CC BY
5УДК 574.583:551.464(265.54)
К.О. Тевс1, О.Г. Шевченко2' 3
1 Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, 690920;
2 Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
Владивосток, 690087;
3 Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН,
Владивосток, 690041 e-mail: [email protected]
МОНИТОРИНГ ФИТОПЛАНКТОНА В МЕЛКОВОДНОЙ БУХТЕ ЖИТКОВА (ЗАЛИВ ПЕТРА ВЕЛИКОГО, ЯПОНСКОЕ МОРЕ)
В результате исследования фитопланктона в бух. Житкова, где до 2000-х годов располагался склад горюче-смазочных материалов Тихоокеанского флота, получены данные о видовом составе и количественных характеристиках в летний период 2019 г. Идентифицировано 78 видов и внутривидовых таксонов микроводорослей из 6 отделов. Плотность клеток фитопланктона изменялась от 154,0 тыс. кл/л до 503,6 тыс. кл/л. Проведен сравнительный анализ данных мониторинга микроводорослей со сведениями, опубликованными в литературе, о содержании нефтепродуктов в донных отложениях прибрежной зоны исследуемой акватории.
Ключевые слова: фитопланктон, количественные характеристики, видовой состав, нефтепродукты, бухта Житкова, Японское море.
K.O. Tevs1, O.G. Shevchenko2' 3
1 Far Eastern Federal University, Vladivostok, 690920;
2 Far Eastern State Technical Fisheries University, Vladivostok, 690087;
3 A.V. Zhirmunsky National Scientific Center of Marine Biology, FEB RAS,
Vladivostok, 690041 e-mail: [email protected]
PHYTOPLANKTON MONITORING IN THE SHALLOW ZHITKOV BAY (PETER THE GREAT BAY, SEA OF JAPAN)
As a result of the study of phytoplankton in the Zhitkov Bay, where until 2000 the warehouse of fuel and lubricants of the Pacific Navy was located, data on the species composition and quantitative characteristics were obtained in the summer of 2019. 78 species and intraspecific taxa of microalgae from 6 divisions were identified. The phytoplankton cell density varied from 154,0 thousand cells/L to 503,6 thousand cells/L. A comparative analysis of the monitoring data of microalgae with the information published in the literature on the content of oil products in the bottom sediments of the coastal zone of the studied water area has been carried out.
Key words: phytoplankton, quantitative characteristics, species composition, oil products, Zhitkov Bay, Sea of Japan.
В настоящее время на передний план изучения экологии водных экосистем выступают проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды в условиях антропогенного воздействия на экосистему. Для оценки состояния прибрежных акваторий и их дальнейших изменений необходимы сведения как об отдельных компонентах, так и об экосистемах в целом. В то же время хорошо известно, что фитопланктон является одним из важнейших элементов водных сообществ, участвующий в формировании качества вод [1, 2].
Содержание нефтепродуктов в морских, океанических водах и осадках колеблется в довольно широких пределах и обычно составляет сотые и десятые доли мл/дм3. В загрязненных нефтепродуктами морских водах концентрация естественных углеводородов может колебаться от 0,01 до 0,10 мг/дм3 и выше [3]. Качество воды зависит от степени развития микроводорослей, поскольку массовое развитие фитопланктона может вызывать «цветение» воды, сопровождаемое рядом негативных последствий [4, 5]. Одним из важных факторов, контролирующих продукцию фитопланктона в прибрежных водах, является поступление биогенных веществ как с прилегающей суши, так и в результате водообмена с открытым морем. При этом ключевой особенностью прибрежных морских экосистем является сезонная неравномерность поступления биогенных веществ и токсикантов извне в сочетании с сезонностью развития фитопланктона [6]. Очевидно, что обнаружение зависимостей и причинно-следственных связей между изменением химического состава прибрежных вод и вариациями фитопланктонного сообщества необходимо для понимания контролирующих процессов и прогноза качества среды прибрежных экосистем. Отмечается, что в природных условиях в местах поступления нефтепродуктов интенсивно развиваются а-мезосапробные формы, наблюдается резкое снижение числа видов и изменение численности оставшихся [7, 19].
По данным литературы [8], восточное побережье бух. Житкова значительно загрязнено нефтепродуктами, что является следствием размещения до 2000-х годов склада горючесмазочных материалов Тихоокеанского флота, утечками нефтепродуктов от морского транспорта и непосредственно заносом течением с акваторий бухт близ г. Владивостока.
Цель работы - изучить видовой состав и степень обилия микроводорослей в бух. Житкова.
В основу работы легли батометрические планктонные сборы, выполненные в летний период с июня по август 2019 г. в бух. Житкова (43°00'59.7" с. ш., 131°55'41.6" в. д. (рисунок)). На берегу бухты расположен научно-образовательный комплекс «Приморский океанариум» -филиал Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук. Пробы микроводорослей собирали у поверхностного горизонта воды два раза в месяц 5-литровым батометром Нискина, одновременно измеряли температуру и соленость при помощи многопараметрического зонда HORIBA U-52G (HORIBA Advanced Techno Co., Ltd., Japan).
Для исследования микроводорослей материал фиксировали раствором Утермеля до бледно-желтого цвета. Концентрирование проб объемом 1 литр производили методом осаждения [9]. Плотность клеток микроводорослей подсчитывали в счетной камере Нажотта объемом 0,05 мл. Биомассу микроводорослей оценивали объемным методом, используя оригинальные и литературные данные измерений объема клеток каждого вида [10]. «Цветение» воды рассматривали как массовое развитие водорослей, плотность клеток которых превышала 106 кл/л [11]. Доминирующими считали виды, плотность которых составляла не менее 20% от общей плотности всех видов в сообществе. Фитопланктон исследовали с помощью светового микроскопа Olympus BX 41 (Olympus, Japan). Видовую идентификацию микроводорослей проводили с помощью специальной литературы [12].
За период исследования на акватории бух. Житкова были обнаружены 78 видов и внутривидовых таксонов микроводорослей, относящихся к 6 отделам: динофлагелляты 40 видов, диатомовые - 34, криптомонадовые, эвгленовые, золотистые и зеленые - по одному виду. Среди выявленных динофлагеллят наиболее богат видами род Protoperidinium (15 видов); среди диатомовых - род Chaetoceros (6).
Карта-схема расположения станции в бухте Житкова
Анализ видового разнообразия фитопланктона в районе исследования показал, что в бух. Житкова летом зарегистрировали больше видов, чем известно для Уссурийского залива (66 видов) [13] и на порядок меньше, чем известно для Амурского залива (263), где изучение микроводорослей проводится более 15 лет [14]. В настоящем исследовании представлен короткий период наблюдений, охватывающих только летний сезон. Проведение дальнейших мониторинговых исследований в бух. Житкова позволит расширить представление о видовом разнообразии фитопланктона, зависящем от множества изменяющихся во времени абиотических и биотических факторов.
Экологическая характеристика установлена для 62 видов (79% от общего количества видов). Разнообразие экологических групп микроводорослей обусловлено сложностью гидрологического режима исследованной акватории. Флора в основном сформирована неритическими видами (69%); панталассные виды составляли 14%; бентические и океанические - 8 и 6% соответственно. Экологическая характеристика обнаруженных видов на акватории бух. Житкова согласуется с данными для прибрежных вод залива Петра Великого [15].
Фитогеографический статус установлен для 60 видов и внутривидовых таксонов микроводорослей (77% от общего числа видов). Доминируют виды-космополиты: они составили 52% от общего числа видов с установленным ареалом распределения. Аркто-бореальные составляли 17%, тропическо-бореальные и тропические - 13 и 7% соответственно. Также фитопланктон включает 2 тропическо-аркто-бореальных и 1 тропический вид. Распределение видов по типам ареалов показало преобладание микроводорослей с широким распределением: космополитов, аркто-бореальных и тропическо-бореальных. В целом полученные результаты хорошо согласуются с данными для различных участков залива Петра Великого [15].
Анализ количественных данных показал, что с июня по август 2019 г. плотность микроводорослей варьировала от 154 тыс. кл/л до 503,6 тыс. кл/л, а биомасса изменялась от 897,8 мг/м3 до 2,98 г/м3. Максимальную плотность регистрировали в июле, биомассу - в августе (таблица).
Количественные характеристики различных групп фитопланктона в поверхностных водах бух. Житкова (залив Петра Великого, Японское море) в летний период 2019 г.
Отдел Плотность, тыс. кл/л Биомасса, мг/м3
Bacillariophyta 80,6-450,2 372,8-2 366,1
294.2 1149,2
Dinoflagellata 19,7-46,9 174,8-607,9
32,2 418,6
Cryptophyta 13-27 0,3-0,7
18 0,5
Euglenophyta 0-0,1 0-0,1
0,1 0.1
Chlorophyta 0-0,7 0-0,4
0,7 0,4
Ochrophyta 0,2-0,2 3,2-3,4
0,2 3,3
«Small flagellates» 0,1-1,2 0,004-0,05
0,6 0,027
Общее 154-503,6 897, 8-2 977,8
339,7 1572,4
Примечание. В числителе - пределы изменчивости, в знаменателе - среднее значение.
Динамика плотности фитопланктона характеризовалась двумя пиками. Первый пик наблюдали в июле во время развития мелких пенатных диатомей Cocconeis sp. Плотность вида достигала 431,3 тыс. кл/л (85,8% от общей плотности фитопланктона) при температуре поверхностного слоя воды 18°С и солености 32,1%о. Второй пик наблюдали в августе при температуре воды 20°С и солености 28,5%о. Вспышка плотности фитопланктона была обусловлена преобладанием в сообществе диатомей - Skeletonema dohmii (127,7 тыс. кл/л; 26,6%) и Thalassiosira sp. (122,3 тыс. кл/л; 25,5%). Динамика биомассы фитопланктона совпадала с динамикой плотности и характеризовалась двумя пиками. Первый пик был вызван преобладанием в планктоне Cocconeis sp. Биомасса вида достигала 1,4 г/м3 (77,9% от общей биомассы фитопланктона).
Второй пик характеризовался развитием в планктоне крупноклеточной диатомеи Coscinodiscus oculus-iridis, биомасса которой достигала 925,5 мг/м3 (31,1%).
Количественные параметры летнего комплекса фитопланктона бух. Житкова в целом сопоставимы с таковыми в соседних акваториях [16] и одного порядка с высокопродуктивными акваториями умеренных широт [17, 18].
За период исследования в планктоне доминировали по плотности - Chaetoceros socialis, Cocconeis sp., S. dohrnii и Thalassiosira sp.; по биомассе - Cocconeis sp., Thalassiosira sp., C. oculus-iridis, Gyrodinium spirale.
Анализ соотношения различных групп микроводорослей показал, что на протяжении периода наблюдений доминировали диатомовые водоросли, достигая 92% от общей плотности и до 78% от общей биомассы.
Большинство отмеченных видов-доминатов широко распространены и преобладают в планктоне умеренных широт Мирового океана [17].
В научной литературе регистрируют значительное загрязнение нефтепродуктами восточного побережья бух. Житкова, где концентрация углеводородов в донных отложениях достигает 2,97 мг/г, в морской воде - 1,02 мг/л [8]. Загрязнение нефтепродуктами прибрежной зоны бух. Житкова является следствием размещения здесь до недавнего времени склада горючесмазочных материалов Тихоокеанского флота, утечек нефтепродуктов от морского транспорта и непосредственно заноса течением с акваторий бухт близ г. Владивостока. Согласно многочисленным исследованиям, нефтяное загрязнение вызывает сложные изменения структуры и функций естественных экосистем, а также нарушения процессов метаболизма, продукции и деструкции органического вещества, следовательно, приводит к уменьшению разнообразия видового состава в водном сообществе. В акваториях, подверженных усиленному эвтрофированию за счет повышения всех форм органических веществ и нефтепродуктов, наблюдается более или менее резкий переход от диатомового сообщества к жгутиковому [20]. В таких акваториях наблюдается высокая плотность эвгленовых и зеленых водорослей [13]. Так, например в Амурском заливе эвгленовые водоросли доминируют только в районах промышленного загрязнения - в загрязненной бух. Золотой Рог плотность эвгленовых водорослей (1,6 млн кл/л) значительно выше по сравнению с относительно чистым зал. Восток (4 тыс. кл/л) [21]. Также в бух. Золотой Рог наблюдается круглогодичное доминирование в планктоне жгутиковых водорослей [13]. Высокая плотность эвгленовых и зеленых водорослей на акватории бух. Золотой Рог объясняется также значительным загрязнением воды хозяйственно-бытовыми стоками. На акватории отмечают высокое содержание фосфатов, нитратов и аммония [22].
Исходя из полученные данных, в летний период в прибрежной зоне бух. Житкова по плотности в планктоне преобладали диатомовые водоросли, по биомассе - диатомовые и динофла-гелляты. Плотность эвгленовых водорослей не превышает 200 кл/л, а мелких неидентифициро-ванных жгутиковых водорослей - 1 200 кл/л, что на несколько порядков ниже, чем в бух. Золотой Рог. Важно отметить, что в сравнении с наиболее загрязненной бух. Золотой Рог содержание загрязняющих веществ в бух. Житкова ниже [8]. Для более точного понимания экологического состояния мелководной бух. Житкова, а также влияния воздействия нефтепродуктов на развитие микроводорослей необходимо проводить дальнейшие мониторинговые исследования сезонной и многолетней динамики.
Работа выполнена в Центре коллективного пользования «Приморский океанариум» ННЦМБ ДВО РАН (г. Владивосток) при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 19-04-00752.
Литература
1. Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. - Тель-Авив: Pilies Studio, 2006. - 498 с.
2. Stoermer E.F., Smol J.P. Aplications and used of diatoms: prologue. The Diatoms: Applications for the environmental and earth sciences. - Cambridge, 1999. - P. 3-11.
3. Гусева Т.В., Молчанова Я.П., Заика Е.А. Виниченко В.Н., Аверочкин Е.М. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: справочник. - М., 2000. - 148 с.
4. Landsberg J.H. The effects of harmful algal blooms on aquatic organisms // J. Rev. Fish. Sci. -2002. - Vol. 10, № 2. - P.113-390.
5. Prevalence of algal toxins in Alaskan marine mammals foraging in a changing arctic and subarctic environment / K.A. Lefebvre, L. Quakenbush, E. Frame, K.B. Huntington, G. Sheffield, R. Stimmelmayr, A. Bryan, P. Kendrick, H. Ziel, T. Goldstein, J.A. Snyder, T. Gelatt, F. Gulland, B. Dickerson, V. Gill // Harmful Algae. - 2016. - Vol. 55. - P. 13-24.
6. Van Beusekom J.E.E., Loebl M., Martens P. Distant riverine nutrient supply and local temperature drive the long-term phytoplankton development in a temperate coastal basin // J. Sea Res. - 2009. -Vol. 61, № 1-2. - P. 26-33.
7. Маркова О.С., Тлеулеева Э.В., Курочкина Т.Ф. Восприимчивость водной флоры к нефтяному загрязнению // Естест. науки. - 2010. - № 3 (32). - С. 41-45.
8. Комплексные химико-экологические исследования прибрежной зоны северо-западной части острова Русский / В.В. Калинчук, В.Ф. Мишуков, Т.Н. Елисафенко, К.И. Аксентов // Вестник ДВО РАН. - 2010. - № 5. - С. 96-106.
9. Utermohl H. Zur Vervollkommnung der quantitativen Phytoplankton Methodik // Int. Ver. Theor. Angew. Limnol. Mitt. - 1958. - Vol. 9. - P. 1-38.
10. Sun J., Liu D. Geometric models for calculating cell biovolume and surface area for phytoplankton // J. Plankton Res. - 2003. - Vol. 25, № 11. - P. 1331-1346.
11. Colijn F. Changes in plankton communities: when, where and why. ISES Mar. Sci. Symp. -1992. - Vol. 195. - P. 193-212.
12. Marine phytoplankton of the Western Pacific / T. Omura, M. Iwataki, V.M. Borja, H. Takayama, Y. Fukuyo. - Tokyo: Kouseisha Kouseikaku, 2012. - 160 p.
13. Бегун А.А. Фитопланктон бухты Золотой Рог и Уссурийского залива (Японское море) в условиях антропогенного загрязнения // Изв. ТИНРО. - 2004. - Т. 138. - С. 320-344.
14. Орлова Т.Ю., Стоник И.В., Шевченко О.Г. Флора микроводорослей планктона Амурского залива Японского моря // Биол. моря. - 2009. - Т. 35, № 1. - С. 48-61.
15. Стоник И.В., Орлова Т.Ю., Шевченко О.Г. Летний фитопланктон в районе устья реки Раздольная и прилегающих акваторий Амурского залива (Японское море) // Экологические исследования и состояние экосистемы Амурского залива и устьевой зоны реки Раздольная (Японское море). - 2009. - Т. 2. - С. 247-262.
16. Shevchenco O.G., Ponomareva A.A., Shulkin V.M. Phytoplankton and Hydrochemical Parameters Near Net Pens with Beluga Whales in a Shallow Bay of the Northwestern Sea of Japan. Thalassas: An International J. Mar. Sci. - 2018. - Vol. 34, № 1. - P. 139-151.
17. Skaloud P., Rezacova M., EllegaardM. Spatial distribution of phytoplankton in spring 2004 along a transect in the Eastern part of the North Sea // J. Oceanography. - 2006. - Vol. 62. -P. 717-729.
18. DegerlundM., Eilertsen H.C. Main species characteristics of phytoplankton spring blooms in NE Atlantic and Arctic waters (68-80°N) // Estuaries and Coasts. - 2010. - Vol. 33. - P. 242-269.
19. Коновалова Г.В. Видовой состав и численность фитопланктона залива Посьет (Японское море). - ДВНЦ АН СССР, 1979. - С. 5-16.
20. Bode A., Fernandez E. Influence of water-column stability on phytoplankton size and biomass succession patterns in the central Cantabrian Sea (Bay of Biscay) // J. Plankton Res. - 1992. - Vol. 14, № 6. - P.885-902.
21. Стоник И.В., Селина М.С. Видовой состав и сезонная динамика плотности и биомассы эвгленовых водорослей в заливе Петра Великого Японского моря // Биол. моря. - 2001. - Т. 27, № 3. - С. 207-209.
22. Tkalin A.V., Belan T.A., Shapovalov E.N. The state of the marine environment near Vladivostok, Russia // Mar. Pollut. Bull. - 1993. - Vol. 26, № 8. - P. 418-422.
