Водные макрофиты реки ишим и пойменных озер (флора, растительность и фитоиндикация экологического состояния экотопов)
На правах рукописи
Токарь Ольга Егоровна ВОДНЫЕ МАКРОФИТЫ РЕКИ ИШИМ И ПОЙМЕННЫХ ОЗЕР (флора, растительность и фитоиндикация экологического состояния экотопов) 03.00.05 – Ботаника
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Омск – 2005 Диссертация выполнена на кафедре ботаники и основ сельского хозяйства Омского государственного педагогического университета
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Борис Федорович Свириденко
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Евгений Павлович Прокопьев доктор биологических наук, профессор Наталья Алексеевна Некратова Ведущая организация Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
Защита состоится 23 декабря в …. часов на заседании Диссертационного совета Д.212.267.09 в Томском государственном университете по адресу:
634050, г. Томск, пр. Ленина, 36. Главный корпус, ауд. 224 (факс 382-2-52-98 53).
С диссертацией можно ознакомится в Научной библиотеке Томского государственного университета.
Автореферат разослан 21 ноября 2005 года.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук С.П. Кулижский ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. При современном антропогенном воздействии водная среда подвержена значительным изменениям, чаще всего носящим негативный характер. Несмотря на важность химических и физических анализов, обеспечивающих получение базовой информации о концентрации различных загрязнителей и физических изменениях, биологическая оценка качества среды оказывается приоритетной по двум причинам. Во-первых, только биологическая оценка предоставляет возможность интегральной характеристики качества среды, при всем многообразии воздействий на нее.
Во-вторых, такая оценка дает характеристику здоровья среды, ее пригодность для живой природы и человека. Несмотря на то, что гидробиологические методы положены в основу ГОСТов для специальных служб, осуществляющих контроль за качеством воды поверхностных водоемов, существует определенная необходимость разработки новых подходов к использованию принципов биоиндикации в этом контроле.
Одним из актуальных направлений в биоиндикационных исследованиях является изучение водных макрофитов как объектов-индикаторов состояния водной среды, так как они представляют собой средообразующий и первично продуцирующий компонент экосистемы.
Актуальность проведенного исследования связана как с фундаментальной задачей – изучением флористического и ценотического разнообразия водных фитоценозов, так и с прикладной – оценкой состояния водных экосистем по экологическим характеристикам высших водных растений. Последнее дает возможность зафиксировать начало изменений в окружающей среде, изучить развитие этих изменений во времени и пространстве.
Цель работы – исследование возможности использования водных макрофитов для биоиндикационной оценки экологического состояния р. Ишим и пойменных озер (в пределах Тюменской обл.).
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение флористического состава и структуры водных макрофитов.
2. Изучение фитоценотического состава водной макрофитной растительности.
3. Изучение и выделение характерных микро- и мезокомбинаций растительного покрова водоемов и исследование взаимосвязи между их распространением и экзо- и эндогенными сукцессиями, происходящими в водоемах вследствие динамики экологического состояния.
4. Исследование реакции речных фитоценозов на изменение уровня воды на основе изучения продуктивности основных формаций водной макрофитной растительности р. Ишим и сведений об отношении видов гидромакрофитов к фактору аллювиальности.
5. Оценка экологического состояния водной среды по отношению видов водных макрофитов к активной реакции воды, минерализации и общей жесткости воды, содержанию биогенных элементов, органического вещества в воде, по отношению видов к различным типам грунтов.
Научная новизна работы. Составлен список флоры гидромакрофитов и изучена ее структура. Проведен сравнительный анализ флор водоемов разных природно-климатических подзон. Отмечено 3 вида растений, новых для Тюменской области (Potamogeton trichoides, Carex rugulosa, Eleocharis austriaca) и один вид для флоры Сибири (Scirpus ehrenbergii). Составлена классификация растительности р. Ишим и пойменных озер. Выявлено ценотическое разнообразие растительности р. Ишим и пойменных озер с выделением синтаксонов разных рангов: классов формаций, групп формаций, формаций и ассоциаций. Выделены надфитоценотические единицы (микро- и мезокомбинации) водной макрофитной растительности водоемов. Получены материалы по фитомассе и продуктивности 9 высших водных растений, доминирующих в разных ярусах ценозов водной растительности р. Ишим и пойменных озер. Проведена оценка экологического состояния р. Ишим и пойменных озер по экологическим характеристикам водных макрофитов.
Практическая значимость работы. В работе даны рекомендации по использованию водных макрофитов в системе биомониторинга р. Ишим в Тюменской обл. Результаты исследований могут быть полезны при изучении средних рек в регионах юга Западной Сибири, а также для ведения экологического мониторинга водных экосистем региона.
Положения, выносимые на защиту.
1. Несмотря на относительную бедность флористического, фитоценотический состав и надфитоценотическая организация растительного покрова р. Ишим и пойменных озер сложна, что связано с большим разнообразием водных местообитаний и быстрым ходом экзо- и эндогенных сукцессий.
2. Состав, структура водной флоры и растительности позволяет проводить комплексную оценку экологического состояния абиотических компонентов экосистем.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и представлены на Международных научно-практических конференциях: «Экология и жизнь» (Пенза, 2000 г.), «Конференция молодых ученых» (Ишим, 2001 г.), «IV Сибирская школа молодого ученого» (Томск, 2001 г.), «Биология внутренних вод: проблемы экологии и биоразнообразия» (ИБВВ РАН им. И.Д. Папанина, Борок, 2002 г.), «Природное наследие России: изучение, мониторинг, охрана» (Тольятти, 2004 г.), «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2004 г.), «Конференция по экологической морфологии растений посвященной памяти И.Г. и Т.И. Серебряковых» (Москва, 2004 г.), «Проблемы изучения растительного покрова Сибири» (Томск, 2005 г.);
ежегодных конференциях «Ершовские чтения» (Ишим, 2001-2004 гг.);
Школах конференциях: «Гидроботаника: Методология, методы» (ИБВВ РАН им. И.Д.
Папанина, Борок, 2003 г.), «Сохранение биоразнообразия и рациональное использование биологических ресурсов (Москва, 2004 г.), «Гидроботаника 2005» (ИБВВ РАН им. И.Д. Папанина, Борок, 2005 г.);
II Молодежной конференции «Исследования молодых ботаников Сибири» (Новосибирск, 2004 г.);
региональной научной конференции молодых ученых «Молодые ученые – школе, колледжу и вузу» (Ишим, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ (5 статей, 11 тезисов), их них 3 в соавторстве.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 279 страниц.
Основное содержание изложено на 223 страницах, состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы, включающего 208 источников, в том числе 17 на иностранных языках. В работе приводится 15 таблиц и 33 рисунка, приложений.
Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность научному руководителю д. б. н., профессору Б.Ф. Свириденко за методические указания в течение всех лет исследования и помощь по определению видов гидромакрофитов, д. с/х. н., профессору Н.А. Калиненко за научные консультации на первых этапах работы над диссертацией;
к. б. н. ИБВВ РАН Л.И. Лисицыной и к. б. н. ИБВВ РАН А.А. Боброву за консультации и помощь по определению видов гидромакрофитов;
экологу ОАО «Водоканал» г. Ишима Т.В. Зиневич за любезно предоставленные материалы по гидрохимическим показателям р. Ишим.
Глава 1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВОДНЫХ МАКРОФИТОВ НА ЮГЕ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА Анализ литературных сведений позволяет заявить о том, что отсутствуют материалы по водной флоре и растительности р. Ишим на тюменском участке.
Мало освещены проблемы охраны редких видов и растительных сообществ гидромакрофитов. Слабо изучена структура и ценотический состав водной растительности водоемов, а также имеется недостаточно сведений о продуктивности водных макрофитов юга Тюменской обл. Отсутствуют материалы по фитоиндикации водных макрофитов, не рассмотрена перспектива использования их в биомониторинге водной среды (Токарь, 2004б). Этим вопросам посвящена данная работа.
Диссертация представляет собой результат четырехлетних исследований (2001-2004 гг.) водной флоры, растительности и экологического состояния р.
Ишим и 36 пойменных озер, которые находятся в 3 природно-климатических подзонах: средняя лесостепь, северная лесостепь и подтайга (юг Тюменской обл.). Общая протяженность обследованных участков реки составляет 74 км. В пределах подзон обследовано: участок реки протяженностью 24 км и пойменных озер средней лесостепи, участок реки равный 32 км и пойменных озер северной лесостепи, участок реки протяженностью 18 км и пойменных озер подтайги.
За период экспедиционных работ собрано свыше 600 листов гербария, из них 50 гербарных листов коллекции макрофитов хранятся на кафедре ботаники и основ сельского хозяйства Омского государственного педагогического университета (ОмГПУ), единичные экземпляры – в Гербарии Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН (ИБВВ РАН, Борок Яросл.
обл.).
Изучение флоры водоемов проведено по общепринятым методикам.
Видовой состав изучался в ходе сбора и обработки, гербарных образцов, а также при регистрации видов в геоботанических описаниях.
Определение систематической принадлежности гидромакрофитов проведено по П.Н. Крылову (1927-1939), К.Л. Виноградовой (1974), М.М.
Голлербаха и Н.В. Сдобниковой (1980), М.М. Голлербаха и Л.К. Красавиной (1983), «Флоре Сибири» (1989-2003). Объем таксонов цветковых принят согласно системе А.Л. Тахтаджяна (1987). Названия видов сосудистых растений приведены по сводке С.К. Черепанова (1981, 1995).
Для оценки сходства природно-климатических подзон по видовому составу водных парциальных флор применен коэффициент Жаккара Малышева (K J-M) (Малышев, 1972). Результаты расчетов представлены в виде графов (Дидух, 1987).
Для изучения географической неоднородности водных парциальных флор проведено сравнение семейственных и родовых спектров на основе определения коэффициента ранговой корреляции Кендэла () (Шмидт, 1974, 1984, 1987;
Малышев, 1987;
Громыко, 2004). Все статистические расчеты выполнены на основе применения программ Microsoft Excel и Statistica.
В качестве руководств по изучению гидромакрофитной растительности использованы методики и гидроботанические статьи теоретического плана (Белавская, 1975, 1979;
Катанская, 1981;
Катанская, Распопов, 1983). Обработка описаний и классификация растительности проведена в соответствии с методикой доминантно-эдификаторного подхода (Лавренко, 1959;
Александрова, 1969;
Нешатаев, 1971;
Василевич, 1975;
1985).
В качестве руководств для изучения микро- и мезокомбинаций растительности водоемов были использованы теоретические работы (Исаченко, 1966;
Александрова, 1969;
Корчагин, 1976;
Свириденко, 2000). При исследовании состава и структуры мезокомбинаций использован метод составления экологических рядов (профилей зарастания) (Катанская, Распопов, 1983).
Продукционные исследования выполнялись на р. Ишим ежегодно июле августе 2002-2004 гг. Определение продуктивности макрофитов производилось на основе известных методик (Катанская, 1981;
Катанская, Распопов, 1983;
Распопов, 2003).
Фитомассу определяли методом укосов. Общее число укосов составило 296. Первичным показателем продуктивности принята надземная абсолютно сухая фитомасса (г/м2). Расчет годовой продукции видов производили по формуле, предложенной И.М. Распоповым (1973, 2003):
Р = 1.2 Вmax, где Р – продукция, Вmax – максимальная надземная фитомасса, 1.2 – коэффициент пересчета фитомассы в продукцию.
Для выражения продукции в органическом веществе применен коэффициент: для гелофитов – 0.92, для плейстофитов – 0.90, для гидатофитов – 0.85 (Корелякова, 1977;
Белавская, 1979). Доля углерода в органическом веществе водных растений принята равной 46.4% (Lieth, 1965).
Экологическая оценка р. Ишим и пойменных озер проведена на основе метода косвенной оценки условий местообитаний по растительности.
Используя метод фитоиндикационных экологических шкал Л.Г. Раменского с соавт. (1956), а также работы: V. Sladecek, 1963, (цит. по: К.А. Кокин, 1982;
А.П. Садчиков, М.А. Кудряшов, 2004), Б.Ф. Свириденко (1987, 2000), Е.П.
Прокопьева (2001), монографию «Макрофиты – индикаторы изменений водной среды» (1993), были составлены экологические таблицы по водным макрофитам р. Ишим и пойменных озер. Материалом для экологического анализа послужил состав растительных сообществ и обилие видов водных макрофитов в ценозах.
Глава 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ Территория исследований охватывает юго-западную часть Тюменской обл.
в пределах 69055'–70005' в.д. Согласно климатическому и геоботаническому районированию юга Тюменской обл. (Атлас Тюменской…, 1971;
Физико географическое…, 1973) территория исследования поделена на природно климатические подзоны: средняя лесостепь, северная лесостепь и подтайга Климат территории типично континентальный. В распределении тепла и влаги выражена отчетливая зональность (Орлова, 1962). Средняя продолжительность солнечного сияния за год в лесостепи более 2000 часов в год, в подтайге 1900 часов. Годовое количество осадков составляет в подтайге 417 мм, в лесостепи – 320-350 мм (Мезенцев, Карнацевич, 1969).
Река Ишим характеризуется широкой речной долиной (до 10-20 км) (Лезин, 1999). Русло реки очень извилистое, шириной 70-120 м. Глубина реки может достигать 10 м. Скорость течения в межень составляет 0.2-0.4 м/с, в половодье 1.0-1.5 м/с. На колебание уровня воды в реке оказывают влияние сезонные изменения, плотина у г. Петропавловска и Сергеевское водохранилище у пос. Сергеевка (Казахстан).
Пойменные озера р. Ишим представляют собою старицы (подковообразные старые русла реки) и заливные озера – понижения на пойме.
Площади исследованных 36 пойменных озер небольшие, чаще меньше 1 км (кроме оз. Ченчерь). Максимальная глубина пойменных озер колеблется от 0. до 10 м. Режим озер переменный и определяется уровнем половодья (Лезин, 1976а).
Глава 3. ВОДНАЯ МАКРОФИТНАЯ ФЛОРА Р. ИШИМ И ПОЙМЕННЫХ ОЗЕР Водную макрофитную флору р. Ишим и пойменных озер в Тюменской обл. составляют 76 видов из 43 родов, 30 семейств, 5 отделов (табл. 1). По систематическому составу водная флора водоемов является цветковой (93.5% видов) (Токарь, Свириденко, 2002а, 2003).
Таблица Таксономическая структура водной макрофитной флоры водоемов Отдел, класс Семейства Роды Виды число % число % число % 2 6.7 2 4.7 2 2. 1. Chlorophyta 1.Ulotrichophyceae 1 3.3 1 2.3 1 1. 1 3.3 1 2.3 1 1. 2. Siphonophyceae 2. Charophyta 1 3.3 1 2.3 1 1. 3. Charophyceae 1 3.3 1 2.3 1 1. 3. Equisetophyta 1 3.3 1 2.3 1 1. 4. Equisetopsida 1 3.3 1 2.3 1 1. 4. Polypodiophyta 1 3.3 1 2.3 1 1. 5. Polypodiopsida 1 3.3 1 2.3 1 1. 5. Magnoliophyta 25 83.4 38 88.4 71 93. 6. Magnoliopsida 13 43.4 15 34.9 18 23. 7. Liliopsida 12 40.0 23 53.5 53 69. Всего 30 100 43 100 76 Несколько повышенным видовым разнообразием отличается парциальная флора водоемов северной лесостепи (79% всех видов). Близки к ней по богатству парциальные флоры средней лесостепи (72%) и подтайги (71%).
Парциальные флоры разных природно-климатических подзон образуют единую группу при низком уровне сходства КJ-M = 0.13 (Токарь, 2004ж, е).
На основе анализа семейственных и родовых спектров парциальных флор выявлено большее сходство в одной природно-климатической зоне и заметные различия при росте зональных дистанций между участками (рис. 1).
Выделенная нами экологическая граница совпадает с северной окраиной лесостепной зоны (административная граница Викуловского р-на).
В результате исследований, проведенных на р. Ишим и пойменных озерах установлено, что среди 73 видов сосудистых гидромакрофитов есть виды, занесенные в список редких и исчезающих растений флоры Тюменской обл.
Это Nymphaea candida, Nuphar pumila, Nymphoides peltata, Potamogeton сrispus (Красная книга…, 2004). Нами обнаружены новые для Тюменской обл. виды Carex rugulosa, Eleocharis austriaca, Potamogeton trichoides и один вид для флоры Сибири Scirpus ehrenbergii (Токарь, 2004в, г, е).
Рис. 1. Графы сходства водных парциальных флор природно климатических подзон юга Тюменской области по структуре ведущих семейств (А), ведущих родов (Б). Значения коэффициента ранговой корреляции Кендэла (): а – 0.3 0.5;
б – 0.5 0.9;
в – 0.9. Подзоны: 1 – средняя лесостепь, 2 – северная лесостепь, 3 – подтайга.
Глава 4. ВОДНАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ Р. ИШИМ И ПОЙМЕННЫХ ОЗЕР При изучении ценотического разнообразия выполнено свыше описаний растительных группировок. Выделенные группировки, образующие растительный покров р. Ишим и пойменных озер относятся к типу континентальноводной макрофитной растительности, подтипу пресноводной макрофитной растительности. В пределах подтипа выделено 3 класса, 16 групп формаций, 36 формаций и 88 ассоциаций (из них 27 – в растительном покрове р. Ишим, 76 – в пойменных озерах).
В сложении растительного покрова исследованных водоемов и в накоплении первичной продукции главную роль играют сообщества, относящиеся к гелофитным (48, или 54.5% ассоциаций) и гидатофитным формациям (27.3% ассоциаций). Класс плейстофитных формаций объединяет 18.2% всех выделенных типов группировок (16 ассоциаций).
Нами исследованы 2 уровня надфитоценотической организации растительности: микрокомбинации и мезокомбинации.
В растительном покрове всего выделено 2 класса, 9 групп и 42 типа микрокомбинаций (13 типов в р. Ишим, 31 тип – в пойменных озерах). В р.
Ишим преобладают трансгрессивные типы микрокомбинаций, что указывает на резкие изменения уровня воды. В сложении водной растительности пойменных озер значительную роль играют регрессивные типы, что свидетельствует о недостаточной водообеспеченности пойменных озер. Наиболее распространенными являются следующие типы микрокомбинаций: Butometa umbellati Sagittarieta sagittifoliae, Sparganieta emersi Eleocharieta palustris, Typheta angustifoliae Scirpeta lacustris, Lemneta minoris Spirodeleta polyrhizae, Potamogetoneta pectinati Potamogetoneta perfoliati (Токарь, Свириденко, 2002;
Токарь, 2004а, е, 2005а).
В водной макрофитной растительности р. Ишим и пойменных озер выделены 54 типа мезокомбинаций (11 типов – для растительности р. Ишим, типа – для пойменных озер). Высокое разнообразие мезокомбинаций в озерах свидетельствует о значительной экологической емкости водоемов данного типа в сравнении с р. Ишим, что определяет необходимость их сохранения в целях обеспечения среды обитания разных групп гидробионтов. Наиболее распространенными в исследуемых водоемах являются типы мезокомбинаций:
Phragmiteta australis Scirpeta lacustris Nuphareta luteае Stratioteta aloidis, Bolboschoeneta miritimi Potamogetoneta pectinati, Butometa umbellati Sagittarieta sagittifoliae Potamogetoneta pectinati Potamogetoneta perfoliati, Butometa umbellati Nymphoideta peltatae.
Все изученные водоемы принадлежат к макрофитному типу. Средние значения абсолютно-сухой фитомассы для изученных видов доминантов эдификаторов находятся в пределах 65-2078 г/м2. Максимальную абсолютно сухую фитомассу создают сообщества гелофитов, среди которых наибольшей продуктивностью (до 1510 г/м2) отличаются сообщества Phragmites australis.
Основным продуцентом р. Ишим является Butomus umbellatus. В среднем за период вегетации группировки этого вида накапливают фитомассу, равную 499-593 г/м2 (Токарь, 2004, 2004д). Гораздо меньшими показателями абсолютно-сухой фитомассы характеризуются сообщества плейстофитов. В среднем они создают фитомассу в количестве до 71-178 г/м2 (Токарь, 2004а). Из широко распространенных сообществ гидатофитов самыми продуктивными являются группировки Stratiotes aloides. Они формируют абсолютно-сухую фитомассу в количестве 217-2078 г/м2.
Колебание уровня воды является определяющим фактором в проточных водоемах, оказывающим существенное влияние на изменчивость фитомассы водных макрофитов и их сообществ. Политопным видом по отношению к фактору колебания уровня воды р. Ишим можно назвать Butomus umbellatus. За период 2002-2004 гг. продуктивность B. umbellatus изменялась от 3 до 7%.
Напротив, виды Potamogeton pectinatus и P. рerfoliatus являются стенотопными, на их рост и развитие оказывает сильное влияние динамика уровня воды. За исследуемый период продуктивность P. pectinatus изменялась от 17 до 49%, а у P. рerfoliatus от 46 до 95%.
Расчет годовой продукции, выполненный на основании данных о абсолютно-сухой фитомассе, показывает, что ценопопуляции эдификаторов продуцируют в год на 1 м2 площади ценозов в среднем 74-1623 г органического вещества, что эквивалентно 34-753 г углерода. Средняя годовая продукция органического вещества гидрофитных сообществ равна 497 г/м2 (Токарь, 2005).
По этому показателю растительность р. Ишим и пойменных озер оценивается как умеренно продуктивная (табл. 2).
Таблица Продукция эдификаторов основных формаций водной макрофитной растительности р. Ишим и пойменных озер Продукция, г/м2 год Эдификатор аблютно-сухая органическое углерод масса вещество 1716–1812 1579–1667 733– Phragmites australis 1764 1623 479–877 441–807 205– Butomus umbellatus 666 613 66–95 59–86 27– Nymphoides peltata 82 74 214 193 Nuphar lutea 214 193 47–493 40–419 19– Potamogeton pectinatus 155 132 85–653 72–555 33– Potamogeton perfoliatus 245 209 260–2494 221–2120 103– Stratiotes aloides 1086 923 415 353 Ceratophyllum demersum 415 353 200–620 170–527 79– Elodea cаnadensis 410 349 Примечание. В числителе – диапазон средних арифметических для разных ценопопуляций, в знаменателе – средняя для территории исследования (юг Тюменской области).
Глава 5. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ Р. ИШИМ И ПОЙМЕННЫХ ОЗЕР ПО БОТАНИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ В научной литературе накоплен достаточно большой теоретический материал, посвященный разработке методов биологической оценки водной среды, в том числе биоиндикации с применением водных макрофитов;
выявлены виды-индикаторы, позволяющие оценить и спрогнозировать изменения в водных экосистемах;
указаны пределы выносливости водных макрофитов по отношению к абиотическим факторам среды (Раменский и др., 1956;
Мяэметс, 1980;
Кокин, 1982;
Лукина, Смирнова, 1988;
Эйнор, 1992;
Свириденко, 2000;
Садчиков, Кудряшов, 2004 и др.).
Используя метод фитоиндикационных экологических шкал Л.Г.
Раменского с соавт. (1956), а также работы: V. Sladecek (1963), Б.Ф.
Свириденко (1987, 2000), Е.П. Прокопьева (2001), монографию «Макрофиты – индикаторы природной среды» (1993), мы распределили водные макрофиты ( видов, или 92% флоры водоемов) по экологическим группам (увлажнения, трофности, рН, минерализации и жесткости, типов грунта, аллювиальности, сапробности).
В результате экологического анализа состава экогрупп, выделены экогруппы характеризующие условия местообитаний р. Ишим и пойменных озер. Так, увлажнение р. Ишим характеризуют гипер- и ортогидрофиты.
Причем в северном направлении наблюдаются изменения в сложении группировок водной макрофитной растительности, увеличивается количество видов гипогидрофитов, снижается количество гипергидрофитов и гидромезофитов. Трофность среды индицируют – мезоевтрофофиты, с юга на север снижается в группировках количество мезотрофофитов и евтрофофитов.
Активную реакцию среды характеризуют – алкалифилы. Минерализацию и жесткость – типично пресноводные виды. Тип грунта – псаммопелофилы и пелобионты, предпочитающие бедные органическим веществом грунты. В северном направлении снижается в группировках количество псаммопелофилов. На аллювиальность местообитаний указывают виды, предпочитающие умеренно аллювиальные экотопы и аллювиафилы.
Сапробность индицируют 0-- и -мезосапробы (обитающие в чистой удовлетворительно чистой и удовлетворительно чистой-загрязненной воде).
Причем с юга на север в группировках снижается количество 0--мезосапробов, а увеличивается количество -мезосапробов, с самым высоким индексом сапробности.
Комплексная усредненная оценка экологического состояния р. Ишим на основе индикационных показателей водных макрофитов показала, что экотопы р. Ишим на всем протяжении (Тюменская обл.) характеризуются сходными химическими показателями. Вода р. Ишим слабощелочная (рН = 7.6-8.0), пресная (минерализация 0.5-0.6 г/л), умеренно жесткая (жесткость 3.6-5.1 мг экв/л). С юга на север возрастает увлажненность, трофность среды и аллювиальность прибрежных экотопов. Участок реки средней лесостепи мезоевтрофный, сильно аллювиальный;
участок реки северной лесостепи – евтрофный, сильно аллювиальный;
участок реки подтайги – евтрофный, с катастрофически аллювиальными условиями прибрежных экотопов. В северном направлении возрастает показатель загрязненности воды р. Ишим органическими веществами. Это можно объяснить увеличением антропогенной нагрузки на водоемы северной лесостепи (Токарь, 2001, 2003а). Самым чистым является участок реки средней лесостепи (индекс сапробности (S) = 1.47). На участке реки северной лесостепи S = 1.81, в подтайге S = 1.83.
Сравнительный экологический анализ состава экогрупп водных макрофитных сообществ пойменных озер р. Ишим показал, что индицируют увлажнение местообитаний орто- и гипогидрофиты. В северном направлении снижается в группировках количество гидромезофитов, а увеличивается количество видов гипо- и гемигидрофитов. Трофность среды характеризуют мезоевтрофофиты. С юга на север увеличивается в группировках водной макрофитной растительности количество мезоолиготрофофитов, а снижается количество евтрофофитов. Активную реакцию воды индицирую алкалифилы, в сообществах подтайги появляются ацидофилы, что указывает на снижение показателя рН в северном направлении. Донные грунты озер индицируют детритопелофилы. К северу в группировках снижается количество псаммопелофилов и пелобионтов, а появляются в сообществах подтайги детритобионты, указывающие на детритные илы. Аллювиальность экотопов индицируют виды, предпочитающие умеренно аллювиальные местообитания.
Сапробность воды – 0-- и -мезосапробы (обитающие в чистой удовлетворительно чистой и удовлетворительно чистой-загрязненной воде). В северном направлении уменьшается в группировках количество мезосапробов, с самым высоким индексом сапробности.
Благодаря комплексной усредненной оценке экологического состояния пойменных озер р. Ишим на основе индикационных показателей водных макрофитов, были установлены экологические параметры для озер средней лесостепи: вода слабощелочная (рН = 7.6-8.4), пресная (минерализация 0.5-1. г/л), умеренно жесткая (жесткость 3.6-6.5 мг-экв/л), удовлетворительно чистая (S = 1.76). Вода озер северной лесостепи слабощелочная (рН = 7.6-8.0), пресная (минерализация 0.3-1.0 г/л), умеренно жесткая (жесткость 3.5-5.8 мг-экв/л), удовлетворительно чистая (S = 1.69). Вода озер подтайги слабощелочная (рН = 7.6-8.0), пресная (минерализация 0.3-0.9 г/л), умеренно жесткая (жесткость 3.6 5.8 мг-экв/л), удовлетворительно чистая (S = 1.68). Водные экотопы пойменных озер средней лесостепи оценены как евтрофные, сильно аллювиальные;
экотопы озер северной лесостепи евтрофные, умеренно аллювиальные;
экотопы озер подтайги – мезоевтрофные, умеренно аллювиальные.
Сравнительный экологический анализ показателей местообитаний пойменных озер р. Ишим разных природно-климатических подзон показывает уменьшение с юга на север таких показателей водной среды, как трофность, рН, минерализация и жесткость воды, сапробность. Это может быть связано с зонально-климатическими причинами (уменьшением в северном направлении количества поступающего тепла) и с меньшей степенью антропогенной нагрузки на озера в пределах подтайги.
Сравнительный анализ экологических таблиц разных пойменных озер позволил распределить все пойменные озера по группам в зависимости от увлажнения, трофности, аллювиальности, типа грунта местообитаний (рис. 2 3).
Можно отметить, что в целом, в северном направлении увеличивается количество непересыхающих озер за счет доли пересыхающих (рис. 2, А).
Увеличивается количество мезоевтрофных озер за счет доли евтрофных озер (рис. 2, Б). С юга на север уменьшается количество озер с сильно и избыточно аллювиальными условиями экотопов, возрастает количество озер с очень слабо и слабо аллювиальными условиями прибрежных экотопов, что может быть связано с хозяйственной деятельностью (рис. 3, А). Пойменные почвы интенсивно используются для сельскохозяйственных целей (организация садоводческих хозяйств, сенокос, выращивание зерновых культур, выпас скота). Из-за строительства земляных насыпей и дамб многие озера северной лесостепи и подтайги оказались изолированными от периодических весенних паводков р. Ишим. С юга на север территории в озерах снижается распространение глинистых илов и растет доля детритных илов (рис. 3, Б). Это связано с зонально-климатическими причинами (увеличением увлажненности территории, уменьшением тепла и процессом накопления органического вещества на дне водоемов в северном направлении).
А. Увлажнение Количество озер, % 45 Пересыхающие озера 40 Непересыхающие озера Средняя Северная Подтайга лесостепь лесостепь Б. Трофность и засоление 80 Количество озер, % Мезоевтрофные 36 36 Евтрофные 28 Гипертрофные Средняя Северная Подтайга лесостепь лесостепь Рис. 2. Распределение пойменных озер р. Ишим по группам в зависимости от увлажнения, трофности и засоления А. Аллювиальность Озера с очень слабо 80 аллювиальными условиями местообитаний Озера со слабо Количество озер, % аллювиальными условиями местообитаний Озера с умеренно 40 33 аллювиальными условиями местообитаний Озера с сильно и избыточно 10 10 аллювиальными условиями местообитаний Средняя Северная Подтайга лесостепь лесостепь Б. Тип грунта Количество озер, % 80 Озера с глинистым илистым грунтом Озера с детритным илистым грунтом Средняя Северная Подтайга лесостепь лесостепь Рис. 3. Распределение пойменных озер р. Ишим по группам в зависимости от аллювиальности и типа грунта ВЫВОДЫ 1. Водную макрофитную флору р. Ишим и пойменных озер в Тюменской обл. составляют 76 видов растений из 43 родов, 30 семейств, 5 отделов.
Ведущее положение по числу видов занимают цветковые (93.5% от всех видов).
2. Обнаружены 3 новых для Тюменской области вида (Potamogeton trichoides, Carex rugulosa, Eleocharis austriaca) и один вид для флоры Сибири (Scirpus ehrenbergii).
3. В сложении растительности водоемов принимают участие ассоциаций (из них 27 – в растительном покрове р. Ишим, 76 – в пойменных озерах). Выявленные группировки отнесены к 36 формациям, 14 группам формаций и 3 классам формаций. Ведущее положение занимает класс гелофитных формаций (54.5% ассоциаций). В классе гидатофитных формаций представлено 27.3% ассоциаций, в классе плейстофитных формаций – 18.2%. В сложении сообществ водной макрофитной растительности велика роль формаций Butometa umbellati, Phragmiteta australis, Nymphaeeta candidae, Nuphareta luteae, Potamogetoneta perfoliati и Potamogetoneta pectinati.
4. В растительном покрове р. Ишим и пойменных озер выделены 2 класса, 9 групп и 42 типа микрокомбинаций (13 типов в р. Ишим, 31 тип – в пойменных озерах). В р. Ишим преобладают трансгрессивные типы микрокомбинаций, что указывает на резкие изменения уровня воды. В сложении водной растительности пойменных озер значительную роль играют регрессивные типы, что свидетельствует о недостаточной водообеспеченности пойменных озер.
5. В водной макрофитной растительности р. Ишим и пойменных озер выделены 54 типа мезокомбинаций (11 типов – для растительности р. Ишим, типа – для пойменных озер). Высокое разнообразие мезокомбинаций в озерах свидетельствует о значительной экологической емкости водоемов данного типа в сравнении с р. Ишим, что определяет необходимость их сохранения в целях обеспечения среды обитания разных групп гидробионтов.
6. Изучена продуктивность 9 видов гидромакрофитов, имеющих первостепенное значение в продукционном балансе местных водоемов. Расчет годовой продукции выполнен на основании полученных данных о абсолютно сухой фитомассе гидромакрофитов. Ценопопуляции эдификаторов растительных группировок в изученных водоемах продуцируют в год на 1 м площади ценозов в среднем 74-1623 г органического вещества, что эквивалентно 34-753 г углерода. Средняя годовая продукция органического вещества гидромакрофитных сообществ равна 497 г/м2. По этому показателю растительность р. Ишим и пойменных озер оценивается как умеренно продуктивная.
7. Фактор колебания уровня воды р. Ишим является определяющим фактором в проточных водоемах, оказывающим существенное влияние на изменчивость фитомассы водных макрофитов и их сообществ. Политопным видом по отношению к фактору колебания уровня воды р. Ишим является Butomus umbellatus. За исследуемый период продуктивность B. umbellatus изменялась от 3 до 7%. Виды Potamogeton pectinatus и P. рerfoliatus являются стенотопными. Продуктивность P. pectinatus изменялась от 17 до 49%, а у P.
рerfoliatus от 46 до 95%.
8. На основе индикационных показателей водных макрофитов установлено, что на тюменском участке р. Ишим характеризуется близкими показателями: вода слабощелочная (рН воды = 7.6-8.0), пресная (минерализация 0.5-0.6 г/л), умеренно жесткая (жесткость 3.6-5.1 мг-экв/л).
Экотопы мезоевтрофные-евтрофные, сильно-катастрофически аллювиальные.
Преобладают тонкодетритные глинистые и опесчаненые илы. Вода чистая удовлетворительно чистая (индекс сапробности (S) = 1.47-1.83).
9. Пойменные озера характеризуются экологическими показателями: вода слабощелочная (рН воды = 7.6-8.4), пресная (минерализация 0.5-1.0 г/л), умеренно жесткая (жесткость 3.5-6.5 мг-экв/л). Экотопы мезоевтрофные евтрофные, умеренно-сильно аллювиальные. Преобладают тонкодетритные и грубодетритные илы. Вода удовлетворительно чистая (S = 1.68-1.76).
По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
1. Токарь О.Е. К вопросу о проблемах средних рек Сибири // Экология и жизнь: Сб. материалов III Международной научно-практической конференции.
Ч.1 – Пенза: Пензенский гос. ун-т, 2000. – С. 118-120.
2. Токарь О.Е. Оценка качества воды р. Ишим по химическим показателям в черте г. Ишима // Материалы VII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Томск: ТГПУ, 2001. – Т. 1. – С. 120-124.
3. Токарь О.Е., Свириденко Б.Ф. Водная макрофитная растительность р.
Ишим (в пределах Тюменской области) // Биология внутренних вод: проблемы экологии и биоразнообразия. Тез. докладов XII Международной конференции молодых ученых. – Борок, 2002. – С.21.
4. Токарь О.Е., Свириденко Б.Ф. Флористический состав растительности р.
Ишим (в пределах Тюменской области) // Биология внутренних вод: проблемы экологии и биоразнообразия. Тез. докладов XII Международной конференции молодых ученых. – Борок, 2002а. – С. 20.
5. Токарь О.Е., Свириденко Б.Ф. Состав и структура макрофитной растительности реки Ишим (в пределах Тюменской области) // Естественные науки и экология. Межвузовский сб. научных трудов. – Омск: ОмГПУ, 2003. – Вып. 7. – С. 66-74.
6. Токарь О.Е. Состояние и проблемы очистки сточных вод г. Ишима (Тюменская область) // Сб. научных трудов Естественные науки / Сургут. гос.
ун-т. – Сургут: СурГУ, 2003а. – Вып. 12. – С. 187-195.
7. Токарь О.Е. Фитомасса и продуктивность формаций макрофитной растительности р. Ишим на Тюменском участке // Исследования молодых ботаников Сибири: Тез. докладов II Молодежной конференции. – Новосибирск, 2004. – С. 66-67.
8. Токарь О.Е. Флористический и ценотический состав макрофитной растительности пойменных водоемов р. Ишим // Естественные науки и экология. Межвузовский сб. научных трудов. – Омск: ОмГПУ, 2004а. – Вып 8.
Книга 1. – С. 105-117.
9. Токарь О.Е. История изучения водных макрофитов на юге Тюменской области // Молодые ученые – вузу, колледжу, школе. Материалы межвузовской научной конференции. – Ишим: ИГПИ им. П.П. Ершова, 2004б. – С. 38-41.
10. Токарь О.Е. О распространении камыша Эренберга в Западной Сибири // Научные труды Международного центра МГУ: тезисы докладов II Международной научной конференции «Биотехнология – Охране окружающей среды и 3 школы-конференции молодых ученых и студентов «Сохранение биоразнообразия и рациональное использование биологических ресурсов». – М.: Спорт и культура, 2004в. – С. 80.
11. Токарь О.Е. Редкие виды цветковых гидрофитов р. Ишим и пойменных водоемов // Материалы международной конференции «Природное наследие России: изучение, мониторинг, охрана». Тольятти, Россия. – Тольятти: ЭВБ РАН, 2004г. – С. 272.
12. Токарь О.Е. Фитомасса и продуктивность макрофитов реки Ишим на тюменском участке // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. – Тюмень: ИПОС СО РАН, 2004д. № 5. – С. 125-130.
13. Токарь О.Е. Флора макрофитов пойменных водоемов р. Ишим // IV Ершовские чтения. Сб. материалов юбилейной региональной конференции. – Ишим: ИГПИ им. П.П. Ершова, 2004е. – С. 246-251.
14. Токарь О.Е. Флора реки Ишим // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий: Материалы VIII Международной научной школы конференции студентов и молодых ученых. – Абакан: Хакасский гос. ун-т им.
Н.Ф. Катанова, 2004ж. – Т. 1. – С. 48.
15. Токарь О.Е. Продуктивность формаций макрофитной растительности р.
Ишим и пойменных водоемов // Естественные науки и экология. Межвузовский сб. научных трудов. – Омск: ОмГПУ, 2005. – Вып 9. Книга 1. – С. 83-90.
16. Токарь О.Е. Водная макрофитная растительность реки Ишим и пойменных озер (в пределах Тюменской области) // Проблемы изучения растительного покров Сибири: Материалы III Международной научной конференции, посвященной 120-летию Гербария им. П.Н. Крылова Томского государственного университета. – Томск: Том. ун-т, 2005а. – С. 104-105.