CC BY
75
УДК 504.455:574.5
ФИТОПЛАНКТОН КАК ПОКАЗАТЕЛЬ СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПРОЛЕТАРСКОГО И ВЕСЕЛОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ
© 2014 г. Е.В. Коханистая
Коханистая Екатерина Валерьевна - аспирант, Институт наук о Земле Южного федерального университета, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344000; инженер, Гидрохимический институт, Южный отдел, Института водных проблем РАН, ул. Стачки, 198, г. Ростов-на-Дону, 344000, е-mail: [email protected].
Kokhanistaya Ekaterina Valerievna - Post-Graduate Student, Institute of Earth Sciences of the Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344000, Russia; Engineer, Hydrochemical Institute, Southern Department of Institute of Water Problems RAS, Stachki St., 198, Rostov-on-Don, 344000, Russia, e-mail: [email protected].
На основе анализа характеристик развития фитопланктонного сообщества Пролетарского и Веселовского водохранилищ по показателям видового состава, биомассы, а также оценки трофности, интенсивности «цветения» воды и загрязненности изучено состояние водохранилищ и многолетняя (2004-2011 гг.) тенденция пространственно-временных изменений. Сделано заключение, что показатели развития фитопланктона информативны и отражают состояние водных экосистем водохранилищ.
Ключевые слова: Пролетарское и Веселовское водохранилища, фитопланктон, состояние водных экосистем, трофность, «цветение» воды, загрязненность.
On the basis of the analyses of the Proletarian and Veselovskiy phytoplankton community development of reservoirs in terms of set species, biomass and estimation of trophic intensity of water «flowering» and pollution the state of the reservoirs and long-term (2004-2011) trend of spatio-temporal changes were studied. The conclusion was made that the indicators of phytoplankton development are informative and reflect the status of water reservoir's ecosystems.
Keywords: Proletarian and Veselovskiy Reservoirs, phytoplankton, state of water ecosystems, trophic level, water «flow-ering», pollution.
Планктонные водоросли и их сообщества (фитопланктон) играют важнейшую роль в экосистеме водных объектов: как первичные продуценты, они участвуют в метаболизме экосистемы (создавая в результате использования солнечной энергии органические вещества), в формировании газового режима водного объекта, обмене кислорода, азота и диоксида углерода между атмосферой и гидросферой. Фитопланктон может служить показателем качества воды по ее загрязненности [1, 2]. В то же время водоросли могут стать причиной негативных изменений состояния водной экосистемы, в частности эвтрофирования - увеличения уровня трофности, «цветения» воды, зарастания и потери хозяйственного значения водного объекта. Характеристики и параметры развития фитопланктона, включенные в ряд известных классификаций [3, 4 и др.], являются главными показателеми эвтрофирования.
Перечисленные негативные факторы наиболее важны для южных водоемов, где высокие летние температуры и обеспеченность биогенными веще-
ствами способствуют интенсивному развитию фитопланктона и эвтрофированию. Из крупных южных водоемов наиболее изучено в этом плане Цимлянское водохранилище, тогда как исследования водохранилищ Усть-Манычского каскада - Пролетарского и Веселовского либо устарели [5, 6], либо носят единичный характер и касаются рыбопродуктивности [7-9]. Характеристики современного состояния фитопланктона этих южных водохранилищ изучены недостаточно.
В этой связи целью исследования является анализ современного состояния экосистем Пролетарского и Веселовского водохранилищ в части трофности и загрязненности вод на основе изучения показателей развития фитопланктонного сообщества, а также тенденций пространственно-временных изменений.
Материал и методика исследования
Использованы данные Северо-Кавказского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС) за период 2004-2011 гг. [10].
Анализ данных проведен для четырех створов усть-манычских водохранилищ: одного створа Пролетарского водохранилища - Пролетарский гидроузел (г/у) и трех створов Веселовского водохранилища: ст. Будённовская, хуторы Валуйский и Новосёловка (рис. 1).
Рис. 1. Карта-схема расположения створов наблюдений Северо-Кавказского УГМС на Пролетарском иВеселов-ском водохранилищах: — пункты наблюдений; 1—4 — точки отбора проб
В число показателей количественного развития фитопланктона вошли таксономический, в том
числе видовой, состав, биомасса; кроме того, проведена оценка трофности, интенсивности «цветения» воды.
Уровень трофности и интенсивность «цветения» определяли по показателям медиан общей биомассы фитопланктона [3, 11], загрязненность — по индексам сапробности по фитопланктону (ИС) согласно классификатору [3].
Межгодовые изменения анализировали с помощью регрессионного анализа.
Результаты исследований
Характеристика развития фитопланктона
Повышенная минерализация вод определяет тип фитоценозов: планктон обеих водохранилищ является пресноводно-солоноватоводным [12]. Видовое разнообразие фитопланктона на исследованном участке в течение 2004—2011 гг. изменялось в пределах порядка 30—130 видов (рис. 2).
Полиномиальный тренд межгодовых изменений направлен на увеличение видового разнообразия от 2004 к 2011 г. (у = 0,59х4 — 4737,4х3 + 1Б+07х2 — — 2Е+10х + 1Е+13, R2 = 0,62). Увеличение биоразнообразия указывает на улучшение состояния водных объектов.
140
20
0
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 201 1
Годы
Рис. 2. Межгодовая динамика количества видов фитопланктонного сообщества Пролетарского и Веселовского водохранилищ: - - количество видов водорослей;-------- - полиномиальный тренд
Сообщество фитопланктона Пролетарского и Ве-селовского водохранилищ представлено диатомовыми, зелеными, сине-зелеными, динофитовыми,
криптофитовыми, эвгленовыми, золотистыми водорослями. Преобладают в основном диатомовые водоросли, однако иногда ведущими становятся дино-
фиговые, криптофитовые, зеленые или синезеленые. В каждой группе водорослей наиболее встречаемыми являются виды:
- из диатомовых - Melosira islandica s.helvetica, Stephanodiscus hantzschii, Nitzschia dissipata (Kutz.), Navícula cryptocephala, Diatoma elongatum Agardh, Nitzschia kutzingiana Hilse;
- из криптофитовых - Cryptomonas gracilis Skuja, Cryptomonas caudata Schiller;
- из зеленых - виды рода Cartera и Pyramidomonas, Chlamydomonas conferta Korsh, Carteria vulgaris Troit;
- из сине-зеленых - Aphanizomenon flos-aquae, Oscillatoria limnetica, Oscillatoria amphibia.
В Пролетарском и Веселовском водохранилищах в сезонной динамике наблюдались выраженные вспышки развития фитопланктона, которые проявлялись высокими значениями биомассы основных групп водорослей.
Весной вспышки биомассы чаще всего были вызваны бурным развитием диатомовых, а иногда ди-нофитовых и криптофитовых водорослей. Летом на водохранилищах преобладали зеленые, динофито-вые и криптофитовые водоросли, а также диатомовые и сине-зеленые. В сентябре, по [9], доминируют диатомовые, а субдоминируют — сине-зеленые. В октябре доминируют зеленые. Данные по таксономическому составу согласуются с результатами исследований [9, 13, 14].
Количественные показатели развития фитопланктона
Динамика количественных показателей развития фитопланктона отличается в разные годы наблюдений как по створам водохранилищ, так и по сезонам. Изменения годовых медиан общей биомассы фитопланктона в створах Пролетарского и Веселовского водохранилищ представлены на рис. 3.
IIi>o .4?Tfii>fKim г'у
V
h в
В з
s
il
2004 200.5 200(5 2007 2008 200? 2010 2011
Год
Г T. I " ~Т< ТТТТ< РТ ' Ê Г| II
'I
H
я3
^ I
s 1
о
!¿UU4 200J ÜUJi 2007 !¿uua 2009 2010 2011
Год
S
S-4 g
Li
w
I2 8 1
V
S 4
h J
l1
n
хут Ttfi.nyftfKIIrt
I
ЗПГМ ЗПП1 300fi 3007 ЗППЯ ЗПГ|9 ЗШ О ЗОИ
Год
дут. ±ianarc.noDK л
ЗППЛ 3001 300(1 3007 ЗОПЯ 30П0 ЗП10 3Í1M
Год
Рис. 3. Изменения годовых медиан общей биомассы фитопланктона в створах Пролетарского и Веселовского
водохранилищ (2004—2011 гг.)
Как видно из рис. 3, в Пролетарском водохранилище в створе Пролетарский г/у общая биомасса фитопланктона находилась в пределах 0,55— 2,20 мг/дм3, хотя чаще всего изменялась в диапазоне 0,55—0,97 мг/дм3.
В Веселовском водохранилище в створе ст. Бу-дённовская количественные показатели развития фитопланктона составляли 1,20—5,10 мг/дм3 и были наибольшими по сравнению со всеми рассмотренными створами усть-манычских водохрани-
лищ. В этом створе регитрировались максимальные значения медиан общей биомассы; чаще всего они находились в диапазоне 2,86—5,10 мг/дм3. В створе хут. Валуйский показатели варьировали в пределах 0,59—3,19 мг/дм3, в створе хут. Новосё-ловка - 0,34—1,65, где биомасса фитопланктона была наименьшей по усть-манычским водо--хранилищам.
Таким образом, по убыванию максимальных величин общей биомассы створы составляют сле-
дующий ряд: ст. Будённовская - хут. Валуйский -Пролетарский г/у - хут. Новосёловка.
В Веселовском водохранилище четко прослеживается пространственная закономерность распределения фитопланктона: тенденция уменьшения биомассы фитопланктона вниз по течению. Можно предполагать, что массовое развитие фитопланктона в створе ст. Будённовская и уменьшение биомасс на следующих створах связаны с различием морфометрических параметров. Глубина водохранилища увеличивается вниз по течению: в верхней части водохранилища у Пролетарского г/у она составляет 1,4-1,5 м, в средней части - 2,3-3,2 и на приплотинном участке - 7-8 м [15]. Очевидно, что мелководные участки лучше прогреваются, что создает более благоприятные условия для развития фитопланктона.
Временная динамика биомасс наиболее выражена в створе ст. Будённовская. Здесь в период с 2007 по 2011 г. значения общей биомассы были в 2-3 раза выше, чем в 2004 и 2006 гг. Тренды (линейный и экспоненциальный) межгодовых измене-
В Веселовском водохранилище в створе ст. Бу-дённовская категория была в основном эвтрофной. В створе хут. Валуйский преобладала мезотрофность, и только в отдельные годы водоем был эвтрофным. В створе хут. Новосёловка уровень трофности в основном соответствовал мезотрофному.
Таким образом, мезотрофная категория преобладала на всех створах усть-манычских водохранилищ, кроме створа ст. Будённовская.
Интенсивность «цветения» воды по медианам общей биомассы фитопланктона по [11] изменялась
ний были положительными, что свидетельствует об увеличении биомассы фитопланктона к 2011 г.
В остальных створах достоверных изменений по годам выявить не удалось. Возможно, это обусловлено недостаточной частотой отбора проб, предусмотренной программой Росгидромета. Тем не менее можно предполагать, что в период 2008-2010 гг. произошел рост биомассы на Веселовском водохранилище.
Трофность и «цветение» воды
В Пролетарском и Веселовском водохранилищах показатели трофности отличаются на разных створах водохранилищ и изменяются за исследованный период (2004-2011 гг.) от олиготрофной до эвтрофной (таблица).
В Пролетарском водохранилище в створе Пролетарский г/у преобладала мезотрофность, но в 2009 г. категория трофности была оценена как эв-трофная, а в 2010 г. - олиготрофная.
от слабой до умеренной. В створе Пролетарский г/у интенсивность «цветения» воды была слабой или умеренной.
В Веселовском водохранилище в створах ст. Бу-дённовская и хут. Валуйский «цветение» за весь период наблюдений было умеренным, в створе хут. Новосёловка - слабым или умеренным.
Таким образом, на всех створах Пролетарского и Веселовского водохранилищ кроме створа хут. Новосёловка преобладала умеренная интенсивность «цветения».
Показатели состояния водных экосистем Пролетарского и Веселовского водохранилищ по значениям общей биомассы фитопланктона (2004-2011 гг.)
Год Пролетарский г/у ст. Будённовская хут. Валуйский хут. Новосёловка
Категория трофности Интенсивность «цветения» Категория трофности Интенсивность «цветения» Категория трофности Интенсивность «цветения» Категория трофности Интенсивность «цветения»
2004 М Слабая М Умеренная М Умеренная О Слабая
2005 М Слабая - - М Умеренная - -
2006 М Слабая М Умеренная Э Умеренная М Умеренная
2007 М Умеренная Э Умеренная М Умеренная М Умеренная
2008 М Умеренная Э Умеренная М Умеренная М Слабая
2009 Э Умеренная Э Умеренная М Слабая М Слабая
2010 О Слабая Э Умеренная М Умеренная М Умеренная
2011 М Умеренное Э Умеренная Э Умеренная М Слабая
Примечание. Определение категории трофности выполнено по классификации Оксиюк и Жукинского; О - олиготрофная; М - мезотрофная; Э - эвтрофная.
Загрязненность
Загрязненность, оцененная по индексу сапроб-ности (ИС) по фитопланктону, согласно Пантле и Буку [2], за весь период исследования на всех створах была в пределах II - III класса качества воды (вода слабо загрязненная - загрязненная по классификатору [2]). Медианы ИС по всем створам не превышали 2,47, т.е. находились в пределах II класса качества воды. Максимальные значения ИС регистрировались в июле, а минимальные - в октябре. Таким образом, наибольший уровень загрязненности был отмечен в июле, наименьший - в октябре.
В межгодовой динамике ИС в створах Пролетарский г/у и ст. Будённовская наметилась тенденция снижения к 2011 г., а в створах хут. Валуйский и хут. Новосёловка - к увеличению. Увеличение ИС в этих створах указывает на рост загрязненности.
По мнению специалистов [10], сообщество фитопланктона находится в состоянии антропогенного экологического напряжения.
Заключение
Как показал анализ характеристик развития фитопланктона на обследованных створах Пролетарского и Веселовского водохранилищ за 2004-2011 гг. по видовому составу, биомассе, а также трофности, интенсивности «цветения» воды и загрязненности, фитопланктон развивался неравномерно.
Наибольшая биомасса фитопланктона регистрировалась в Веселовском водохранилище в створе ст. Будённовская, наименьшая - в створе хут. Но-восёловка. Биомасса на створе хут. Валуйский занимала промежуточное положение. Таким образом, показатели развития уменьшались вниз по течению водохранилища, что, по-видимому, связано с увеличением глубин и лучшим прогревом воды. В Пролетарском водохранилище в створе Пролетарский г/у величины биомассы фитопланктон были немного ниже значений створа хут. Валуйский. Биомасса фитопланктона Пролетарского водохранилища за весь период исследования была примерно в полтора раза меньше биомассы Веселовского.
Видовое разнообразие представлено основными отделами водорослей, встречающихся на территории ЕТР: диатомовыми, динофитовыми, криптофитовыми, зелеными и сине-зелеными. Межгодовая динамика свидетельствует об увеличении таксономического разнообразия к концу периода наблюдений.
Трофность водохранилищ изменяется в широких пределах: от олиготрофной до эвтрофной. В створах Пролетарский г/у, хут. Валуйский и хут. Новосёлов-
ка в межгодовом плане преобладала мезотрофная категория, а в створе ст. Будённовская трофность была выше - эвтрофной.
Интенсивность «цветения» была умеренной на всех створах Пролетарского и Веселовского водохранилищ за исключением створа хут. Новосёлов-ка, где интенсивность была слабой.
Уровень загрязненности (ИС) по фитопланктону находился в пределах II - III класса качества воды (вода слабо загрязненная - загрязненная). К 2011 г. наметилась тенденция снижения загрязненности в створах Пролетарский г/у и ст. Будённовская и к увеличению - в створах хут. Валуйский и хут. Но-восёловка.
Разработана схема использования характеристик фитопланктона для определения состояния экосистем Пролетарского и Веселовского водохранилищ (рис. 4).
Рис. 4. Схема определения состояния водного объекта по показателям фитопланктона
На схеме представлены основные показатели фитопланктона: общая биомасса, видовое разнообразие и состав сообщества. По количеству общей биомассы можно определить категорию трофности и интенсивность «цветения» водоема, по индикаторным видам - ИС, соответствующий определенному классу качества воды и загрязненности. Таким образом, на примере Пролетарского и Веселовского водохранилищ показано, что перечисленные показатели и параметры фитопланктона отражают состояние водных экосистем водохранилищ.
Литература
1. Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений, загрязняющих веществ и буровых растворов. М., 2002. 118 с.
2. РД 52.24.309-2011. Организация и проведение ре-
жимных наблюдений за состоянием и загрязнением поверхностных вод суши / МПР России, Росгидромет, ФГБУ «ГХИ». Ростов н/Д, 2011. 103 с.
3. ГОСТ 17.1.2.04-77. Охрана природы. Гидросфера.
Показатели состояния и правила таксации рыбохо-зяйственных водных объектов. М., 1977.
4. Оксиюк О.П., Жукинский В.Н., Брагинский Л.П., Лин-
ник П.Н., Кузьменко М.И., Кленус В.Г. Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши // Гидробиол. журн. 1993. Т. 29, № 4. С. 62—77.
5. Круглова В.М. Весёловское водохранилище. Ростов
н/Д, 1962.
6. Круглова В.М. Пролетарское водохранилище. Ростов
н/Д, 1972.
7. Сафронова Л.М. Современные особенности структуры
сообщества фитопланктона Веселовского водохранилища // Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азово-Черно--морского бассейна : сб. научн. тр (2000—2001 гг.). М., 2002. С. 164—170.
8. Жукова С.В. Оценка влияния на водные биоресурсы
и среду их обитания при эксплуатации Цимлянского и Манычских водохранилищ // Рыбохозяйственные проблемы строительства и эксплуатации плотин и пути их решения : материалы заседания тематического сообщества по проблемам больших плотин и научного консультативного совета межведомствен-
Поступила в редакцию_
ной ихтиологической комиссии, Москва, 25 февраля 2010 г. / сост. А.С. Мартынов, А.Ю. Книжников. М., 2010. С. 47-66.
9. Ежегодник состояния экосистем поверхностных вод
России (по гидробиологическим показателям) / под ред. В.А. Абакумова. СПб., 2004-2011.
10. Справочник «Экология». URL: http://ru-
ecology.info/term/56373/ (дата обращения: 03.04.2014).
11. Сафронова Л.М. Фитопланктон Веселовского водохра-
нилища как показатель состояния экосистемы: авто-реф. дис ... канд. биол. наук. Ростов н/Д, 2004. 24 с.
12. Экстренные экспедиционные экологические работы в
акватории Нижнего Дона в ноябре-декабре 2012 г. : отчет по договору №31/12-НИР от 31.10.2012 г. Ростов н/Д, 2012. 155 с.
13. Лужняк О.Л., Глушенко Г.Ю. Фитопланктон водо-
емов Кумо-Манычской депрессии в зимне-весенний период 2010 г. // Современные проблемы биологии и экологии : материалы докл. междунар. науч. -практ. конф. 10-12 марта 2011 г. Махачкала, 2011. С. 460-463.
14. Лужняк О.Л., Горлачева Г.Ю. Исследования фито- и
микопланктона Нижнего Дона летом 2006 г. // Актуальные проблемы альгологии, микологии и гидроботаники : материалы междунар. науч. конф. (11-12 сентября 2009 г.). Ташкент, 2009. С. 98-99.
15. Лурье П.М., Панов В.Д., Саломатин А.М. Река Ма-
ныч. Гидрология и сток. СПб., 2001. 160 с.
15 августа 2014 г.
