CC BY
46
УДК 574.52
Яценко-Степанова Т.Н.
Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН, г Оренбург, Россия
E-mail: [email protected]
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НЕКОТОРЫХ ОЗЕР ПОЙМЫ РЕКИ УРАЛ В ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ
На современном этапе, в связи с глобально возрастающим антропогенным эвтрофированием пресноводных водоемов, важное значение играет мониторинг трофности, необходимый как для общей оценки экологического состояния водоема, так и для решения вопроса о принятии своевременных природоохранных мер. Уровень трофии определяется на основе различных критериев. Каждый из критериев, с определенной степенью вероятности, показывает реальную картину, однако комплексное использование их увеличивает достоверность полученных результатов. Поэтому уровень трофии 9 пойменных озер реки Урал был установлен с помощью комплекса различных методов.
Прозрачность озер составляла от 30 до 350 см, содержание NO3" от 0,0 до 4,5 мг/л, ионов фосфора от 0,0 до 0,28 мг/л, интенсивность продукционных процессов по озерам колебалась от 0,22 мг О2/лсутки до 21,53 мг О2/лсутки, биомасса достигала 15,7 мг/л. Общее видовое богатство - 328 таксонов рангом ниже рода, по озерам от 179 до 220, рассчитанный индекс степени трофности (ИСТ) показал для ряда озер значения менее 3,0 - водоемы мезотрофные, либо более 4,1 - водоемы эвтрофные.
Комплексный подход к оценке экологического состояния исследуемых водоемов позволил отнести озера Дальнее Песчаное, Линево, Музыкантское, Рудничное и Кресты к мезотрофным; озера Большое Песчаное, Беленовское, Бородок, Лебяжье - к эвтрофным водоемам.
Ключевые слова: трофность, эвтрофирование, способы определения уровня трофности.
На современном этапе, в связи с глобально возрастающим антропогенным эвтрофированием пресноводных водоемов, важное значение играет мониторинг трофности, необходимый как для общей оценки экологического состояния водоема, так и для решения вопроса о принятии своевременных природоохранных мер [8], [9], [13].
Отнесение вод к конкретному трофическому типу выполняется на базе различных показателей функционирования гидробиоценоза: химических, физических, биохимических, биологических и т. д. [4], [6]. Каждый из критериев, с определенной степенью вероятности, показывает реальную картину, однако комплексное использование их увеличивает достоверность полученных результатов. Таким образом, цель данной работы - оценить экологическое состояние некоторых старичных озер реки Урал с помощью нескольких критериев.
Материалом для исследования послужили пробы, собранные в 9 водоемах поймы р. Урал (Оренбургский, Саракташский, Беляевский районы Оренбургской области). Водоемы находятся под наблюдением с 1982 г.
Для оценки эвтрофирования из физических показателей применяется метод определения прозрачности воды [7], [14]. Прозрачность, уста-
новленная по диску Секки, в озерах Большое Песчаное, Беленовское, Лебяжье, Бородок находилась в пределах 30-60 см и редко достигала 75-100 см; в озерах Рудничное, Линево, Кресты, Музыкантское, Дальнее Песчаное - обычно превышала 100 см и иногда достигала 350 см. Такие данные прозрачности воды позволяют первую группу водоемов классифицировать как мезо-трофные с признаками эвтрофирования, вторую - как мезотрофные.
Из категории химических показателей в качестве критерия обычно используют содержание в воде биогенных веществ [12], [16]. Наибольшее количество биогенов в исследуемых водоемах отмечалось в период половодья, что связано как со смывом их талыми водами с поверхности водосбора, так и вымыванием из придонных слоев течением воды. Например, в этот период содержание КИ4+ может достигать - 0,71 мг/л, К03" - 1,5 мг/л, Ш2"- 0,07 мг/л, ионов фосфора - 0,26 мг/л, что соответствует политрофному уровню. Однако, в целом, количество биогенов в воде незначительно. Так концентрация КИ4+ в летне-осенний период не поднималась выше 0,139 мг/л, количество N0^ и N0^ соответствовали мезотрофному (иногда даже олиготрофному) уровню. Очень редко, при попадании в водоем сточных вод животновод-
ческих ферм (например, 20 сентября 1983 г. на озере Бородок), содержание N0^ доходило до 4,5 мг/л, N0^ - до 0,8 и Ш4+- до 0,4 мг/л, что соответствует уровню гипертрофии. 29 сентября 2004 г. в озере Беленовское было зафиксировано N0^ в количестве 2,2 мг/л (политрофия). Ионы фосфора в большом количестве (0,28 мг/л) были обнаружены лишь однажды в июле 1985 г. в озере Рудничное (гипертрофия).
Данные по первичной продукции водоемов относят к биохимическим показателям. Градиент интенсивности продукционных процессов по озерам находился в пределах 0,22 мг О2/л-сутки -21,53 мг О2/л-сутки (табл. 1). Рассчитанные за все годы исследований средние значения валовой первичной продукции позволяют классифицировать озера Большое Песчаное, Беленовское, Лебяжье, Бородок как эвтрофные (средние значения интенсивности фотосинтеза выше 3,0 мг О2/л-сутки); Рудничное, Линево, Кресты, Музыкантское, Дальнее Песчаное как мезотрофные (средние значения интенсивности фотосинтеза не превышают 2,0 мг О2/л-сутки).
Видовой состав, соотношение групп водорослей, среднесезонные значения биомассы, характер сезонной динамики альгофлоры относятся к биологическим показателям уровня трофии [2], [5], [11], [14]. Анализ видового со-
става и соотношения групп водорослей (табл. 2) показал, что Суапоргокагуо1а наиболее разнообразны в озере Беленовское - 43 таксона рангом ниже рода (55,8% от общего числа списка цианопрокариот исследуемых озер). В этом же озере обнаружено максимальное разнообразие СЫогорЬу1а - 220 видов, разновидностей и форм водорослей (67,1%). Наибольшее разнообразие СЫогорЬу1а (в частности - хлорококко-вых) и цианей, а также наибольшее их обилие характерно для эвтрофных водоемов [7], [8], [9]. В озере Кресты одновременно наблюдалось как наибольшее видовое разнообразие СЬгу8орЬу1а, что характерно для чистых водоемов, так и Е^1епорЬу1а, что свидетельствует о процессах эвтрофирования.
Градиент средних значений биомассы водорослей за все годы исследований составлял 1,7 мг/л - 6,1 мг/л, что соответствует мезотроф-ному и эвтрофному уровням (табл. 1) [2], [5]. Тем не менее в отдельные сезоны каждый из водоемов можно было оценить от олиготрофно-го до эвтрофного. Например, весенние средне-сезонные значения биомассы альгофлоры озеро Рудничное в разные годы характеризовали его как олиготрофный (0,2 мг/л), мезотрофный (2,1 мг/л), либо эвтрофный (4,9 мг/л) водоем. Максимальный размах среднесезонных значе-
Таблица 1 - Продукционные показатели развития альгофлоры в весенне-осенний периоды (данные по первичной продукции: в числителе -пределы колебаний, в знаменателе - среднее значение, мг О2/л^сутки)
Озера Интенсивность фотосинтеза мг О,/л-сутки Пределы колебаний среднесезонных значений биомассы, (мг/л) Средние за все годы исследования значения биомассы, (мг/л)
Весна Лето Осень
Кресты 0,827-7,31 1,54±0,45 0,11-5,41 1,41-3,41 0,81-22,02 3,8±1,1
Музыкантское 0,72- 6,96 1,49±0,39 0,01-5,31 1,32-4,43 0,82-1,93 2,3±0,6
Линево 0,64-4,23 1,24±0,31 0,01-5,32 1,12-1,71 0,41-1,82 1,7±0,4
Дальнее Песчаное 0,54-4,82 1,36±0,38 0,01-5,31 1,32-2,73 0,22-2,11 1,7±0,3
Рудничное 0,24-6,75 1,29±0,39 0,22-4,91 1,52-13,01 0,31-1,12 2,8±0,7
Беленовское 0,62-18,9 4,27±0,75 0,12-4,41 1,02-12,83 0,41-6,53 4,9±1,1
Большое Песчаное 0,44-14,34 3,95±0,84 0,11-7,31 1,63-15,71 0,92-7,81 4,6±1,2
Бородок 0,87-20,25 4,13±1,11 1,21-7,63 4,02-10,61 2,51-12,33 6,1±1,3
Лебяжье 0,22-21,53 4,31±0,99 0,01-5,31 2,52-11,61 1,01-3,42 4,7±1,2
Яценко-Степанова Т.Н.
Оценка экологического состояния некоторых озер..
Таблица 2 - Состав альгофлоры пойменных водоемов (количество таксонов рангом ниже рода)
отделы озера N. Cyanoprokaryota Dinophyta Cryptophyta Chrysophyta Xanthophyta Bacillariophyta Euglenophyta Chlorophyta
Кресты 39 12 4 22 12 30 71 214
Музыкантское 39 11 3 20 12 30 57 199
Линево 30 10 4 17 13 31 61 179
Дальнее Песчаное 27 14 3 15 8 30 50 186
Рудничное 32 12 4 12 15 28 59 211
Беленовское 43 7 4 12 13 25 62 220
Большое Песчаное 32 7 3 10 10 20 68 212
Бородок 34 8 4 9 9 29 61 189
Лебяжье 30 12 3 11 12 30 55 193
Всего 77 21 4 28 18 52 11 328
ний биомассы в весенне-летний период характерен для озера Большое Песчаное, в осенний период - для озера Кресты (табл. 1). Наиболее стабильно по показателю «среднесезонные значения биомассы» к категории эвтрофных водоемов относилось только озеро Бородок.
В целом, сезонная динамика численности и биомассы альгофлоры исследуемых водоемов носила многопиковый характер, соответствующий мезотрофному уровню. Как правило, весенние пики формировали БаоШапорЬу1а, СЫогорЬу1а, СЬгу8орЬу1а. Летние пики были образованы Е^1епорЬу1а, ОторЬу1а, СЫогорЬу1а, и Суапоргокагуо1а. Осенью развивались представители ОторЬу1а, СЫогорЬу1а, Суапоргокагуо1а, БаеШапорЬу1а и СЬгу8орЬу1а.
В итоге можно констатировать, что применение каждого показателя уровня трофности в отдельности может лишь с определенной степенью вероятности отразить реальную картину [15]. Совместное использование их увеличивает достоверность полученных результатов. По этой причине для трофической типизации водоемов применяют комплексные индексы [10]. Одним из них является индекс степени трофности (ИСТ), разработанный для пресных непроточных водоемов [1], [3]. С помощью ИСТ можно не только разграничить эвтрофный и мезотроф-ный уровень, но и распознать переходы от ме-зотрофного состояния к эвтрофному, особенно на слабоэвтрофной стадии. ИСТ учитывает абиотические и биотические параметры и рассчитывается согласно уравнению:
Y=3,53 + 0,44хХ1 - 0,23xX2 + 0,002xX3-- 0,005xY + 0,02xY - l,16xY ,
4 ' 5 ' 6 '
где: Y - ИСТ (индекс степени трофности);
Х1 - ln численности водорослей (кл./мл) отдела Chlorophyta ( все виды родов Coelastrum Näg., Crucigenia Morr., Scenedesmus Meyen, Tet-raedron Kütz. ex Korsch.);
Х2 - ln численности водорослей (кл./мл) отдела Euglenophyta (все виды рода Trachelo-monas Ehr.);
Х3 - ln численности водорослей (кл./мл) отдела Cyanoprokaryota (все виды родов Anabaena Bory, Aphanizomenon Morr.);
Х4 - среднедекадная температура воздуха, °С;
Х5 - количество осадков за декаду, мм;
Х6 - прозрачность, баллы (к 1 баллу приравнивается 50 см прозрачности воды, определенной по диску Секки).
Полученные цифровые значения Y сопоставляют со следующими параметрами: если <3,0 - водоем мезотрофный, 3,1<Y<4,0 -переходное состояние, 4,1<Y - водоем эвтроф-ный [1], [3].
В итоге, комплексное использование всех вышеперечисленных подходов к оценке экологического состояния исследуемых водоемов позволило классифицировать озера Дальнее Песчаное, Линево, Музыкантское, Рудничное и Кресты как мезотрофные; озера Большое Песчаное, Беленовское, Бородок, Лебяжье -как эвтрофные.
29.09.2017
Работа выполнена по Программе УрОРАН: «Живая природа: современное состояние и проблемы развития» Грант № 15-12-4-14 «Разнообразие природных сообществ микроорганизмов разнотипных водоемов с различным уровнем минерализации»
Список литературы:
1. Бухарин О.В., Яценко-Степанова Т.Н., Немцева Н.В. Новый метод оценки трофического статуса лентических водоемов // Известия Самарского научного центра РАН, -2008. -Т. 10. - №.5/1 (25).- С.228-232.
2. Китаев С.П. Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. - 2007.395 с.
3. Немцева Н.В., Яценко-Степанова Т.Н., Бухарин О.В. Определение уровня трофии водоемов озерного типа // ЖМЭИ. - 2008.
- № 4. - С. 101-103.
4. Никаноров А.М. Научные основы мониторинга качества вод. - СПб.: Гидрометеоиздат. - 2005. - 576 с.
5. Трифонова И.С., Беляков В.П., Афанасьева А.Л. и др. Состояние биоценозов озерно-речной системы Вуоксы. СПб.: ВВМ,
- 2004. -148 с.
6. Яценко-Степанова Т.Н., Немцева Н.В., Игнатенко М.Е. Основные подходы к определению трофности природных водоемов // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН (электронный журнал: http//www.elmag.uran.ru). 2014. - №1. - С. 1-7.
7. Indicators and methods for the ecological status assessment under the Water Framework Directive. European Communites, - 2006. -225 p.
8. OECD. Eutrophication of waters: Monitorihg, assessment and control. P.- 1982. - 155 p.
9. OSPAR Commission Second Integrated Report on the Eutrophication Status of the OSPAR -Maritime Area.- 2008.- 108 p.
10. Rask M., Vuori K.-M., Hamalainen H. et al. Ecological classification of large lakes in Finland: comparison of classification approaches using multiple quality elements //Hydrobiologia. - 2011.-№ 1 - Р. 37-47.
11. Reynolds C.S., Huszar V., Kruk C. et al. Towards a functional classification of the freshwater phytoplankton //Journal of Plankton Research. - 2002. - №5:- Р. 417-428.
12. Shilla D.A., Asaeda T., Kalibbala M. Phosphorus speciation in Myall Lake sediment, NSW, Australia. // Wetlands Ecol Manage.-2009.-№17:- Р. 85-91.
13. Spellerberg I.F. Monitoring ecological change. Cambridge: Cambridge University press. - 1991. - 334 p.
14. Strobl R.O., Forte F., Pennetta L. Application of artificial neural networks for classifying lake eutrophication status. //Lakes & Reservoirs: Research & Management. - 2007. - №1:- Р. 15-25.
15. Tuvikene L., Noges T., Noges P. Why do phytoplankton species composition and "traditional" water quality parameters indicate different ecological status of a large shallow lake? // Hydrobiologia.- 2011.- №1 - Р. 3-15.
16. Xina L., Hong-Ying H., Keb G., Ying-Xuea S. Effects of different nitrogen and phosphorus concentrations on the growth, nutrient uptake, and lipid accumulation of a freshwater microalga Scenedesmus sp. //Bioresource Technology.- 2010. - №14 -Р. 5494-5500.
Сведения об авторе:
Яценко-Степанова Татьяна Николаевна, ведущий научный сотрудник Института клеточного
и внутриклеточного симбиоза УрО РАН, доктор биологических наук, доцент 460000 г. Оренбург, ул. Пионерская, 11, тел/факс (3532) 77-54-17, e-mail: [email protected])
