CC BY
53
Таблица 2
Радиальный прирост, мм, по lG-летиям, начиная с последнего
ММ. пр.пл Периодический прирост за lG-летние периоды Сред. мм/год
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1G
11-K 4,т 3,6 3,4 3,5 3,5 4,6 3,9 3,7 G,4
12-K 5,G 6,1 8,4 9,2 11,1 4,7 4,3 3,5 4,2 5,1 G,6
13-K 5,2 6,G 7,1 9,G 7,4 G,7
14-K 5,3 8,9 1G,9 1G,2 6,1 8,1 4,G G,8
15-K 3,2 3,2 3,5 3,3 3,3 3,5 3,G 3,1 3,G 3,3 G,3
Пробная площадь 13-К заложена в листвяге разнотравном 111 класса возраста с составом 10 Лц на высоте 1700 м над ур. м. Проба заложена в 50 м. от границы леса с Курайской степью. Насаждение подвергается постоянным несплошным рубкам. Подрост лиственницы под пологом леса неблагонадежный, в просветах полога в куртинах густой высотой до 3 м. В подлеске акация желтая, редкая. Живой напочвенный покров представлен разнотравьем с проективным покрытием до 90% и дер-нинным слоем до 5 см. Граница леса и степи резкая, в степь лиственница проникает только по пониженным тальвегам, в которых накапливается снег.
Пробная площадь 14-К заложена в островном массиве лиственницы, расположенном в 50-60 м от границы леса. Куртина лиственницы площадью 0,6 га также подвергается частым выборочным рубкам отдельных деревьев. В настоящее время площадь островка сокращается, но если судить по оставшимся пням, то ее площадь была в 2 раза большей. Подрост редкий до 300 шт/га высотой до 2,5 м, в основной массе сомнительный по качеству, подлесок отсутствует, а живой напочвенный покров представлен степным разнотравьем.
Радиальный прирост по диаметру достаточно наглядно отражает не только возраст деревьев, но и соответствие экологических условий его требованиям. Если в субальпийском подпоясе на границе произрастания кедра и лиственницы средний текущий прирост за последние 80 лет составил 0,4 мм в год, то по мере улучшения экологических условий, что связано с понижением высоты относительно уровня моря, он повышается до 2
раз, достигая 0,8 мм в год на высоте 1800 м над ур. моря. Значит, при снижении высоты на 260 м или повышении средней температуры воздуха на 0,3 °С деревья лиственницы уже положительно реагируют на изменения условий среды (табл. 2).
Следует отметить и такой факт, что за последние 60 лет максимальный прирост за 10-летний период имеет тенденцию снижения по возрасту с улучшением экологических условий. Если на пробной площади 11-К максимальный прирост отмечен 60 лет назад, то при понижении на 160 м (пр. пл. № 13-К) — уже 40 лет назад, а на пробе 14-К — 30 лет назад.
На основе полученных данных можно сделать следующие предварительные выводы.
Лиственница сибирская в горах Алтая устойчиво занимает экологическую нишу в горно-таежном и субальпийском подпоясах лесного пояса, где она, даже контактируя с темнохвойными породами (кедр, ель) сохраняет свое присутствие и доминирование.
Граница между нижней кромкой лиственничного леса и высокогорной степью постепенно поднимается вверх по склону и главным образом по причинам антропогенного и зоогенного влияния.
В целях не допущения сокращения ареала естественных лиственничных лесов в Горном Алтае необходимо урегулировать как рубки, так и выпас скота при одновременном проведении мероприятий по содействию естественному возобновлению через минерализацию почвы, особенно по кромкам лесных массивов.
Библиографический список
1. Дылис, Н.В. Лиственница / Н.В. Дылис.— М.: Лесная пром-сть, 1981.— 97 с.
2. Кривоносов, Б.М. Климат / Б.М. Кривоносов, В.С. Ревякин // Горный Алтай. — Томск: ТГУ, 1971. — С. 74-95.
3. Некрасова, Т.П. Плодоношение кедра в Западной Сибири / Т.П. Некрасова. — Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1961. — 72 с.
4. Некрасова, Т.П. Цикличность плодоношения кедра сибирского / Т.П. Некрасова // Биология семенного размножения хвойных Западной Сибири.— Новосибирск: Наука, 1974.— С. 70-75.
5. Парамонов, Е.Г. Леса Республики Алтай / Е.Г. Парамонов.— Барнаул, 1998.— 217 с.
6. Поликарпов, Н.П. Климат и горные леса Южной Сибири / Н.П. Поликарпов, Н.М. Чебакова, Д.И. Назимова.— Новосибирск: Наука, 1986. — 226 с.
7. Помус, М.И. Западная Сибирь / М.И. Помус. — М.: Гос-ое изд-во геогр. лит-ры, 1956. — 644 с.
Статья поступила в редакцию 07.02.08
УДК 582.2
Е.Ю. Митрофанова, канд. биолог. наук, с.н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул
ВЛИЯНИЕ ГОРОДОВ И НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ ОБИЛИЯ ФИТОПЛАНКТОНА РЕК ОБЬ И ТОМЬ
В работе проанализированы результаты исследования фитопланктона на реках Обь и Томь с 1993 по 2006 гг. Исследование фитопланктона наиболее загрязненных участков рек в районе крупных промышленных центров по направлению от выше- к нижележащим створам показало, что происходит увеличение численности и биомассы фитопланктона, индекса сапробности наряду с уменьшением видового разнообразия водорослей. В то же время, в районе небольших населенных пунктов наблюдалось снижение количественных характеристик фитопланктона на участках реки ниже населенного пункта.
Ключевые слова: фитопланктон, обилие, индекс видового разнообразия, реки Обь и Томь.
ВВЕДЕНИЕ
Реки, наиболее динамичные водные экосистемы. Их берега исторически являются местом поселения большого количества людей и источником питьевого водоснабжения. Процессы самоочищения в них зависят как от скорости течения и обновления водной массы в потоке, так и состояния автотрофного звена трофической цепи — фитопланктона. Именно фитопланктон, как первичный продуцент органических веществ, играет важную роль в процессах самоочищения в водоемах и водотоках, формировании качества воды, улучшении санитарно-гигиенического состояния водоемов. Самоочищение — это совокупность биологических и физико-химических процессов, обуславливающих способность водоема освобождаться от загрязнений. Структурно-функциональные показатели фитопланктона являются индикаторами состояния экосистемы реки и качества речной воды. Потамофитоп-ланктон (фитопланктон текучих вод) претерпевает значительные изменения вдоль по течению реки от ее верхних участков к нижним в силу естественной трансформации реки от горных участков к равнинным. Воздействие на речную экосистему усиливается как влиянием крупных притоков, так и населенных пунктов, расположенных по берегам, стоки которых трансформируют состав и изменяют обилие фитопланктона. Ввиду того, что водоросли имеют короткий цикл развития, от нескольких часов до нескольких суток [32], их отклик на различные воздействия бывает быстрым. Поэтому характеристики фитопланктона могут оперативно показывать состояние речной экосистемы в целом. Кроме того, в отличие от гидрохимических показателей, которые отражают экологическую ситуацию в реке только на момент отбора проб, гидробиологические характеристики позволяют установить как факт загрязнения, так и оценить его последствия для гидробионтов и возможности экосистемы реки к восстановлению. Оценка этого воздействия производится как по изменению показателей обилия фитопланктона (его численность и биомасса), так и показателю биоразнообразия — индексу Шеннона, отражающего сложность сообщества водорослей.
Бассейн Оби занимает обширную территорию Западной Сибири. По своей длине (3650 км) и величине бассейна (2990 тыс. км2) река Обь относится к числу крупнейших рек мира, ее правый приток, река Томь — к большим (827 км и 62 тыс. км2 соответственно) [5]. Значительное техногенное воздействие на речные экосистемы бассейна, в первую очередь, оказывают крупные индустриальные центры, такие как Новосибирск, Омск, Барнаул, Томск, Кемерово, Новокузнецк, Тюмень, Нижневартовск, Сургут [14].
Цель работы — оценка состояния рек в районе населенных пунктов по количественным характеристикам речного фитопланктона.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе проанализированы результаты исследования фитопланктона рек Обь и Томь в разные гидрологические сезоны. Фитопланктон исследован на участке р. Томи у г. Новокузнецка (май 2005 г.) и в районе г. Томска (117 км выше устья реки, сентябрь 2006 г.), на участках Верхней Оби у г. Барнаула (май 1993 и 1998 гг., октябрь 2004 г.), Средней Оби в районе гг. Александровское и Нижневартовск, пп. Колпашево и Каргасок (июль 1999 г.). Особое внимание уделено изменению видового разнообразия фитопланктона на участках рек выше и ниже населенных пунктов и крупных городов (индекс Шеннона рассчитан по численности и биомассе фитопланктона [6]).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование фитопланктона рек с различными гидрологическими режимами в районе крупных про-
мышленных центров в разные годы и сезоны показало, что происходит увеличение численности и биомассы фитопланктона, индекса сапробности наряду с уменьшением видового разнообразия водорослей по направлению от выше- к нижележащим участкам. Такое распределение количественных характеристик фитопланктона наблюдали, например, в период осенней межени на участке р. Томи в районе г. Томска (50 км от устья) (рис.) и в период летней межени на участке Средней Оби у г. Нижневартовска (табл.). В тоже время, на участке р. Томи у г. Новокузнецка в период весеннего половодья при увеличении обилия фитопланктона увеличивалось и его видовое разнообразие (см. табл.).
Рис. 1. Изменение количественных характеристик фитопланктона р. Томи на участке от с. Алаева (створ 1) до с. Козюлино (створ 5) 23-25 сентября 2006 г. (Ы — численность фитопланктона, тыс.кл./л; В — биомасса, мг/м3; Б— индекс сапробности; индекс разнообразия Шеннона по N и по В); створ 2 — с. Черная речка, створ 3 — г. Северск, створ 4 — с. Моряковский затон)
Крупные реки, как известно, подвержены очень сильному влиянию расположенных по их берегам городов и небольших населенных пунктов. Предполагают, что в Западной Сибири антропогенные факторы играют ключевую роль в формировании гидрохимического стока и химического состава речных вод [10]. Наличие в воде рек Обь и Томь значительных количеств нитритно-го азота (до 7 мкгК/л), особенно ниже городов и крупных населенных пунктов, свидетельствует о присутствии легкогидролизуемого органического вещества, характерного для бытовых сточных вод [11]. Как отмечают для широтного участка Средней Оби, свежее фекальное загрязнение отмечено в реках этой части бассейна во все гидрологические сезоны [13]. В крупных городах существует многоэтапная механическая и биологическая очистка сточных вод, после которой воды поступают в реку очищенными, в большей степени, механически, но остаются загрязненные химически. Поселки часто сбрасывают и неочищенные стоки. Так, по данным О.Г. Са-вичева [9] в 2002 г. с территории Томской области в реки бассейна поступило 6,4 млн. м3 сточных вод без очистки и 12,6 млн. м3 недостаточно-очищенных вод. Все это находит отражение в структурно-функциональных характеристиках фитопланктона. Имея короткий жизненный цикл, сообщество водорослей уже через 2-3 суток может отреагировать на поступившие в воду реки промышленные и бытовые стоки города. Поэтому при скорости реки у исследуемого пункта 0,5 м/сек. отклик фитопланктона будет заметен на расстоянии 80-130 км вниз по течению [6]. При хроническом воздействии и суммировании эффекта от нескольких населенных пунктов это расстояние может уменьшаться. Некоторые исследователи отмечают, что смена сообщества водорослей при смене условий среды может произойти и гораздо раньше, например, в течение нескольких часов [1].
Со сточными водами в реки поступает значительное количество биогенов, которое способствует повышению
численности и биомассы фитопланктона. Так, в реках Обь и Томь ниже городов и крупных поселков наблюдается увеличение концентраций азота до 0,40 мгК/л [11]. Состояние речных вод р. Томи в ее среднем и нижнем течении оценивается в основном как «загрязненное», а в районе крупных городов — «грязное», что связано, прежде всего, с постоянным присутствием в повышенных концентрациях органических веществ [12]. По содержанию тяжелых металлов воду в районе г. Север-ска (ниже г. Томска) относят даже к разряду «весьма грязная» [11]. Все это влияет на видовое разнообразие фитопланктона реки. Если в реке у г. Новокузнецка, видовое разнообразие фитопланктона повышается на участках ниже города, то в районе г. Томска, т.е. ниже по течению, фитопланктон не может сохранить свое разнообразие. Отмечают, что при эвтрофировании могут существовать немногие виды, причем, как правило, возрастает доминирование одного-двух видов. Далее, при увеличении трофности, или уже в сильном органическом загрязнении, разнообразие снижается, поскольку только немногие виды могут адаптироваться к этим условиям [8]. В планктоне происходят структурные перестройки. Так, в р. Томи на створах после г. Томска зеленая хлорококковая водоросль МопогарЫ^ит соМогЬит (ТЬиг.) Кош.-Ье§п. составляла до 82,7% от общей биомассы фитопланктона. Поэтому снизился и индекс Шеннона (см. табл.).
Снижение видового разнообразия фитопланктона одновременно с увеличением численности и биомассы фитопланктона на нижнем отрезке Средней Оби ниже г. Нижневартовска определяется, возможно, многими причинами. Кроме того, что содержание органических и биогенных веществ здесь повышается в силу естественных причин (многочисленные притоки приносят воды с заболоченных территорий и большой терригенный сток с территорий с вечной мерзлотой), так и антропогенных факторов (большие масштабы в районе принимает нефтедобыча). Известно, что концентрации органических веществ от устья р. Томи до г. Сургута увеличиваются в 4 раза [11].
В то же время в р. Оби у г. Барнаула подобное количественное распределение фитопланктона на участках выше и ниже города не всегда имело место — на нижележащих участках реки вместе с увеличение или уменьшением численности и биомассы фитопланктона на-
Количественные показатели ф
блюдалось как снижение (май 1993 г., октябрь 2004 г.), так и увеличение (май 1998 г.) видового разнообразия (по биомассе) (см. табл.). В районе г. Александровское (июль 1999 г.) также не выявлено какой-либо четкой картины распределения количественных характеристик фитопланктона. С другой стороны, в районе небольших населенных пунктов (Средняя Обь: пп. Колпашево и Кар-гасок) наблюдалось снижение количественных характеристик фитопланктона на участках реки ниже населенного пункта. Вполне вероятно, что плохо очищенные или совсем неочищенные стоки от небольших населенных пунктов, попадая в реку (при этом повышается мутность и снижается прозрачность воды), оказывают сильное влияние на потамофитопланктон, снижая как его обилие, так и видовое разнообразие. Интересно, что содержание хлорофилла «а», напротив, повышается от выше- к нижележащим участкам реки (6,64-10,34 мкг/л в районе п. Колпашево (середина реки) и 3,00-14,21 мкг/л в районе п. Каргасок (середина реки) [4]). По-видимому, это отражает приспособительную реакцию водорослей на неблагоприятные условия среды (увеличение удельного содержания хлорофилла «а» в клетках). Известно, что относительное содержание хлорофилла в биомассе водорослей широко варьирует в зависимости от влияния различных факторов среды — света, температуры, концентрации биогенов и других [2, 7].
Таким образом, в реках Обь и Томь на особо загрязненных их участках после крупных промышленных центров происходит увеличение численности и биомассы фитопланктона наряду с уменьшением видового разнообразия ввиду, вероятно, поступления со сточными водами большого количества биогенных и органических веществ. Ниже небольших населенных пунктов обилие и разнообразие речного фитопланктона, напротив, снижается. На участках реки Оби с незначительным уровнем загрязнения (Верхняя Обь), где экосистема реки находится в равновесном состоянии и способности ее к самоочищению велики, таких тенденций не выявлено. В целом, отмеченное для обской воды отношение минеральных форм азота и фосфора от 4 до 30 [11] может свидетельствовать о благоприятных условиях для развития фитопланктона и способности речной экосистемы нормально функционировать.
Таблица
топланктона рек Томь и Обь
Река, дата отбора проб Пункт отбора проб Числен- ность, тыс.кл./л Био- масса, мг/м3 Индекс сапроб- ности Индекс Шеннона
по численности по биомассе
р. Обь, 3-18 мая 1993 г. Выше г. Барнаула, водозабор, прав. берег Ниже г. Барнаула, п. Гоньба, прав. берегр. 27,2 174,1 86,2 408,4 1,Т4 1,6G 3,31 2,93 2,95 2,74
р. Обь, 13 мая 1998 г. Выше г. Барнаула, водозабор, прав. берег Ниже г. Барнаула, п. Гоньба, прав. берег 125,4 75,4 301,5 117,1 1,7G 2,24 3,09 2,98 2,60 3,00
р. Обь, 8-27 июля 1999 г. Выше п. Колпашево, середина реки Ниже п. Колпашево, середина реки Выше п. Каргасок, середина реки Ниже п. Каргасок, середина реки Выше г. Александровское, середина реки Ниже г. Александровское, середина реки Выше г. Нижневартовска, середина реки Ниже г. Нижневартовска, середина реки 843.7 758,5 567,4 455.8 547.0 809.8 734.8 900.1 763.1 544.2 399.1 350.1 296.2 417.8 326.8 497,5 1,9G 1.99 2,G4 1.99 1,96 2,G7 1.99 1,95 2,90 2,26 3,05 2,56 2,13 2,18 2,37 2,26 2,53 2,04 2,62 2,31 2,72 2,62 2,98 2,58
р. Обь, 14 октября 2004 г. Выше г. Барнаула, водозабор, прав. берег Ниже г. Барнаула, п. Гоньба, прав. берег 793,4 1003,7 587,2 576,6 1,44 1,53 2,69 2,58 2,92 2,78
р. Томь, 23-30 мая 2005 г. Выше г. Новокузнецка (Драгунский водозабор) у г. Новокузнецка, выше речного вокзала Река в районе левого притока р. Ускат 166,2 185,9 1478,3 201,1 219,3 2358,0 1,39 1,61 2,31 3,16 3,18 3,57 2,87 2,93 2,92
Библиографический список
1. Баринова, С.С. Водоросли-индикаторы в оценке качества окружающей среды / С.С. Баринова, Л.А. Медведева, О.В. Анисимова. — М.: ВНИИприроды, 2000. — 150 с.
2. Винберг, Г.Г. Первичная продукция водоемов / Г.Г. Винберг. — Минск: Изд-во АН БССР, 1960. — 328 с.
3. Водоросли. Справочник / Под ред. Вассер С.П., Кондратьева Н.В., Масюк Н.П. [и др.]— Киев: Наук. думка, 1989. — 608 с.
4. Кириллова, Т.В. Состав и структура фитопланктона Средней Оби / Т.В. Кириллова, Е.Ю. Митрофанова // Эколого-биогеохими-ческие исследования в бассейне Оби / Под ред. В.В. Зуева, А.В. Куровского, С.Л. Шварцева. — Томск, 2002. — С. 200-219.
5. Корытный, Л.М. Бассейновая концепция в природопользовании / Л.М. Корытный. — Иркутск: Ин-т географии СО РАН, 2001. — 163 с.
6. Кузьмин, Г.В. Фитопланктон / Г.В. Кузьмин // Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов.— М.: Наука, 1975.— С. 73-93.
7. Курейшевич, А.В. Влияние светового и температурного режимов на содержание хлорофилла а в биомассе микроводорослей / А.В. Курейшевич, В.Н. Козинская // Альгология. — 1992. — Т. 2, № 3. — С. 37-43.
8. Протасов, А.А. Использование показателей биоразнообразия для оценки состояния водных объектов и качества воды / А.А. Протасов, Т.Е. Павлюк // Гидробиол. журн. — 2004. — Т. 40, № 6. — С. 3-17.
9. Савичев, О.Г. Реки Томской области: состояние, использование и охрана / О.Г. Савичев. — Томск: Изд-во ТГУ, 2003. — 202 с.
10. Савичев, О.Г. Гидрохимический сток в бассейне Средней Оби / О.Г. Савичев // Изв. ТПУ. — 2007. — Т. 310, № 1. — С. 29-34.
11. Химический состав и качество воды р. Оби / Л.М. Сороковникова, О.Г. Нецветаева, Т.В. Ходжер [и др.] // Экология пойм сибирских рек и Арктики / Под ред. В.В. Зуева. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. — С. 116-122.
12. Шварцев, С.Л. Современное эколого-геохимическое состояние Томи и ее притоков / С.Л. Шварцев, О.Г. Савичев // Эколого-биогеохимические исследования в бассейне Оби / Под ред. В.В. Зуева, А.В. Куровского, С.Л. Шварцева. — Томск, 2002. — С. 87-98.
13. Шорникова, Е.А. Оценка санитарно-микробиологического состояния водотоков бассейна широтного отрезка Средней Оби / Е.А. Шорникова, А.В. Куяров // Экологический мониторинг. — 2007. — №4. — С. 95-99.
14. Эколого-биогеохимические исследования в бассейне Оби / Под ред. В.В. Зуева, А.В. Куровского, С.Л. Шварцева.— Томск, 2002. — 390 с.
Статья поступила в редакцию 14.03.08
УДК 631.4
А.В. Пузанов, д-р биолог. наук, проф., ИВЭП СО РАН, г. Барнаул
С.С. Мешкинова. инженер ИВЭП СО РАН, г. Барнаул
С.Н. Балыкин, канд. биолог. наук, ИВЭП СО РАН, г. Барнаул
ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ДОЛИНЫ СРЕДНЕЙ КАТУНИ
Исследовано содержание и распределение гумуса в черноземах обыкновенных и южных, темно-каштановых и горнолесных черноземовидных почвах долины Средней Катуни. Почвы данной территории можно отнести к средне и высокогумусным.
Ключевые слова: почва, гумус, разрез, Катунь, Алтай.
Изучение органического вещества имеет большое значение. Гумус участвует во всех процессах почвообразования: формировании профиля почвы, создании водопрочной структуры, улучшении аэрации, повышении обменной и водоудерживающей способности, регулировании питательного режима. Поэтому содержание и состав гумуса являются основным фактором, обеспечивающим продуктивность и экологическую устойчивость не только почв и экосистемы, но и биосферы.
Важнейшая функция гуминовых веществ — образование соединений гумусовых кислот с поливалентными металлами. Эта функция связана с высоким содержанием в гуминовых кислотах различных функциональных групп, в том числе карбоксильных, аминных, фенольных, гидроксильных, участвующих в формировании простых и сложных органо-минеральных соединений. В такой форме токсичные для растений катионы металлов и некоторые радионуклиды становятся практически малоподвижными и недоступными растениям, что в известной мере нормализует токсико-экологическую ситуацию на загрязненных территориях. Таким образом, гумусовые кислоты благодаря особенностям молекулярного строения активно влияют на миграцию и аккумуляцию химических элементов в почве [1, 2].
Почвенные разрезы закладывали в долине среднего течения Катуни и ее притоков (Эдиган, Ороктой, Куюс) (рис. 1). Изучены следующие типы и подтипы почв: черноземы обыкновенные и южные, каштановые, горно-лесные черноземовидные на элювиальных, делювиальных, аллювиально-делювиальных, аллювиальных от-
ложениях, щебнисто-песчаных, щебнисто-супесчаных, галечниково-песчаных и галечниково-супесчаных, а также хорошо сортированных песчаных отложениях [3]. Наибольшее распространение имеют черноземы южные и обыкновенные, наименьшее — каштановые и горно-лесные черноземовидные почвы.
Рис 1. Места заложения полнопрофильных разрезов в долине Средней Катуни
