Бобровая плотина или бобровое водохранилище — это плотина , построенная бобрами для создания пруда , который защищает от хищников, таких как койоты, волки и медведи, и удерживает их пищу зимой. Эти структуры изменяют природную среду таким образом, что общая экосистема строится на этих изменениях, что делает бобров ключевым видом и инженерами экосистем . Ночью они активно строят, неся грязь передними лапами и древесину между зубами.
Минимальный уровень воды от 0,6 до 0,9 метра (от 2,0 до 3,0 футов) необходим, чтобы подводный вход в бобровые хатки не блокировался льдом зимой. [ нужна цитата ] В озерах, реках и крупных ручьях с достаточно глубокой водой бобрам, возможно, даже не нужно строить плотины, а вместо этого они просто живут в береговых норах и домиках. [1] Если вода недостаточно глубока, чтобы защитить бобров от хищников, а входы в их домики незамерзнуть, бобры строят плотины.
Бобры начинают строительство с отклонения потока, чтобы уменьшить напор воды. Затем ветки и бревна вбиваются в ил русла ручья, чтобы сформировать основу. [1] Затем для строительства надстройки используются палки, кора ( лиственных деревьев), камни, грязь, трава, листья, массы растений и все остальное, что доступно. Бобры могут переносить материал под собственным весом; [ нужна цитата ] они тащат бревна по оползням и пропускают их по каналам, чтобы поставить на место. [2] Как только плотина затопила достаточно места на нужную глубину, чтобы образовать защитный ров для домика (часто занимающего много акров), бобры начинают строительство домика. [3]
Деревья диаметром около 90 сантиметров (3,0 фута) могут быть использованы для строительства плотины, хотя в среднем они составляют от 10 до 30 сантиметров (от 3,9 до 11,8 дюйма). Длина зависит от диаметра дерева и размера бобра. Зарегистрированы случаи, когда бобры валили бревна высотой до 45 метров (148 футов) и диаметром 115 сантиметров (45 дюймов). Бревна такого размера не предназначены для использования в качестве элементов конструкции плотины; скорее, кора используется в пищу, а иногда и для того, чтобы добраться до верхних ветвей. Бобру требуется около 20 минут, чтобы срубить осину шириной 15 см (5,9 дюйма), прогрызая вокруг ствола бороздку в форме песочных часов. Челюсти бобра достаточно мощные, чтобы за один укус срезать саженец диаметром 1,5 сантиметра (0,59 дюйма). [3]
Работы по техническому обслуживанию плотины и домиков часто проводятся осенью. [ нужна цитата ]
Более того, если бобры считаются собирателями центральных мест , то их каналы можно рассматривать как продолжение их «центрального места» далеко за пределы домика, согласно исследованию 2004–2012 годов, в ходе которого были нанесены на карту бобровые пруды и вырублены пни. [4]
Это утверждают некоторые [ например, кто? ] что, строя плотины, бобры выражают поведение, связанное с использованием орудий труда. [5]
Длина бобровых плотин обычно варьируется от нескольких метров до примерно 100 метров (330 футов). [6] Кроме того, длина каналов может превышать 0,5 км (1600 футов). [7] Самая большая из существующих бобровых плотин находится в национальном парке Вуд-Баффало в Альберте , Канада , ее длина составляет 775 метров (2543 фута). [8] Спутниковые фотографии, предоставленные NASA WorldWind, показывают, что в 1975 году плотины не существовало, но она появилась на последующих изображениях. Он имеет два или более домиков и представляет собой комбинацию двух оригинальных плотин. На изображениях Google Earth видно, как строятся новые плотины, которые в конечном итоге могут присоединиться к основной плотине и увеличить общую длину еще на 50–100 метров (от 160 до 330 футов) в течение следующего десятилетия. [9] Координаты: 58 ° 16'15 "N 112 ° 15'6" W / 58,27083 ° N 112,25167 ° W / 58,27083; -112,25167 .
Еще одна большая бобровая плотина длиной 2139 футов (650 м), [10] высотой 14 футов (4,3 м) и толщиной у основания 23 фута (7,0 м) была найдена в Три-Форкс, штат Монтана . [3]
Строительство плотин может помочь в восстановлении водно-болотных угодий. Преимущества водно-болотных угодий включают борьбу с наводнениями ниже по течению, биоразнообразие (за счет обеспечения среды обитания для различных видов) и очистку воды как за счет расщепления токсинов, таких как пестициды, так и за счет удержания ила бобровыми плотинами. Бобровые плотины уменьшают эрозию, а также уменьшают мутность, которая может быть ограничивающим фактором для некоторых водных организмов. Выгоды могут быть долгосрочными и в значительной степени незамеченными, если водосборный бассейн не будет тщательно контролироваться. Почти половина исчезающих и находящихся под угрозой исчезновения видов в Северной Америке обитают в водно-болотных угодьях. [11]
В 2012 году был проведен систематический обзор воздействия бобровых плотин на рыб и среду обитания рыб (с уклоном в сторону Северной Америки (88%)). Наиболее часто упоминаемыми преимуществами бобровых плотин были повышенная неоднородность среды обитания , среда обитания и зимовки, а также убежище для стока и производство беспозвоночных. Наиболее часто упоминаемыми негативными последствиями были затруднение движения рыбы из-за плотин, заиление нерестилищ и низкий уровень кислорода в прудах. Выгоды (184) упоминались чаще, чем затраты (119). [12]
Бобровая плотина может иметь надводный борт над уровнем воды. Когда идут сильные дожди, река или озеро переполняется. После этого плотина постепенно сбрасывает лишнюю накопленную воду, тем самым несколько уменьшая высоту паводковой волны, движущейся по реке. [13] [14]
Поверхность любого ручья пересекает окружающий его уровень грунтовых вод. При повышении уровня ручья уклон поверхности зеркала грунтовых вод над бобровой плотиной уменьшается, и вода возле бобровой плотины медленнее стекает в ручей. Это также может помочь уменьшить волны паводков и увеличить поток воды в отсутствие дождя. Другими словами, бобровые плотины сглаживают поток воды за счет увеличения площади, смачиваемой потоком. Это позволяет большему количеству воды просачиваться в землю, где ее поток замедляется. Эта вода в конечном итоге возвращается в ручей. Реки с бобровыми плотинами в верховьях имеют более низкий уровень половодья и более высокий межень.
Поднимая уровень грунтовых вод на водно-болотных угодьях, таких как торфяники , они могут стабилизировать колеблющийся уровень грунтовых вод, что влияет на уровни как углерода, так и воды. В ходе исследования гидрологии бобровых плотин в 2017 году было обнаружено, что наблюдаемые бобровые плотины в торфяниках Скалистых гор увеличивают запасы подземных вод и региональный водный баланс , что может быть полезно для предотвращения засухи. Исследование также показало возможность улучшения улавливания углерода . [15]
Пруды с бобрами могут стать причиной удаления питательных веществ из потока ручья. Сельское хозяйство вдоль берегов рек часто увеличивает нагрузку на фосфаты, нитраты и другие питательные вещества, что может вызвать эвтрофикацию и загрязнение питьевой воды. Помимо ила, бобровая плотина собирает ветки и ветки от деятельности бобров, а также листья, особенно осенью . Основным компонентом этого материала является целлюлоза , полимер мономеров β-глюкозы . (Это создает более кристаллическую структуру, чем крахмал , который состоит из мономеров α-глюкозы. Целлюлоза — это тип полисахарида .) Многие бактерии вырабатывают целлюлазу , которая может отщеплять глюкозу и использовать ее для получения энергии. Подобно тому, как водоросли получают энергию от солнечного света, эти бактерии получают энергию из целлюлозы и составляют основу очень похожей пищевой цепи.
Кроме того, популяции бактерий поглощают соединения азота и фосфора, проходя через поток воды, и сохраняют эти и другие питательные вещества в бобровом пруду и окружающей среде. [16]
Сельское хозяйство вносит в водотоки гербициды и пестициды . Некоторые из этих токсикантов метаболизируются и разлагаются бактериями на богатом целлюлозой дне бобровой плотины.
Некоторые учёные полагают, что азотный каскад, то есть производство большего количества фиксированного азота, чем естественные циклы могут превратить обратно в газообразный азот, может быть такой же большой проблемой для экологии Земли, как и производство углекислого газа. [17] Исследования показали, что бобровые плотины вдоль ручья способствуют денитрификации (превращению соединений азота обратно в азот). Бактерии в грязи и растительных остатках, скапливающихся у плотин, превращают нитраты в газообразный азот. Газ пузырится на поверхности и снова смешивается с атмосферой. [18]
Бобровые плотины и связанные с ними пруды могут стать питомниками лосося и форели . [19] Ранним признаком этого стало соглашение 1818 года между британским правительством Канады и правительством Америки, разрешающее американцам доступ к водоразделу Колумбии. Компания Гудзонова залива в порыве досады поручила своим охотникам истребить пушных зверей в этом районе. Бобр был первым человеком, вымершим на местном уровне. В последующие годы вылов лосося резко сократился, хотя в то время не существовало ни одного из факторов, связанных с сокращением вылова лосося. [20]
Есть несколько причин, по которым бобровые плотины увеличивают вылов лосося. [21] [22] [23] Они образуют пруды, которые достаточно глубоки, чтобы молодь лосося могла спрятаться от хищных болотных птиц . Они улавливают питательные вещества в своей экологии и, в частности, в пульсе питательных веществ, представленном миграцией взрослых лососей вверх по течению. Эти питательные вещества помогают кормить молодь после переваривания желточного мешка . Плотины обеспечивают спокойную воду, а это означает, что молодь лосося может использовать энергию для роста, а не для навигации по течению; более крупные смолты с запасом еды имеют лучшую выживаемость, когда достигают моря. Наконец, бобровые плотины сохраняют воду чистой, что благоприятно для всех лососевых рыб .
Было доказано, что бобровые плотины полезны для популяций лягушек и жаб , вероятно, потому, что они обеспечивают защищенные места для созревания личинок в более теплой, хорошо насыщенной кислородом воде. [24] Исследование, проведенное в Альберте, Канада, показало, что «ловушки на бобровых прудах ловят в 5,7 раз больше недавно метаморфизованных лесных лягушек, в 29 раз больше западных жаб и в 24 раза больше бореальных лягушек, чем в близлежащих свободно текущих ручьях». [25]
Бобровые плотины помогают мигрирующим певчим птицам . Стимулируя рост видов растений, которые имеют решающее значение для сокращающихся популяций певчих птиц, бобровые плотины помогают создавать пищу и среду обитания. Было показано, что наличие бобровых плотин связано с увеличением разнообразия певчих птиц. [26] Они также могут оказать положительное воздействие на местных водоплавающих птиц, таких как утки, которые нуждаются в среде обитания со стоячей водой. [27]
Бобровые плотины могут иметь разрушительные последствия; наводнение может нанести значительный материальный ущерб, а когда наводнение происходит рядом с полотном железной дороги, оно может привести к сходу с рельсов из-за размывания путей. Когда бобровая плотина прорывается , возникающий в результате паводок может затопить водопропускную трубу .
Традиционные решения проблем с бобрами заключаются в отлове и удалении всех бобров в этом районе. Хотя иногда это необходимо, обычно это недолговечное решение, поскольку популяции бобров заметно вернулись в Соединенные Штаты (после почти полного истребления в девятнадцатом веке) и, вероятно, будут постоянно заселять подходящую среду обитания. [28] Современные решения включают относительно экономичные и не требующие особого обслуживания расходомерные устройства .
Завезенные в районы, где нет естественных хищников, например, на Огненной Земле , бобры затопили тысячи акров земли и считаются чумой. Одним из заметных отличий Огненной Земли от большей части Северной Америки является то, что деревья на Огненной Земле нельзя вырубать , как ивы , тополя, осины и другие североамериканские деревья. Таким образом, ущерб от бобров кажется более серьезным. Разрушение бобров не ограничивается человеческой географией; бобры могут разрушить места гнездования исчезающих видов.
Потепление в Арктике позволяет бобрам расширить свою среду обитания дальше на север, где их плотины затрудняют передвижение на лодках, влияют на доступ к пище, влияют на качество воды и ставят под угрозу популяции рыб, расположенных ниже по течению. [29] Бассейны, образованные плотинами, накапливают тепло, тем самым изменяя местную гидрологию и вызывая локальное таяние вечной мерзлоты , что , в свою очередь, способствует глобальному потеплению. [29]
Если бобровый пруд становится слишком мелким из-за накопления наносов или запасы деревьев истощаются, бобры покидают это место. В конце концов дамба будет прорвана, и вода вытечет. Богатый толстый слой ила, веток и опавших листьев за старой плотиной является идеальной средой обитания для некоторых видов водно-болотных угодий.
По мере того как водно-болотные угодья заполняются растительными остатками и высыхают, их колонизируют пастбищные виды, и водно-болотные угодья могут в конечном итоге превратиться в луг, пригодный для выпаса скота на ранее засаженных деревьями территориях. Это обеспечивает ценную нишу для многих животных, которые в противном случае были бы исключены. Создание бобровой плотины также увеличивает количество растений, из которых были построены плотины (например, ивы), для размножения путем обрезки , способствуя росту дополнительных корней.
Наконец, луг будет заселен речными деревьями, обычно осиной, ивой и другими видами, любимыми бобрами. Тогда бобры, скорее всего, повторно заселят эту территорию, и цикл начнется снова.
Каждый раз, когда жизненный цикл ручья повторяется, на дно долины добавляется еще один слой органической почвы. Долина медленно заполняется, а плоская область внизу расширяется. Исследования скудны, но вполне вероятно, что некоторые части поймы Северной Америки были созданы или, по крайней мере, дополнены усилиями поколений бобров, живших там. [30]
Люди иногда строят в ручьях сооружения, похожие на бобровые плотины, либо для того, чтобы получить преимущества бобровых плотин в местах, где нет бобров, либо для того, чтобы побудить бобров поселиться на определенной территории. [31] Их часто называют «аналогами бобровой плотины» (BDA), хотя используются и другие названия. [32] Когда целью является привлечение бобров, иногда участок оказывается непригодным в его нынешнем состоянии, например, он слишком эродирован, чтобы бобры могли построить плотину обычным способом. Строители BDA могут использовать строительные методы, выходящие за рамки возможностей бобра, например, вбивать деревянные столбы в русло ручья, чтобы укрепить горизонтальные ветви, которые в противном случае были бы смыты. Есть надежда, что бобры, которые бродят мимо или попадают сюда , захотят жить там и возьмут на себя строительство и обслуживание плотины.
