происходит в результате биохимических процессов, главная роль в которых принадлежит гидрологическому режиму, температуре воды и микроорганизмам-деструкторам, особенно бактериям.

Скорость разложения растительного опада существенно зависит от состава органической массы, который, в свою очередь, определяется видовыми особенностями макрофитов. Так, у тростника трудноокисляемая клетчатка составляет около 50 % фитомассы, а большая часть растений зимует в виде сухостоя, не погруженного в воду, т. е. деструкция растительной массы фактически начинается не ранее, чем через полгода после окончания вегетационного периода и отмирания надземных частей растений. Исследования на лабораторных моделях водотоков показали, что за год потеря в сухой массе тростника составляет всего около 50 %. В естественных водных объектах деструкция тростника происходит быстрее (таблица).

Деструкция ВВР различных видов в средней полосе России и северной части Украины

Вид ВВР	Деструкция, %
	Календарный месяц
	IX	X	XI	XII	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Тростник обыкновенный	0	0	1—2	1—2	1—2	1—2	1—2	3—5	10—30	30—80	70—95	80—100
Рогоз узколистный	0	1—2	4—5	4—5	4—5	4—5	8—10	8—10	30—40	50—60	95—100	100
Аир	0	2—3	8—10	8—10	8—10	8—10	10—15	25—30	60—70	90—95	100	100
Камыш озерный	0	2—3	4—5	4—5	5—8	8—10	8—10	10—15	30—40	60—70	95—100	100
Осока острая	0	4—5	10—15	12—18	12—18	15—20	20—25	40—50	70—80	90—100	100	100
Телорез алоэвидный	4—5	5—10	25—30	28—33	35—40	40—45	45—50	50—55	60—70	90—100	100	100

По-видимому, сказываются неточности моделирования кислородного режима естественных водотоков на лабораторных моделях, отличия в структуре микроорганизмов в лабораторных условиях и природных водах, а также недоучет выноса растительных фрагментов за пределы мест произрастания, рассредоточения их по акватории и депонирования в донных отложениях.

Совсем иная картина наблюдается при разложении погруженной растительности.
1.   Стебли и листья погруженных растений более мягкие, количество клетчатки в структуре этих растений в 1,5—2 раза меньше, чем у тростника.
2.   Растения этой группы имеют более короткий период вегетации, и разложение растительного опада начинается сразу же после окончания вегетации, когда в определенный период температура воды сохраняется достаточно высокой для активного протекания биохимических процессов.
3.   Погруженные растения подвержены значительному воздействию гидродинамических процессов в водном объекте, у этих растений быстрее происходит процесс фрагментации, переноса и рассредоточения по акватории водоема и площади дна.
4.   Биомасса погруженных растений ниже, чем воздушно-водных, и для их разложения требуется меньшее количество кислорода, в результате разложение опада погруженных растений, как правило, происходит в аэробных условиях.

Все это приводит к тому, что, например, уруть за 2 месяца может потерять до 95 % фитомассы.

Не последнюю роль в процессе деструкции фитомассы ВВР играют морфологические особенности видов и растительной ассоциации, места их произрастания, наличие макро- и мейофауны, грызущих организмов, а также грибов. Активность последних, в свою очередь, зависит от содержания в воде нитратов. Присутствие макро- и мейофауны ускоряет процесс деструкции. Скорость деструкции положительно коррелирует с биомассой грибов и плотностью беспозвоночных. Обогащение среды легко ассимилируемыми низкомолекулярными органическими соединениями приводит к возрастанию количества гетеротрофных бактерий в несколько раз.

Скорость разложения растительной биомассы зависит от уровня трофии водного объекта. В эвтрофных и гипертрофных реках биомасса беспозвоночных, размельчающих листовой опад, очень низкая. Биомасса грибов увеличивается с повышением уровня трофии, а затем снижается в сильно эвтрофных и гипертрофных реках. Биомасса бактерий возрастает с увеличением уровня трофии. Микробная продукция СО₂ увеличивается с увеличением биомассы бактерий.

Существует ряд особенностей деструкции различных видов ВВР. К примеру, сухостой тростника обыкновенного и новая поросль в течение нескольких месяцев существуют параллельно, а некоторые экземпляры сухостоя (до 10 %) могут находиться в вертикальном положении круглый год, до окончания следующего периода вегетации. Этому способствуют новые растения, образующие густые заросли и препятствующие наклону и ломке растений под действием ветра.

В результате того, что в начале вегетационного периода до 95 % прошлогоднего тростника находится в виде сухостоя, молодая поросль быстрее прорастает на периферии растительной ассоциации, где более благоприятные условия по освещенности и питанию, а также не сказывается угнетающее влияние накопления продуктов метаболизма, что имеет место в центре ассоциации. При прочих равных условиях, когда растительная ассоциация не ограничена естественными (глубина воды, берег) или искусственными границами, она приобретает характерную кольцеобразную форму. Внутри кольца происходит накопление растительного опада, во-первых, по причине слабого водообмена и невозможности выноса фрагментов растений за пределы мест произрастания, во-вторых, ввиду большой фитомассы и замедления процессов ее деструкции. Содержание растворенного в воде кислорода на таких участках может падать до нуля.

Процесс формирования донных отложений из макрофитов включает в себя: а) фрагментирование — разрушение структуры с помощью биологических и физических воздействий; б) автолиз — высвобождение клеточного содержимого под воздействием растительных ферментов; в) вымывание — удаление водорастворимых компонентов; г) микробное разложение — потребление детрита бактериями и грибами.

Kazmiruk V. D., Institute of Water Problems, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Phytomass decomposition peculiarities of macrophyte different species in natural water are considered. It is shown that macrophyte decomposition speed depends on water object hydrological regime, water temperature, plants species, soluted biogen content level, density, microorganisms, invertebrates, fungi, trophic status of waterway in general.

Казмирук Василий Данилович, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт водных проблем РАН, ул. Губкина, 3, Москва, 119991, Россия. Тел. (48242) 4-37-43, моб. (910) 938-26-66, факс (48242) 3-67-34. E-mail