Структура фитоперифитона в оценке качества воды разнотипных водных объектов бассейна реки енисей
На правах рукописи
ГЛУЩЕНКО ЛАРИСА АЛЕКСАНДРОВНА СТРУКТУРА ФИТОПЕРИФИТОНА В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ РАЗНОТИПНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ БАССЕЙНА РЕКИ ЕНИСЕЙ Специальность 03.02.10 - гидробиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Красноярск - 2010
Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» на ка федре водных и наземных экосистем Института фундаментальной биологии и био технологии
Научный консультант: кандидат биологических наук, профессор Гольд Зоя Георгиевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Дрюккер Валентин Валерьянович доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Комулайнен Сергей Федорович Ведущая организация Казанский (Приволжский) федеральный университет (г. Казань)
Защита состоится 27 января 2011 г. в 10 часов на заседании объединенного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 212.099.15 при Сибирском федеральном университете по адресу: 660041, г. Красноярск, проспект Свободный, 79, аудитория Р 8-06, тел./факc: (391)2469947, e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального уни верситета Автореферат разослан 23 декабря 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного cовета, доктор биологических наук Н.А.Гаевский
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одной из фундаментальных задач водной экологии явля ется изучение закономерностей формирования и функционирования сообществ в разнотипных водных экосистемах под влиянием природных и антропогенных фак торов. При разработке системы биоиндикации и классификации сообществ водо емов необходимо четко разделять как естественную пространственную мозаич ность структуры биоценоза, так и ее флюктуации при антропогенном воздействии (Комулайнен, 2004). В познании закономерностей процессов, протекающих в вод ных экосистемах, наибольшую значимость приобретает литоральная зона, основ ным компонентом которой является фитоперифитон. Водоросли перифитона, наря ду с планктонными, являются главными источниками органического вещества, а в некоторых водоемах и водотоках продуктивность водорослей обрастаний нередко выше, чем фитопланктона (Ассман, 1953;
Алимов, Никулина, 1974;
Wetzel, 1983;
Протасов, 1994). Фитоперифитон служит чувствительным биоиндикатором изме нений окружающей среда (Никулина, 1976;
Komulaynen, 2002;
Whitton et al., 1991а,b) и может быть использован при проведении регионального экологического мониторинга. Для этого необходимы данные не только о видовом составе водорос лей, но и об особенностях структуры сообществ фитоперифитона, сезонных и меж годовых колебаниях его численности и биомассы, которые позволят выявить изме нения, происходящие в условиях возрастающей антропогенной нагрузки.
Несмотря на достаточно хорошую изученность биоты водных объектов бассей на р. Енисей, фитоперифитон водоемов и водотоков этого бассейна до сих пор не достаточно исследован. Поэтому изучение фитоперифитона водных объектов с различным уровнем и характером антропогенного воздействия имеет не только практическое значение, но и внесет определенный вклад в понимание закономер ностей функционирования водных экосистем различных типов.
В работе исследован литоральный фитоперифитон с галечно-каменистого суб страта (эпилитон).
Исследования проводили на разнотипных водных системах, различающихся по степени и характеру антропогенного воздействия:
- Красноярское водохранилище (водоем лимнического типа), принимающее рассеянные стоки с водосборной площади;
- водная система «пруды-отстойники АО «Красфарма»-р.Енисей», состоящая из прудов-отстойников АО "Красфарма", принимающих стоки фармацевтического производства с выходом в р.Енисей (система «смешанного» типа «водоем водоток»);
- водная система «ручей Черемушный-р.Енисей», состоящая из ручья Чере мушный, принимающего стоки алюминиевого производства (водоток), и прилежа щего участка р. Енисей.
Цель работы: изучить пространственно-временную динамику структуры фи топерифитона разнотипных водных систем бассейна р. Енисей, различающихся по антропогенному воздействию, и оценить их состояние с применением некоторых методов и подходов определения качества воды.
В работе решали следующие задачи:
1. Изучить таксономический состав и выделить группы доминирующих видов фитоперифитона разнотипных водных систем бассейна р. Енисей.
2. Провести сравнительный анализ видового разнообразия фитоперифитона ис следуемых водных систем.
3. Изучить пространственно-временную динамику структурных (видовое раз нообразие, численность, биомасса) показателей фитоперифитона исследуемых водных систем.
4. Определить токсичность вод исследуемых водных систем бассейна р. Енисей с использованием альгологического теста.
5. Оценить качество вод исследуемых водных систем по сообществам фитопе рифитона.
6. Оценить влияние на структурные показатели фитоперифитона некоторых абиотических факторов среды.
Положения, выносимые на защиту:
1. Исследованные водные системы бассейна р. Енисей характеризуются отли чающимся видовым разнообразием, что отражается в специфических наборах до минирующих видов, а также разными уровнями средних значений численности и биомассы фитоперифитона.
2. Плотность и видовая структура фитоперифитона в каждой из систем стати стически достоверно различается в зависимости от времени и от места отбора проб;
пространственные различия были более выраженными.
3. Использование средних значений индексов сапробности, рассчитанных по сообществам литорального фитоперифитона изученных разнотипных систем в це лом, дает выровненные оценки качества воды (на уровне III класса).
4. Индексы сапробности, рассчитанные для отдельных станций (районов) внут ри каждой из водных систем, выявили пространственную неоднородность систем, связанную с точечным антропогенным влиянием. Доказано, что исследуемые вод ные объекты не оказывают негативного влияния на качество вод р. Енисей.
Научная новизна. Впервые для водных объектов: пруды-отстойники АО «Красфарма», ручей Черемушный, Красноярское водохранилище на 30-35 годы функционирования, определен таксономический состав и изучены количественные характеристики сообществ фитоперифитона. Выявлена специфическая пространст венно-временная динамика структурных показателей (видовое разнообразие, чис ленность, биомасса, состав доминирующих видов и т.д.). Показана пространствен ная неоднородность структуры фитоперифитона в связи с антропогенным воздей ствием. Впервые оценено качество воды исследуемых водных систем бассейна р.Енисей по токсичности с использованием альгологического теста, по индексу за грязнения вод (химический дескриптор), по индексу сапробности сообществ фито перифитона, по трофическому диатомовому индексу.
Практическая значимость. Полученные данные по структуре и плотности фи топерифитона, токсичности и взаимосвязи показателей в биоиндикации и биотес тировании могут быть использованы в комплексной оценке качества воды водных объектов бассейна Енисея. Результаты включены в информационную модель Крас ноярского водохранилища и могут быть использованы при организации экологиче ского мониторинга водных экосистем бассейна р.Енисей. Данные входят в базу данных «Биота» (Свидетельство об официальной государственной регистрации ба зы данных № 2003620149, Роспатент РФ). Результаты включены в учебные дисци плины, преподаваемые в Сибирском федеральном университете: «Общая гидро биология», «Санитарная гидробиология», «Основы биоиндикации и биотестирова ния вод».
Апробация работы. Основные положения и материалы диссертации доложены и обсуждены на VIII съезде ГБО РАН (Калининград, сентябрь 2001г.);
XII Конфе ренции молодых ученых "Проблемы экологии и биоразнообразия" (Борок, сентябрь 2002 г.);
Международном симпозиуме "Перифитон континентальных вод: совре менное состояние изученности и перспективы дальнейших исследований" (Тю мень, февраль 2003 г.);
II Международной научной конференции "Озерные экоси стемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды" (Минск-Нарочь, сентябрь 2003 г.);
VII-й Дальневосточной школе по проблемам химии и биологии (Владивосток, МЭС ТИБОХ, сентябрь 2003 г.);
IX съезде ГБО РАН (Тольятти, сентябрь 2006 г.);
Международной научно-практической конфе ренции «Перифитон и обрастания: теория и практика» (Санкт-Петербург, октябрь 2008 г.);
X съезде ГБО РАН (Владивосток, сентябрь-октябрь 2009 г.).
Исследования выполнены при поддержке гранта Министерства образования РФ и Американского фонда гражданских исследований и развития (CRDF, грант № REC-002, программа "Фундаментальные исследования и высшее образование");
программы Министерства образования и науки РФ "Фундаментальные исследова ния в области естественных наук";
гранта № 1М0001 совместного конкурса НОЦ "Енисей" и Красноярского краевого фонда науки.
Личный вклад. Автор непосредственно принимал участие в полевых работах, камеральной обработке проб, внесении материалов в базу данных «Биота», стати стической обработке материала и проведении активных экспериментов по оценке токсичности вод с использованием альгологического теста.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 2 рабо ты в ведущих рецензируемых научных журналах (из перечня ВАК), глава в коллек тивной монографии.
Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 204 страницах и состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа иллюстрирована 52 рисунками, 61 таблицей. Список литературы включает 192 оте чественных и 64 иностранных источника.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Роль фитоперифитона в оценке качества воды (обзор литературы) В главе обсуждено понятие «перифитон» и «фитоперифитон», его структура и разнообразие. Рассматривается роль водорослей в определении состояния водных экосистем методами биоиндикации (по структуре сообществ, по индикаторным ор ганизмам, по функциональным показателям природных сообществ) и биотестиро вания (по реакциям тест-организмов на степень токсичности воды в лабораторных условиях).
Глава 2. Объекты и методы исследований Данные о гидробиологическом состоянии исследуемых водных объектов полу чены в ходе натурных экспериментов в 1998-2005 гг. Химический состав вод пре доставлен Центром лабораторного анализа и технических измерений по Краснояр скому краю, лабораторией Центра коллективного пользования приборами СФУ, химической лабораторией Института биофизики Сибирского отделения РАН.
Станции отбора проб намечены в соответствии с "Правилами контроля качества воды водоемов и водотоков" (ГОСТ 17.1.3.07-82).
Красноярское водохранилище. Второе каскадное водохранилище в верхнем те чении Енисея. В период августа 2000-2002, 2005 гг. на Усть-Абаканском, Мохов ском, Краснотуранском, Новоселовском, Приморском, Щетинкинском и Припло тинном плесах отобрано 126 проб фитоперифитона, проведено 32 эксперимента по определению токсичности вод с использованием альгологического теста.
Пруды-отстойники АО "Красфарма" и прилежащий участок р. Енисей. Про тяженность прудов до впадения в р.Енисей - 3 км, глубины от 0.5 м до 2.5 м. За пе риод исследований (1998-2000 гг.) отобрано 96 проб фитоперифитона на четырех участках: 1 – поступление сточных вод в систему прудов;
2 - выход вод из прудов в р.Енисей;
3 и 4 - р. Енисей 500 м выше и ниже устья прудов. Проведено 47 экспе риментов по определению токсичности вод с использованием альгологического теста.
Ручей Черемушный и прилежащий участок р. Енисей. Протяженность ручья 14 км, глубины от 0.5 м до 2 м;
скорость течения от 0.3 м/с до 0.7 м/с. За период ис следований (1998-2000 гг.) отобрано 96 проб фитоперифитона на шести участках: - выше поступления сточных вод алюминиевого производства;
2 - поступления сточных вод;
3 – ниже поступления сточных вод;
4 - устье ручья Черемушный;
5 и 6 – р. Енисей 500 м выше и ниже устья ручья Черемушный. Проведено 47 экспери ментов по определению токсичности вод с использованием альгологического теста.
Сбор и обработка материала осуществлялись по стандартным методикам (Жа дин, 1960;
Руководство по методам гидробиологического анализа.., 1983;
Руково дство по гидробиологическому мониторингу.., 1992). Перифитон отбирали в 3-х повторностях в литорали с галечно-каменистого субстрата с площади 9 см2, фикси ровали раствором Люголя в модификации Г. В. Кузьмина. Однотипный субстрат выбран для исключения влияния фактора «субстрат» на динамику структуры фи топерифитона. Группу типичных перифитонных водорослей выделяли по их гете рополярности (Девяткин, 1979).
Определение токсичности вод с тест-объектом Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. проводили в соответствии с РД-118-02-90, ФР.1.39.2001.00284. Показатель токсичности - динамика коэффициента прироста клеток водорослей;
критерий ток сичности - достоверное отличие коэффициента прироста клеток в тестируемой во де от контроля по критерию Стьюдента. Категории токсичности устанавливали в соответствии с (Жмур, 1997).
Статистическая обработка данных проведена с использованием пакетов про грамм "Statistica – 6.1" и "Excel" методами корреляционного, дисперсионного одно и многофакторного анализов;
достоверность различий между средними определяли по критериям Стьюдента и Фишера и U-критерию Манна-Уитни (Лакин, 1980;
Плохинский, 1970). Видовое разнообразие оценивали по индексу Шеннона (Али мов, 1996). Сравнение списков видов проводили по коэффициенту Серенсена Чекановского (Кsc) с оценкой достоверности различий по критерию Фишера (Fф) (Песенко, 1982;
Зайцев, 1984). Качество воды оценивали: по индексу сапробности, рассчитанному методом Пантле и Букка в модификации Дзюбана и Кузнецовой (1981);
по трофическому диатомовому индексу - TDI (Kelly, Whitton, 1995). Инди видуальная сапробность взята из таблиц Сладечека (Sladecek, 1973), Вегла (Wegl, 1983), из Руководства по гидробиологическому мониторингу… (1992);
индикатор ный вес и чувствительность видов при расчете TDI брали из таблиц (Kelly, Whitton, 1995). Степень загрязнения и классы качества воды определяли в соответствии с ГОСТом 17.1.3.07-82.
Глава 3. Структура фитоперифитона разнотипных водоемов и водотоков бассейна р. Енисей Видовая структура фитоперифитона. В составе фитоперифитона исследован ных водных систем зарегистрировано 113 видов и внутривидовых таксонов водо рослей, из них: в Красноярском водохранилище - 88 видов (в том числе диатомо вых – 52 вида, зеленых – 25, синезеленых – 9, эвгленовых – 2);
в водной системе «пруды АО "Красфарма" - р. Енисей» – 54 вида (в том числе диатомовых – 38, зе леных - 10, синезеленых и эвгленовых - по 3 вида);
в водной системе «ручей Чере мушный - р. Енисей» - 86 видов (в том числе диатомовых - 50, синезеленых - 9, зе леных - 21, эвгленовых – 5, желтозеленых - 1 вид) (табл. 1).
Таблица 1- Таксономическая структура фитоперифитона исследуемых водных сис тем бассейна р.Енисей Отдел Класс Порядок Семейство Род Вид (включая внутри видовые таксоны) Красноярское водохранилище (август 2000-2002, 2005 гг.) Bacillariophyta 2 5 14 26 Cyanophyta 2 2 5 7 Chlorophyta 5 7 14 19 Euglenophyta 1 1 2 2 Всего 10 15 35 54 пруды АО «Красфарма» - р.Енисей (1998-2000 гг.) Bacillariophyta 2 5 12 20 Cyanophyta 1 2 2 2 Chlorophyta 4 5 8 8 Euglenophyta 1 1 1 1 Всего 8 13 23 31 ручей Черемушный - р.Енисей (1998-2000 гг.) Bacillariophyta 2 5 13 26 Cyanophyta 2 2 4 5 Chlorophyta 5 6 12 13 Euglenophyta 1 1 2 2 Xanthophyta 1 1 1 1 Всего 11 15 32 47 Красноярское водохранилище. По числу видов преобладали водоросли отдела Bacillariophyta (52 вида), среди которых по числу родов преобладали семейства Fragilariaceae (5 родов) и Naviculaсеае (4 рода), по 2 рода было в семействах Cymbellaсeae, Diatomaceae, Achnanthaceae и Surirellaceae, в остальных 6 семействах - по 1 роду. Второе место по числу видов занимал отдел Chlorophyta (25 видов), у которого было выявлено 19 моно- или двувидовых родов, кроме рода Scenedesmus – 4 вида. Среди синезеленых водорослей идентифицировано 9 видов из 7 родов и семейств, наибольшая родовая насыщенность у семейства Оscillatoriaceae (3 рода).
Списки видов водорослей по годами достоверно отличались между собой (Кsc варьировал от 0.41 до 0.67, р0.05), кроме 2000 и 2001 гг. В пространственном ас пекте рассчитанный коэффициент свидетельствует о сходстве сообществ фитопе рифитона Усть-Абаканского и Краснотуранского (Кsc=0.73), Моховского и При морского (Кsc=0.67), Новоселовского и Приплотинного плесов (Кsc=0.65). Наи большим отличием видового состава характеризуется перифитон Щетинкинского плеса, его кластер на дендрограмме располагается отдельно, различия достоверны (p0.05) (рис. 1).
От верховья к низовью водо Плес хранилища количество видов фи Усть-Абаканский топерифитона постепенно снижа Краснотуранский ется, а число типичных перифи Моховский тонных водорослей (гетеропо Приморский лярных рр. Achnanthes, Cymbella, Новоселовский Cocconeis, Gomphonema и др., по Приплотинный Девяткину, 1979) остается прак Щетинкинский тически постоянным, что свиде 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 тельствует об устойчивости ти 0,35 0,45 0,55 0,65 0, пичных перифитонных водорос Евклидово расстояние лей в сообществе. Максимальные Рис. 1. Дендрограмма сходства видового соста- значения индекса видового раз ва (по плесам) фитоперифитона Красноярского нообразия Шеннона зафиксиро водохранилища по индексу Серенсена- ваны на Усть-Абаканском плесе Чекановского (Кsc), 2000-2002, 2005 гг. Н = 3.16 ±0.49 бит и на Мохов ском – Н = 3.67±0.01 бит, минимальные - в средней части водохранилища на Ново селовском - Н = 1.31±0.80 бит. Средние величины индекса Шеннона по результа там двухфакторного дисперсионного анализа различались сильнее по плесам, не жели по годам (рис. 2).
4,0 4, 3,5 3, 3,0 3, H, бит H, бит 2,5 2, 2,0 2, 1,5 1, 1,0 1, 1 2 3 4 5 6 7 2000 2001 2002 Год Плес Рис. 2. Средние величины индекса видового разнообразия фитоперифитона (H,бит) по плесам (F=4.47, р=0.001) и годам (F=3.95, р=0.014) Красноярского водохранилища (август 2000-2002, 2005 гг.), плесы: 1 - Усть-Aбаканский, 2 - Моховский, 3 - Краснотуранский, 4 Новоселовский, 5 - Щетинкинский, 6 - Приплотинный, 7 - Приморский.
В целом флористический состав перифитона Красноярского водохранилища характеризовался как диатомово-зеленый с присутствием синезеленых и эвглено вых водорослей.
Пруды-отстойники АО "Красфарма" и прилежащий участок р. Енисей. В со ставе фитоперифитона водной системы «пруды АО «Красфарма» - р.Енисей» было обнаружено 54 вида, что меньше чем в Красноярском водохранилище (см. табл. 1).
Ведущую роль в формировании видового богатства играли диатомовые водоросли –70 % от общего числа (38 видов), основную долю составили пеннатные диатомеи, порядка Raphales, по числу родов преобладали семейства Fragilariaceae (5 родов) и Naviculaсеае (3 рода). На втором месте - зеленые водоросли - 18.5 % (10 видов).
Среди синезеленых водорослей идентифицировано 3 вида из 2 родов и 2 семейств, таксономическая насыщенность у семейств невысокая: Оscillatoriaceae - 2 рода, Aphanizomenonaceae - моновидовое. У эвгленовых водорослей обнаруженo 3 вида из семейства Euglenaceae.
Общие для всех станций водной системы списки видового состава фи топерифитона в межгодовом и сезон 2 ном аспектах сходны, о чем свиде Станция 4 тельствует высокий индекс Серенсе на-Чекановского (р0.05). В про странственном плане различия в ви 0,26 довом составе наиболее выражены.
0,10 0,14 0,18 0, Состав фитоперифитона района по 0,12 0,16 0,20 0, ступления сточных вод фармацевти Евклидово расстояние ческого производства в систему пру Рис. 3. Дендрограмма сходства видового дов (ст.1) достоверно отличался состава фитоперифитона водной системы (р0.05) от фитоперифитона районов "пруды АО «Красфарма»-р.Енисей" по ин выхода из прудов (ст.2) и р. Енисей дексу Серенсена-Чекановского (Кsc), 1998 выше (ст. 3) и ниже (ст. 4) выхода вод 2000 гг.
из системы прудов-отстойников. Кла стеризация индексов сходства позволила выделить две основные группы фитопе рифитона (рис. 3), одна из них характерна для района поступления стоков в пруды отстойники (ст.1), вторая – для выхода вод из прудов (ст.2) и р.Енисей (ст.3, 4).
Число видов водорослей перифитона значительно меньше в районе поступле ния сточных вод (ст.1) – 39 (Н=2.17±0.23 бит) в сравнении со станциями 2, 3 и 4 – 48-50 (Н от 2.85±0.33 до 3.30±0.17 бит). Увеличение числа видов на выходе вод из прудов и ниже очевидно связано с изменением лентических условий на лотиче ские. Доля типичных перифитонных водорослей (рр. Achnanthes, Cymbella, Cocco neis, Gomphonema и др.) на всех станциях составляла около 40 %. Дисперсионный анализ не показал достоверных отличий средних значений H по градациям фактора «станция» (F=3.00, p=0.051), по фактору «год» (F=0.42, p=0.522) и по фактору «ме сяц» (F=2.23, p=0.096).
В целом флористический состав перифитона водной системы «пруды отстойники АО «Красфарма»-р.Енисей» характеризовался как диатомово-зеленый с присутствием синезеленых и эвгленовых водорослей.
Ручей Черемушный и прилежащий участок р. Енисей. В фитоперифитоне ручья Черемушный и прилежащего района р.Енисей было обнаружено 86 видов водорос лей, меньше, чем в водной системе «пруды АО «Красфарма»-р.Енисей» и близко к таковому в Красноярском водохранилище. Ведущую роль в формировании видово го богатства играли диатомовые водоросли – 58 % от общего числа видов, среди них - семейства Fragilariaceae (5 родов) и Naviculaсеае (5 родов). На втором месте зеленые водоросли (24%), синезеленые и эвгленовые представлены меньше (10% и 6% соответственно), из желтозеленых обнаружен 1 вид (см. табл. 1).
Во временном аспекте достоверные различия (р0.05) видового состава фито перифитона выявлены между списками 1998 и 1999 гг., 1999 и 2000 гг.;
в простран ственном - между участком ручья ниже поступления стоков алюминиевого произ водства (ст.3) и р. Енисей выше впадения ручья (ст.5). Кластеризация индексов сходства позволила выделить две группы сообществ (рис. 4): одна характерна для районов ручья выше поступления сточных вод (ст.1), поступления сточных вод (ст.2) и ниже (ст.3);
вторая – для устья ручья (ст.4) и р.Енисей выше (ст.5) и ниже (ст.6) впадения ручья.
В ручье Черемушный число ви дов фитоперифитона было мини мальным на ст. 3 (41 вид), макси мальным – на ст.4 (48), доля типич Станция ных перифитонных водорослей сни 5 жалась по течению ручья (от ст.1 к 6 ст.4) от 32% до 23 %. На р.Енисей выше и ниже устья ручья обнаруже 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 но по 57 видов, доля типичных – 33, 32% соответственно. Дисперсионный Евклидово расстояние анализ подтверждает существенность Рис. 4. Дендрограмма сходства видового со различий средних величин индекса става (по станциям: 1-6) фитоперифитона Шеннона по станциям (F=3.02, водной системы "ручей Черемушный р=0.025), нежели по годам и месяцам р.Енисей" по индексу Серенсена (F=0.12, р=0.89;
F=0.48, р=0.62 соот Чекановского (Кsc), 1998-2000 гг.
ветственно) (рис. 5).
4,0 4, 3,5 3, 3,0 3, Н, бит H, бит 2,5 2, 2,0 2, 1,5 1, 1,0 1, 0,5 0, 1998 1999 2000 1 2 3 4 5 Год Станция Рис. 5. Средние величины индекса видового разнообразия фитоперифитона (H,бит) по го дам и станциям водной системы «ручей Черемушный – р.Енисей» (1998-2000 гг.), стан ции: 1 - выше поступления сточных вод;
2 - поступления стоков;
3 – ниже поступления стоков;
4 - устье ручья Черемушный;
5 и 6 – р. Енисей выше и ниже устья ручья.
В целом флористический состав перифитона водной системы «ручей Чере мушный-р.Енисей» характеризовался как диатомово-зеленый с присутствием сине зеленых, эвгленовых и желтозеленых водорослей.
Сравнительная характеристика видовой структуры фитоперифитона ис следуемых водных систем. Фитоперифитон исследованных водных систем по флористическому составу характеризовался как диатомово-зеленый с присутстви ем синезеленых, эвгленовых (все три водных системы) и желтозеленых (ручей Че ремушный-р.Енисей) водорослей. Такой характер фитоперифитона для бассейна р.Енисей отмечен и другими авторами (Левадная, 1975, 1986;
Щур и др., 1998;
Sushchik et al., 2010). Видовое разнообразие по индексу Шеннона было макси мальным на водной системе «пруды АО «Красфарма»-р.Енисей» – 2.75±0. бит;
минимальным на Красноярском водохранилище - 2.03±0.13 бит;
статисти чески они не различались.
Общими для изучаемых трех водных систем были водоросли 41 вида (36%), в том числе повсеместно встречаемыми видами были следующие: Achnanthes lanceo lata, A. linearis, A. minutissima, Navicula cryptocephala, Nitzschia palea, Synedra ulna.
Все эти виды космополиты, бентосные формы, индифферентные по отношению к солености, различающиеся по индивидуальной сапробности (первые три - ксено-, олигосапробы;
последние три – -, -мезосапробы) и по отношению к рН (Ach nanthes lanceolata, Synedra ulna - алкалифилы, Navicula cryptocephala – алкалиби онт, остальные - индифференты).
Специфичными (встречающимися только в одной из водных систем) видами для Красноярского водохранилища являются 19 видов водорослей, преобладают типично планктонные зеленые водоросли;
для водной системы «пруды АО «Крас фарма»-р.Енисей» 3 вида, с преобладанием синезеленых, характерных для болот и высокотрофных водоемов (Oscillatoria mirabilis и Aphanizomenon flos-aquae);
для водной системы «ручей Черемушный-р.Енисей» - 17 видов водорослей, с преобла данием диатомовых, с разными эколого-географическими характеристиками.
Таким образом, каждая из анализируемых водных систем характеризуется как общими, так и специфичными видами фитоперифитона, эври- и стенобионтными, что отражает с одной стороны, принадлежность этих систем к бассейну Енисея, а с другой стороны, указывает на отличия каждой из систем, обусловленные их типом и антропогенной нагрузкой.
Пространственно-временная динамика численности и биомассы фитопе рифитона. Красноярское водохранилище. Проанализирована межгодовая динамика для каждого изучаемого плеса водохранилища, зарегистрирована смена комплек сов массовых ( 10% от общей численности и биомассы) видов водорослей.
Максимальная для водохранилища численность фитоперифитона, отмеченная в 2001 году (5.92 млрд.кл/м2), выше минимальной, отмеченной в 2002 году (0. млрд.кл/м2) в 18.5 раз. Максимальная за все годы численность фитоперифитона, отмеченная на Новоселовском плесе (6.67 млрд.кл/м2), выше минимальной, отме ченной на Приморском плесе (0.81 млрд.кл/м2) всего лишь в 8.2 раза (рис. 6).
Вероятно, выраженность различий в уровне развития фитоперифитона по годам (численность (lnN) F=19.97, р0.001;
биомасса (lnB) F=9.34, р0.001) является в ка кой-то мере следствием изменений гидрологических условий по годам, например, водности. Действительно, фактор «Водность» оказался значим для динамики чис ленности (lnN) фитоперифитона по результатам однофакторного дисперсионного анализа (F=4.67, р0.05). Меньшая выраженность различий в плотности перифито на по плесам (численность (lnN) F=2.43, р=0.041;
биомасса (lnB) F=3.26, р=0.010), чем по годам, связана с изменениями распределений плотности перифитона по плесам от года к году. В пространственной динамике плотности наблюдалось уменьшение от верховья к низовью в 2000 г.;
наличие одного пика (Новоселовский плес) в 2001 г., вариации плотности с двумя пиками – в среднем районе и на При плотинном плесе - в 2002 и 2005 гг. (см. рис. 6).
Группа доминирующих ( 20 % от общей численности и биомассы) водорослей перифитона представлена 17 видами. Высоким уровнем абсолютной и относитель ной численности и биомассы характеризовались водоросли зеленые (нитчатки р.
Ulothrix, Cladophora glomerata, Stigeoclonium tenue) и синезеленые (нитчатка Oscil latoria tenuis и колониальные Microcystis aeruginosa), которые, как известно (на пример, Whitton, 1970;
Сиренко, Гавриленко, 1978;
Гольд и др., 1988) массово раз виваются при органическом загрязнении и вызывают «цветение» вод.
N, млрд/м2 В, г/м 2000 10,0 15, 8,0 12, 6,0 9, 4,0 6, 2,0 3, 0,0 0, 7 Плес 1 2 3 4 5 6 7 Плес 1 2 3 4 5 N, млрд/м2 В, г/м2 30,0 40, 20, 20, 10, 0,0 0, 7 Плес 7 Плес 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 N,млрд/м2 В, г/м2 0,8 6, 0, 4, 0, 2, 0, 0,0 0, Плес Плес 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 N,млрд/м2 В, г/м2 12,0 80, 10, 60, 8, 6,0 40, 4, 20, 2, 0,0 0, 7 Плес 7 Плес 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 Рис. 6. Динамика численности (N, млрд.кл/м2), биомассы (B, г/м2) фитоперифитона Крас ноярского водохранилища (август 2000-2002, 2005 гг.), плесы: 1 – Усть-Абаканский, 2 Моховский;
3 - Краснотуранский;
4 – Новоселовский;
5 – Приморский;
6 – Щетинкин ский;
7 – Приплотинный.
Водная система «пруды-отстойники АО "Красфарма" - р. Енисей». Проанали зирована внутрисезонная (июнь-август), сезонная (осень-зима-весна-лето) и меж годовая (1999-2000 гг.) динамики структурных показателей фитоперифитона по каждому из районов водной системы, зарегистрирована смена комплексов массо вых ( 10% от общей численности и биомассы) видов водорослей.
Плотность фитоперифитона варьировала как в пространственном, так и межго довом аспектах. Максимальные значения численности и биомассы зарегистрирова ны в районе поступления вод из прудов в р.Енисей (ст.2): N=26.81±12. млрд.кл/м2 – в мае 1999 г., В=246.94±69.23 г/м2 – в октябре 1998 г.;
минимальные в районе поступления сточных вод (ст.1) в феврале 1999 г.: N=0.16±0. млрд.кл/м2;
В=2.34±1.33 г/м2. Дисперсионный анализ показал, что динамика плот ности фитоперифитона в наибольшей степени определяется фактором «станция» (численность (lnN) – F = 10.13, р0.001;
биомасса (lnB) – F = 13.30, р0.001), в меньшей - фактором «месяц» (численность (lnN) – F = 2.76, р=0.051;
биомасса (lnB) – F = 2.95, р=0.041), что определяется различием станций по антропогенной на грузке и по типу водного режима.
В районе поступления сточных вод фармацевтического производства в среднем за весь период исследований плотность составила N=1.77±0.86 млрд.кл/м2, В=6.42±3.13 г/м2, при доминировании отдела Euglenophyta (54% по численности и 61% по биомассе), в группе массовых зарегистрированы Stigeoclonium tenue, Navicula gracilis, N. radiosa и др.
На станции 2 (выход вод из прудов) в среднем за весь период исследований плотность фитоперифитона составила N=9.24±2.92 млрд.кл/м2, В=70.16±28.92 г/м2, группа массовых видов была представлена нитчатками Oscillatoria limosa, Cladophora glomerata, и диатомеей Diatoma vulgare, которые указывают на некото рую степень органического загрязнения.
Плотность фитоперифитона на станциях р.Енисей существенно не различалась;
в сравнении со станцией 2 уменьшалась до N=3.97±1.15 млрд.кл/м2, В=34.37±7. г/м2 - выше выхода вод из прудов, N=3.91±0.66 млрд.кл/м2, В=49.78±20.99 г/м2 ниже выхода вод из прудов. Массовыми видами были нитчатки Oscillatoria limosa, Cladophora glomerata, Ulothrix zonata, U. tenerrima и диатомовые Achnanthes linea ris, Cocconeis placentula. То есть воды прудов-отстойников не оказывали ингиби рующего действия на уровень развития фитоперифитона.
Водная система «ручей Черемушный - р. Енисей». Проанализирована внутрисе зонная (июнь-август) и межгодовая (1998-2000 гг.) динамики структурных показа телей фитоперифитона по каждому из районов на водной системе, зарегистрирова на смена комплексов массовых ( 10% от общей численности и биомассы) видов водорослей.
В водной системе «ручей Черемушный-р. Енисей» плотность фитоперифитона варьировала в пространственном и межгодовом аспектах. Также как и в вышерас смотренных системах, результаты дисперсионного анализа показали, что опреде ляющая роль в варьировании величин плотности принадлежит фактору «станция» (численность (lnN) – F = 4.63, р=0.003;
биомасса (lnB) – F = 3.36, р=0.015).
Максимальные значения численности и биомассы в среднем за период исследо вания зарегистрированы в районе ниже поступления сточных вод (ст.3):
N=49.43±25.89 млрд.кл/м2, В=48.93±19.36 г/м2, минимальные – на р.Енисей выше устья ручья (ст.5): N=12.67±3.25 млрд.кл/м2;
В=29.79±10.07 г/м2, при существенной межгодовой вариации (рис. 7). Следует отметить увеличение доли синезеленых от 1998 г. к 2000 г. в среднем (по всем станциям) с 23% до 41%, и соответствующее уменьшение доли диатомовых с 42 % до 33% и зеленых водорослей с 35 % до 26%.
Численность и биомасса фитоперифитона в ручье возрастали от фонового (ст.1) к району ниже поступления стоков (ст.3) и снижались к устью ручья (ст.4), а в р.Енисей выше и ниже устья ручья были близкими, уровня среднего или выше среднего. В зоне выше поступления сточных вод (ст.1) преобладали диатомовые водоросли, без ярко выраженного вида-эдификатора, что привело к низкой плотно сти сообщества. Высокие значения плотности фитоперифитона в зоне ниже посту пления стоков (ст.3) определялись в основном зелеными - Stigeoclonium tenue и си незелеными - Synechocystis aquatilis. Развитие зеленых водорослей, как отмечает ряд авторов (Whitton, 1970;
Гольд и др., 1988), свидетельствует об органическом загрязнении, и соответствует специфике развития фитоперифитона, когда структу рообразующими видами выступают крупные нитчатые водоросли (Протасов, 1994).
N,млрд/м2 1998 B, г/м 150, 100, 100, 50, 50, 0,0 0, 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 Станция Станция B, г/м2 N,млрд/м2 2000 80, 30, 60, 20, 40, 10, 20, 0,0 0, 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 Станция Станция Рис. 7. Динамика численности (N, млрд.кл/м2) и биомассы (B, г/м2) фитоперифитона вод ной системы «ручей Черемушный-р.Енисей» по годам 1998, 2000 и районам: 1 - выше по ступления сточных вод;
2 - поступление сточных вод;
3 - ниже поступления стоков;
4 устье ручья Черемушный;
5 и 6 – р. Енисей 500 м выше и ниже устья ручья Черемушный.
В целом, увеличение численности и биомассы фитоперифитона от ст. 1 к ст. 3 мо жет свидетельствовать об интенсивно протекающих процессах самоочищения вод.
На р. Енисей (ст.5, 6) доминировали зеленые, но другие виды нежели в ручье:
Ulothrix zonata, U. tenerrima, Stigeoclonium tenue и Spirogyra sp. Эти виды распро странены в нижнем бьефе Красноярской ГЭС и характерны для р. Енисей (Левад ная, 1986;
Щур и др., 1998;
Anishchenko et. al., 2010;
Sushchik et al., 2010).
Сравнительная характеристика плотности фитоперифитона исследуемых водных объектов. При сравнении величин численности, максимум зарегистриро ван на водной системе «ручей Черемушный-р.Енисей», минимум – на Краснояр ском водохранилище, различия достоверны (р0.05). Максимальная биомасса по усредненным показателям зарегистрирована в водной системе «пруды-отстойники «АО Красфарма» - р.Енисей», минимальная - в Красноярском водохранилище (табл. 2). Таким образом, наименьшие показатели плотности в изучаемых водных системах характерны для фитоперифитона в Красноярском водохранилище.
Таблица 2 – Показатели плотности (N, млрд.кл/м2 – численность;
В, г/м2 - биомас са) фитоперифитона исследуемых водных систем, 1998-2005 гг.
Значение Водные системы Красноярское водо- пруды АО «Красфар- ручей Черемушный хранилище ма»-р.Енисей» р.Енисей N, млрд.кл/м Минимум 0.06±0.01 0.16±0.04 0.64±0. Максимум 20.81±0.79 26.81±12.53 193.21±34. Среднее 3.09±0.88 4.90±0.88 19.26±5. В, г/м Минимум 0.02±0.01 2.34±1.33 0.41±0. Максимум 51.02±28.81 246.94±69.23 147.64±22. Среднее 7.22±2.34 42.17±9.07 27.42±5. Из доминирующих видов (по численности за период исследования) на каждой из трех водных систем общими для всех были Ulothrix tenerrima, U. zonata и Sti geoclonium tenue. Очевидно, эти зеленые нитчатые водоросли являются видами эдификаторами для сообществ фитоперифитона разных водных объектов бассейна р.Енисей. Среди доминирующих часто встречались в каждой из водных систем (кроме вышеназванных общих) следующие виды: Oscillatoria tenuis, Fragilaria cro tonensis, Cladophora glomerata, Synechocystis aquatilis, Achnanthes minutissima, Cyc lotella radiosa, Achnanthes lanceolata на Красноярском водохранилище;
р. Euglena, Oscillatoria limosa, Diatoma vulgare, Cladophora glomerata, Achnanthes linearis – в водной системе «пруды АО «Красфарма»-р.Енисей»;
Microcystis aeruginosa, Syne chocystis aquatilis, Navicula cuspidatа, Oscillatoria limosa, Oscillatoria tenuis, Ach nanthes minutissima – в водной системе «ручей Черемушный-р.Енисей».
На всех трех водных системах (по данным дисперсионного анализа) вариации численности и биомассы фитоперифитона в значительной мере обусловлены фак тором «станция». Таким образом, структура фитоперифитона определяется про странственной спецификой природных (тип водоема, гидрологические характери стики) и антропогенных факторов (специфика состава сточных вод и освоенности водосбора).
Глава 4. Оценка состояния исследуемых водных систем Состояние водных систем оценивается по приоритетным показателям качества и трофности вод. В настоящем разделе работы качество вод исследуемых водных систем оценивается по биологическим показателям: биотестирование - оценка ток сичности по альгологическому тесту Scenedesmus quadricauda;
биоиндикация – по системе сапробности через индивидуальные величины сапробности водорослей ли торального фитоперифитона.
Токсичность вод в оценке качества воды по темпу роста водорослей Scene desmus quadricauda.
Красноярское водохранилище. На анализируемых плесах водохранилища коэф фициент прироста водорослей варьировал на уровне контрольного значения, таким образом, эффект токсичности не регистрировался, тестируемые воды не оказывали негативного (токсического) воздействия на темп деления Scenedesmus quadricauda.
Водная система «пруды-отстойники АО «Красфарма-р.Енисей». Токсичность вод была зарегистрирована и в острых и в хронических экспериментах в отдельные периоды времени на всех станциях (в 18 % экспериментах), по уровню биологиче ски безопасного разбавления воды оценены как малотоксичные. Исключение со ставили эксперименты с водой в мае 1999 г., когда на всех станциях вода была не токсична. В экспериментах, когда была зарегистрирована токсичность, эффект проявился в ингибировании темпа деления клеток водорослей в 71 % случаев, и в стимулировании - в 29 % случаев. В сезонном аспекте токсичность выражена (на всех станциях) осенью - в октябре 1998 г. и летом - в июле 1999 г., что, по видимому, связано с изменениями в работе завода АО «Красфарма».
Водная система «ручей Черемушный – р.Енисей». Токсичность вод была заре гистрирована и в острых и в хронических экспериментах в отдельные периоды времени на всех станциях (в 11 % экспериментах). Как и в вышерассмотренной системе по уровню биологически безопасного разбавления воды оценены как ма лотоксичные. Оценки токсичности варьировали в пространстве и времени, без оп ределенной направленности. В целом, на водной системе «ручей Черемушный р.Енисей» в 57 % случаев зарегистрирован токсический эффект ингибирования ко эффициента прироста клеток водорослей, в 43 % случаев - стимулирования.
Наивысшая степень токсичности (хроническая) для обеих водных систем была при максимальных значениях индекса загрязнения вод (ИЗВ), рассчитанного на ос нове имеющихся гидрохимических данных по (Гусева и др., 2000).
Оценка качества вод по природным сообществам фитоперифитона. Са пробный анализ косвенно информирует об уровне органического загрязнения вод.
Красноярское водохранилище. Среди водорослей фитоперифитона, обнаружен ных в Красноярском водохранилище, 77.2% видов имели известную индивидуаль ную величину сапробности, из них наибольшее количество у -мезосапробов - 40. %, олиго-, и -мезосапробы составляли 14.8 и 12.5 % соответственно, ксеносапро бы - 6.8 %, остальные группы представлены незначительно.
За период исследований август 2000-2001, 2005 гг. индекс сапробности варьи ровал от Smin=1.30±0.19 балл (Моховский плес, 2001 г.) до Smax=2.17±0.32 балл (Краснотуранский плес, 2000 г.), в пределах двух классов: II (воды чистые) и III (умеренно загрязненные) (рис. 8).
Сапробный фон определяли: ксеносапробы - Didymosphenia geminata (Si=0. балл), Diatoma hiemale (Si=0.1 балл), Achnanthes linearis (Si=0.4 балл) и др.;
олиго сапробы - Pinnularia microstauron (Si=0.8 балл), Ulothrix zonata (Si=1.1 балл), Cym bella ventricosa (Si=1.35 балл), Fragilaria crotonensis (Si=1.4 балл), Achnanthes minutissima (Si=1.45 балл) и др.;
-мезосапробы - Cladophora glomerata (Si=1. балл), Melosira varians (Si=1.85 балл), Ulothrix tenerrima (Si=2.0 балл), Synechocystis aquatilis (Si=2.5 балл) и др.;
-мезосапробы - Navicula cryptocephala (Si=2.7 балл), Stigeoclonium tenue (Si=2.7 балл), Oscillatoria tenuis (Si=2.85 балл) и др.
В межгодовой динамике величины индекса сапробности фитоперифитона варь ировали незначительно: минимальное значение S=1.68±0.07 балл зарегистрировано в 2005 г., максимальное S=1.95±0.14 балл в 2002 г. Межгодовые различия в целом по водохранилищу по U-критерию Манна-Уитни недостоверны (р0.05).
S, балл S, балл 2000 3, 3, 2, 2, 1, 1, 0,00 0, 7 Плес 1 2 3 4 5 6 7 Плес 1 2 3 4 5 S, балл S, балл 2002 3, 3, 2, 2, 1, 1, 0,00 0, 7 Плес 7 Плес 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 Рис. 8. Пространственная динамика индекса сапробности (S, балл) фитоперифитона Крас ноярского водохранилища по годам (2000-2002, 2005);
плесы: 1 – Усть-Абаканский, 2 Моховский;
3 - Краснотуранский;
4 – Новоселовский;
5 – Приморский;
6 – Щетинкин ский;
7 – Приплотинный.
Таким образом, класс качества воды Красноярского водохранилища в целом по отмеченным выше среднегодовым индексам сапробности фитоперифитона оста вался постоянным – III класс, воды оценивались как умеренно загрязненные, мезосапробная стадия самоочищения вод.
Водная система «пруды-отстойники АО «Красфарма» - р.Енисей». Среди во дорослей фитоперифитона для 81.5% видов известна величина индивидуальной са пробности: наибольшее количество у -мезосапробов – 48.1 %, ксеносапробы и мезосапробы составили по 9.3 %, олигосапробы - 12.9 %, полисапробы представле ны 1 видом (Chlorella vulgaris (Si=3.6 балл)).
За период исследований 1998-2000 гг. индекс сапробности варьировал в преде лах от Smin=1.22±0.01 балл, олигосапробная зона (р.Енисей ниже впадения вод из прудов (ст.4), август 2000 г.) до Smax=3.17±0.12 балл, -мезосапробная зона само очищения (пруды, район сброса стоков фармацевтического производства, октябрь 1998 г.) (рис. 9).
ст. S, балл ст. S, балл 3,50 3, 3,00 3, 2,50 2, 2,00 2, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, Месяц Месяц Год Год ст.3 ст. S, балл S, балл 3, 3, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, Месяц Месяц Год Год Рис. 9. Динамика величин индекса сапробности (S, балл) фитоперифитона водной системы «пруды-отстойники АО «Красфарма»-р.Енисей» по станциям: 1 – район поступления сточных вод фармацевтического производства;
2 - выход вод из прудов в р.Енисей;
3 и 4 р. Енисей 500 м выше и ниже устья прудов-отстойников.
Качество вод в районе сброса (ст.1, III-IV класс качества) определяли массовые виды - Euglena proxima (Si = 3.45 балл), Euglena granulata (Si = 1.6 балл), Stigeoclo nium tenue (Si = 2.7 балл) и др. Развитие эвгленовых и зеленых водорослей указыва ет на высокое содержание органики в данном районе. По мере продвижения к устью прудов, качество вод улучшается, пруды выполняют функцию отстойников.
На ст.2 доминантами выступают виды -мезосапробы Cladophora glomerata (Si=1.65 балл), Diatoma vulgare (Si=1.85 балл), Oscillatoria limosa (Si=2.35 балл), Cymbella prostrata (Si=2.0 балл), определяющие III класс качества воды. Мини мальные значения индекса сапробности зарегистрированы на участках р.Енисей выше (ст.3) и ниже (ст.4) выхода вод из прудов-отстойников – II-III класс качества.
Сравнительный анализ значений индекса сапробности (S, балл) и индекса видо вого разнообразия Шеннона (H, бит) на участке реки Енисей выше (ст.3) оформ ленного поступления вод из прудов с таковыми на участке реки ниже (ст.4), пока зал отсутствие различий в большинстве случаев. Так как вариации индекса сапроб ности и величины информационного индекса Шеннона наблюдались в пределах одного класса, можно считать, что негативного влияния вод прудов-отстойников на качество воды реки Енисей, нет.
В межгодовой динамике величины индекса сапробности фитоперифитона, в среднем по водной системе за вегетационный сезон, варьируют незначительно: в 1999 г. S=1.88±0.09 балл, в 2000 г. S=1.81±0.12 балл. Межгодовые различия в це лом по водной системе по U-критерию Манна-Уитни недостоверны (р0.05). Та ким образом, класс качества вод по отмеченным индексам сапробности фитопери фитона оставался постоянным для исследуемого периода – III класс, воды оценива лись как умеренно загрязненные, -мезосапробная стадия самоочищения вод.
Водная система «ручей Черемушный - р.Енисей». Среди водорослей фитопери фитона известную величину индивидуальной сапробности имели 78% видов, из них наибольшее количество у -мезосапробов – 40.7 %, олиго- и -мезосапробы составили по 12.8% и 16.3%, ксеносапробы - 7.0 %, полисапробы представлены видом (Chlorella vulgaris (Si=3.6 балл)).
За период исследований 1998-2000 гг. индекс сапробности варьировал в про странственном и межгодовом аспектах, в среднем (за вегетационный сезон) от Smin=1.45±0.32 балл, II-III класс качества (устье ручья - ст.4, 2000 г.) до Smax=2.39±0.10 балл, III класс качества (выше поступления стоков - ст.1, район по ступления стоков - ст.2, 2000 г.) (рис. 10).
S, балл S, балл 1998 3, 3, 2, 2, 1, 1, 0, 0, Станция 6Станция 1 2 3 4 5 1 2 3 4 Рис. 10. Динамика величин индекса сапробности (S, балл) фитоперифитона водной систе мы «ручей Черемушный-р.Енисей» по годам 1998, 2000 и районам: 1 - выше поступления сточных вод алюминиевого производства;
2 - поступление сточных вод;
3 - ниже поступ ления вод;
4 - устье ручья Черемушный;
5 и 6 – р. Енисей выше и ниже устья ручья.
В пространственной динамике индекса сапробности по районам водной систе мы можно отметить, что максимальными значениями выделяется собственно ручей Черемушный (без устья): величины индекса варьировали от S=2.07±0.51 балл (ст.3) до - S=2.39±0.10 балл (ст.2). Воды этих районов оценивалась III классом качества, умеренно загрязненные, -мезосапробная зона самоочищения вод. Такие значения индекса сапробности по районам определены индивидуальными сапробностями видов-доминантов, таких как Achnanthes minutissimа (Si=1.45 балл), Navicula cryptocephalа (Si=2.7 балл), Navicula cuspidatа (Si=2.6 балл), Oscillatoria tenuis (Si=2.85 балл), Stigeoclonium tenue (Si=2.7 балл) и др. Далее, по течению ручья, про исходит «улучшение» качества вод, индекс сапробности в устье ручья Черемуш ный (ст.4) снижался до S1998=1.76±0.50 балл и S2000=1.45±0.32 балл, определяя по граничным II-III классом качества, чистые–умеренно загрязненные воды (см. рис.
10). В этом районе ручья в числе доминантов, наряду с -мезосапробами Microcys tis aeruginosa (Si=1.75 балл), Oscillatoria limosa (Si=2.35 балл) появляются олигоса пробы Achnanthes lanceolata (Si=0.75 балл), Achnanthes minutissima (Si=1.45 балл) и др., определившие понижение величин индекса сапробности.
На р. Енисей значения индекса сапробности по фитоперифитону были ниже, чем в ручье и варьировали от 1.48±0.12 балл до 1.90±0.57 балл (см. рис. 10). Класс качества воды по отмеченным индексам в районе выше устья ручья (ст.5) соответ ствовал пограничному II-III классу качества, чистые-умеренно загрязненные воды;
на участке ниже устья (ст.6) - III классу качества, умеренно загрязненные воды.
Сравнительный анализ значений индекса сапробности (S, балл) и индекса видо вого разнообразия Шеннона (H, бит) на участке реки Енисей выше устья ручья (ст.5) с таковыми на участке реки ниже (ст.6), показал отсутствие различий в большинстве случаев (исключение – июнь 1998, 2000 гг.). Так как вариации индек са сапробности наблюдались в пределах одного класса, можно считать, что воздей ствие вод ручья Черемушный на качество вод реки Енисей минимально (незначи тельно), и имеет не постоянный, а временный характер, и, очевидно, связано как с динамикой выбросов сточных вод предприятия, так и с динамикой поступления стоков с водосборной площади. Некоторые изменения в структуре сообщества фи топерифитона связаны не с уменьшением количества видов (ст.5 – 32 вида, ст.6 – 32 вида), а с изменением выравненности численности в сообществе – на р. Енисей ниже устья доминирование Ulothrix tenerrima ярко выражено (95% от общей чис ленности).
В межгодовой динамике величины индекса сапробности фитоперифитона вод ной системы «ручей Черемушный-р.Енисей», в среднем за вегетационный сезон, варьировали незначительно: в 1998 г. - S=1.92±0.09 балл, в 2000 г. - S=1.97±0. балл. Межгодовые различия величин индексов в целом по водной системе по U критерию Манна-Уитни недостоверны (р0.05). Таким образом, класс качества во ды по отмеченным индексам сапробности фитоперифитона оставался постоянным для исследуемого периода – III класс, воды оценивались как умеренно загрязнен ные, -мезосапробная стадия самоочищения вод.
Дополнительно для оценки качества воды водной системы «ручей Черемушный - р.Енисей» по фитоперифитону был использован трофический диатомовый индекс TDI (рис. 11).
TDI TDI 5, 5, 4, 4, 3, 3, 2, 2, 1, 1, 0, 0, 6 Станция 6 Станция 1 2 3 4 1 2 3 4 Рис. 11. Пространственно-временная динамика трофического диатомового индекса (TDI) водной системы «ручей Черемушный–р.Енисей», по районам: 1 - выше поступления сточ ных вод алюминиевого производства;
2 - поступление сточных вод;
3 - ниже поступления вод;
4 - устье ручья Черемушный;
5 и 6 – р. Енисей выше и ниже устья ручья.
Значения индекса варьировали от TDImin=2.15 (ручей Черемушный, устье (ст.4), июль 2000 г.) до TDImax=4.72 (ручей Черемушный выше поступления стоков (ст.1), июль 2000 г.), в среднем составили 3.58±0.12. Средние значения по годам TDI1998=3.37±0.17 и TDI2000=3.75±0.19 достоверно не различались (p0.05).
Коэффициент корреляции трофического диатомового индекса с индексом са пробности был невысок (r=0.23, n=41, р0.05). Корреляция TDI c индексом Шен нона была на том же уровне (r=0.25, n=41, р0.05). Таким образом, его информа тивность в оценке качества воды водной системы «ручей Черемушный-р.Енисей» низка и не имеет преимуществ.
Максимальное значение индекса сапробности (в среднем за исследуемый пери од) зарегистрировано в водной системе «ручей Черемушный - р.Енисей» – S=1.94±0.06 балл, минимальное – в Красноярском водохранилище – S=1.81±0. балл;
эти величины достоверно не отличались (р0.05) и определяли качество воды III классом, умеренно загрязненные воды, -мезосапробная стадия самоочищения вод.
Влияние экологических факторов на структурные характеристики и плот ность фитоперифитона. На структуру фитоперифитона, кроме сточных вод, смы вов с водосборной площади и других загрязнений, могут влиять и другие факторы среды. Проверку этого влияния на изменение индекса видового разнообразия Шеннона (Н), численности (lnN) и биомассы (lnB) провели с помощью одно- и двухфакторных дисперсионных анализов (Шитиков и др., 2005). Анализировали следующие факторы: температура (Т, С), количество достигающей поверхности водоема солнечной радиации, рассчитанной, как среднее значение за недельный период до взятия пробы (Qнеделя, кВт/м2), индекс загрязнения вод (ИЗВ, балл), ток сичность (Т, усл.ед.). Показано влияние на структурные характеристики фитопери фитона разнотипных водных систем: света – на индекс видового разнообразия Н в Красноярском водохранилище и водной системе «пруды АО «Красфарма» р.Енисей»;
температуры - на Н и биомассу фитоперифитона в – системе «пруды АО «Красфарма»-р.Енисей»;
химического состава воды, выраженного ИЗВ, – на Н и численность фитоперифитона в системе «ручей Черемушный-р.Енисей», выра женного токсичностью воды - на численность фитоперифитона в последней сис теме.
Выводы 1. В составе фитоперифитона исследованных водных систем зарегистрировано 113 видов и внутривидовых таксонов водорослей, из них: в Красноярском водохра нилище (2000-2002, 2005 гг.) - 88 видов (в том числе диатомовых – 52 вида, зеле ных – 25, синезеленых – 9, эвгленовых – 2);
в водной системе «пруды АО "Крас фарма" - р. Енисей» (1998-2000 гг.) – 54 вида (в том числе диатомовых – 38, зеле ных - 10, синезеленых и эвгленовых - по 3 вида);
в водной системе «ручей Чере мушный - р. Енисей» (1998-2000 гг.) - 86 видов (в том числе диатомовых - 50, сине зеленых - 9, зеленых - 21, эвгленовых – 5, желтозеленых - 1 вид). Наибольшее ви довое разнообразие по индексу Шеннона отмечено для водной системы «пруды АО «Красфарма»-р. Енисей», минимальное – для Красноярского водохранилища.
2. При оценке сходства видового состава между общими списками фитопери фитона водных систем коэффициент Серенсена-Чекановского варьировал в преде лах 0.62 - 0.71. Общими для изучаемых трех водных систем были водоросли 41 ви да (36%), повсеместно во всех системах встречались: Achnanthes lanceolata, Ach nanthes linearis, Achnanthes minutissima, Navicula cryptocephala, Nitzschia palea, Syn edra ulna. Максимальное число специфичных видов отмечено для Красноярского водохранилища (19 видов), минимальное - для водной системы «пруды АО «Крас фарма»-р.Енисей» (3 вида).
3. Средняя за период исследования численность фитоперифитона была наи большей в системе «ручей Черемушный-р.Енисей» (19.26±5.22 млрд.кл/м2), по сравнению с системой «пруды АО «Красфарма»-р. Енисей» (4.90±0.88 млрд.кл/м2) и Красноярским водохранилищем (3.09±0.88 млрд.кл/м2). По величинам средней биомассы водные системы составили другой ряд: «пруды АО «Красфарма» р.Енисей» (42.17±9.07 г/м2), «ручей Черемушный-р.Енисей» (27.42±5.55 г/м2), ми нимальная также была в Красноярском водохранилище (7.22±2.34 г/м2). Видами, доминирующими по численности во всех трех водных системах, были: Ulothrix te nerrima, Ulothrix zonata, Stigeoclonium tenue. Наряду с ними, для каждой из систем был характерен свой набор часто встречающихся доминирующих видов: Microcys tis aeruginosa, Navicula cuspidatа, виды р.Oscillatoria, Achnanthes minutissima – в водной системе «ручей Черемушный-р.Енисей»;
р. Euglena, Oscillatoria limosa, Di atoma vulgare, Cladophora glomerata, Achnanthes linearis – в водной системе «пруды АО «Красфарма»-р.Енисей»;
Oscillatoria tenuis, Fragilaria crotonensis, Cladophora glomerata, Achnanthes minutissima - в Красноярском водохранилище.
4. Плотность и видовая структура фитоперифитона в каждой из систем стати стически достоверно различались в зависимости от времени (месяц, год) и места отбора проб, при этом пространственные различия - по районам (станциям), плесам были более выраженными.
5. Воды Красноярского водохранилища не оказывали токсического воздействия на тест-объект Scenedesmus quadricauda. Токсические эффекты были зарегистриро ваны на водных системах, принимающих оформленные стоки фармацевтического (в 18% экспериментах) и алюминиевого (в 11% экспериментах) производств, воды этих систем оценены как малотоксичные.
6. Средние значения индекса сапробности по фитоперифитону изменялись в пределах от 1.81±0.05 балл (Красноярское водохранилище) до 1.94±0.06 балл («ру чей Черемушный-р.Енисей»), что оценивает воды всех изученных водных систем III классом качества, умеренно загрязненные. Индексы сапробности, рассчитанные для отдельных районов (станций) внутри каждой из водных систем, позволили по лучить более дифференцированную оценку антропогенного воздействия, в том числе показать, что качество воды р.Енисей ниже устья ручьев сопоставимо с тако вым участка реки выше по течению.
7. Изменчивость некоторых структурных характеристик сообществ фитопери фитона статистически достоверно определялась влиянием следующих факторов:
индекса видового разнообразия Шеннона (Н) в Красноярском водохранилище и водной системе «пруды АО «Красфарма»-р.Енисей» - количеством поступающей солнечной радиации;
Н и биомассы фитоперифитона в системе «пруды АО «Крас фарма»-р.Енисей» - температурой;
Н и численности фитоперифитона в системе «ручей Черемушный-р.Енисей» - химическим составом воды, выраженным как ИЗВ, численности фитоперифитона в последней системе - токсичностью.
Список работ опубликованных по теме диссертации 1. Гольд З.Г., Чупров С.М., Гольд В.М., Сапожников В.А., Глущенко Л.А., Моро зова И.И., Кожевникова Н.А., Попельницкий В.А., Шапошников А.В. Экологи ческий мониторинг Красноярского водохранилища (принципы, этапы организа ции, схема, модель) // Вестник Красноярского госуниверситета «Биологическая серия». Вып. 1. Красноярск: ИЦ КрасГУ, 2003. С. 69-78.
2. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А. Клас сификация качества вод по химическим и биологическим показателям (на при мере водной системы "ручей Черемушный - река Енисей") // Водные ресурсы.
2003. Т. 30, № 3. С. 335-345.
3. Глущенко Л.А. Фитоперифитон // Красноярское водохранилище: мониторинг, биота, качество вод / Под ред. академ. А.Ф.Алимова, д-ра биол. наук М.Б.Ивановой;
отв. за вып. проф. З.Г.Гольд. Красноярск: Сибирский федераль ный ун-т, 2008. С. 291-301.
4. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Тропина С.П. Взаимосвязь оценок качества воды по результатам биоиндикации и биотестирования (на примере ручья Черемушный бассейна р. Енисей) // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия: матер. науч. конф. 3-7 сен тября 2000. Томск: НТЛ. 2000. С. 95-98.
5. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И. Оценка токсичности вод Краснояр ского водохранилища по Биотестам // Проблемы использования и охраны при родных ресурсов Центральной Сибири. Вып. 2. Красноярск: КНИИГиМС. 2000.
С. 64-68.
6. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Тропина С.П., Шадрин И.А. Взаи мосвязь показателей оценки качества воды по природным водным сообществам и экспериментальным биотестам // VIII съезда ГБО РАН: тез. докл. Т.2. Кали нинград, 16-23 сентября 2001. Калининград: АтлантНИРО. 2001. С. 119-120.
7. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А. Пер спективы использования унифицированного классификатора качества вод по химическим и биологическим показателям (биотестирование, биоиндикация) в экологическом контроле водных экосистем бассейна Енисея // Проблемы эколо гии и развития городов: матер. 2 Всерос. научно-практической конф. Т. 2. Крас ноярск: Сиб ГТУ. 2001. С. 107-110.
8. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А. Ана лиз качества воды водной системы "ручей Черемушный - река Енисей" по уни фицированному классификатору химических и биологических дескрипторов // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири.
Вып. 3. Красноярск: КНИИГиМС. 2001. С. 85-96.
9. Гольд В.М., Глущенко Л.А., Гольд З.Г., Попельницкая И.М., Попельницкий В.А., Миниахметова Е.Б., Мучкина Е.Я. Энергетические аспекты функциониро вания планктона Красноярского водохранилища // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. Вып.3. Красноярск: КНИИ ГиМС. 2001. С. 140-143.
10. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А. Взаи мосвязь нормативных характеристик качества воды по дескрипторам биоинди кации и биотестирования (на примере водных объектов бассейна Енисея) // Со временные проблемы водной токсикологии. Тез. докл. Всерос. конф. с участием специалистов из стран ближнего и дальнего зарубежья 19-21 ноября 2002. Бо рок: Институт биологии внутренних вод РАН. 2002. С. 137-138.
11. Глущенко Л.А., Морозова И.И., Микешина А.К. Пространственно-временная динамика структурных характеристик перифитона разнотипных водных объек тов бассейна Енисея // Перифитон континентальных вод: современное состоя ние изученности и перспективы дальнейших исследований: матер. докл. Меж дународного симпозиума 3-5 февраля 2003 Тюмень / Под ред. А.А.Протасова и А.В.Толстикова. Тюмень: ООО "Опцион ТМ-Холдинг". 2003. С. 68-70.
12. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Кожевникова Н.А., Шулепина С.П., Шадрин И.А. Межгодовая динамика биологических показателей в оценке каче ства воды и структуры экосистемы глубоководного водоема (на примере Крас ноярского водохранилища) // Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды: матер. 2 Международной науч.
конф. 22-26 сентября 2003, Минск-Нарочь. Минск: БГУ, 2003. С. 115-117.
13. Глущенко Л.А. Пространственно-временная динамика структурных характери стик фитоперифитона Красноярского водохранилища // IX съезд ГБО РАН: тез.
докл. Т.1. Тольятти, 18-22 сентября 2006 / Отв. ред. академик РАН, д.б.н.
А.Ф.Алимов, чл.-корр. РАН, д.б.н. Г.С. Розенберг. Тольятти: Институт экологии волжского бассейна РАН. 2006. С. 103.
14. Gold Z.G., Gladyshev M.I., Gluschenko L.A. et al. Krasnoyarsk water reservoir:
monitoring, biota, water quality // Journal of Siberian Federal University. Biology 2.
2008. №1. P. 178-186.
15. Глущенко Л.А., Морозова И.И. Межгодовая динамика перифитонных сооб ществ глубоководного водоема (на примере Красноярского водохранилища) // X съезд ГБО РАН: тез. докл. Владивосток, 28 сентября - 2 октября 2009/ Отв. ред.
А.Ф.Алимов, А.В. Адрианов. Владивосток: Дальнаука, 2009. С. 94.