CC BY
65
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 29 2012
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 29 2012
УДК 581.52
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ФИТОПЛАНКТОНА В РЕКАХ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ С РАЗЛИЧНЫМ УРОВНЕМ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
© Т. Н. БУРКОВА Институт экологии Волжского бассейна РАН, лаборатория экологии простейших и микроорганизмов e-mail: [email protected]
Буркова Т. Н. - Особенности развития фитопланктона в реках Самарской области с разным уровнем антропогенного воздействия // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2012. № 29. С. 140-143. - Изучение альгофлоры планктона рек Чапаевка, Сок и Байтуган показало, что на степень зарегулированности водотока и интенсивности антропогенного воздействия, изменяющих типологию реки, а значит и экологические условия обитанияее биоты, в первую очередь реагирует фитопланктонное сообщество путем изменения, как таксономического состава, так и структурно-функциональных характеристик.
Ключевые слова: антропогенное воздействие, доминанты, зарегулированность, фитопланктон.
Burkova T. N. - Characteristics of phytoplankton in the river Samara region with different levels of human impact // Izv. Penz.gos. pedagog. univ.im. V.G. Belinskogo. 2012. № 29. P. 140-143. - Stadies of plankton algal flora of the rivers Chapaevka, Sok and Baytugan showed that the degree of partition off watercourse and intensity of human impact, changing the typology of the river, and hence the ecological habitat of biota, the most consideration phyitoplanktons community responds by outcome variables, both taxonomic composition and functional.
Keywords: human impact, dominants, partition off watercourse, a phytoplankton.
Бассейны малых и средних рек, особенно в районах с высокой плотностью населения, весьма чувствительны к любым проявлениям хозяйственной деятельности человека, которая приводит к изменению, как их характеристик, так и качественного состава вод.
Изучение альгофлоры планктона проводилось в левобережных притоках первого порядка р. Волга в районе Саратовского водохранилища - Чапаевка и Сок и в правобережном притоке р. Сок-Байтуганс 1991 по 2009 гг.
Река Чапаевка (длина 290 км, ширина 10-350 м, глубина 5-10 м, скорость течения 0.02-0.20 м/с) находится под мощным антропогенным воздействием сельскохозяйственных (от истока до устья) и техногенных (от г. Чапаевска до устья) стоков, в состав которых входят, как биогенные элементы (фосфор и азот), определяющие потенциальный уровень продуктивности водотоков, по содержанию которых р. Чапаевка является глубоко эвтрофированным водоемом [2], так и такие специфические соединения, как фенолы, нефтепродукты, тяжелые металлы, формальдегиды, хлорор-ганические пестициды и др. В верховье и среднем течении реки ежегодно на спаде половодья хозяйственным способом сооружаются глухие плотины, разрушаемые во время следующего паводка. Заполнившиеся весен-
ними водами пруды используются на хозяйственные нужды. В районе г. Чапаевска, на расстоянии 40 км от устья, р. Чапаевка перекрытадамбой для защиты пригородных земель от весенних водохранилищных паводков. В общей сложности, река имеет 7 водохранилищ и 13 прудов, построенных по проектам. По химическим и гидрологическим показателям река делится на два участка - верхний, до г. Чапаевска, с умеренно загрязненными водами, и нижний, ниже г. Чапаевска, где река переходит в ранг загрязненной и грязной, и лишь в приустьевой части возвращается к умеренно загрязненной.
Река Сок (длина 375 км, ширина 0.5-150 м, глубина 0.3-5.5 м, скорость течения 1.9 м/с) - единственный из средних притоков Саратовского водохранилища, который не зарегулирован, протекает по естественному руслу и слабо подвержен антропогенному воздействию. По гидрологическим и гидрохимическим показателям, а также по виду и степени антропогенной нагрузки р. Сок делится на три участка. Причем, в верхнем течении реки организованных источников загрязнения нет. Антропогенная нагрузка в среднем течении представляет собой поверхностный сток от сельского населения, земледелия, животноводства и техногенный поток от мелких промышленных пред-
приятий и коммунально-бытовых стоков городов и поселков. В водах приустьевой части реки отмечается только влияние транзитного потока, уже принявшего на себя нагрузку вышележащего участка. Основные загрязняющие воды р. Сок компоненты: сульфаты, хлориды, органические вещества и биогенные элементы.
Река Байтуган (длина 22 км, ширина 0.5-15 м, глубина 0.3-0.8 м, скорость течения 1.2 м/с) - водоток с ненарушенным гидрологическим режимом, с отсутствием точечных и диффузных источников загрязнения.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Отбор проб фитопланктона в реках Чапаевка Сок и Байтуган проводили с 1990 по 2009 г. в комплексных экспедициях лаборатории экологии малых
По числу соответствующихтаксонов рангом нижерода, а также по составу ведущих порядков и семейств альгофлору р. Чапаевка можно охарактеризовать как зелено-диатомово-эвгленовую с заметным участием синезеленых, что присуще для эвтрофиро-ванных средних и больших рек равнинного типа умеренной зоны [5].
Особенностью развития фитопланктона этой реки, как показали наши исследования, являются неоднородность и специфичность его распределения, которые заключались в резкой смене доминирующих видов и количественных показателей на различных ее участках. Как величины, так и диапазон колебаний численности и биомассы водорослей в планктоне р. Ча-паевка значительны: 5.0-413.9 млнкл/л и 1.6-67.0 г/м3 соответственно. Ценозообразующий комплекс фитопланктона, для полного состава в который в ранг массовых нами были включены не только виды с численностью равной и больше 10% от общей численности, но и виды, количество которых достигало или превышало 1 млнкл/л, был представлен 80 таксонами рангом ниже рода. Причем, 49% от общего списка водорослей и 44% от списка массовых видов альгофлоры планктона исследуемого водотока [1] - организмы способные к миксотрофному типу питания. Велика фитоценоти-ческая роль мелких центрических диатомей из родов 31еркапой18ст, СусШе11а, ТкаЫззюзт, БкеЫопета и
рек ИЭВБ РАН. Обследовались разные биотопы: прибрежья, русло, заросли макрофитов.
Методы отбора проб и обработки альгологиче-ского материала, а также перечень руководств, использованных для определения видового состава водорослей, приведены ранее [7].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Умеренная гидродинамика р. Чапаевка, ресурсная обеспеченность продукционного процесса (отсутствие биогенного лимитирования) на фоне неоднородности условий формирования речного стока определили высокое видовое разнообразие водорослей в ее планктоне - 442 вида, разновидности и формы (табл. 1).
зеленых водорослей из хлорококковых, которые удовлетворяют условиям г-отбора, характерного для эв-трофированных рек, когда селективное преимущество получают быстро растущие виды с большим отношением поверхности клетки к ее объему, имеющие незначительные размеры и высокую продуктивность [5].
По величине средней за вегетационный период биомассы фитопланктона состояние реки изменялось от мезотрофного у истока (1.3 г/м3), через эвтрофное на большей части ее протяжения (3.1-9.6 г/м3), до ги-пертрофного на участке, который находится под влиянием бытовых и промышленных стоков г. Чапаевска (25.5 г/м3).
Фитопланктон р. Сок, как и р. Чапаевка, характеризовался высоким флористическим разнообразием - 378 видов, разновидностей и форм водорослей (табл. 1). Альгофлору ее планктона по числу соответствующих таксонов рангом ниже рода и по составу ведущих порядков и семейств можно охарактеризовать как диатомово-зеленую с заметным участием эвглено-вых и синезеленых водорослей. Представители фитопланктона, имея короткий жизненный цикл, в связи с чем, являясь интегральным показателем совокупных воздействий факторов среды на биоту водоема, одними из первых реагируют на любые, даже незначительные, воздействия на экосистему, поэтому альгоценоз р. Сок от истока до устья не оставался неизменным и по
Таблица 1
Таксономическая структура (число родов водорослей) альгофлоры планктона некоторых притоков
Саратовского водохранилища
Реки -С а о е л О СЬгу8орЬ>^а Bacillariophyta Xantophyta ей -С а © а & С Dinophyta Euglenophyta -С а о 5- _0 С Всего
Чапаевка 42 24 115 7 20 16 67 151 442
Сок 30 10 160 5 16 10 30 117 378
Байтуган 8 3 60 2 5 1 1 17 97
ИЗВЕСТИЯ ПГПУ им. В. Г. Белинского • Естественные науки • № 29 2012 г.
видовому составу, и по структурно-функциональным характеристикам. При почти постоянном видовом богатстве водорослей по всей длине водотока происходили изменения в таксономическом составе фитопланктона верхнего, среднего и нижнего его участков. От истока к устью уменьшалась доля присутствия таксонов рангом ниже рода из отдела Bacillariophyta, оставаясь при этом относительно высокой, и Chrysophyta, увеличивалась - Chlorophyta, Cyanophytaи Dinophyta. Стоит отметить, что Bacillariophyta является ценозообразующим отделом водорослей фитопланктона р. Сок на всех ее участках, но состав диатомовой флоры по всей длине реки не оставался неизменным. На верхнем участке преобладали пеннатные формы (до 100% видового состава, численности и биомассы). В водах среднего и нижнего течения реки диатомовые водоросли на 65-92%были представлены центрическими формами, преимущественно мелкоклеточными видами родов Stephanodiscus, Cyclotella и Thalassiosira
- типичный состав массовых видов фитопланктона эвтрофированных речных и озерных экосистем в условиях избытка биогенных элементов [6]. Наряду с диатомовыми, в фитопланктоне верхнего участка реки во второй половине лета в заметных количествах присутствовали синезеленые водоросли, среднего - зеленые, нижнего - зеленые и синезеленые, в меньшей степени - криптофитовые. Флористическое значение организмов-миксотрофов в фитопланктоне р. Сок значительно ниже, чем в р. Чапаевка, они составили лишь 36 % от общего количества видов, разновидностей и форм водорослей, отмеченных в данном водотоке.
При относительно невысоких показателях количественного развития альгофлоры планктона р. Сок на фоне богатого таксономического разнообразия на протяжении всей реки видов, достигающих значительного развития, не отмечалось. Численность и биомасса фитопланктона увеличивались от истока (0.03 млнкл/л и 0.02 г/м3) к устью (37.0 млн кл/л и 7.9 г/м3). По величине средней за вегетационный период биомассы фитопланктона состояние реки изменялось от олиго-трофного на верхнем и среднем (0.6 г/м3) ее участках до мезотрофного на нижнем (1.5 г/м3) или «вода вполне чистая» и «вода достаточно чистая» соответственно [4].
В р. Байтуган за период исследований альгофло-ры ее планктона было обнаружено 97 таксонов водорослей рангом ниже рода (табл. 1). В фитопланктоне этого водотока по всем показателям его развития преобладали диатомовые водоросли, составляя 62% видового состава и 56- 100% численности и биомассы. На всем протяжении реки диатомеи от 67% до 100% были представлены пеннатными формами, наиболее часто встречались виды родов Diatoma, Synedra, Achnanthes, Navicula, Nitzschia, Cymbella. Организмы, обладающие способностью к гетеротрофному типу питания, составили 42 % от общего списка таксонов водорослей рангом ниже рода зарегистрированных в р. Байтуган. Причем, это, преимущественно, диатомеи из родов Synedra и особенно Nitzschia, которые представлены были, как правило, бентосными видами или формами, приуроченными к прибрежным, мелководным биотопам.
Удельное число видов изменялось от 1 таксона до 38, численность фитопланктона - от 0.01 до 4.00 млнкл/л, биомасса - от 0.02 до 5.00 г/м3, летом увеличиваясь, осенью уменьшаясь от истока к устью. Среднесезонная биомасса фитопланктона в р. Байту-ган составила 1.2 г/м3, т. е. состояние реки в зависимости от трофности относится к мезотрофному классу, мезотрофно-эвтрофного разряда или «вода достаточно чистая».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, наши исследования показали, что при увеличении антропогенного воздействия разной направленности (гидрохимической, гидротехнической) на экосистему рек одним из первых реагирует фитопланктонное сообщество, в котором происходят следующие изменения:
- снижается как флористическое, так и ценоти-ческое значение диатомовых водорослей, усиливается - зеленых (преимущественно за счет представителей хлорококковых водорослей) и, в меньшей степени, синезеленых;
- повышаются количественные показатели развития альгофлоры планктона;
- увеличивая трофический статус состояния вод водотоков, что, в свою очередь, приводит в диатомовой составляющей альгоценозов к возрастанию отношения числа видов центрических диатомей к числу видов пеннатных;
- получают селективное преимущество быстро растущие виды с большим отношением поверхности клетки к ее объему, имеющие незначительные размеры и высокую продуктивность;
- увеличивается доля участия в формировании альгоценозов организмов, способных к гетеротрофному типу питания.
Благодарности: Автор благодарит доктора биологических наук ИБВВ РАН С. И. Генкала за идентификацию и уточнение видовой принадлежности мелкоклеточных диатомовых водорослей класса Centrophyceae альгофлоры рек Чапаевка и Сок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Буркова Т. Н. Альгофлора планктона // Биоиндикация экологического состояния равнинных рек / Под ред. О. В. Бухарина, Г. С. Розенберга. М.: Наука, 2007. С. 190-205.
2. Выхристюк Л. А., Варламова О. Е. Химический состав воды и донных отложений // Экологическое состояние бассейна реки Чапаевки в условиях антропогенного воздействия: (Биологическая индикация). Экологическая безопасность и устойчивое развитие Самарской области.Вып. 3. Тольятти, 1997.С. 65-81.
3. Головатюк Л. В. Макрозообентос равнинных рек бассейна Нижней Волги как показатель их экологического состояния (на примере р. Сок и ее притоков). Дисс.... канд. биол. наук. Тольятти, 2005. 210 с.
4. Оксиюк О. П., Жукинский В. Н., Багринский Л. П., Линник П. Н., Кузьменко М. И., Киенус В. Г. Ком-
плексная экологическая классификация поверхностных вод суши // Гидробиол. журн. 1993. Т. 29. № 4. С. 62-77.
5. Охапкин А. Г. Видовой состав фитопланктона как показатель условий существования в водотоках разного типа // Ботан. журн. 1998. Т. 83. № 9. С. 1-13.
6. Охапкин А. Г., Генкал С. И. Экология массовых видов диатомовых водорослей планктона водотоков
бассейна Средней Волги: виды родов Aulacosira Thw., Melosira Ag., Cyclotella Kutz., Cyclostephanos Round., Sceletonema Grev., пеннатные диатомеи // Биол. внутр. вод. 2001. №1.С. 27-35.
7. Тарасова Н. Г. Фитопланктон Верхнего пруда Ботанического сада: таксономический состав и экологогеографическая характеристика // Бюлл. Самарская Лука. 2007. Т. 16. № 1-2 (19-20). С. 156-166.
