Фитопланктон озерной системы Кабан в 2011 году Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК: 574.581

О.Г. Горохова

Институт экологии Волжского бассейна РАН, Тольятти

[email protected]

ФИТОПЛАНКТОН ОЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ КАБАН

В 2011 ГОДУ

Рассмотрены структурные и количественные показатели летнего фитопланктона водоемов системы Кабан г. Казани; охарактеризован трофический статус и дана сапробиологическая оценка их состояния по фитопланктону.

Ключевые слова: фитопланктон, трофическое состояние и сапробность водоемов.

Введение

Значимость показателей развития фитопланктона при исследовании водных экосистем обусловлена его ролью первичного продуцента и надежного индикатора их состояния, большое значение имеет мониторинг фитопланктона при оценке и контроле качества воды при антропогенном загрязнении и эвтрофикации водоемов - одной из наиболее острых проблем, существующих в настоящее время. Состояние большинства водоемов, находящихся на урбанизированных территориях, нередко характеризуется ростом уровня трофии и сапробности, снижением качества воды и рекреационной ценности, в связи с чем многие исследователи подчеркивают необходимость минимизации поступления биогенных и загрязняющих веществ от предприятий и с водосборной площади, а также комплексного мониторинга, одной из задач которого является отслеживание видового состава и степени развития фитопланктона (Гелашвили и др, 2005; Бабаназарова и др., 2008).

Материалы и методы исследований

Отбор проб фитопланктона системы озер Кабан был

проведен во второй половине июня 2011 г. Сбор и обработка проб, анализ материала выполнены в соответствии с методами, принятыми при гидробиологических и альго-логических исследованиях (Методика изучения.., 1975; Лаврентьева, Бульон, 1981). Характеристика трофического состояния водоемов дана по уровню биомассы фитопланктона, с использованием классификации И.С. Трифоновой (1990): биомасса < 1 г/м3 - олиготрофный тип водоема; 1-5 г/м3 - мезотрофный; 5-10 г/м3 - эвтрофный; > 10 г/м3 - высокоэвтрофный водоем. Оценка качества воды по отношению к органическому загрязнению проведена методом Пантле и Бука в модификации Сладечека по составу и обилию видов-индикаторов сапробности (Sladecek, 1973; Макрушин, 1974; Баринова и др., 2006). К доминирующим отнесены виды, численность или биомасса которых составляла не менее 10 % от общей, к субдоминантам - от 5 до 10 % (Фитопланктон Нижней Волги, 2003). При определении видового состава использованы определители серий: «Определитель пресноводных водорослей СССР», «Susswasserflora von Mitteleuropa» и др.

Карта-схема точек отбора проб на водоемах системы Кабан представлена на рисунке 1.

Отделы водорослей Водоем и станции отбора проб

Верхний Кабан Средний Кабан Протока Ботаническая Нижний Кабан Протока Булак

ст. 19 ст.20 ст. 14 ст. 15 ст. 16 ст.21 ст.6 ст.З ст. 18 ст.7 ст. 10 ст. 13 ст. 11 ст. 12

Cyanoprokaryota 1121 0.206 2060 0.037 9790 0.281 9320 0.452 19900 1.417 770 0.007 166030 6.188 101110 3.804 97190 6.065 284260 18.284 224100 14.243 1010 0.059 1030 0.056 79680 5.073

Chlorophyta 910 0.244 2990 0.484 41760 4.768 11150 1.374 11700 3.051 780 0.29 7890 2.452 32460 3.562 1120 0.369 1280 0.566 1680 0.375 8980 7.179 7960 6.863 13100 14.497

Bacillariophyta 1150 0.537 2100 0.85 2900 1.589 790 0.858 350 0.243 350 0.213 520 0.379 2470 1.865 1970 1.222 1590 1.522 510 0.404 2010 1.99 710 0.352 910 0.663

Ciyptophyta 10 0.002 20 0.022 270 0.063 190 0.293 20 0.020 50 0.056 620 0.893 440 0.706 100 0.157

Dinophyta 20 1.748 30 1.831 10 0.091 100 8.74 30 1.831 80 6.992 90 7.866 30 0.044 10 0.874 30 0.903

Euglenophyta 20 0.096 100 0.473 70 0.334 81 0.212

Chrysophyta 10 0.001

Xanthophyta 90 0.008 10 0.001

Общая 13280 0.99 7190 1.489 54740 8.449 21290 4.516 31950 4.711 2110 0.895 174540 17.759 136060 9.25 100310 9.487 287210 27.364 226430 22.944 12840 10.646 10230 9.186 93901 21.506

Табл. 1. Численность, тыгс. кл./л (над чертой), и биомасса, мг/л (под чертой) систематических групп водорослей в фитопланктоне водоемов системыг Кабан. Примечание: мг/л соответствует г/м3.

научно-технический журнал

Ч2Ж. Георесурсы 7 (49) 2012

Результаты и их обсуждение

Таксономический состав, эколого-географическая характеристика фитопланктона. В пробах фитопланктона системы озер Кабан встречено 110 видов и внутривидовых таксонов водорослей из 8 систематических отделов (Рис. 2), в том числе Суапоргокагуо1а (цианопро-кариоты, сине-зеленые водоросли) - 13, СЬтуБорИул (золотистые) - 1, ВасШапорЬу!а (диатомовые) -17, Хап1ЪорЪу1а (желто-зеленые) - 1, Сгур1орЪу1а (крипто-

Водоем, станция Состав доминирующего комплекса

по численности по биомассе

Оз. Верхний Кабан, ст. 19 Pseudanabaena limnetica (Lemm.) Кот. Planktolyngbya limnetica (Lemm.) Kom.-Legn.et Cronb. Stephanodiscus sp. sp. Pseudanabaena limnetica Planktolyngbya limnetica

Оз. Верхний Кабан, ст.20 Pseudanabaena limnetica Fragilaria crotonensis Kitton Coelastrum sphaericum Näg. Scenedesmus denticulatus Lagerh. Coelastrum sphaericum Fragilaria crotonensis

Оз. Средний Кабан, ст. 14 Dictyosphaerium pulchellum Wood Coelastrum microporum Näg. in A. Br. Coelastrum sphaericum Stephanodiscus sp. sp. Microcystis pulverea (Wood) Forti emend Elenk. Dictyosphaerium pulchellum Coelastrum microporum Coelastrum sphaericum Stephanodiscus sp. sp.

Оз. Средний Кабан, ст. 15 Planktothrix agardhii (Gom.) Anagn. et. Кот. Dictyosphaerium pulchellum Coelastrum microporum Planktolyngbya limnetica Stephanodiscus sp. sp. Dictyosphaerium pulchellum Coelastrum microporum Planktothrix agardhii

Оз. Средний Кабан, ст. 16 Planktothrix agardhii Fragilaria capucina Desmaz. Fragilaria capucina

Оз. Средний Кабан, ст.21 Pseudanabaena limnetica Stephanodiscus sp. sp. виды рода Cryptomonas

Оз. Средний Кабан, ст. 6 Planktothrix agardhii Merismopedia tenuissima Lemm. Planktolyngbya limnetica Microcystis pulverea Coelosphaerium pusillum van Goor Planktothrix agardhii Ceratium hirundinella (0. F. Müller) Schrank

Оз. Средний Кабан, ст.З Planktothrix agardhii Dictyosphaerium pulchellum Merismopedia tenuissima Planktolyngbya limnetica Coelosphaerium pusillum Dictyosphaerium pulchellum Planktothrix agardhii Coelastrum microporum Stephanodiscus sp. sp. Chlamydomonas globosa Snow

Ботаническая протока, ст. 18 Planktothrix agardhii Pseudanabaena limnetica Stephanodiscus sp. sp. Planktolyngbya limnetica Planktothrix agardhii Stephanodiscus sp. sp.

Оз. Нижний Кабан, ст. 7 Planktothrix agardhii Planktothrix agardhii Ceratium hirundinella

Оз. Нижний Кабан, ст. 10 Planktothrix agardhii Planktothrix agardhii Ceratium hirundinella

Протока Булак, ст. 13 Pandorina morum (Müll.) Bory Monoraphidium minutum (Näg.) Кот.- Legn. Stephanodiscus sp. sp. Pandorina morum Chlamydomonas cingulata Pasch. Chlamydomonas monadina Stein виды рода Cryptomonas

Протока Булак, ст. 11 Pandorina morum виды рода Monoraphidium Stephanodiscus sp. sp. Pandorina morum Chlamydomonas cingulata Chlamydomonas monadina виды рода Cryptomonas

Протока Булак, ст. 12 Planktothrix agardhii Pandorina morum Pandorina morum Planktothrix agardhii Chlamydomonas cingulata Chlamydomonas monadina

Табл. 2. Состав доминирующих видов фитопланктона водоемов системы Кабан.

фитовые) - 4, БторЬуа (динофитовые) - 4, Б^1епорЬу1а (эвгленовые) - 8, СЫогорЪу1а (зеленые) - 62. Наиболее разнообразен в таксономическом отношении отдел СЫогорЪу1а, с преобладанием видов порядка СЫогососса1еБ, на втором и третьем месте диатомовые водоросли и цианопрокариоты.

Все встреченные виды водорослей являются широко распространенными (космополитами) и зарегистрированы в водохранилищах волжского каскада. По принадлежности к биотопам 78 % видов - типично планктонные формы. По отношение к количеству растворенных солей большинство видов, имеющих индикаторную значимость, являются пресноводными (индифферентов 75 видов, олигогало-бов 12 видов), встречено 5 видов галофилов, предпочитающих условия повышенной минерализации. Индикаторами активной реакции воды (рН) являются 44 % видов, среди них 33 вида - индиф-ференты, 15 - алкали-филы. Доля видов-индикаторов сапробнос-ти составила 80 % от общего числа встреченных таксонов. Из них 53 вида (60 %) являются показателями в-мезосапробных условий, 17 % - олиго-в-и в-олиго-мезосапроб-ных, 11% - а-в- и в-а-мезосапробных. В меньшем количестве присутствуют в-мезо-сапробные виды (5 %), встречено два вида-индикатора олигосап-робных условий и один а-р-сапробных (2 и 1%, соответственно).

Таким образом, на уровне крупных таксономических категорий в летнем фитопланктоне озер системы Кабан преобладали зеленые, диатомовые и цианоп-рокариоты: такое соотношение отделов водорослей в основном характерно для многих

|— научно-техническим журнал

7 (49) 2012 I еоресурсы

водоемов и водотоков умеренной зоны. В эколого-географическом отношении основу флористического состава формировали широко распространенные, типично планктонные, пресноводные виды, обитатели нейтральных и слабощелочных вод. По отношению к содержанию органического вещества выявлено присутствие большого числа видов-индикаторов мезосапробных условий с преобладанием в-мезо-сапробов.

Численностъ и биомасса фитопланктона. Количественные показатели развития летнего фитопланктона достаточно хорошо отражают трофическое состояние водоема, при оценке которого используют, в частности, уровень летних значений биомассы (Reynolds, 1987; Трифонова, 1990; Корнева, 1993). В

Chiysophyta 1%

Dinophyta

Cryptophyta 4%

Xanthophyta 1%

Euglenophyta

Cyanoprokaryota 12%

Bacillariophyta 15%

Средний Кабан

Верхний Кабан протока Ботаническая

Рис. 1. Карта-схема точек отбора проб фитопланктона на озерах системы Кабан.

Рис. 2. Состав отделов водорослей фитопланктона водоемов системы Кабан.

таблице 1 приведены величины численности и биомассы систематических групп (отделов) водорослей в планктоне водоемов системы Кабан, на рисунке 3 показана доля этих отделов в формировании показателей суммарного обилия фитопланктона.

Как видно, озера несколько различались по степени количественного развития водорослей. В оз. Верхний Кабан численность была сравнительно невысокой (Табл. 1), а биомасса составила 0,99-1,49 мг/л, что в целом характеризует условия в водоеме как мезотрофные (нижняя граница мезотрофии). В оз. Средний Кабан биомасса варьировала в широких пределах: от 0,89 до 17,76 мг/л, и в среднем составляла 7,59 мг/л, что соответствует эвтрофии. Наиболее высокий уровень численности и биомассы фитопланктона был зарегистрирован в оз. Нижний Кабан (Табл. 1; Рис. 3), где биомасса составила 22,94-27,36 мг/л, что отражает его высокий трофический статус. В протоках Ботаническая и Булак уровень биомассы фитопланктона также соответствовал эвтрофным условиям.

Доминирующие виды. Видовой состав и структура сообществ фитопланктона формируются под действием целого комплекса факторов и поэтому служат одними из показателей состояния водоема. Как известно, именно массовые виды фитопланктона (доминанты и субдоминанты) определяют особенности структуры планктонных сообществ, их продуктивность и качество воды (Трифонова, 1996; Охапкин, 1997; Фитопланктон Нижней Волги, 2003). В летнем фитопланктоне водоемов системы Кабан по численности преобладали представители трех отделов водорослей: зеленых, диатомовых и цианопрокариот, по биомассе кроме них доминировали криптофитовые и динофитовые (Табл. 1; Рис. 3). В таблице 2 показан состав массовых видов во-

I-i— научно-технический журнал

Ш&. Георесурсы 7 (49) 2012

дорослей фитопланктона. Из цианопрокариот во всех озерах развивались нитчатые формы так называемого осцил-ляториевого (планктотрихетового) комплекса -Planktothrix agardhii, Planktolyngbya limnetica, Pseudanabaena limnetica. Эти виды широко распространены в континентальных водоемах и в настоящее время нередко регистрируются в качестве массовых во многих водоемах умеренной зоны, в том числе и в водохранилищах Волги. Изучению водоемов, с развитием в фитопланктоне токсичных нитчатых сине-зеленых водорослей план-ктотрихетового комплекса и условий, способствующих формированию «цветения», уделяется большое внимание (Reynolds, 1987; Сиделев, 2010; Корнева, 2009; Павлова и др., 2011).

Кроме того, в составе доминантов по численности в отдельных пробах (Средний Кабан, станции 3, 6, 14) зарегистрированы хроококковые формы цианопрокариот -Microcystis pulverea и Merismopedia tenuissima. Преобладание цианопрокариот по численности достаточно типично для летнего планктона многих континентальных водоемов умеренной зоны; доминирование же их по биомассе большинство исследователей рассматривают как признак высокого уровня трофии воема (Alvarez-Cobelas, Jacobsen, 1992; Фитопланктон Нижней Волги, 2003; Корнева, 2009). На большей части акватории озер Верхний и Средний Кабан по биомассе доминировали зеленые водоросли с участием диатомовых, в оз. Средний Кабан - динофитовых, на станции 21 - криптофитовых (Рис. 3). Значимое участие цианопрокариот в фитопланктоне оз. Средний Кабан отмечено на станции 6 в северной части водоема и было обусловлено влиянием Ботанической протоки, где они являлись явными доминантами планктонного сообщества. Увеличение биомассы цианопрокариот в центральной части озера (станция 3) следует связать с влиянием расположенных здесь многочисленных выпусков сточных вод (Исследование гидрохимического и гидробиологического состояния..., 2011), поставляющих в водоем избыток биогенных элементов и способствующих бурному развитию Cyanoprokaryota. В оз. Нижний Кабан вид Planktothrix agardhii доминировал по биомассе.

Зеленые водоросли (преимущественно представители порядка Chlorococcales) также имели большое значение в фитопланктоне водоемов системы Кабан (Рис. 3). В основном это широко распространенные виды родов Monoraphidium, Coelastrum, Scene-desmus, Dictyosphae-rium, обильно развивающиеся в летнем фитопланктоне водоемов замедленного водообмена. Кроме того, жгутиковые формы этого отдела из порядков Chlamy-

domonadales (представители рода Chlamydomonas) и Volvocales (Pandorina morum) были доминантами по биомассе в протоке Булак (Табл. 1).

Диатомовые водоросли играли менее значимую роль в сложении суммарной численности и биомассы фитопланктона (Рис. 3), и были представлены мелкоразмерными формами класса Centrophyceae (Табл. 2 -Stephanodiscus sp. sp.), которые чаще являются доминантами весеннего фитопланктона, а так же видами рода Fragilaria (F. crotonensis, F. capucina), обычно развивающимися в летнем планктоне, что вероятно отражает структурную перестройку комплексов доминантных форм в ходе сезонной сукцессии фитопланктона.

В доминирующем комплексе по биомассе, помимо представителей трех перечисленных отделов водорослей, приобретали значение крупноклеточные виды динофито-вых (Ceratium hirundinella) и криптофитовых (виды рода

ш СО ш

III

lO lO lO

о> о ю (О (О т со о

ем С\| ё ё ё

ё ё ё ё ё ё ё ё

ьг ьг О йй о о с I

ш ш О О О LD I

ё ё ё

ГО 05 ГО & & &

Ш LO LO

Bacillariophyta [>::>>:::::| Cyanoprokaryota Chlorophyta 1 Dinophyta

J Cryptophyta

Рис. 3. Доля отделов водорослей в суммарной численности (А) и биомассе (Б) фитопланктона.

Водоем Верхний Кабан Средний Кабан Протока Ботаническая Нижний Кабан Протока Булак

Станция 19 20 14 15 16 21 6 3 18 7 10 11 12 13

Индекс сапробности на станции 1.43 1.58 2.02 1.89 1.68 1.78 1.9 1.88 1.69 1.95 2.1 2.15 1.98 2.57

Индекс сапробности по водоему 1.51 1.86 1.69 2.03 2.23

Табл. 3. Индексы сапробности водоемов системы Кабан по фитопланктону.

|— научно-техническим журнал

7 (49) 2012 I еоресурсы

Cryptomonas: C. reflexa (Marsson) Skuja, C. marssonii Skuja, Cryptomonas ovata Ehr.), характерные для летнего планктона стратифицированных водоемов.

Рассмотренные виды водорослей достаточно типичны и для водохранилищ Волги, часто развиваются в фито-планктонных сообществах в Куйбышевском и Саратовском водохранилищах и являются компонентом комплексов массовых форм (Фитопланктон Нижней Волги, 2003).

Оценка сапробного состояния водоемов. При оценке качества воды по индикаторным видам принимают во внимание как присутствие в водоеме биоиндикаторов, так и уровень их количественного развития и степень участия в формировании комплекса массовых видов (Методика изучения.., 1975; Макрушин, 1974; Баринова и др. 2006). Доля видов-индикаторов сапробности в водоемах системы Кабан составила 80% от общего числа таксонов, встреченных в пробах; все доминирующие виды являются индикаторными, что позволяет провести оценку сапробиологи-ческого состояния качества воды. Индексы сапробности, рассчитанные по численности индикаторных видов, изменялись в диапазоне 1,43-2,57 (в среднем 1,90), что соответствует ß-мезосапробной зоне самоочищения, III класса качества, «умеренно загрязненные воды» (Табл. 3). Наиболее высокие индексы сапробности характерны для озера Нижний Кабан и протоки Булак.

Заключение

В фитопланктоне водоемов системы Кабан определено 110 видовых и внутривидовых таксонов водорослей из 8 отделов с ведущей ролью Chlorophyta (зеленых), Bacillariophyta (диатомовых) и Cyanoprokaryota (цианоп-рокариот), подобные пропорции свойственны летнему планктону многих водоемов и водотоков умеренной зоны. Основу таксономического состава формировали космополиты, типично планктонные, пресноводные виды, обитатели нейтральных и слабощелочных вод; 60 % видов-индикаторов сапробности были показателями мезосап-робных условий.

Виды, доминирующие в фитопланктоне водоемов системы Кабан, в основном типичны для водоемов Средней Волги. Уровень биомассы в оз. Верхний Кабан (0,991,49 мг/л) в целом соответствовал мезотрофии, в оз. Средний Кабан (в среднем 7,59 мг/л), а так же в протоках Ботаническая и Булак - эвтрофии. Наиболее высокие значения биомассы фитопланктона отмечены в оз. Нижний Кабан (22,94-27,36 мг/л), что отражает его высокий трофический статус. Индексы сапробности, рассчитанные по численности индикаторных видов, находились в пределах 1,432,57 (в среднем 1,90). По содержанию в воде органических веществ, оцениваемых по величине индекса сапробности, воды системы озер Кабан соответствуют ß-мезосапробной зоне самоочищения, III класса качества, «умеренно загрязненным». Наиболее высокие индексы сапробности характерны для оз. Нижний Кабан и протоки Булак, что свидетельствует о более высоком уровне их антропогенного загрязнения.

Литература

Бабаназарова О.В., Сиделев С.И., Зубишина A.A., Рахмангу-лов P.A., Юркина A.C. О необходимости отслеживания структуры фитопланктона при цветении водоемов. Водные экосистемы: тро-

фические уровни и проблемы поддержания биоразнообразия. Мат. Всерос. конф. с междунар. участием. Вологда. 2008. 15.

Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. Тель-Авив. 2006. 498.

Водоросли, вызывающие «цветение» водоемов Северо-Запада России. М.: Тов. научных изданий КМК. 2006. 367.

Гелашвили Д.Б., Охапкин А.Г., Доронина А.И., Колкутин В.И., Иванов Е.Ф. Экологическое состояние водных объектов Нижнего Новгорода. Н.Новгород: Изд-во ННГУ. 2005. 414.

Исследование гидрохимического и гидробиологического состояния систем оз. Кабан и протоки Булак с целью разработки комплекса мероприятий по восстановлению механизмов саморегулирования водной среды. Отчет по государственному контракту № 11 МЭ-9н от 14.06.2011 г. Казань: ГБУ ИПЭН АН РТ. 2011. 304.

Корнева Л.Г. Фитопланктон Рыбинского водохранилища: состав, особенности распределения, последствия эвтрофирования. Современное состояние экосистемы Рыбинского водохранилища. СПб: Гидрометеоиздат. 1993. 50-113.

Корнева Л.Г. Формирование фитопланктона водоемов бассейна Волги под влиянием природных и антропогенных факторов: Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. СПб. 2009. 47.

Лаврентьева Г. М., Бульон В. В. Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах. Фитопланктон и его продукция. Л. 1981. 31.

Макрушин А.В. Биологический анализ качества вод. Л.: Зоо-л.ин-т АН СССР. 1974. 59.

Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов. М. 1975. 240.

Охапкин А.Г. Структура и сукцессия фитопланктона при зарегулировании речного стока (на примере р. Волги и ее притоков). Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. СПб. 1997. 48.

Сиделев С.И. Сукцессия фитопланктона высокоэвтрофного озера Неро. Автореф. дисс... канд. биол. наук. Борок. 2010. 25.

Трифонова И.С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона. Л. 1990. 184.

Трифонова И.С. Сукцессия массовых видов фитопланктона при эвтрофировании озер. Эколого-физиологические исследования водорослей и их значение для оценки состояния природныгх вод. Ярославль. 1996. 100-101.

Фитопланктон Нижней Волги. Водохранилища и низовье реки. СПб: Наука. 2003. 232.

Alvarez-Cobelas M., Jacobsen B.A. Hypertrophic phytoplankton: An overview. Fresh-water Forum. V 2. 1992. 184-199.

Reynolds, C.S. Cyanobacterial water blooms. Advances in Botanical Research. 1987. V. 13. 67-143.

Sladecek V. System of water quality from the biological point of view. Arch. Hydrobiol. Bsg. 7. № 7. 1973. 218-253.

O.G. Gorokhova. Phytoplankton of the Kaban lakes system (Kazan, Russia) in 2011.

Structural and quantitative indicators of summer phytoplankton of the Kaban lakes system were considered. It characterized the trophic status and the given saprobiological evaluation of their condition by phytoplankton.

Key words: phytoplankton, trophic state and saprobityof reservoirs.

Ольга Геннадьевна Горохова

Младший научный сотрудник Института экологии Волжского бассейна РАН. Научные интересы: фитопланктон малых водоемов, фитопланктон водоемов охраняемых территорий.

Институт экологии Волжского бассейна РАН.

445003, РФ, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Комзина, 10. Тел.: (8482)48-91-99.

^gm I— научно-технический журнал

Георесурсы 7 (49) 2012