Фитопланктон притоков среднего иртыша как показатель качества воды
На правах рукописи
Барсукова Наталья Николаевна ФИТОПЛАНКТОН ПРИТОКОВ СРЕДНЕГО ИРТЫША КАК ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ 03.02.08 – экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Омск-2011 2 Диссертационная работа выполнена на кафедре экологии и биологии ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина доктор биологических наук, доцент
Научный консультант:
Баженова Ольга Прокопьевна доктор биологических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Степанова Ирина Петровна кандидат биологических наук Медведева Любовь Анатольевна Центральный сибирский ботанический
Ведущая организация:
сад СО РАН
Защита состоится «22» сентября 2011 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 212.177.05 при ГОУ ВПО «Омский государствен ный педагогический университет» по адресу: 644099, г. Омск, наб. Тухачевско го, 14.
Телефон/факс: (3812) 23-12-20, е-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государст венного педагогического университета по адресу: г. Омск, наб. Тухачевского, 14.
Автореферат разослан «19» августа 2011 г.
и размещен на сайте www. omgpu.ru
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, Колпакова Т. Ю.
доцент
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. На территории Омской области основными источ никами водоснабжения являются река Иртыш и е притоки, играющие важную хозяйственную и экологическую роль. В настоящее время притоки среднего Иртыша подвержены сильному антропогенному воздействию (Мезенцева, 1999;
Баженова, 2005;
Земля, на которой.., 2006;
Магрицкий, 2008, Доклад о состоя нии.., 2007, 2008, 2009;
Информационный.., 2010), в результате чего происхо дит изменение их гидрологических и гидрохимических характеристик, усиле ние процессов эвтрофирования, ухудшение качества воды и общего экологиче ского состояния водосборных территорий.
Экологическое состояние рек и качество их вод играет важную роль в поддержании здоровья населения Омского Прииртышья. В связи со сложив шейся ситуацией и с широким использованием рек в питьевом и хозяйственном водоснабжении, назрела необходимость изучения современного состояния их экосистем. Методы биоиндикации позволяют дать оценку качества природных вод по состоянию индикаторных видов или сообществ организмов (Шитиков и др., 2003), среди которых фитопланктон, являясь первичным звеном пищевой цепи водных биоценозов, быстро реагирует на поступление биогенных и легко окисляемых органических веществ, участвует в формировании качества воды и является наиболее чувствительным показателем состояния водных экосистем (Трифонова,1979;
Михеева, 1992;
Баринова и др., 2006).
Цель и задачи исследований. Цель работы – изучение современного со стояния фитопланктона притоков среднего Иртыша и оценка качества их вод.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
– определить таксономический состав и структуру фитопланктона;
– оценить уровень флористического сходства фитопланктона различных притоков;
– установить характер пространственного распределения фитопланктона, сезонную и межгодовую динамику его обилия в нижнем течении реки Оми;
– оценить уровень сапробности вод реки Оми;
– определить трофический статус исследуемых рек;
– выявить характер изменений экосистем притоков в современных усло виях.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Основу таксономического спектра фитопланктона притоков среднего Иртыша составляют зеленые и диатомовые водоросли.
2. Притоки среднего Иртыша подвержены эвтрофированию и загрязне нию органическими веществами.
3. Экосистемы рек Оми и Уя находятся в состоянии антропогенного эко логического напряжения, рек Тары, Шиша и Оши – в состоянии экологической модуляции.
Научная новизна. Впервые со времени относительно невысокой антропо генной нагрузки на водные объекты бассейна среднего Иртыша проведены систе матические исследования видового состава, структуры и обилия фитопланктона притоков среднего Иртыша. Выявлены доминирующие виды, составлен таксоно мический список, включающий 560 видовых и внутривидовых таксонов. Впервые изучена круглогодичная динамика численности и биомассы фитопланктона нижне го течения реки Оми, определен трофический статус и качество воды притоков среднего Иртыша. Выявлено 316 новых для Омского Прииртышья видовых и внут ривидовых таксонов водорослей и цианопрокариот.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Работа выполнена в рамках госбюджетной темы НИР ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина «Фитопланктон водоемов и водотоков Омского Прииртышья» (№ госрегистра ции 01200603662). Полученные результаты являются информационной и мето дической основой для организации и проведения биомониторинга притоков среднего Иртыша. Сведения о таксономическом составе водорослей и циано прокариот будут использованы при подготовке монографии об альгофлоре Ом ского Прииртышья, а также могут быть использованы при подготовке регио нальных определителей и списков флор. Материалы диссертации используются в лекционных курсах по дисциплинам «Общая экология», «Экология региона» и др., а также при подготовке выпускных квалификационных работ студентов факультета агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВПО ОмГАУ им.
П.А. Столыпина. Данные о состоянии фитопланктона реки Оми включены в Доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Омской области в 2009 году».
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Ме ждународной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совре менного водохозяйственного комплекса» (Омск, 2009), Международной конфе ренции «Экономические и экологические проблемы в меняющемся мире» (Омск, 2009), Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Здоровье человека и среда оби тания: фундаментальные и прикладные аспекты» (Омск, 2010), Международной научно-практической конференции «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского ре гиона» (Омск, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них 2 – в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.
Личный вклад автора. Отбор проб фитопланктона проводился автором или под его руководством, обработка и анализ всех проб проведены лично ав тором. Автор участвовал в интерпретации научных данных, подготовке публи каций и решении задач проведения биомониторинга водных объектов на терри тории Омской области.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, че тырех глав, выводов, списка литературы, включающего 168 наименований, в том числе 10 зарубежных источников. Работа изложена на 168 страницах, со держит 20 рисунков, 25 таблиц, 4 приложения.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д. б. н.
О. П. Баженовой, за постоянную помощь в работе. Автор благодарен д. б. н. С.
И. Генкалу (ИБВВ РАН) за консультации в определении центрических диато мовых водорослей, к. б. н. Е. Ю. Митрофановой (ИВЭП СО РАН) за помощь в работе на электронном микроскопе, начальнику Омского ЦГМС-Р О. В. Дема новой, начальнику отдела В. В. Гурьяновой и гидрохимику Р. Н. Апчаляеву за помощь в организации отбора проб.
Глава 1. Краткая физико-географическая характеристика района исследований и степени изученности фитопланктона притоков среднего Иртыша 1.1 Природно-климатические условия района исследований Омская область расположена на юге Западно-Сибирской низменности и захватывает степную, лесостепную и лесную зоны. Северная часть области от носится к зоне достаточного увлажнения, южная – засушливой. Климат конти нентальный (Колесников, 1989;
Атлас Омской области, 1999).
В пределах Омской области располагается среднее течение Иртыша.
К наиболее значимым правобережным притокам Иртыша относятся Омь, Тара, Уй, Шиш, левобережным – Ишим, Оша, Тевриз. Для притоков Иртыша харак терны колебания водности по годам исследований, зависящие не только от гид ролого-климатических условий, но и от степени антропогенного воздействия в бассейнах этих рек. По климатическим особенностям 2007 и 2009 годы отлича лись более влажными условиями и небольшими превышениями среднемного летних температур. Более теплым и сухим по сравнению с двумя предыдущими оказался 2008 год (Доклады о состоянии.., 2007, 2008, 2009).
По площади водосбора Омь и Ишим относятся к категории больших, Оша – средних, Тара, Шиш, Уй – малых рек. По расходу воды все притоки относят ся к средним рекам. По протяженности Омь, Тара, Ишим и Оша относятся к большим, Шиш и Уй – к средним рекам (Доманицкий и др., 1971).
Наиболее близкие химические показатели имеют воды Оми, Оши, Иши ма, отличающиеся сравнительно высокой минерализацией, окисляемостью и жесткостью, значительным содержанием хлоридов. Воды Тары, Уя, Шиша ха рактеризуется высокой цветностью, небольшой минерализацией, малым коли чеством хлоридов и сульфатов, наличием железа, постоянным присутствием солей аммиака и большим количеством трудно окисляемых органических ве ществ при сравнительно небольшой величине БПК5. Болотное происхождение правобережных притоков отражается и на качестве их вод.
Характерными загрязнителями вод притоков являются соединения желе за, меди, марганца. В Оми к этим веществам добавляются фенолы, азот нитрит ный, соединения алюминия, нефтепродукты. По сравнению с прошлым веком качество вод ухудшилось (Доклады о состоянии.., 2007, 2008, 2009).
1.2. Степень изученности фитопланктона притоков среднего Иртыша Всестороннее изучение альгофлоры Омского Прииртышья началось в 50-е годы ХХ века в работах группы ученых из Омского мединститута, возглавляе мой известным советским альгологом А. П. Скабичевским. В это время был изучен фитопланктон и фитобентос многих рек Омского Прииртышья, оценено его видовое богатство и обилие, отмечены характерные черты и особенности фитопланктона. По составу видов-индикаторов была ориентировочно оценена степень загрязнения водотоков и по характеру развития фитопланктона опреде лен тип рек Омь и Оша (Горячева, 1952, 1955, 1963;
Андреев, 1960;
Андреев и др., 1963;
Скабичевский, 1963, 1965).
Следующий период изучения фитопланктона Омского Прииртышья на чался с середины 90-ых годов. Под руководством С. Ф. Лихачева изучались эвгленовые водоросли водоемов Омского Прииртышья (Лихачев, 1996;
1997).
Исследования наиболее значимых притоков среднего Иртыша проводились спорадически – летом 2001 года и в период открытой воды 2003 года. Фито планктон Оми изучался только в устье реки на территории г. Омска (Баженова, 2005).
Глава 2. Материалы и методы исследований Материалами для работы послужи ли сборы фитопланктона притоков сред него Иртыша, полученные в 2007– годах. Места отбора проб указаны на рис.1.
Отбор проб фитопланктона из Оми проводили в нижнем течении на трех створах: два створа в г. Калачинске (вы ше источника загрязнения и ниже источ ника загрязнения) и один створ – в устье реки на территории Омска. Отбор проб фитопланктона проводили в соответствии со схемой расположения пунктов хими ческого контроля, действующих в систе ме Омского ЦГМС-Р и методических рекомендаций по проведению гидробио логического мониторинга поверхностных вод Омской области (Баженова, 1998, 2005). С апреля 2007 по октябрь 2008 годов отбор проб из Оми проводили круглогодично, в 2009 году – в период открытой воды. Отбор количественных проб объемом 0,5 л проводили с помощью батометра один раз в декаду из по верхностного слоя воды в трех точках по поперечному сечению реки: середина, правый и левый берега. Отбор качественных проб проводили 1–3 раза в месяц.
На других реках отбор проб проводили один раз в месяц в период открытой во ды. Всего обработано 292 количественных и 132 качественных пробы фито планктона.
При проведении исследований использовали общепринятые в гидробио логии методы (Абакумов, 1977;
Федоров, 1979). Пробы фитопланктона фикси ровали 40% формалином, концентрировали осадочным способом. Подсчет чис ла клеток проводили в камере Горяева в двух–трех повторностях на микроскопе Микмед-1. Биомассу фитопланктона рассчитывали общепринятым способом по объемам клеток после массовых измерений их размеров (Гусева, 1959). Стати стическую обработку данных (Лакин, 1980) выполняли на базе программ Mi crosoft Excel, рисунки – с помощью программы Adobe Photoshop. Для иденти фикации водорослей использовали отечественные и зарубежные определители, монографии, систематические сводки и статьи.
Для видового определения диатомовых водорослей было изготовлено постоянных препаратов с применением анилин-формальдегидной смолы (Эль яшев, 1957). Определение видов проводили с использованием масляной иммер сии при увеличении Х1350. Для определения видов центрических и некоторых пеннатных диатомей препараты исследовали в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) Hitachi S3400N в Институте водных и экологических про блем СО РАН (г. Барнаул). Доминирование видов определяли по их численно сти. В число доминантов включали виды, суммарная численность которых со ставляла не менее 10% общей численности фитопланктона (Корнева, 2009).
При флористическом анализе применяли коэффициенты общности видового состава Чекановского-Серенсена (Кс-ч) и Жаккара (Кj) (Шмидт, 1980). Для оценки качества воды применяли индекс сапробности, рассчитанный по Пантле и Букку в модификации М. Зелинки и П. Марвана (Шитиков и др., 2003) с ис пользованием списка видов-индикаторов (Макрушин, 1974;
Унифицированные методы.., 1976;
Баринова и др., 2000, 2006).
Для эколого-географической характеристики видов были использованы материалы определителей и современные данные (Баринова и др., 2006).
Глава 3. Фитопланктон притоков среднего Иртыша 3.1. Таксономический состав и структура фитопланктона В фитопланктоне притоков среднего Иртыша найдено 505 видов ( разновидностей и форм, включая номенклатурный тип вида), относящихся к отделам, 13 классам, 23 порядкам, 61 семейству и 143 родам. Ведущая роль в таксономической структуре фитопланктона принадлежит зеленым и диатомо вым водорослям. Остальные отделы насчитывают намного меньшее количество представителей – от 4 до 86 таксонов рангом ниже рода (табл. 1).
Таблица 1 – Таксономический спектр фитопланктона притоков среднего Иртыша Число порядков семейств классов Отдел видов родов ВРФ Cyanoprokaryota 1 3 11 33 72 Euglenophyta 1 1 1 5 64 Dinophyta 1 1 2 3 4 Cryptophyta 1 1 1 2 6 Chrysophyta 1 3 4 7 28 Bacillariophyta 2 5 17 28 133 Xanthophyta 3 3 4 7 15 Chlorophyta 3 6 21 58 183 Всего 13 23 61 143 505 За период исследований в планктоне Оми найдено 373 вида (406 видов, разновидностей и форм – ВРФ), относящихся к 8 отделам, 13 классам, 23 по рядкам, 59 семействам и 127 родам. Ведущая роль в таксономической структу ре фитопланктона принадлежит зеленым (159 ВРФ) и диатомовым (114 ВРФ) водорослям, следующие места по видовому богатству занимают эвгленовые во доросли (48 ВРФ) и цианопрокариоты (45 ВРФ). Остальные отделы представ лены намного меньшим количеством видов, разновидностей и форм.
Фитопланктон реки Уй сформирован представителями 7 отделов водо рослей и цианопрокариот. Всего в составе фитопланктона найдено 139 видов (146 ВРФ), относящихся к 11 классам, 19 порядкам, 43 семействам, 72 родам.
Ведущая роль принадлежит диатомовым (46 ВРФ) и зеленым водорослям ( ВРФ), уступают им по видовому богатству эвгленовые водоросли (20 ВРФ) и цианопрокариоты (23 ВРФ).
При сравнении наших данных с литературными, относящимися к середи не ХХ века (Горячева, 1963;
Скабичевский, 1965), выявлено существенное уве личение видового богатства фитопланктона этих рек: в Оми в 4,2 раза, в Уе – в 2,5 раза. Особенно заметно возросло в Оми видовое богатство эвгленовых во дорослей – более, чем в 10 раз. Структура фитопланктона Оми заметно услож нилась – в нем появились представители трех новых отделов – криптофитовых, динофитовых и желто-зеленых водорослей (рис. 2).
В реке Уй в структуре фитопланктона изменилось соотношение основных отделов: возросли доли диатомовых, золотистых водорослей и цианопрокариот.
Относительная доля зеленых водорослей в фитопланктоне реки снизилась, но в их составе резко возросла роль мелкоклеточных видов пор. Chlorococcales. В составе фитопланктона появились два новых отдела – желто-зеленые и крипто фитовые водоросли (рис. 3). Отмечена также вегетация Stephanodiscus hantzschii, индикатора антропогенного эвтрофирования.
1% Cyanoprokaryota 22% 11% 39% Cyanoprokaryota Euglenophyta 12% Dinophyta Bacillariophyta 50% 1% Cryptophyta 1% Euglenophyta Chrysophyta 5% Chlorophyta Bacillariophyta 23% Xanthophyta Chrysophyta 3% 4% 28% Chlorophyta Б А Рис. 2 Таксономический спектр фитопланктона реки Оми (А – по: Горячева, 1963;
Б – 2007–2009 гг.) Cyanoprokaryota Cyanoprokaryota 3% 17% 30% 45% Euglenophyta 26% Euglenophyta Cryptophyta Chrysophyta 14% Chrysophyta Bacillariophyta 2% Bacillariophyta 1% 1% Chlorophyta 6% Xanthophyta А 31% 24% Б Chlorophyta Рис. 3 Таксономический спектр фитопланктона реки Уй (А – по: Скабичевский, 1965;
Б – 2007–2009 гг.) В фитопланктоне реки Шиш найден 91 вид (95 ВРФ) из 7 отделов, 9 клас сов, 17 порядков, 35 семейств и 54 родов. По числу видов и разновидностей в составе фитопланктона преобладают зеленые водоросли (39 ВРФ), на втором месте находятся эвгленовые (20 ВРФ). Диатомовые водоросли (16 ВРФ) и циа нопрокариоты (15 ВРФ) формируют почти равные доли в составе фитопланк тона реки.
В фитопланктоне реки Оши найдено 183 вида (200 ВРФ), относящихся к 8 отделам, 11 классам, 19 порядкам, 42 семействам и 86 родам. Наиболее богат в видовом отношении отдел зеленых водорослей (103 ВРФ), диатомовые, эвг леновые водоросли и цианопрокариоты занимают следующие ранговые места, насчитывая от 24 до 30 таксонов рангом ниже рода. Остальные отделы водо рослей представлены небольшим количеством видов.
По сравнению с литературными данными (Андреев, 1960;
Скабичевский, 1963) в фитопланктоне рек Оши и Шиша выявлено незначительное увеличение видового богатства и небольшие изменения в соотношении отделов. В реке Шиш увеличилась доля эвгленовых водорослей, среди зеленых возросла роль мелкоклеточных хлорококковых водорослей и конъюгат. В состав фитопланк тона вошли желто-зеленые и динофитовые водоросли (рис. 4). В фитопланктоне Оши возросла роль мелкоклеточных хлорококковых водорослей, изменилось соотношение других отделов. В состав фитопланктона вошли желто-зеленые и криптофитовые водоросли (рис. 5).
Cyanoprokaryota 16% 15% 41% Cyanoprokaryota Euglenophyta 21% Dinophyta Euglenophyta 13% Chrysophyta Bacillariophyta Chrysophyta 1% Xanthophyta 1% 17% 3% 3% Bacillariophyta Chlorophyta Б 54% 15% Chlorophyta А Рис. 4 Таксономический спектр фитопланктона реки Шиш (А–по: Скабичевский,1963;
Б – 2007–2009 гг.) Cyanoprokaryota Cyanoprokaryota 41% 21% 13% Euglenophyta Euglenophyta Dinophyta 15% Dinophyta 51% Cryptophyta Chrysophyta Chrysophyta 1% 17% Bacillariophyta 1% Bacillariophyta Xanthophyta Chlorophyta 3% 3% Chlorophyta 14% 4% 2% Б А 14% Рис. 5 Таксономический спектр фитопланктона реки Оша (А– по: Андреев, 1960;
Б – 2007 г.) В фитопланктоне реки Тары обнаружено 195 видов (203 ВРФ), относя щихся к 8 отделам, 11 классам, 18 порядкам, 42 семействам и 83 родам. Наибо лее богаты в видовом отношении зеленые (67 ВРФ) и диатомовые (58 ВРФ) во доросли, значительно уступают им по видовому богатству эвгленовые ( ВРФ), золотистые (16 ВРФ) водоросли и цианопрокариоты (20 ВРФ). Осталь ные отделы содержат от одного до шести таксонов рангом ниже рода. По срав нению с литературными данными (Скабичевский, 1963, 1965), видовое богатст во фитопланктона реки Тары возросло от 150 до 203 таксонов рангом ниже ро да, увеличилось число видов во всех ведущих отделах фитопланктона, в том числе – цианопрокариот. В состав фитопланктона вошли криптофитовые водо росли (рис. 6).
Cyanoprokaryota 8% Cyanoprokaryota 10% 33% 47% Euglenophyta 19% Euglenophyta 15% Dinophyta Dinophyta -1% Cryptophyta Chrysophyta 2% 2% Chrysophyta Bacillariophyta 8% 5% Bacillariophyta 3% Xanthophyta Xanthophyta 1% 18% А Б 29% Chlorophyta Chlorophyta Рис. 6 Таксономический спектр фитопланктона реки Тары (А – по: Скабичевский, 1963, 1965;
Б – 2007 г.) Отмеченные в структуре фитопланктона изменения в совокупности сви детельствуют о том, что притоки среднего Иртыша подвержены антропогенно му эвтрофированию и загрязнению легкоокисляемыми органическими вещест вами. Согласно концепции экологических модификаций (Абакумов, 1991), эко системы рек Оми и Уя находятся в состоянии антропогенного экологического напряжения, рек Тары, Шиша и Оши – в состоянии экологической модуляции.
Таксономические списки водорослей и цианопрокариот левобережных притоков среднего Иртыша (Б. Ав, Ишим, Тевриз) в литературе отсутствуют, поэтому мы ограничились анализом современного состояния фитопланктона этих рек. В фитопланктоне реки Б. Ав найдено 84 вида (85 таксонов рангом ниже рода), Ишима – 156 видов (166 видовых и внутривидовых таксонов), Тев риза – 104 вида (107 видов, разновидностей и форм). В фитопланктоне Б. Ава и Ишима основную долю составляют зеленые водоросли (47,05% и 59,88% со ответственно), Тевриза – эвгленовые (28,98%), зеленые (28,04%), диатомовые водоросли (18,69%) и цианопрокариоты (18,69%).
Большинство притоков среднего Иртыша характеризуется умеренной (средней) и низкой степенью флористического сходства фитопланктона – вели чина коэффициента Чекановского-Серенсена находится в пределах 0,41–0,53, коэффициента Жаккара – 0,17–0,46. Индексы флористического сходства иссле дованных участков нижнего течения Оми варьируют от 0,77 до 0,75 (Кс-ч) и от 0,61 до 0,63 (Кj), что говорит о выраженной пространственной гетерогенности фитопланктона.
По результатам исследований было выявлено 316 новых для Омского Прииртышья видов и разновидностей, в том числе: Cyanoprokaryota – 46, Euglenophyta – 46, Dinophyta – 1, Cryptophyta – 2, Chrysophyta – 15, Bacillariophyta – 100, Xanthophyta – 10 и Chlorophyta – 96. Также найдено редких видов водорослей и цианопрокариот.
3.2. Эколого-географическая характеристика водорослей и цианопрокариот По эколого-географической характеристике водоросли и цианопрокарио ты из планктона притоков среднего Иртыша относятся к разнообразным груп пам, что также отражает различия гидрологических и гидрохимических харак теристик рек. По географическому распространению преобладают космополи ты (87,33% от общего числа видов с известным распространением), по отноше нию к солености воды – индифференты (71,49%), по отношению к pH воды – индифференты (42,67%) и алкалифилы (45,22%), по местообитанию – истинно планктонные виды (54,59%).
3.3. Доминирующие комплексы водорослей и цианопрокариот фитопланктона нижнего течения реки Оми Из 406 таксонов рангом ниже рода, обитающих в планктоне Оми, всего (8,37%) являются доминантами. В их составе преобладают зеленые водоросли (17 ВРФ или 50,0% от общего числа доминантов) и цианопрокариоты (13 ВРФ или 38,2%). Особенностью доминирующего комплекса является преобладание мелкоклеточных видов не только из отделов зеленых водорослей и цианопро кариот, но и из других отделов. К ним относятся представители эвгленовых (Trachelomonas volvocina), золотистых (Chrysococcus biporus) и диатомовых (Stephanodiscus hantzschii) водорослей. В период открытой воды состав доми нирующего комплекса отличается наибольшим видовым богатством. Установ ленные особенности доминирующего комплекса фитопланктона Оми характер ны для рек, подверженных эвтрофированию.
3.4. Сезонная и межгодовая динамика фитопланктона нижнего течения реки Оми Сезонная динамика фитопланктона Оми в 2007–2009 годах имеет вид кривой с несколькими пиками. Первый поздневесенний или раннелетний мак симум характеризуется интенсивной вегетацией диатомей и цианопрокариот.
Среди диатомовых водорослей доминировали в это время Stephanodiscus hantzschii, среди цианопрокариот – Leptolyngbya subtilis, L. lagerheimii, Cyanodictyon reticulatum, Chroococcus minimus, Aphanocapsa inсerta. Затем оби лие фитопланктона постепенно уменьшается, достигая наименьших значений к середине лета. Летом в состав фитопланктона начинают входить новые виды, но показатели обилия в целом для реки довольно низкие (рис. 7–9).
Численность, млн кл./л Биомасса, г/куб. м 4 2007 г.
2007 г.
2 2009 г. 2009 г.
05. 05. 05. 04. 03. 06. 01. 05. 05. 04. 05. 03. 06. 01. А Б Рис.7. Сезонная динамика численности (А) и биомассы (Б) фитопланктона Оми на створе Калачинск-ВИЗ, 2007, 2009 гг.
2, Численность, млн кл./л Биомасса, г/куб. м 2007 г.
1, 2007 г.
2008 г.
2008 г.
0,5 2009 г.
10 2009 г.
05. 04. 03. 26. 02. 06. 06. 04. 05. 03. 26. 02. 06. 06. Б А Рис. 8. Сезонная динамика численности (А) и биомассы (Б) фитопланктона Оми на створе Калачинск-НИЗ, 2007–2009 гг.
Численность, млн кл./л 2007 г.
2007 г.
Биомасса, г/куб. м 2008 г.
2008 г.
2009 г.
2009 г.
05. 05. 05. 05. 05. 05. 05. А 05. 25. 15. 05. 25. 15. 05. 25. 15. 05. 25. Б Рис. 9. Сезонная динамика численности (А) и биомассы (Б) фитопланктона Оми в районе г. Омска, 2007–2009 гг.
Максимум развития фитопланктона наблюдается в конце лета–начале осе ни и обусловлен интенсивной вегетацией цианопрокариот и хлорококковых во дорослей. Среди зеленых водорослей доминировали в это время Monoraphidium contortum Dimorphococcus lunatus, Coenococcus planctonicus, Siderocelis sphaericа, среди цианопрокариот – Chroococcus minimus, Aphanocapsa inсerta, Coelosphaerium minutissimum. Помимо вышеперечисленных видов в состав до минантов в разные сезоны года входили водоросли, способные к поглощению органических веществ – Chrysococcus biporus и Trachelomonas volvocina. Зимой фитопланктон реки отличается относительной бедностью видового состава, но показатели его обилия сравнимы с летним и весенним сезонами. Максимум численности зимнего фитопланктона был отмечен в первой декаде марта и обу словлен вегетацией Actinastrum hantzschii var. hantzschii. В состав доминантов в зимний сезон входили мелкоклеточные зеленые (Monoraphidium contortum, Actinastrum hantzschii var. hantzschii) и диатомовые водоросли (Stephanodiscus hantzschii).
Сезонные и межгодовые колебания обилия фитопланктона заметно выра жены, что отражает изменения гидрологического режима и высокий уровень эвтрофирования реки Оми (табл. 2).
Таблица 2 – Средние показатели численности (А, млн кл./л) и биомассы (Б, г/м3) фитопланктона нижнего течения реки Оми в 2007–2009 годах Зима Весна Лето Осень 2007–2008 гг.
Год А Б А Б А Б А Б 2007 1,010,67 0,650,73 1,130,56 0,470,52 5,000,71 1,831,33 0,831,11 0,210, – – 2008 1,170,22 0,480,13 6,881,76 1,240,29 19,474,54 2,140, – – 2009 3,350,37 2,100,30 1,240,22 0,610,09 3,240,41 1,530, Примечание: – нет данных.
Характер сезонной динамики фитопланктона Оми по сравнению с сере диной ХХ века (Горячева, 1963) значительно изменился. Установленные изме нения – возрастание обилия фитопланктона, интенсивная вегетация индикато ров антропогенного эвтрофирования и загрязнения вод органическими вещест вами, массовое развитие цианопрокариот и мелкоклеточных хлорококковых водорослей, увеличение периода интенсивной вегетации фитопланктона, изме нения в составе доминантов – свидетельствуют о высоком уровне антропоген ного эвтрофирования и загрязнения реки Оми легкоокисляемыми органически ми веществами.
Глава 4.Оценка качества воды, трофический статус и экологическое состояние притоков среднего Иртыша 4.1. Сапробность вод реки Оми Индикаторами сапробности являются 221 видовой и внутривидовой так сон водорослей и цианопрокариот из планктона Оми, что составляет более по ловины (54,43%) ее альгофлоры. Наибольшее число индикаторов относится к зеленым (38,46% от общего числа видов-индикаторов сапробности) и диатомо вым (36,65%) водорослям, что отражает значение этих отделов в формировании фитопланктона реки.
В фитопланктоне Оми обнаружены индикаторы всех зон сапробности, значительная часть их относится к -мезосапробам (33,48% от общего числа видов-индикаторов). Обитатели чистых вод (ксеносапробы, олигосапробы и обитатели переходной зоны между этими категориями вод) формируют 21,27% от количества индикаторов, что, на наш взгляд, свидетельствует о существен ном потенциале самоочищающей способности реки. Более трети (35,75%) со става индикаторов составляют виды, которые обладают высокой степенью то лерантности к содержанию органических веществ и могут благополучно суще ствовать как в чистых, так и в загрязненных водах. К этой категории мы отне сли виды-индикаторы -, о-, -о и олиго--мезосапробной зон. Преобладание в составе фитопланктона Оми -мезосапробов и высокотолерантных видов (69,23% от общего числа видов-индикаторов) указывает на высокую загрязнен ность е вод легкоокисляемыми органическими веществами.
Величина индекса сапробности в период открытой воды на створах горо да Калачинска и Омска колебалась в пределах 1,88–2,46. Максимальные пока затели индекса отмечались в зимне-весенний период: от 2,03 до 2,46. Зимой во да Оми характеризуется низкой обеспеченностью кислородом и малыми расхо дами, в этих условиях самоочищающая способность реки снижается, что и уве личивает сапробное состояние ее вод. Весной, в результате половодья, проис ходит еще более активное поступление органических веществ с водосборной территории. В межгодовом аспекте колебания индекса сапробности, за исклю чением 2008 года, весьма незначительны (рис. 10).
2, Калачинск 2 ВИЗ Калачинск 1, НИЗ Омск 0, 2007 2008 Рис. 10. Среднегодовые значения индекса сапробности воды реки Оми, 2007–2009 гг.
Отмеченные минимальные значения индекса сапробности в 2008 году связаны с более низкой водностью этого года (по сравнению с 2007 и 2009 го дами), из-за чего поступление легкоокисляемых органических веществ не дос тигало уровня многоводных годов.
По величине индекса сапробности вода нижнего течения Оми в течение разных сезонов относилась к -мезосапробной зоне. Качество воды соответст вовало 3 классу «удовлетворительной чистоты», разряд качества колебался от «достаточно чистой» до «слабо загрязненной». По средней величине индекса сапробности (2,24±0,06) нижнее течение Оми относится к -мезосапробной зо не, классу вод «удовлетворительной чистоты», разряду «слабо загрязненной».
При сравнении наших данных с литературными (Андреев и др., 1963) вы явлено, что в составе фитопланктона произошло увеличение доли мезосапробов от 24,64% до 33,48%. Доля высокотолерантных к органическому загрязнению видов немного уменьшилась (от 36,96% до 35,75%), но увеличи лась общая доля -мезосапробов и высокотолерантных видов – от 61,59% до 69,23% от общего числа видов-индикаторов. Отмеченные изменения свидетель ствуют о возрастании сапробного состояния вод реки Оми.
4.2. Трофический статус и экологическое состояние притоков среднего Иртыша Биомасса фитопланктона Оми в среднем за годы исследований составила 1,130,69 г/м3, что соответствует мезотрофной категории вод, разряду мезо эвтрофная (Шитиков и др., 2003). В отдельные сезоны уровень трофности Оми может повышаться до эвтрофной категории.
По эколого-санитарным показателям, учитывающим биомассу фито планктона (Шитиков и др., 2003), вды рек Тара, Уй, Шиш, Тевриз относятся к 3 классу «удовлетворительной чистоты», разряду «достаточно чистая». Показа тель биомассы фитопланктона этих рек находятся в пределах 0,02–1,35 г/м3, что соответствует мезотрофной категории. Вды рек Оши и Б. Ава относятся ко 2 классу «чистая», разрядам «вполне чистая» (Оша) и «очень чистая» (Б.
Ав). По биомассе фитопланктона (0,24 г/м3) Б. Ав соответствует олиготроф ной категории, а Оша (0,84 г/м3)– мезотрофной категории. Вода реки Ишим от носится к 4 классу «загрязненная», разряду «умеренно загрязненная», и катего рии эвтрофных вод (5,58 г/м3).
В целом в составе фитопланктона обследованных рек преобладают мезосапробы и высокотолерантные к содержанию органических веществ виды.
В реках Тара и Шиш произошло увеличение их количества по сравнению с прошлым веком, что указывает на возрастание загрязненности этих рек легко окисляемыми органическими веществами. Во всех реках в структуре фито планктона преобладают мелкоклеточные зеленые водоросли, фитофлагелляты и цианопрокариоты. Состав и обилие фитопланктона, выявленные изменения в его состоянии свидетельствуют о том, что притоки среднего Иртыша подвер жены антропогенному эвтрофированию и загрязнению легкоокисляемыми ор ганическими веществами.
Экологическое состояние притоков среднего Иртыша по сравнению с прошлым веком существенно ухудшилось. Проведение хозяйственных меро приятий в бассейне среднего Иртыша должно проводиться с учетом имеющих ся данных, чтобы не усугублять сложившуюся ситуацию.
Выводы 1. В фитопланктоне притоков среднего Иртыша найдено 505 видов (560 видов, разновидностей и форм), относящихся к 8 отделам, 13 классам, порядкам, 61 семейству и 143 родам. Ведущая роль в таксономической струк туре фитопланктона принадлежит зеленым и диатомовым водорослям. Выявле но 316 новых для Омского Прииртышья таксонов водорослей и цианопрокари от рангом ниже рода, в том числе: Cyanoprokaryota – 46, Euglenophyta – 46, Dinophyta – 1, Cryptophyta – 2, Chrysophyta – 15, Bacillariophyta – 100, Xanthophyta – 10 и Chlorophyta – 96.
2. Таксономический состав фитопланктона исследованных рек характе ризуется умеренной (средней) и низкой степенью флористического сходства – величина коэффициента Чекановского-Серенсена (Кч-с) находится в пределах 0,41–0,53, коэффициента Жаккара (Кj) – 0,17–0,46, что отражает различия гене зиса, гидрологических и гидрохимических характеристик притоков. Индексы флористического сходства фитопланктона исследованных участков нижнего течения Оми существенно варьируют, что говорит о его выраженной простран ственной гетерогенности.
3. В сезонной динамике фитопланктона нижнего течения реки Оми вы явлены несколько пиков развития. Максимум развития фитопланктона наблю дается в конце лета-начале осени и обусловлен интенсивной вегетацией циано прокариот и мелкоклеточных хлорококковых водорослей. Выраженные сезон ные и межгодовые колебания обилия фитопланктона отражают изменения гид рологического режима и высокий уровень эвтрофирования реки.
4. По величине индекса сапробности вды нижнего течения реки Оми относятся к -мезосапробной зоне. Качество воды соответствует 3 классу «удовлетворительной чистоты», разряд качества варьирует от «достаточно чис той» до «слабо загрязненной». Вды рек Тара, Уй, Шиш, Тевриз относятся к классу «удовлетворительной чистоты», разряду «достаточно чистая». Вода рек Оша и Большой Ав относятся ко 2 классу «чистая», разрядам «вполне чистая» (Оша) и «очень чистая» (Б. Ав). Вода реки Ишим относится к 4 классу «за грязненная», разряду «умеренно загрязненная».
5. По показателю биомассы фитопланктона реки Омь, Оша, Тара, Уй, Шиш, Тевриз относятся к категории мезотрофных, Ишим – эвтрофных, Боль шой Ав – олиготрофных вод.
6. Притоки среднего Иртыша подвержены антропогенному эвтрофиро ванию и загрязнению органическими веществами. Согласно концепции эколо гических модификаций, экосистемы рек Оми и Уя находятся в состоянии ан тропогенного экологического напряжения, рек Тары, Шиша и Оши – в состоя нии экологической модуляции.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Барсукова Н. Н. Основные итоги биоиндикации качества воды притоков среднего Иртыша [Текст] / Н. Н. Барсукова // Вестник АлтГАУ.– 2010. – №7 (69). – С. 42–45.
2. Баженова О. П. Качество воды и сапробность притоков среднего Ир тыша и озр г. Омска [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсукова, О. А. Конова лова // Омский научный вестник. – 2010. –№1 (94). – С. 219–222.
В монографиях:
3. Баженова О. П. Экологическое состояние водных объектов Омской области [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсукова, О. А. Коновалова // Эколого физиологические исследования состояния окружающей среды и здоровья насе ления Омского Прииртышья». – Омск: «Вариант-Омск», 2010. – С. 77–169.
В других изданиях:
4. Баженова О. П. Сезонная динамика фитопланктона Оми в 2007 году [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсукова // Матер. II междунар. научно-практ.
конф. «Эколого-экономическая эффективность природопользования на совре менном этапе развития Западно-Сиб. региона». – Омск: Изд-во ОмГПУ, 2008. – С.13–15.
5. Барсукова Н. Н. Таксономический состав и структура фитопланктона реки Оми [Текст] / Н.Н. Барсукова // Сб. науч. тр. «Агрохимическое и экологическое со стояние почв и растений Западной Сибири». – Омск: «Вариант-Омск», 2009. – С.
308–311.
6. Баженова О. П. Оценка современного состояния экосистемы реки Тара (по показателям развития фитопланктона [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсу кова // Матер. междунар. научно-практ. конф. «Проблемы агрохимии, почвове дения и экологии». – Омск: «Вариант-Омск», 2009. – С. 214–217.
7. Баженова О. П. Оценка состояния экосистем водных объектов Омской области методами биоиндикации [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсукова, Л.
В. Герман, О. А. Коновалова, О. О. Мамаева // Матер. научно-практ. конф.
«Экономические и экологические проблемы в меняющемся мире». – Омск: Изд во Омский институт (филиал) РГТЭУ, 2009. – С. 19–21.
8. Баженова О. П. Экологическое состояние водных объектов Омской области [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсукова, А. А. Вахрушев, Л. В. Гер ман, О. А. Коновалова, О. О. Мамаева // Матер. междунар. науч.-практ. конф.
«Актуальные вопросы современного водохозяйственного комплекса». – Омск, 2009. – С. 106–110.
9. Барсукова Н. Н. Зимний фитопланктон реки Оми [Текст] / Н. Н. Барсу кова, О. П. Баженова // Матер. Всеросс. конф. «Россия молодая – передовые технологии – в промышленность». – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. – С. 3–5.
10. Барсукова Н. Н. Биоиндикация качества воды правобережных прито ков реки Иртыш в пределах Омской области [Электронный ресурс] / Н. Н. Бар сукова // Матер. III студ. науч. конф. СФО «Здоровье человека и среда обита ния: фундаментальные и прикладные аспекты». – Омск, 2010. – С. 23–24.
11. Барсукова Н. Н. Современное состояние и перспективы развития аль гологических исследований в Омском Прииртышье [Текст] / Н. Н. Барсукова, О. П. Баженова, Л. В. Герман, О. А. Коновалова // Матер. II (IV) Всеросс. моло деж. науч.-практ. конф. «Перспективы развития и проблемы современной бота ники». – Новосибирск: Изд-во Наука СО РАН, 2010. – С. 158–159.
12. Баженова О. П. Основные направления сукцессий фитопланктона среднего Иртыша и Оми [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсукова // Матер.
междунар. научно-практ. конф. «Водоросли и цианобактерии в природных и сельскохозяйственных экосистемах». – Киров: Изд-во Вятской ГСХА, 2010. – С. 41–46.
13. Барсукова Н. Н. Оценка современного состояния экосистем рек Тара, Уй, Шиш по показателям развития фитопланктона [Текст] Н. Н. Барсукова // Матер. III междунар. научно-практ. конф. «Эколого-экономическая эффективность природо пользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона». – Омск:
Изд-во ОмГПУ, 2010. – С. 21–25.
На правах рукописи Барсукова Наталья Николаевна ФИТОПЛАНКТОН ПРИТОКОВ СРЕДНЕГО ИРТЫША КАК ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ 03.02.08 – экология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Омск – Подписано в печать 20.07.11.
Формат 60х84 1/16. Бум. офсетная. Гарнитура «Таймс».
Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 40.
Отпечатано в редакционно-полиграфическом отделе издательства ФГОУ ВПО ОмГАУ при Институте экономики и финансов.
Омск-8, ул. Физкультурная, 8е.