CC BY
95
УДК576.2: 282.232/275
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ И ЦИАНОПРОКАРИОТ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЕРРИТОРИЙ ГОРОДОВ РЕСПУБЛИКИ
БАШКОРТОСТАН
© 2010 Ф.Б. Шкундина1, И.Е. Дубовик1, Н.А. Киреева1, М.Ю. Шарипова1, О.А. Никитина2, Р.Р. Турьянова1, Г.А. Гуламанова1, М.Г. Ядыкина1, А.О. Полева1, И.П. Климина1, Н.Г. Смирнова1, А.М. Гареева1
1 Башкирский государственный университет, г. Уфа 2 Уральская академия физической культуры
Поступила в редакцию 23.04.2010
Приведены результаты использования циано-бактериально-водорослевых ценозов для мониторинга водных объектов и почв городов Республики Башкортостан, выделены индикаторные виды, описаны особенности сообществ в различных экосистемах.
Ключевые слова: водоросли, цианопрокариоты, город, мониторинг
На урбанизированных территориях промышленных центров происходит интенсивное изменение всей биоты. Водоросли и цианопрокариоты формируют циано-бактериально-водорослевые ценозы (ЦВЦ), которые являются одним из основных компонентов водных экосистем и играют большую роль в процессах самоочищения и улучшения санитарно-биологи-ческого состояния водоемов и почв.
Под воздействием токсикантов происходит формирование специфических ценозов, изучение которых позволяет давать рекомендации по организации биомониторинга. Биоиндикация делает возможным не только интегрировано оценить интенсивность антропогенного загрязнения
Шкундина Фаина Борисовна, доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники. E-mail: [email protected] Дубовик Ирина Евгеньевна, доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники. E-mail: [email protected] Киреева Наиля Ахняфовна, доктор биологических наук, профессор кафедры биохимии и биотехнологии. E-mail: [email protected]
Шарипова Марина Юрьевна, доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники. E-mail: [email protected]
Никитина Ольга Александровна, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры экологии. E-mail: [email protected]
Турьянова Расима Рифгатовна, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры ботаники. E-mail: Rasima-t@yandex. ru
Гуламанова Гюзель Ахтяметдиновна, кандидат биологических наук, ассистент кафедры ботаники. E-mail: [email protected]
Ядыкина Марина Геннадьевна, аспирантка. E-mail: [email protected]
Полева Александра Олеговна, научный сотрудник кафедры ботаники. E-mail: [email protected]
Климина Инна Павловна, аспирантка. E-mail: [email protected]
Смирнова Наталья Геннадьевна, аспирантка. E-mail: [email protected]
Гареева Айгуль Махмутовна, аспирантка. E-mail: [email protected]
окружающей среды, но и предсказать реакции организмов на ее изменения. Эффективными биоиндикаторами являются микроскопические водоросли и цианопрокариоты [4-7].
Материалом для работы послужили пробы автотрофных планктона и бентоса, отобранные на территории городов Уфа, Стерлитамак, Ишимбай и Белорецк, а также Павловского водохранилища в период c 1995 по 2009 гг. Также нами были изучены эпифитные водоросли на стволах деревьев на территории городов Уфы, Октябрьского, Ишимбая. В промышленной зоне г. Уфы изучена флора водорослей и состав циа-нопрокариот почв территорий ряда промпред-приятий ПО «Химпром», ОАО «Уфанефтехим», кроме этого были изучены почвы городских парков. Отбор и обработка проб осуществлялись по стандартной методике [2]. При исследовании был использован метод прямого микроскопиро-вания. Для выделения экологических групп использовалась методика, описанная в монографии С.С. Бариновой и др. [1].
В автотрофном бентосе водных объектов на территории г. Стерлитамака было выявлено 260 видов и внутривидовых таксонов. В автотрофном планктоне на территории г. Уфы - 306, г. Ишимбай - 96 видов и внутривидовых таксонов (табл. 1). По распределению видов водорослей и цианопрокариот по зонам сапробности на территории г. Стерлитамака четко выделялось 2 группы водных объектов: 1-ая группа включала реки Белая, Ашкадар и Стерля, где доминировали ß-мезосапробы и 2-ая группа - р. Ольховка и родник, где преобладали олигосапробы. В ходе обработки были выделены 3 сообщества с 3 вариантами. Сообщество Achnanthes lanceolata -Pinnularia viridis включает виды (28) распространенные в реках Белой, Ашкадар и Стерле.
Оно объединяет ЦВЦ, формирующиеся на участках антропогенной деградации. Внутри сообщества выделены 3 варианта: 1. Aphanothece elabens (22), распространенные в р. Белой, 2. Trachelomonas hispida - в р. Ашкадар (19) и 3. Phacus pyrum - в р. Стерле (10). Сообщества Navícula lacustris - Amphora ovalis var. gracilis (13) р. Ольховки и Cyclotella bodanica - Gy-rosigma attenuatum (13) родника включают виды, живущие в более холодной, быстро текущей воде с незначительной глубиной.
За период исследования 1995 и 2009 г.г. в автотрофном планктоне р. Белой на территории г. Белорецка нами выявлено 120 видов и внутривидовых таксонов водорослей и цианопрока-риот. Проведенные исследования показали доминирование представителей диатомовых водорослей. В местах поступления сточных вод происходило резкое снижение видового разнообразия. Распределение числа видов автотрофных планктона и бентоса по отделам в водных объектах городов республики Башкортостан представлено в таблице 2.
Таблица 1. Систематическая структура автотрофного планктона и бентоса в водных объектах городов Башкортостана
Город Систематическая структура
отделов классов порядков семейств родов видов и в/в. т. *
Уфа 8 14 30 55 106 306
Стерлитамак 8 17 35 53 107 260
Ишимбай 4 10 26 40 63 96
Белорецк 7 11 28 47 75 120
Примечание: здесь и далее - в/в. т. * - внутривидовых таксонов
Таблица 2. Распределение числа видов автотрофного планктона и бентоса по отделам в водных объектах городов Башкортостана
Название отдела Город
Уфа Стерлитамак Ишимбай Белорецк
Chlorophyta 117 42 21 31
Bacillariophyta 103 129 38 49
Cyanoprokaryota 53 46 24 23
Euglenophyta 12 19 - 11
Dinophyta 7 7 - 2
Xantophyta 7 5 5 1
Chrysophyta 6 6 - 3
Cryptophyta 1 - - -
Charophyta - 6 8 -
Из 237 изученных видов и внутривидовых таксонов водорослей рек г. Уфы (Белая, Уфа, Сутолока, Шугуровка) 110 таксонов (46,4%) относятся к индикаторам органического загрязнения вод. Сапробиологический анализ видового состава показал, что 0,9% общего списка видов рек относятся к полисапробам, 1,8% - к ксено-сапробам, 10,9% - к олигосапробам, 11,8% - к а-мезосапробам, 49,1% - к р-мезосапробам [1]. В систематическом отношении большинство индикаторов являются представителями Bacillario-phyta. На их долю приходится 49 видов или 44,5% общего числа индикаторов, обнаруженных в исследованных реках. Наиболее разнообразно BaciПarюphyta представлены Р-мезосапроб-ными формами (22 вида). Помимо диатомовых водорослей индикаторами состояния воды были также представители Chlorophyta
- 30 видов, что составляло 27,3% общего числа показательных форм, с преобладанием р-мезосапробных форм (19 видов). Заметное число Р-мезосапробов отмечено среди Cyanoprokaryota и Euglenophyta.
Из 190 видов и внутривидовых таксонов озер 91 таксон (47,9%) относится к индикаторам органического загрязнения вод. Сапробиологи-ческий анализ альгофлоры показал, что 3,3% общего числа видов озер являются полисапро-бами, 2,2% - ксеносапробами, 12,1% - олигоса-пробами, 7,7% - а-мезосапробами, 48,4% - Р-мезосапробами. В таблице 3 представлены средние арифметические значений индекса сапроб-ности вод в обследованных реках и озерах. Отмечены изменения значений индекса сапробно-сти в зависимости от места взятия пробы. Средние арифметические значения индекса сапробности
воды рек и озер как по численности, так и по биомассе характеризовали р-мезосапробную зону. На р. Белой на трех створах формировалась а-мезосапробная зона вследствие локального и достаточно длительного загрязнения, поступающего из р. Сутолоки. Увеличение индексов сапроб-ности наблюдалось в озерах Архимандритское,
Солдатское и Долгое. Таким образом, проведенные нами исследования показали, что в водоемах на территории г. Уфы формируются разнообразные сообщества планктонных водорослей, характеризующие мезотрофные условия и Р-мезосапробную зону.
Таблица 3. Средние арифметические индекса сапробности по фитопланктону
в водных объектах г. Уфы
Водоем Индекс сапробности
по численности по биомассе
р. Белая 2,25±0,08 2,14±0,07
р. Уфа 2,28±0,09 2,13±0,09
р. Сутолока 2,11±0,06 2,38±0,01
р. Шугуровка 2,01±0,01 2,16±0,01
оз. Архимандритское 2,16±0,01 2,22±0,01
оз. Кустаревское 1,97±0,01 1,94±0,01
оз. Долгое 2,03±0,01 1,89±0,01
оз. Солдатское 2,03±0,01 2,06±0,01
оз. в саду им. С.Т. Аксакова 1,99±0,01 1,94±0,01
Крупные инфильтрационные водозаборы централизованного водоснабжения г. Уфы и других населенных пунктов расположены в долине р. Уфы. Созданное на этой реке Павловское водохранилище, является формирующим ресурсы питьевой воды, оно испытывает мощное техногенное воздействие промышленных, сельскохозяйственных предприятий и лесопромышленного комплекса Челябинской, Свердловской областей и Башкортостана. Кроме того, Павловское водохранилище является крупным рекреационным узлом. За период исследования 2003-2009 гг. в Павловском водохранилище нами в автотрофном планктоне выявлено 153 вида и внутривидовых таксона водорослей и циано-прокариот из 90 родов, 47 семейств, 24 порядков, 10 классов и 7 отделов. Средняя численность автотрофного планктона в водохранилище в вегетационный период составила (тыс. кл./дм3): в 2003 г. - 480, 2008 г. - 5384, в 2009 г.
- 14377. По численности в соответствии с классификацией Цветковой (цитир. по [3]) водоем относится к мезотрофным. В 2008 г. средняя биомасса составила 6,4 г/м3, в 2009 г. - 19,5 г/м3. По биомассе по классификации Трифоновой водоем в 2008 г. относился к эвтрофным, в 2009 г.
- к высокоэвтрофным. В 2003 г. индекс сапробности по численности составил 1,78±0,05, В 2008 г. индекс сапробности по численности в среднем составил 2,09±0,09, по биомассе 1,82±0,05. В 2009 г. по численности - 1,25±0,25, по биомассе 1,80±0,10. Оценка экологического состояния Павловского водохранилища по данным фитопланктона показала увеличение степени эвтрофирования с 2003 по 2009 гг. Водоем трансформировался из эвтрофного к высокоэв-трофному. Не встречались в пробах 2008-2009
гг. представители отдела Xanthophyta, в частности вид, Bumilleriopsis brevis доминированиро-вавший в 2003 г. в некоторых приплотинных створах. Полученные нами результаты показывают, что в водохранилище сформировалась, в основном, Р-мезосапробная зона. В верхнем и среднем течении в изученном водном объекте отмечалась даже а-мезосапробная зона.
Проведенные исследования эпифитных водорослей на стволах деревьев на территории городов Уфы, Октябрьского, Ишимбая позволили выявить 110 видов и внутривидовых таксонов водорослей, обитающих на коре деревьев, распределение которых по изученным городам приведено в таблице 4. Во всех исследованных городах наиболее часто встречались представители зелёных водорослей: Desmococcus vulgaris, Treuboxia arboricola, Trentepohlia umbrina, Radiosphaera sphaerica, Mychonastes homoshaera. Из сине-зелёных - Microcystis pulverea f. minor, Leptolyngbya foveolarum. Изученные деревья -форофиты, по степени уменьшения видового разнообразия можно расположить в следующем порядке: клён ясенелистный ^ берёза бородавчатая ^ рябина обыкновенная ^ липа мелколистная ^ сосна обыкновенная ^ тополь черный^ яблоня лесная ^ лиственница сибирская ^ клён платановидный.
Анализ эпифитной альгофлоры по морфо-типам показал преобладание одноклеточных неподвижных и нитчатых форм, в том числе ветвящихся и неветвящихся водорослей. Спектр экобиоморф характеризовался преобладанием представителей Ch-формы, которая представлена в основном одноклеточными зелёными водорослями.
Таблица 4. Систематическая структура эпифитных водорослей и цианопрокариот
городов Башкортостана
Город Число
отделов классов порядков семейств родов видов и в./в. т.*
Уфа 4 6 13 24 47 82
Ишимбай 4 5 10 23 34 36
Октябрьский 4 5 11 19 29 32
Всего 4 6 15 26 75 110
Изучение флоры водорослей и состава цианопрокариот почв на территории г. Уфы позволило выявить следующие закономерности. Почвенный покров на территории ПО «Химпром» в значительной степени нарушен. В нем были обнаружены очень бедные и по видовому, и по количественному составу ЦВЦ, представленная 5 видами цианопро-кариот и 2 видами диатомовых водорослей-убиквистов. Изучение почв ОАО «Уфанефтехим» позволило выявить всего 25 видов водорослей и цианопро-кариот. Почвенные ЦВЦ формировались 15 видами, из них представители отдела Cyanopro-karyota составляют 1 вид, Chlorophyta - 11, Xan-thophyta - 1, Bacillariophyta - 2. Практически во всех пробах, взятых на территории завода, встречены виды рода Chlorella, Chlamydomonas gloeogama, Bracteacoccus minor, Chlorosarcinop-sis minor, Hantszchia amphioxys. Спектр жизненных форм имеет следующий вид Ch7 CFi Hi B2 amph 1 C3.
Анализ ЦВЦ почвы парка Победы и сада им. Н.К. Крупской г. Уфы позволил выявить 29 видов. Преобладали представители отдела Chlorophyta и Cyanoprokaryota. В результате проведенных исследований на территории парка им. И. Якутова было обнаружено 37 видов. Из них представителей отдела Cyanoprocaryota -11, Chlorophyta - 15, Xanthophyta - 2, Bacillariophyta - 9. Спектр жизненных форм Ch11H1B7P6 CF^2 CF5hydr3C2. Наибольшее число видов обнаружено на берегу озера - 14. Обследованные участки парка характеризовались высокой моза-ичностью и гетерогенностью.
Диатомовые водоросли при малом видовом разнообразии часто входили в состав доминантного комплекса: Hantzschia amphioxys, Nitzschia palea, виды Navicula (В-форма). Сравнение флоры водорослей и состава цианопрока-риот почвы различных участков г. Уфы показывает, что наибольшее видовое разнообразие обнаружено в пробах, отобранных в парковой зоне, которую данном случае можно рассматривать как экотон. Так как водоросли являются биоиндикаторами загрязнения, это свидетельствует об относительной чистоте почвенного покрова. Во всех остальных пробах обнаружено меньшее видовое разнообразие ЦВЦ. Самыми бедными почвами в отношении видового состава
явились пробы в промышленной зоне города (количество видов в образцах не превышало 16), жизненные формы представлены СЬ-, CF-, P-, B-формами. В целом небольшое видовое разнообразие ЦВЦ почвы г. Уфы, особенно желтозеле-ных, указывает на отрицательное воздействие антропогенных загрязнений.
В период с 2003 г. по 2010 г. нами также были исследованы голоэпифиты и амфиэпифиты различных фитофоров и фикофоров водоемов и водотоков г. Уфы. На реке Белой в г.Уфе выявлено 72 вида эпифитных водорослей, из них цианопрокариоты составляют 5,5%, диатомовые 82%, зеленые водоросли 12,5%. Индекс видового разнообразия составил 0,6. Коэффициент сходства между двумя станциями отбора проб 68%. Доминанты не различались. Наибольшей частотой встречаемости характеризовались виды Tabellaría fenestrata, Navicula cryptocephala, Cymbella lanceolata.
Анализ эпифитных водорослей и циано-прокариот небольших водоемов г. Уфы позволил выделить 49 видов и внутривидовых таксонов, относящихся к 4 отделам, 13 порядкам. Самым разнообразными по видовому составу являются отделы Chlorophyta и Bacillariophyta, представленные 16 и 15 видами водорослей. По другим отделам водоросли распределились следующим образом: отдел Cyanoprokaryota - 14 видов, отдел Xanthophyta - 4 вида. В отделе Chlorophyta среди нитчатых водорослей доминировали виды Chaetophora elegans, Oedogonium sp. Эти виды являлись доминантными эпифитами во многих водоемах: р. Деме, р. Уфе, в Архимандритском озере, озерках на Озерной и пруде сада Аксакова. В количественном отношении доминировали следующие виды водорослей: Chaetophora elegans, Diatoma vulgare, Merismopedia glauca, Navicula pelliculosa. Эти водоросли образовывали массовое разрастание на различных субстратах. Количественный учет эпифитных водорослей на различных фито- и фикофорах показал, что численность водорослей колеблется от 125 до 600 тыс. кл./см2. Если рассматривать сходство эпифитных ЦВЦ на различных фито- и фикофорах, то более всего сходны обрастания на кладофоре и элодее (57%), роголистнике и энтероморфе (54%). Однако видовой состав водорослей-эпифитов
различался не только в зависимости от субстрата, но, в значительной степени, от типа водоема. Эпифитон водоемов в черте города беднее по видовому составу, хотя численность водорос-лей-обрастателей в несколько раз выше, а основные отделы водорослей (BaciПariophyta, Chlorophyta и Cyanoprokaryota) представлены примерно равными долями.
Альгоэпифиты Архимандритского озера можно отнести к экотонной зоне. Результаты исследования Архимандритского озера показали, что в видовом отношении обследованные сообщества представлены, главным образом, диатомовыми (61%), затем зелеными (27%), цианопрокариотами (3%) и желто-зелеными (1%) водорослями. Численность формировалась, в основном, сине-зелеными, диатомовыми и зелеными водорослями, а биомасса весной диатомовыми, а к июлю зелеными водорослями.
Выводы: были выявлены достоверные различия в качественном и количественном распределении автотрофного планктона и бентоса, эпифитных, а также почвенных ЦВЦ на территории городов Республики Башкортостан, что проявлялось в разной динамике численности отдельных видов и групп, снижении видового богатства и разнообразия, а также изменении индексов сапробности в антропогенно преобразованных биотопах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Баринова, С. С. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды / С. С. Баринова, Л.А. Медведева, О.В. Анисимова. - Тель-Авив, 2006. - 498 с.
2. Водоросли. Справочник / С.П. Вассер, Н.В. Кондратьева, Н.П. Масюк и др. Киев: Наук. думка, 1989. - 608 с.
3. Дмитриев, В.В. Оценка экологического состояния водных объектов суши // Экология. Безопасность. Жизнь. Экологический опыт гражданских, общественных инициатив. - Гатчина, 1999. - С. 200-217.
4. Дубовик, И.Е. Водоросли эродированных почв и альгологическая оценка почвозащитных мероприятий: Монография. - Уфа: РИО БашГУ, 1995. - 156 с.
5. Шарипова, М.Ю. Водоросли экотонных сообществ: Монография. - Уфа: РИО БашГУ, 2006. -182 с.
6. Шкундина, Ф.Б. Доминирующие виды фитопланктона рек различных географических регионов (на примере рек, расположенных на территории бывшего СССР) // Альгология. - 2006. - Т. 16, №2. - С. 88-100.
7. Шкундина, Ф.Б. Фитопланктон водоемов г. Уфы (Башкортостан, Россия) / Ф.Б. Шкундина, Р.Р. Турьянова // Альгология. - 2009. - Т. 19, №1. - С. 66-76.
USE OF ALGAE AND CYANOPROCARIOTA FOR MONITORING THE TERRITORIES OF BASHKORTOSTAN REPUBLIC CITIES
© 2010 F.B. Shkundina1, I.E. Dubovik1, N.A. Kireeva1, M.Yu. Sharipova1, O.A. Nikitina2, R.R. Turyanova1, G.A. Gulamanova1, M.G. Yadykina1, A.O. Poleva1, I.P. Klimina1,
N.G. Smirnova1, A.M. Gareeva1
1 Bashkir State University, Ufa 2 Ural Academy of Physical Training
Results of use cyano-bacterial algae coenosisis for monitoring water objects and soils in Bashkortostan Republic cities are resulted, display kinds are allocated, features of communities in various ecosystems are described.
Key words: algae, cyanoprocariota, city, monitoring
Faina Shkundina, Doctor of Biology, Professor at the Botany Department. E-mail: [email protected] Irina Dubovik, Doctor of Biology, Professor at the Botany Department. E-mail: [email protected]
Nailya Kireeva, Doctor of Biology, Professor at the Department
of Biochemistry and Biotechnology. E-mail: [email protected]
Marina SHaripova, Doctor of Biology, Professor at the Botany
Department. E-mail: [email protected]
Olga Nikitina, Candidate of Biology, Senior Lecturer at the
Ecology Department. E-mail: [email protected]
Rasima Turiyanova, Candidate of Biology, Senior Lecturer at the
Botany Department. E-mail: [email protected]
Gyuzel Gulamanova, Candidate of Biology, Assistant at the Botany
Department. E-mail: [email protected]
Marina Yadykina, Post-graduate Student. E-mail: [email protected] Alexandra Poleva, Research Fellow at the Botany Department. E-mail: [email protected]
Inna Klimina, Post-graduate Student. E-mail: [email protected] Nataliya Smirnova, Post-graduate Student. E-mail: [email protected] Aygul Gareeva, Post-graduate Student. E-mail: [email protected]
