CC BY
68
УДК 576.2: 282.232/275
АНТРОПОГЕННАЯ ДИНАМИКА СООБЩЕСТВ ПЛАНКТОННЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И ЦИАНОПРОКАРИОТ ПАВЛОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
О 2012 А.О. Полева1, Ф.Б. Шкундина2
Поступила 15.03.2012
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии Уфимского научного центра РАН 2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет»
Нами применены некоторые подходы эколого-флористической классификации для выявления индикаторных видов, используемых в дальнейшем для оценки экологических условий в Павловском водохранилище (Республика Башкортостан).
Ключевые слова: водоросли, цианопрокариоты, автотрофный планктон, водохранилище, эколого-флористическая классификация, индикаторные виды.
Для оценки экологического состояния растительных сообществ может быть использован метод классификации Браун-Бланке, который основывается на группировке сообществ в соответствии с подобием флористического состава [8].
Водная среда имеет большую однородность, чем наземные экотопы, и автотрофный планктон обладает повышенной подвижностью, что значительно выравнивает флористический состав сообществ [3]. В связи с этим, вместо комбинации диагностических видов в качестве диагностических признаков используются стабильные во времени и ярко выраженные физиономические доминанты водных сообществ [4]. Эта методика была использована О.Н. Никитиной [6] для выявления групп индикаторных видов автотрофного бентоса в водоёмах города Стерлитамака. Для классификации фитопланктона эта методика почти не использовалась.
Целью нашего исследования явилось использование некоторых подходов эколого-флорис-тической классификации для выявления индикаторных видов, используемых в дальнейшем для оценки экологических условий в Павловском водохранилище.
Исследуемый водный объект расположен на р. Уфа в пределах Уфимского плато Южного Урала. Химический состав Павловского водохранилища на всем его протяжении (от с. Муллакаево до пос. Павловка) исключительно однороден и характеризуется сульфатно-гидрокарбонатным составом [1]. Минерализация воды в верховье водохранилища (с. Муллакаево), где начинается подпор на р. Уфе, составляет 0,41 г/дм3. Вниз по течению минерализация воды постепенно снижается, и у плотины (пос. Павловка) она не превышает 0,21-0,26 г/дм3, то есть происходит двукратное разбавление. В пределах наиболее глубокой части водохранилища минерализация в течение года меняется незначительно: 0,21 г/дм3 весной и 0,36 г/дм3 зимой. В весеннее
Полева Александра Олеговна, к.б.н., с.н.с. лаб. гидрогеологии и геоэкологии, e-mail hydro@ufaras.ru; Шкундина Фаина Борисовна, д.б.н., проф. каф. ботаники, e-mail shkundinafb@mail.ru
время в заливах крупных (Уфа, Юрюзань) и устьях небольших рек минерализация снижается до 0,110,13 г/дм3 при неизменном химическом составе, остается постоянной и рН (7,65-7,90).
В долине р. Уфы ниже Павловского водохранилища расположены крупные водозаборы централизованного водоснабжения г. Уфы и других населенных пунктов. Водный объект испытывает мощное техногенное воздействие промышленных, сельскохозяйственных предприятий и лесопромышленного комплекса Челябинской, Свердловской областей и Башкортостана. Кроме того, Павловское водохранилище является крупным рекреационным узлом. Это особенно остро ставит проблему контроля над состоянием экосистемы водоема и выявление групп индикаторных видов фитопланктона.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалом для работы послужили пробы водорослей, отобранные в 2003, 2008, 2009 гг. в разных створах по всей акватории водохранилища и в разные сезоны года. Методика сбора и обработки материала соответствовала общепринятым подходам в изучении водорослей [2]. Отбор проб осуществляли батометром Руттнера. Пробы отбирались на глубине 1,0 м. Пробы объемом 0,5 л фиксировали 40 % раствором формальдегида и концентрировали общепринятым осадочным способом с последующим отцеживанием до 50 мл [2]. Количественные пробы просчитывали в камере Нажотта объемом 0,01 см3 с использованием светового микроскопа (МБИ-3).
Биомассу фитопланктона определяли расчетно-объемным методом. При выделении групп и сообществ автотрофного планктона, с использованием некоторых методических подходов эколого-флористической классификации, были составлены сводные таблицы видового состава. Эти таблицы были упорядочены в результате перемещения строк-видов. Получена матрица, состоящая из сквозных и диагностических видов. Эта матрица была описана при анализе эколого-географических
характеристик видов и выявлении индикаторных видов.
Выполнен анализ ассоциированности видов и их связи с факторами водной среды с использованием подходов флористической классификации [8, 7].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
За период исследования 2003-2009 гг. нами выявлено 153 вида и внутривидовых таксона водорослей и цианопрокариот из 90 родов, 47 семейств, 24 порядков, 10 классов и 7 отделов.
Результаты обработки списков автотрофного планктона Павловского водохранилища с использованием некоторых методических подходов эко-лого-флористической классификации показаны в таблице.
Таблица. Сокращенная
Во вторую группу вошли виды, характерные для разных створов водохранилища, из них Fragilaria capucina Desm встречается на всех створах, но не во всех пробах.
Для этой группы характерны представители отдела Chlorophyta. Многочисленны были водоросли рода Scenedesmus: S. quadricauda (Turp.) Breb., S. arcuatus Lemm., S. bijugatus (Turp.)Ktitz. Первый из них относится к бетамезосапробионтам (индекс сапробности - 2,0), два других олиго-альфа-мезасапробионты (индекс сапробности - 1,8). Все эти виды планктонные, по галобности олигогало-бы-индифференты. Кроме этого распространенны-
В ходе обработки исследований были выделены 2 группы автотрофного планктона.
1 группа. Сквозные виды, распространенные по всей территории водохранилища. Это виды Chlorella vulgaris Beijer и Microcystis pulverea (Wood) Fotri emend. Elenk., имеющие широкое распространение. Chlorella vulgaris - обычный представитель, обитающий в сточных водах, для этой водоросли характерна высокая степень сапробности (а-мезосапробионт с индексом сапробности 3,0), оли-гогалолоб-галофил. Microcystis pulverea - планк-тонно-бентосный и почвенный вид, олиго-бетамезосапробионт (с индексом сапробности 1,4), олигогалоб-индефферент. Оба этих вида по географическому распространению космополиты.
и вариантов автотрофного планктона
ми были виды Coelastrum microporum Nag. in A. Br., Tetrachlorella alternans (G. M. Smith) Korsch., Cosmarium asphaerosporum Nordst. Из других отделов к этой группе относились Gloeocapsa limnetica (Lemm.) Hollerb., Synedra acus Ktitz..
В ходе анализа нами были выделены 4 сообщества (фитоценона) автотрофного планктона с двумя вариантами одного из них.
Сообщество с диагностическими видами Scenedesmus quadricauda-Synedra acus характерно для двух створов Магинск и Карайдель (9 видов). Сообщество диагностируется видами рода Scenedesmus: Scenedesmus quadricauda - В-
дифференцирующая таблица сообществ
Створы, ^^^[опробы Сквозные виды — Магинск Караидель Атамановка Верхний бьеф Устье p. Юрюзань
4 5 6 1 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 2 3
Microcystis pulverea 3000 2520 4440 4680 4320 2880 1440 3960 1200 120 360 240 1320 1680 1440 720 360 120
Chlorella vulgaris 156 90 42 120 168 270 198 498 72 72 120 96 42 54 18 90 126 24 12
Sivttetk.stNit.i qtiaJritxpnJtt Сш'лшпш axphm>raxponim SytieJia ас и r* Днв! 1^2 30 2SS IIIWTI _45б_ 24 414 I'lifKI 216 1Й 234" iP Hit 300 IE 174 1Ы t-.m 252 30 174 tfiiiier-i 66 See 3-24 S4 nedeam 726 102 ■us qif 12 ntrictiuilu пг -Vvi IS tnh-ü ii L'JJA 6 6 ~24 14
437 70S
f t'tFOL'JjjV¿Tu ftü ititiWIilttS ms 1ВД 72 Я4 120 1 A4 ISA 27b 12 24 :
Дввптоетичегк»« вилы kaphas Pirw&r prtit divergent- .4 ulti* ,'J-J H, rtViJ1 J nhmia Of
}>ini>hry<Ni divergent 25R 612 54 Ii 54 6 72 12
Auiacoseira grtsutk\ta MA J6 114 138 2J4
Phaaix itgiiis 12 6 6 ■fi
S/thwrocysJi^ wfoveteri GO TS 66 6 144
. Etrail hoci H4WKKC ыщы bjlihijuiih РЫнЫгнгп Mrtnt-DiifviiKphtKnam ппмгЫнт
lyictyosph&erwm momahtm 3S4 76в 1212 MA
Aitfmnrvikmtts angnstus 6 78 24 120 6
P&iiastmta Ultras 24 IK 43 sse
NitsicMa aacutarw 42 216 330 6 \2 6
Pedkuirtim botwimtro 46 9&
.Tiifl.i'KDCi'EC'iC'C kmc itn. i ы сиоищгсгня Phüi it\ pJcnnmci tcy- Anabaena circinath
Ambaem arcinalis 36 906 S4 1236 Zi2 168 S64
Phacux р1сиго№сш 6 30 6 144 42 6 E8 12
&Htvederia wtiaeKt 6 IS 36 12 30 6 6 6
Лмямеос-тпчгсгкмс виды [uotuicd an Ganmhasahaaia facwxtris- Synechtxroicus doHEaim
GompftasphoerM ktcustri s 102 4*4 яь 1032 № 48 144 2>02 4440 3936 96
SwWCftOCvCiIto vfüNtiüfhS 30 m L J10 570 60 1.10 270 330 366 438
Днш миСтнчсскнй tHii гиобшгггвА FragHofirt catftteltta
Fragitaria capwiw 640 I 234 36 I I 72 102 ! 672 | ]92f 174 IS | V^llSO
Бпочкс* i!^) 1 ш ■ Ml IM _M7_
ЬтЛ ШПфиПП И bblfllHAIh 1 iMnii lulw Tti.M-Hrtil MS 1 рпфимн (.>г1Н1'4Т№}фНЙЯ
Примечание. Показатели численности приведены по количеству клеток в пробе
мезосапробионт, Scenedesmus arcuatus и Scenedesmus bijugatus - олиго-а-мезосапробионты, Synedra acus - (3-мезосапробионт.
Вариант этого сообщества для створа Караидель с диагностическими видами Pediastrum tetras-Dictyosphaerium anomalum (12 видов). На этом створе группируются, в основном, хлорококковые водоросли и цианопрокариоты, причем Microcystis aeruginosa (Kütz.) Kütz. обычно вызывает «цветение» в равнинных водохранилищах. Этот комплекс развивается при повышенном содержании железа и нефтепродуктов по сравнению с Верхним бьефом. В период исследования наблюдалось превышение ПДКр.х. по железу, общему фосфору, меди, фенолам, нефтепродуктам.
Вариант сообщества Dinobryon divergens-Aulacoseira granulata (8 видов) для створа Магинск характеризует речные воды Восточноевропейского типа в вегетационный период (Шкундина, 1993). Такое доминирование речных видов объясняется впадением р. Бердяшки, вода которой разбавляет воды водохранилища.
Сообщество Phacus pleuronectes- Anabaena circinalis характерно для створа Атамановка. В него вошли 6 видов водорослей, это виды Anabaena circinalis (Kütz.) Hansg., Aphanizomenon flos-aguae, Phacus pleuronectes (Ehr.) Duj., Schroederia setigera (Schród.) Lemm., Planktosphaeria gelatinosa G. M. Smith, Chlorococcum ellipsoideum Deason & Bold. Начиная с этого створа, диагностическими видами являются хлорококковые, эвгленовые и цианопрокариоты. Интенсивное развитие цианопрокариот характерно и для других водохранилищ, представители родов Aphanizomenon и Anabaena могут вызывать «цветение» воды. Phacus pleuronectes - (3-а-мезосапроб, космополит. Таким образом, состав видов показывает возрастание застойных явлений и увеличение содержания растворенных органических веществ. Вид Anabaena circinalis является дифференцирующим для створов Караидель и Атамановка.
Сообщество Gomphosphaeria lacustris- Synecho-coccus elongatus было выявлено на створе Верхний бьеф. На этом створе происходит уменьшение содержания железа и увеличение концентрации меди. Выявление только двух индикаторных видов может быть связано с тем, что медь является альгицидом. Эти виды оказываются устойчивыми к повышению концентрации ионов меди. На Верхнем бьефе в 2009 г. вид Gomphosphaeria lacustris Chod. полностью отсутствовал, причем концентрация ионов меди была в пределах ПДК.
Диагностическим видом сообщества в устье р. Юрюзань являлась Fragilaria capucina. Группа характерных видов в этом створе не выделяется, исключая Fragilaria capucina, которая встречается в верховьях Павловского водохранилища. Это оли-госапроб, космополит, индифферент, обычно доминирующий в реках.
Исследования показали, что существует связь между выделенными сообществами индикаторных видов и биомассой автотрофного планктона, характеризующей разные уровни эвтрофирования на разных створах водохранилища. Сообщество Scenedesmus quadricauda-Synedra acus характеризует высокоэвтрофные условия в акватории водохранилища, сообщества Phacus pleuronectes-Anabaena circinalis и диагностический вид Fragilaria capucina - мезотрофные, а сообщество Gomphosphaeria lacustris- Synechococcus elongates - олиготрофные условия в водоеме.
Таким образом, проведенные нами исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Для экосистемы Павловского водохранилища выделено 2 группы автотрофного планктона: 1 группа - сквозные виды, распространенные по всей территории водохранилища - Chlorella vulgaris и Microcystis pulverea, 2 группа - виды, характерные для разных створов.
2. Дифференцированы 4 сообщества автотрофного планктона с двумя вариантами одного из них. Состав сообществ отражает изменения гидрологического и гидрохимического режимов водохранилища, а также степень его эвтрофирования на разных створах.
3. Сообщество Scenedesmus quadricauda-Synedra acus (9 видов) включает виды, характерные для створов Магинск и Караидель. Внутри сообщества выделены 2 варианта: Dinobryon divergens-Aulacoseira granulata (8 видов) - для створа Магинск, Pediastrum tetras-Dictyospaerium anomalum (12 видов) - для створа Караидель. Сообщество Phacus pleuronectes-Anabaena circinalis (6 видов) характерно для створа Атамановка, Gom-phospaeria lacustris-Synechococcus elongates (2 вида) - на створе Верхний бьеф. Группа характерных видов в устье р. Юрюзань не выделяется, исключая Fragilaria capucina.
Авторы выражают искреннюю благодарность сотрудникам кафедры экологии Башкирского государственного университета д.б.н., профессору Б.М. Миркину и д.б.н., доценту, С.М. Ямалову и заведующему кафедрой ботаники Башкирского государственного университета, д.б.н., профессору А.Р. Ишбирдину за научные консультации и творческую помощь в процессе обработки материалов и подготовке статьи к печати.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абдрахманов Р.Ф. Особенности формирования химического состава воды Павловского водохранилища // Гидрохимические материалы. 1994. Т.111. С. 139-150.
2. Водоросли. Справочник / С.П. Вассер, Н.В. Кондратьева, Н.П. Масюк, и др. Киев, 1989. 608 с.
3. Дубына Д.В. Классификация свободноплавающей растительности в водоемах Украины //Укр. ботан. журн. 1986. Т.43, №5. С.1-15
4. Дубына Д.В., Шеляг-Сосонко Ю.Р. Принципы классификации высшей водной растительности // Гидробиологический журнал. 1989. Т.25, №2, С. 8-18.
5. Миркин Б.М., Мартыненко В.Б., Наумова Л.Г. Значение классификации растительности для современной экологии // Журнал общей биологии. Т. 65, № 2, 2004. С. 167-177
6. Никитина O.A. Состав автотрофного бентоса как биологический индикатор состояния водотоков г. Стерлитама-ка: Автореф. дис. канд. биол. наук Уфа, 2008. 16 с.
7. Шкундина Ф.Б. Фитопланктон рек СНГ. Уфа, 1993. 219 с.
8. WesthoffV., Maarel Е. van der. The Braun-Blanquet approach // Classification of plant communities / Ed. R.H. Whittaker. The Haque. 1978. P.287-399.
ANTHROPOGENIC DYNAMICS OF PLANKTONIC ALGAE AND CYANOPROKARYOTA COMMUNITIES OF PAVLOVSKOE RESERVOIR
© 2012 A.O. Poleva1, F.B. Shkundina2
1 Federal official body of science Institute of Geology, Ufa Scientific Center of RAS 2 Federal State budget institution of higher education "Bashkir State University"
We used some of the approaches of ecological-floristic classification for the identification of indicator species. The indicator species are used then to assess the environmental conditions in Pavlovskoe Reservoir (Bashkortostan).
Keywords: algae, cyanoprokaryota, autotrophic plankton, water reservoir, eco-floristic classification, indicator species.
Poleva Alexandra O., Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher, Paboratory of Hydrogeology and Geoecology, email hydro@ufaras.ru; Shkundina Faina B., Doctor of Biological Sciences, Professor of Botany, e-mail shkundinafb@mail.ru
