CC BY
157
3. Комплексный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области в 1995 г. / Челяб. обл. ком. по экологии и природопользованию. Челябинск, 1996. С. 49
4. Sladecek, V. The measure of saprobility / Verh. Intern. Verein Limnol., 1969. Bd. 17. S. 546-559.
5. Sladecek, V. System of Water Quality from the Biological Point of View. Ergebn. Limnol. Stuttgart, 1973. Bd. 7. 218 s.
Л. В. Снитько
МОНИТОРИНГ ОЗЕРА СМОЛИНО ПО ФИТОПЛАНКТОНУ
Оценка состояния озера по фитопланктону показывает неустойчивое экологическое состояние водоема. Синезеленые водоросли определяют численность фитопланктона. Признаки эвтрофирования ярче выражены в северной части озера, где идет интенсивное загрязнение коллекторными водами. При продолжении поступления ливневой канализации процесс может стать неконтролируемым.
Ключевые слова: озерный фитопланктон, синезеленые водоросли, эвтрофикация.
Озеро Смолино — рекреационный водоем, расположенный в черте города Челябинска: более половины протяженности береговой линии используется в качестве пляжей, на берегах расположены санатории, дома отдыха. Примыкают к озеру также промышленные предприятия, городские кварталы. Это создает различные угрозы качеству воды и благополучию водоема. В работе представлена оценка экологического состояния озера Смолино, проведенная по результатам гидробиологического обследования в мае — ноябре 2006 г. в рамках заказа Министерства по радиационной и экологической безопасности Челябинской области. В качестве индикаторов состояния используются стандартные показатели развития различных групп планктонных микроводорослей, с учетом их сезонной динамики.
1. Данные и методы
Пробы отбирались в период открытой воды ежемесячно по стандартным гидробиологическим методикам [1] на двух постоянных станциях: северная часть акватории в 30 м от коллектора Ленинского района г. Челябинска, южная часть озера вблизи тростниковых зарослей при входе в обособленный залив близ д. Сухомесово. Отбор проб фитопланктона осуществляли автоматическим батометром емкостью 1 л методом средневзвешенных проб с последующей фильтрацией через полиамидные сита № 160. Одновременно с отбором проб фитопланктона на станциях велись стандартные гидрохимические измерения.
Для контроля численности клеток фитопланктона применяли метод отстаивания. Пробы фитопланктона изучались в живом виде и для дальнейшего исследования консервировались легким фиксатором (раствор Люголя с уксуснокислым натрием). Определение видовой принадлежности производилось с использованием микроскопа Nikon Eclipse E600 по общепринятым руководствам и материалам по систематике отдельных групп [2]. Количественные подсчеты организмов фитопланктона производились в камере Нажотта объемом 0,01 мл. Оценка качества воды (сапробность) производилась методом Зелинки — Марвана [2] разработанной для пресноводных водоемов, по формуле
N
Z shj
S - -i=______
ph N ’
Z hJ
i-1
где N— число видов-индикаторов;
si — сапробная валентность i-го вида;
hi — абсолютная численность в пробе i-го вида;
Ji — индикаторный вес i-го вида. Учет индикаторного веса вида позволяет точнее учитывать его вклад в величину сапробности. Процесс расчета был автоматизирован с помощью табличного процессора Excel.
2. Численность различных групп фитопланктона
Соотношение численности различных групп водорослей можно использовать для оценки состояния и прогнозирования экологического состояния водоема. Важнейшим показателем является отношение численности клеток фотосинтезирующего бактерио-планктона (Ncb) к численности клеток остальных групп водорослей (Nph). В таблице приводится сезонная динамика численности фитопланктона, сапробности и содержания важнейших биогенных соединений азота и фосфора.
Сезонная динамика численности фитопланктона и гидролого-гидрохимических характеристик в северной (С) и южной части (Ю) оз. Смолино в 2006 г.
Показатель Месяцы сезона
V VI VII VIII IX X XI
Численность цианобактерий ^ь, тыс. кл./м3 С 0,0 0,0 120,0 2796,0 210590,0 576770,0 7110,0
Ю 0,0 0,0 0,0 642,5 165050,0 285320,0 8100,0
Численность фитопланктона тыс. кл./м3 С 2,7 45,2 1412,0 2834,0 3129500,0 859320,0 16250,0
Ю 5,9 67,5 1396,0 685,50 4215250,0 386470,0 9850,0
N сь/^ьх100% С 0 0 8,5 98,6 6,7 67,1 43,8
Ю 0 0 0 93,7 3,8 73,8 82,5
Сапробность, 8рЬ С 2,59 1,8 1,51 1,98 1,81 1,75 1,82
Ю 2,26 1,9 1,4 1,93 1,97 1,71 1,7
Температура, °С По- верх- ность 12,0 19,0 16,2 - - 8,3 4,7
дно 9,0 18,5 16,3 - - 7,7 5,0
Минерализация, мг\л С - - 1040,0 1056,0 1043,6 1051,4 -
Ю - - 987,2 1020,2 1003,7 987,4 -
Аммоний NH4+ , мг/дм С 0,250 0,260 0,035 0,125 0,365 0,175 0,220
Ю 0,256 0,265 0,060 0,200 0,380 0,205 0,190
Нитриты N02, мг/дм С 0,006 0,014 0,004 0,008 0,004 0,022 0,030
Ю 0,004 0,030 0,004 0,002 0,008 0,020 0,022
Нитраты N0^, мг/дм С не обн. не обн. не обн. не обн. не обн. не обн. не обн.
Ю не обн. 0,50 0,50 не обн. не обн. не обн. 1,50
Показатель Месяцы сезона
V VI VII VIII IX X XI
Общий фосфор С 0,055 0,080 0,055 0,055 0,085 0,030 0,030
Ю 0,055 0,080 0,055 0,050 0,025 0,070 0,030
Фосфаты HPO42-, мг/дм С 0,010 0,015 0,010 0,010 0,020 0,095 0,025
Ю 0,010 0,015 0,010 не обн. 0,025 0,025 0,010
В мае и июне в оз. Смолино синезеленые водоросли (цианобактерии) отсутствовали. Облик фитопланктона определяли диатомовые (Bacillariophyta) с зелеными водорослями (Chlorophyta), численность была невелика. Из диатомей чаще встречались Synedra ulna var. danica и Synedra tabulate var. acuminate (= Tabularía tabulata) — типичный солоноватоводный вид, много Stephanodiscus hantzschii. Chlorophyta были представлены видом Chlorococcum infusionum. В целом фитопланктон озера был беден видами и обилием встречавшихся видов, нанопланктонные формы преобладали. В июне, с прогревом воды, синезеленые водоросли не встречались в озере, хотя фактор прогрева воды вместе с ростом содержания биогенов (таблица) является определяющими для этой группы организмов. Для мелководного небольшого водоема в черте крупного города — это нетипичная ситуация, объясняющаяся, вероятно, достаточно высокой минерализацией водоема (свыше 1000 мг/л), распреснение водоема еще недостаточно для начала процесса эвтро-фикации (таблица). При подъемах уровня воды в прибрежной зоне озера Смолино наблюдается усиление степени гидроморфизма почв и формирование капиллярновосходящих потоков сильно минерализованных растворов солей палеогеновых морских осадков. Эти соли смываются с поверхностного слоя почвы талой водой и дождями [4]. В июне нитриты, а также аммоний по всему озеру обнаружены в значительном количестве, что свидетельствует о хозяйственно-бытовом загрязнении.
Но уже в июле вклад синезеленых водорослей в северной части акватории составлял порядка 10 %, при этом в южной части водоросли этой группы отсутствовали (таблица). Содержание биогенных веществ в июле снизилось по сравнению с июнем, что вызвано резким повышением численности фитопланктона. В июле, в период наибольшего прогрева воды, в озере Смолино было обнаружено большое развитие солоноватоводной водоросли отдела Bacillariophyta — Chaetoceros. Численное развитие свыше миллиона клеток в литре наблюдалось по всей акватории, но было выше в южной части озера.
Августовский вклад в увеличившуюся долю цианобактерий в общей численности клеток фитопланктона привносили токсичные виды микроцистиса, прекратившие свое развитие к сентябрю. Вклад Cyanophyta по численности был определяющим (таблица) и примерно одинаковым в обеих частях акватории.
В августе микроцистиса Microcystis aeruginosa f. aeruginosa достигал начальных фаз массового развития, которое происходило по всей акватории при нетипично низкой летней температуре воды 16 °С. При повышении температуры воды численность синезеленых водорослей могла быть значительно выше. Биогенная нагрузка в августе была невелика и развитие не достигало степени визуального «цветения». Прозрачность была низка — 2,9 м и определялась малым размером колоний доминирующих видов мелкоклеточных цианобактерий: мелкоклеточные колонии микроцистиса достигали в северной части акватории 2200 тыс. кл./л, высока численность была у других видов колониальных мелкоклеточных синезеленых водорослей — Gomphosphaeria pusilla — 480 тыс. кл./л., единично встречались колонии Microcystis wesenbergii. Более высокое видовое богатство и численность синезеленых водорослей наблюдалось в августе в северной части аквато-
рии. Фильтрование августовских проб сквозь мембраны с размером пор 1 мкм позволило увидеть вспышку численности наннопланктона — зеленых хлорококковых (Chlorophyta, Chlorococcales) водорослей с уменьшенными, по сравнению с типичной формой вида, размерами клеток, которые пропускал полиамидный мельничный газ. В южной части озера было обнаружено развитие зеленой нанопланктонной водоросли Tetrastrum triangulare (Crucigenia quadrata), имевшей размеры клетки 3 мкм, с численностью 2482 тыс. кл./л, велика численность была у зеленых хлорококковых водорослей Coelastrum microporum, Coelastrum microporum, Oocystis borgei var. borgei, Oocystis crassa var. marssonii, Scenedesmus curvatus, Tetraedron minimum.
Облик фитопланктона в сентябре определялся нанопланктонными формами — многочисленными зелеными хлорококковыми и синезелеными мелкоклеточными видами. Доминирование зеленых хлорококковых и синезеленых водорослей характерно для прудового планктона [5]. Для региональной озерной сезонной динамики фитопланктона в сентябре характерно увеличение численности диатомей [5] . В оз. Смолино отмечено лишь небольшое развитие мезосапробных центрических диатомей рода Stephanodiscus, и остаточное развитие солоноватоводной диатомеи Chaetoceros. Общая биомасса фитопланктона при высокой численности нанопланктонных форм оставалась невысокой — мезотрофного уровня, но прозрачность была низкой для мезотрофии — 2 м 15 см, вода имела мутный зеленый оттенок.
В сентябре у северного побережья численность M. aeruginosa была выше и снизилась до 40 тыс. кл./л. (таблица). В доминирующий комплекс на обеих станциях входила другая колониальная синезеленая водоросль — Gomphosphaeria pusilla, численность этого вида снизилась до 142 тыс.кл./л. Доля синезеленых водорослей в фитопланктонном сообществе была невысока в сентябре — не превышала 6 % по всей акватории, что является благоприятным признаком для озера.
В октябре развитие было одинаково интенсивным в обеих частях озера — северной с антропогенным влиянием и южной заболачиваемой, что объясняется небольшими размерами озера и интенсивным ветровым перемешиванием толщи воды.
Развитие синезеленых водорослей в оз. Смолино в сезоне 2006 г., несмотря на низкий прогрев воды, все-таки достигло степени визуального «цветения» — массово развилась в октябре цианобактерия (Cyanophyta = Cyanoprocaryotes) афанизоменон — Aphanizome-non flos-aquae. Вклад синезеленых в общую численность клеток фитопланктона стал определяющим. Численность клеток синезеленых водорослей превышала сентябрьские показатели ненамного — примерно в 2 раза, но свойство афанизоменона соединяться в пучкообразные колонии привело к тому, что «цветение» стало заметно визуально и достигало 3 степени — многочисленные колонии в толще воды. Численность микроцистиса была несколько выше, чем афанизоменона, но конгломерация в колонии этого вида не происходила — микроцистис — Microcystis aeruginosa f. aeruginosa давал общее понижение прозрачности воды. В доминирующий комплекс на северной станции, как и в сентябре, входила другая колониальная синезеленая водоросль — Gomphosphaeria pusilla, на южной станции водоросль встречена единично.
В ноябре в южной части в отмирающих массах макрофитов развились эпифитные синезеленые водоросли Oscillatoria limosa, а в северной части акватории по прежнему развивались зеленые водоросли, берущие на себя биогенную нагрузку — встречались как зеленые хлорококковые, так и обрастатели зеленые нитчатки. По этой причине соотношение бактерио- и фитопланктона оказалось более высоким в южной части акватории. Большая доля участия в сложении фитопланктонных сообществ синезеленых водорослей говорит о снижении трофического статуса, сдвиге биогенного баланса в сторону включения механизма азотфиксации.
В целом численность фитопланктона росла на обеих станциях по акватории озера одинаково, хотя и определялась часто разными видами. Максимум численности фитопланктона, определяемый мелкоклеточными видами зеленых водорослей — Chlorophyta Chlorococcales, прежде всего видом Tetrastrum triangulare (Crucigenia quadrata), в сезоне 2006 г. был в сентябре.
Значительное влияние на динамику численности в оз. Смолино оказывает зоопланктон, развивающийся в большом количестве и регулирующий численность водорослей: за месяц численность зеленых хлорококковых (с сентября по октябрь) понизилась на два порядка, численность зоопланктона в этот период возросла на порядки.
3. Сапробность
Сапробность озера в мае определялась преобладающим численно видом Stephanodis-cus hantzschii (молодые мелкие клетки вида — центрические диатомеи диаметра 7 мкм) — вид-индикатор Р-мезосапробных условий, развивающийся в массе в пресновато-солоноватоводных водоемах. Качество воды соответствовало 3 классу — «умеренно загрязненные», численное развитие фитопланктона было небольшим, но преобладание зеленых хлорококковых в весеннем планктоне свидетельствует о невысоком трофическом статусе водоема.
В июне видов-индикаторов сапробности крайне мало обнаружено в озере, поэтому этот показатель определен недостоверно. Сапробность на юге акватории определялась видами Scenedesmus quadricauda (2,0) и Euglena tripteris (1,8), и равнялась 1,8 (таблица). Качество воды в соответствии с этим показателем было выше, чем 1,5 единицы т. е. 3 класса — «умеренно загрязненные», численное развитие фитопланктона (таблица) было небольшим, олиготрофного уровня. Это может определяться как прессом зоопланктона, так и неприменимостью показателей эфтрофно-олиготрофной сукцессии [5] пресноводных водоемов к солоноватоводному озеру.
По видам-индикаторам прослеживается распреснение водоема с севера: индикатор пресности вод — Ceratium hirundinella встречался в июле со значительной численностью (21,5 тыс. кл./л) только в северной части озера, что для небольшого по площади водоема необычно. В этой же части озера была выше численность зеленых хлорококковых (Chlorophyta, Chlorococcales). По всей акватории встречаются единично крупные десмидиевые водоросли Closterium acicularis, свидетельствующие о наличии заболоченных местообитаний в водоеме. Сапробность в августе определялась преобладающим по численности индикаторным видом зеленых водорослей Coelastrum microporum (2,0) и соответствовала в обеих частях акватории 3 классу качества — умеренно загрязненная.
Сапробность осенью определялась преобладающими по численности индикаторными видами Microcystis aeruginosa — 1,75, M. wesenbergii — 2,0 (с индикаторной значимостью 5,0) и соответствовала в обеих частях акватории 3 классу качества — умеренно загрязненная. Вода в оз. Смолино по органическому загрязнению, определяемому методом биоиндикации, большую часть сезона соответствовала 3 классу качества — «умеренно загрязненная» и соответствовала мезотрофному уровню.
Наглядное предупреждение, показывающее перспективы оз. Смолино в условиях продолжающегося распреснения загрязненными коллекторными водами, можно было видеть в июле вдоль северного побережья, примыкающего к городским кварталам Ленинского района г. Челябинска: полутораметровая полоса нитчатых водорослей мешала входить отдыхающим в воду на городских пляжах северного берега, запах разлагающихся водорослей разносился по окрестностям. Еще более грозные признаки приближающегося экологического неблагополучия можно было увидеть при микроскопическом исследовании проб воды северной части акватории — были встречены единичные
колонии синезеленого токсичного вида Microcystis wesenbergii. Это признак надвигающейся эвтрофикации распресненного мелководного водоема, подвергающегося интенсивному антропогенному воздействию. Высокая минерализация воды пока еще не дает возможности вселяться и размножаться токсичным синезеленым водорослям, но при продолжении поступления ливневой канализации процесс может стать неконтролируемым. В октябре массовое развитие синезеленой водоросли Aphanizomenon достигло степени «цветения» — оно стало заметно визуально и достигало 3 степени — многочисленные колонии в толще воды. Численность микроцистиса была несколько выше, чем афа-низоменона, но конгломерация в колонии этого вида не происходила — микроцистис — Microcystis aeruginosa f. aeruginosa давал общее понижение прозрачности воды. Сапроб-ность определялась преобладающими по численности индикаторными видами Apha-nizomenon flos-aquae, Asterionella formosa, Coelastrum microporum, Microcystis aeruginosa f. aeruginosa и соответствовала в обеих частях акватории 3 классу качества — умеренно загрязненная. При этом в озере в большом количестве развивался вид Botryococcus brau-nii — индикатор чистых вод (сапробная валентность 1 при индикаторной значимости 5), в южной части озера наблюдалось развитие типичного олигосапробного вида хара войлочная — Chara tomentosa. Одновременное высокое количественное развитие олигоса-пробных видов и мезосапробных свидетельствует о неустойчивом переходном состоянии озера.
Таким образом, качество воды в оз. Смолино большую часть сезона по фитопланктону соответствовало ß-мезосапробной зоне, 3 классу качества — «умеренно загрязненные». Биоиндикация по фитопланктону показывала неустойчивый переходное экологическое состояние водоема.
Список литературы
1. Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах / под ред. Г. Г. Винберг / Фитопланктон и его продукция. Л. : ГосНИОРХ, 1984. 31 с.
2. Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. III. Методы биологического анализа вод. Прил. 2 // Атлас сапробных организмов. М. : Секретариат СЭВ, 1997. 227 с.
3. Определитель пресноводных водорослей СССР / под ред. М. М. Голлербах. М. ; Л. : АН СССР, 1951-1986. Т. 1-14.
4. Панов, Г. А. Гидротермический, солевой режимы чернозема Южного Урала и их регулирование : автореф. ... д-ра с-х. наук / Г. А. Панов. М. : Почвен. ин-т им. В. В. Докучаева, 2001. 48 с.
5. Трифонова, И. С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона / И. С. Трифонова. Л. : Наука, 1990. 179 с.
