Межгодовая динамика летнего фитопланктона в устьевой области реки Казанки (г. Казань) Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ SCIENTIFIC REPORT

Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии.

2020. - Т. 29. - № 3. - С. 89-94.

УДК 574.583 DOI 10.24411/2073-1035-2020-10336

МЕЖГОДОВАЯ ДИНАМИКА ЛЕТНЕГО ФИТОПЛАНКТОНА В УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ РЕКИ КАЗАНКИ (Г. КАЗАНЬ)

© 2020 К.И. Абрамова, Р.П. Токинова

Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, г. Казань (Россия)

Поступила 24.06.2020 После переработки 05.09.2020

Абрамова К.И., Токинова Р.П. Межгодовая динамика летнего фитопланктона в устьевой области реки Казанки (г. Казань). - В статье представлены результаты изучения фитопланктона в устьевой области реки Казанки (г. Казань) в летний период 2017-2019 гг. Основная роль в формировании структурных характеристик фитопланктона принадлежит диатомовым и синезе-леным водорослям, немаловажное значение - криптофитовым, зеленым и динофитовым. Во время массового развития синезеленых структура альгофлоры проявляет черты упрощения -наблюдается уменьшение видового разнообразия и выравненности. Трофический статус устьевой области реки соответствует мезотрофным-высокотрофным условиям. Ключевые слова: фитопланктон, устьевая область, Казанка.

Abramova K.I., Tokinova R.P. Interannual dynamics of summer phytoplankton in the mouth region of the Kazanka river (Kazan). - The article presents the results of studying phytoplankton in the mouth region of the Kazanka river (Kazan) in the summer period of 2017-2019. The main role in the formation of structural characteristics of summer phytoplankton belongs to diatoms and blue-green algae, an important value - cryptophytes, green and dinophytes. During the mass development of blue-green plants, the structure of the algoflora shows signs of simplification - there is a decrease in species diversity and equalization. The trophic status of the estuary area of the river corresponds to mesotrophic-high-trophic conditions. Key words: phytoplankton, river mouth, Kazanka.

ВВЕДЕНИЕ

Устьевая область реки Казанки расположена в черте крупного промышленно-урбанизированного центра, г. Казань (Среднее Поволжье). Она имеет важное природно-эстетическое, рекреационное и экологическое значение, является частью системы гидроинженерной защиты города. Водные объекты, расположенные на территориях мегаполисов, нередко испытывают серьезную антропогенную нагрузку, которая часто приводит к развитию

Абрамова Ксения Ивановна, кандидат биологических наук, научный сотрудник, kseniaiv@yandex.ru; Токинова Римма Петровна, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией гидробиологии, r.tokin@rambler.ru

эвтрофикации, токсификации. Изучение динамики развития фитопланктона, его качественного состава и показателей количественного развития, помогает определить уровень троф-ности водного объекта и его функционирование в целом. Количественные показатели развития летнего фитопланктона, в частности уровень летних значений биомассы, достаточно хорошо отражают трофическое состояние водоемов [1]. Изучение межгодовой динамики фитопланктона в устьевой области реки Казанки до настоящего времени проводилось эпизодически [3, 7, 8]. В связи с вышеизложенным, целью данной работы является анализ межгодовой динамики количественных показателей летнего фитопланктона в устьевой области реки Казанки в 2017-2019 гг.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проанализированы летние пробы фитопланктона с июня по август 2017-2019 гг., отобранные в ходе комплексной, гидробиологической и гидрохимической, экспедиции Института проблем экологии и недропользования АН РТ (г. Казань) по реке Казанке. Гидробиологические пробы отбирались ежемесячно на 15 станциях из поверхностного горизонта воды. Всего за период исследований было отобрано 99 количественных и качественных проб. Сбор и обработка проб фитопланктона проведена по общепринятым методикам [2]. Для идентификации видовой принадлежности водорослей использованы определители серий «Определитель пресноводных водорослей СССР» (19511982 гг.) и «Süßwasserflora von Mitteleuropa» (1983-2005 гг.) и др. К доминирующим отнесе-

ны виды, численность и/или биомасса которых составляла не менее 10% от общей, к субдоминантам - от 5 до 10% [6]. Характеристика трофического состояния устьевой области реки дана по классификации И.С. Трифоновой [5]: биомасса < 1 мг/л - олиготрофный тип водоема; 1-5 мг/л - мезотрофный; 5-10 мг/л - эв-трофный; > 10 мг/л - высокоэвтрофный водоем. Гидрометеорологические данные получены из открытого ГИС-портала в сети Интернет по адресу: http://www.pogodaiclimat.ru.

Исследуемые годы достоверно различались (р<0.05) по количеству выпавших осадков и схожи по температуре воздуха. Летний период 2017 г. был дождливее, чем 2018 г. В августе 2019 г. отмечено значительное превышение (в 1.72 раза) количества выпавших осадков от нормы (рис. 1).

120 г 100 80 БО

rz

гэ и

° 4Ü

20 0

^УУ. ^УУ. ^УУ. ^УУ. SSS. SSS. SSS.

sss.

SSS. SSS. SSS. ^УУ.

Июнь Июль Август

2017

Июнь Июль Август

201В

r-w

✓у/ sss sss sss sss sss sss sss sss

•SSs •SSs •SSs

VW У/V У/V У/V У/V У/V У/V УУУ УУУ УУУ УУУ

y--v

УУУ УУУ У/V

—i 25

20

Июнь Июль Август

2019

15

10

(j а

rj О.

t? n

CL

U

3 Осадки

■ Температура

Рис. 1. Изменчивость величин гидрометеорологических факторов

в 2017-2019 гг.

В летний период 2017 г. на территории г. Казани количество выпавших осадков составило 48-95 мм (79-142% от нормы), в 2018 - 2659 мм (44-87% от нормы), в 2019 - 41-104 (66172% от нормы); среднемесячная температура в 2017 г. - +15.6...+19.7°С (отклонение от нормы составило -2.5...+2°С), в 2018 г. -+16.9...+22.3°С (-1.2...+2.2Т от нормы), в 2019 г. - +16.0...+19.0°С (-1.7...+0.9Т от нормы).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В пробах летнего фитопланктона в устьевой области реки Казанки встречено 163 вида и внутривидовых таксона из 8 систематических

отделов: Cyanophyta (Cyanoprokaryota) - 28, Bacillariophyta - 38, Chrysophyta - 11, Xantophyta - 3, Cryptophyta - 5, Dinopyta - 3, Euglenophyta - 7 и Chlorophyta - 68. Состав аль-гофлоры летнего планктона в основном формируют зеленые водоросли (41% в общем списке таксонов). На втором и третьем местах по видовому богатству - диатомовые (23%) и сине-зеленые (17%).

В эколого-географическом отношении основу альгофлоры составляют планктонные виды (54% от общего числа встреченных таксонов), доля литоральных форм - 9%, отмечено 3 бен-тосных вида (1%) и 4 обитателя обрастаний

(2%). Доля космополитов превышает 80% от общего числа видов, для которых известно географическое распространение; в водах встречены бореальные (4%), северо-альпийские (1%) виды. По отношению к количеству растворенных солей большинство видов, имеющих индикаторную значимость, являются пресноводными (доля индифферентов составила 47%); встречены олигогалобы (7%), 8 видов галофи-лов (4%) и 3 галофоба (1%). Из видов с известным отношением к рН преобладают индиффе-ренты (21%), доля алкалифиллов составила 13%. Из показателей сапробности преобладают индикаторы в-мезосапробных условий - 48 видов (29%), отмечены о-у5-мезосапробы - 15 видов (9%), а-мезосапробы - 8 видов (5%). Доля индикаторов o-, в^-, o-а-, в-а-, а-в-, а-р- зон сапробности не превышает 3% (для каждого).

2017 г. В летнем фитопланктонном сообществе активно развивались синезеленые (до 93.9% от общей численности, до 41.6% от общей биомассы), диатомовые (55.9% и 75.4%), зеленые (13.2% и 10.6%), динофитовые и крип-тофитовые (41.9% и 15.4% от общей биомассы). Максимальные значения численности аль-гофлоры отмечены в июле-августе (124.5±9.7-129.9±27.0 млн кл/л) с доминированием синезе-

2017 -е-2018 -х-2019

Рис. 2. Летняя динамика и биомассы

леных (доля составила 88.0-93.9% от общей численности), биомассы - в июле (26.5±5.3 мгл) за счет развития синезеленых (41.6%), криптофитовых (36.7%) и зеленых (10.6%) водорослей. В июне «цветение» воды было вызвано диатомовыми водорослями (56% от общей численности и 75% от общей биомассы), численность которых составила 10.8 млн кл/л. Динофитовые активно вегетировали в августе (41.9% от общей биомассы).

Доминирующий комплекс синезеленых был представлен Planktothrix agardhii (Gom.) Anagn. et. Kom., Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs. и Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Breb.; диатомовых - центричными формами и Nitzschia sp.; криптофитовых - Chroomonas acuta Uterm. и видами р. Cryptomonas; динофитовых - Ceratium hirun-dinella (O.F.M.) Scrank; зеленых - виды р. Chlamydomonas и р. Carteria.

Среднее значение численности в летний период 2017 г. составило 91.2±13.5 млн кл./л, биомассы - 19.8±4.1 мг/л, что отражает высокий трофический статус реки Казанки на исследованном участке (рис. 2).

:

Июнь Июль Август

—¿— 2017 -е-2018 -х-2019

численности (млн кл./л) ) фитопланктона

2018 г. Структура фитопланктона представлена преимущественно синезелеными (до 95.1% от общей численности, до 67.6% от общей биомассы) и диатомовыми (36.7% и 81.9%) (рис. 3). Доля зеленых, динофитовых и криптофитовых, как по численности, так по биомассе, не превышала 10.0% (для каждого). Максимальная численность летней альгофлоры отмечена в июле-августе (131.7±22.6-170.9±15.3 млн кл./л) за счет «цветения» синезеленых водорослей c доминированием P. agardhii, Aph. flos-aquae и An. flos-aquae. Диатомовые (центричные формы диатомей и Synedra sp.) развивались преимущественно в

июне (36.7% от общей численности и 81.9% от общей биомассы).

Среднее значение численности в летний период 2018 г. составило 108.7±13.7 млн кл./л, биомассы - 6.9±0.7 мг/л, что соответствует уровню эвтрофии.

2019 г. В структуре фитопланктонного сообщества преобладали синезеленые (до 95% от общей численности, до 77% от общей биомассы), диатомовые (до 28% и до 70%) и зеленые водоросли (до 15% и до 24%). Максимальная численность (95.0±20.0 млн кл./л) альгофлоры отмечена в августе за счет «цветения» синезеленых водорослей (95.2% от

общей численности и 77.9% от общей биомассы). В июне-июле преобладали диатомовые, синезеленые и зеленые водоросли. Доминирующий комплекс синезеленых представлен P. agardhii, Aph. flos-aquae, An. flos-aquae, Pseudanabaena limnetica (Lemm.) Kom, Merismopedia minima G. Beck.; диатомовых - центричными формами, Synedra sp., Nitzschia sp., зеленых - Coelastrum microporum Näg., представители р. Chlamydomonas и р. Scenedesmus.

Среднее значение численности за летний период составило 52.9±10.6 млн кл./л, биомассы - 4.6±1.0 мг/л, что соответствует мезотрофным условиям в реке в 2019 г.

Анализ межгодовой динамики структурных характеристик фитопланктона позволил выделить ряд признаков летней сукцессии в устьевой области реки Казанки. Основная роль

в формировании структурных характеристик летнего фитопланктона принадлежит диатомовым и синезеленым водорослям, преимущественно обуславливающим летние максимумы численности и биомассы. Немаловажное значение играют

криптофитовые, динофитовые и зеленые водоросли, интенсивность вегетации которых характеризуется межгодовой изменчивостью. В устьевой области реки Казанки диатомовые развиваются преимущественно в июне, синезеленые и динофитовые - в июле-августе, зеленые и криптофитовые - в июне-июле-августе.

В течение летнего вегетационного сезона 2017-2019 гг. пик численности фитопланктона приходится на июль-август и вызван массовым развитием синезеленых водорослей (до 95% общей численности и до 80% общей биомассы).

5

s т

IS OJ

3" щ

о

I-

О

100,00 50,OD ВО,OD 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00

JL. U U

гэ

s

о s:

о

I-

О

100, DD

эо,оо

ВО,OD 70, OD SO,OD 50,OD 4D,0D 30,OD ZO,OD 10, DD D.DD

ШЩ

rvTvi

Июнь Июль Август 2017

i

Июнь Июль Август 201В

■ЙЙ

Июнь Июль Август 2017

Июнь Июль Август

'g

1

Июнь Июль Август 2019

СИ Су anop rokaryota И Chrysophyta

□ В acl llario phyta

S Ch lo гор hyta

2018

И Crypto phyta

H Dinophyta

Июнь Июль Август 2D19

■ Eugllenophyta □ Xanto phyta

Рис. 3. Доля отделов от общей численности и биомассы фитопланктона

За три года исследования доля диатомовых от общей численности варьировала в пределах 1-55%, от общей биомассы - 5-81%; синезеленых - 15-95% и 0.6-77%; зеленых - 215% и 3-24%; криптофитовых - 0.4-9% и 136%; динофитовых - 0.01-0.1% и 0.1-41%; эвгленовых - 0-0.4% и 0-1%; золотистых - 0.18% и 0.3-2%, желтозеленых - 0-0.03 и 0-0.1%.

В летний период 2017-2019 гг. уровень трофии в устьевой области реки Казанки варьировал от мезотрофных условий (2019 г.) до высокой трофии (2017 г.). В 2018 г. значение биомассы фитопланктона соответствовало эвтрофным условиям (табл. 1). В целом, по численности и биомассе фитопланктона, состояние воды с 2017 по 2019 гг. изменилось в сторону улучшения качества. Высокая трофия в 2017 г. (по сравнению с 2018 и 2019 гг.) обусловлена активным развитием

миксотрофных флагеллят (криптофитовых и

динофитовых водорослей), что свидетельствует о повышенной антропогенной нагрузке на водоем в данный период.

Видовая структура биоценозов

характеризуется числом видов, составляющих то или иное сообщество, их биомассой и численностью. Элементы видовой структуры сообществ, прежде всего видовое богатство и видовое разнообразие, чутко реагируют на изменение условий их обитания и закономерно меняются в ходе сукцессий [4]. Одним из наиболее распространенных показателей простоты или сложности организации биотических сообществ является индекс Шеннона. Во время массового развития синезеленых (июль, август) структура альгофлоры проявляет черты упрощения -наблюдается уменьшение видового

разнообразия и выравненности (табл. 1).

Таблица 1

Экологические показатели устьевой области реки Казанки по фитопланктону

Год Показатель Июнь Июль Август

2017 Индекс Шеннона 3.12±0.19 1.68±0.37 1.15±0.08

Индекс Пиелу 0.56±0.03 0.34±0.06 0.21±0.01

Биомасса, мг/л 18.3±3.5 26.5±5.3 14.7±3.3

Тип трофности высокоэвтрофный высокоэвтрофный высокоэвтрофный

2018 Индекс Шеннона 2.50±0.14 1.21±0.19 0.85±0.20

Индекс Пиелу 0.61±0.03 0.27±0.03 0.20±0.04

Биомасса, мг/л 6.4±1.1 6.5±0.7 7.9±0.3

Тип трофности эвтрофный эвтрофный эвтрофный

2019 Индекс Шеннона 2.93±0.14 2.25±0.32 1.15±0.33

Индекс Пиелу 0.67±0.02 0.52±0.06 0.26±0.07

Биомасса, мг/л 3.8±1.3 5.2±0.8 4.9±0.8

Тип трофности мезо-эвтрофный мезо-эвтрофный мезо-эвтрофный

Примечание: индексы Шеннона (бит./экз.) и Пиелу рассчитаны по численности.

Минимальные значения индекса видового разнообразия Шеннона отмечены в августе (0.85-1.15 бит/экз.), что свидетельствует об относительно низкой стабильности среды обитания фитопланктона в этот период по сравнению с другими месяцами (в июне - 2.50-3.12 бит/экз., в июле - 1.21-2.25 бит/экз). Низкие значения индексов Шеннона сопровождаются низкими значениями индексов выравненности Пиелу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В летний период 2017-2019 гг. в устьевой области реки Казанки отмечено видовое разнообразие фитопланктона - обнаружено 163 вида и внутривидовых таксона из 8 отделов: Cyanophyta - 28, Bacillariophyta - 38, Chrysophyta - 11, Xantophyta - 3, Cryptophyta -5, Dinopyta - 3, Euglenophyta - 7, Chlorophyta -68. Состав альгофлоры летнего планктона в основном формируют зеленые водоросли (29% в общем списке таксонов). На втором и третьем местах по видовому богатству - синезеленые и

диатомовые (по 12-16%). Основу фитопланк-тонного сообщества составляют широко распространенные планктонные, пресноводные виды, обитатели нейтральных вод.

В составе альгофлоры наиболее значимую роль в летней сукцессии играют диатомовые и синезеленые водоросли, которые и обуславливают основные максимумы численности и биомассы в летние месяцы. «Вспышка» значений структурных показателей фитопланктона приходится на июль-август и вызвана массовым развитием синезеленых водорослей, составлявших до 95% общей численности и до 80%

общей биомассы фитопланктона. Диатомовые доминируют в начале лета - в июне. Немаловажное значение в формировании структурных характеристик летнего фитопланктона принадлежит криптофитовым, зеленым и динофито-вым.

Во время массового развития синезеленых структура альгофлоры проявляет черты упрощения - наблюдается уменьшение видового разнообразия и выравненности. По индексу Шеннона август характеризуется относительно низкой стабильностью среды обитания фитопланктона по сравнению с июнем-июлем.

В летний период 2017-2019 гг. уровень трофии в устьевой области реки Казанки варьировал от мезотрофных условий (2019 г.) до высокой трофии (2017 г.). По значениям численности и биомассы фитопланктона, состояние воды с 2017 по 2019 гг. изменилось в сторону повышения качества воды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов. М.: Наука, 1975. 240 с.

3. Мингазова Н.М., Деревенская О.Ю., Муха-чев С.Г., Набеева Э.Г., Палагушкина О.В., Ун-ковская Е.Н., Зарипова Н.Р. Мониторинг состояния реки Казанка в городе Казани и разработка компенсационных мероприятий // Экология урбанизированных территорий. 2013. № 2. С. 121-126.

4. Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его изменение. М.: Мир, 1992. 181 с.

5. Трифонова И.С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона. Л.: Наука, 1990. 184 с.

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

7. Экологические проблемы малых рек Республики Татарстан (на примере Меши, Казанки и Свия-ги). Казань: ФЭН, 2003. 289 с.

8. Экология города Казани. Казань: ФЭН, 2005. 576 с.