Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Автотрофный планктон среднего течения р. Белой как биологический индикатор

ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Автотрофный планктон среднего течения р. Белой как биологический индикатор"

Ни правах рукописи

005536128 I

Сахабутдинова Динара Ириковна

АВТОТРОФНЫЙ ПЛАНКТОН СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ Р. БЕЛОЙ КАК БИОЛОГИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР

03.02.01 - ботинки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

л 1 о;гг 2ЩЗ

УФА-2013

005536128

Работа выполнена на кафедре ботаники Федерального государствен бюджетного образовательного учреждения высшего профессиональ образования «Башкирский государственный университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Шкундина Ф Борисовна

Официальные оппоненты:

Кабиров Рустэм Расшатович, доктор биологических наук, профессор каф биоэкологии и биологического образования Федерального государствен бюджетного образовательного учреждения высшего профессиональ образования «Башкирский государственный педагогический университет им. Акмуллы»

Насырова Миляуша Рафисовна, кандидат биологических наук, инже бактериолог 1 категории Муниципального унитарного предприятия по эксплуат водопроводно-канализационного хозяйства "Уфаводоканал", центра анапитичес контроля качества воды, отдела санитарно-бактериологического анализа

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учрежд науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральс регионального отделения Российской академии наук г. Оренбург

Защита диссертации состоится «5» декабря 2013 г. в 1600 часов на засед диссертационного совета Д 212.013.11 при Башкирском государствен университете по адресу: 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, биологиче факультет, ауд. 332.

факс (347) 273-67-78, e-mail: disbiobsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государствен университета

Автореферат разослан «23» октября 2013 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

доктор биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальное-ь темы. Помимо важной биологической роли, планктонные водоросли и цианопрокариоты являются показателями качества вод водных объектов: с одном стороны участвуют в процессах самоочищения (утилизируя растворенные органические вещества), а с другой - являются индикаторными организмами (Баричова и др., 2006; Shkundina, Gulamanova, 2012).

Изучение автотрофного планктона представляет большой интерес для оценки биоразнообразия и мониторинга состояния рек, подверженных антропогенному воздействию, для чрогнозирования и выработки рекомендаций по сохранению и нормальному функционированию природных комплексов.

Река Белая Ргрёт начало в горном узле Урал - Tay, имеет общую длину 1475 км. На качество виды среднего течения р. Белой оказывали влияние промышленные стоки г. Уфы у г. Благовещенск - Приуфимская ТЭЦ ООО «Башкирская генерирующая компания» (топливно-энергетический комплекс) и Благовещенский МУП (Жилищно-коммунальное хозяйство). Качество воды в 2010-2012 гг. улучшалось и соответствовало 3-му классу разряда «б», вследствие снижения коэффициента комплексности до 32%, значения удельного комбинаторного индекса загрязненности волы до 3,45 и критического показателя загрязненности до 0 (Белан и др., 2012).

Оценка экологического состояния среднего течения реки Белой по автотрофному плаь ктону имеет не только теоретическое, но и важное практическое значение.

Цель работ1,1 - изучить состав, численность и биомассу автотрофного планктона р. Бел >й в Благовещенском районе Республики Башкортостан, как индикаторные показатели для оценки качества среды. Проанализировать связь состава планктонных цианобактериально-водорослевых ценозов (ЦВЦ) с сезонными циклами и оценить экологическое состояние обследованного участка реки по составу автотрофного планктона.

Задачи исследования:

1. Выполнить флористический анализ автотрофного планктона;

2. Проанализирогать сезонные и разногодичные изменения автотрофного планктона р. Белой за 2010- 2012 гг.;

3. Выявить основные закономерности изменения численности и биомассы автотрофного планктона в различные сезоны и годы исследования, а также проследить его динамику с 1985 г. (по литературным данным) по 2010-2012 гг. (по нашим данным);

4. Выявить группы видов и отдельные виды планктонных ЦВЦ, которые могут быть использопаны при мониторинге как индикаторы;

5. Провести оценку состояния среднего течения р. Белой по организмам автотрофного планктона.

Научная нокнзна. Составлен систематический список водорослей и цианопрокариот автотрофного планктона среднего течения р. Белой, что позволило расширить общий список видов антропогенно нарушенных территорий Приволжского федерального округа. С использованием подходов эколого-флористической классификации выделены индикаторные виды, определены

количественные закономерности развития автотрофного планктона и на их основе оценено санитарно-биологическое состояние исследуемого водотока.

Практическая значимость. Полученные флористические данные могут быть использованы при составлении кадастров водорослей и цианопрокариот водотоков, и рассматриваться как составляющая биологического мониторинга экосистем водотоков и для выработки соответствующих рекомендаций по их охране и рациональному использованию. Результаты исследования могут быть использованы в курсах лекций «Альгология» и «Урбаноэкосистемы» на биологическом и экологическом отделениях биологического факультета БашГУ и в БГПУ им. М. Акмуллы.

Апробация. Результаты работы были представлены на конференциях: Межрегиональная научная конференция «Актуальные проблемы современной микробиологии» (Оренбург, 2011); II Международная конференция «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Петербург, 2011); IV Всероссийская конференция по водной экотоксикологии, посвященной памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» и школа-семинар «Современные методы исследования и оценки качества вод, состояния водных организмов и экосистем в условиях антропогенной нагрузки» (Борок, 2011); IX Всероссийская научная конференция с международным участием «Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель» (Екатеринбург, 2012); Всероссийская молодежная научно-практическая конференция «Актуальны вопросы науки и образования» (Уфа, 2013); XIV заочная научная конференция Research Journal of International Studies (Екатеринбург, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе три статьи в изданиях, включенных в перечень научных изданий и журналов, рекомендуемых ВАК РФ.

Защищаемые положения

1. Комплексная оценка экосистемы р. Белой в Благовещенском районе Республики Башкортостан показала, что по биомассе автотрофного планктон водный объект относится к эвтрофному типу. С 1985 г. отмечена четкая тенденция увеличения количественных показателей развития автотрофного планктона и полная смена комплекса доминирующих видов в направление повышения уровня антропогенного эвтрофирования.

2. Сообщество Melosira granulata - Navícula gracilis характеризовало повышение уровня эвтрофирования, показателем которого является биомасса. Диссертация изложена на 188 страницах, в том числе 126 страницах основного

текста, иллюстрирована 43 рисунками, 33 таблицами. Приложения включают 15 таблиц.

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОТРОФНОГО ПЛАНКТОНА ДЛЯ МОНИТОРИНГА

Существует большое количество работ, которые характеризуют использование в мониторинге представителей автотрофного планктона. В качестве биоиндикаторов описано использование планктонных водорослей и цианопрокариот (Баринова и др., 2006, Водоросли, 1989, Мухортова, 2008, Пислегина, 2012, Тарасова и др., 2011,

Шкундина и др., 2004, Шкундина и др., 2011, Шкундина и др., 2012, Кашеска и др., 2004). Для сравнения: показатели зоопланктона широко используются для краткосрочного прогноза состояния окружающей среды (Бондаренко и др., 2010, Митрофанова, 2010, Никитина и др., 2011, Фефилова и др., 2010 и др.) а также для выявления особенностей устойчивости пресноводных экосистем к антропогенной интоксикации (Зал ^чева, 2010).

Для монитор инга водных объектов представляет интерес параллельное изучение показателей автотрофного планктона и сообществ зоопланктона. Для р. Белой такие исследования практически не проводились.

ГЛАВА 2 ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ И ЗООПЛАНКТОНА

Дано физики- еографическое описание р. Белой, описание климата в 2010-2012 гг., а также эколог >фаунистическая характеристика зоопланктона среднего течения р. Белой. Лимниче жие показатели приводятся в табл. 1.

Таблица 1

Средние а рифметические лимнических показателей реки Белой

Река Белая Жесткость, ммоль/дм3 pH Температура, °С Прозрачность, м

3,7±1,7 4,3±0,9 3-26 °С 0,5-2,1

Приводится описание прибрежно-водной растительности района исследования и зоопланктона h i обследованных створах реки Белой в период 2008-2012 гг. Обнаружено 21 вид зоопланктонных организмов, из них 10 видов Rotatoria, 5 -Cladocera, 5 - представителей Cyclopoida, 1 - Calanoida, а также науплиапьные и копеподитные стадии. За 2008-2012 гг. средние арифметические значения численности, биомассы и продукции составляли 23,7±0,3 тыс. экз/м3, 0,45±1,5 мг/м , 5,74±0,3 мг/м3 соответственно. По численности и биомассе преобладали: из коловраток Asplanchna priodonta Gosse (468,3 экз/м3, 0,84 мг/м3 соответственно), из кладоцер Bosmina Imgirostris O.F. Müller (291,52 экз/м3, 8,74 мг/м3 соответственно), из копепод Metvcyclops gracilis O.F. Müller (205,87 экз/м3, 31,49 мг/м3 соответственно). Оценка состояния среднего течения р. Белой по зоопланктону позволило отнести его к ß-мезосапробной зоне.

ГЛАВ/ 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом д 1я работы послужили 144 индивидуальные количественные пробы автотрофного планктона, отобранные в р. Белой на 5 створах в период 20102012 гг. Отбор к обработка проб автотрофного планктона осуществлялся ежемесячно по общепринятой методике (Водоросли, 1989). Подсчет численности осуществлялся в камере Нажотта объемом 0,01 см3. Биомасса водорослей определялась расчетно-объемным методом. Таксономическая характеристика водорослей и цианопрокариот осуществлялась по системе, принятой в электронном ресурсе www.algaebase.org. в мае 2013 г. (Guiry et al., 2013).

Для выделения экологических групп использовалась методика, описанная в монографии С.С.Бариновой и др. (2006). При анализе сходства систематической

структуры флоры ЦВЦ применялся коэффициент общности видового состав; Сьеренсена-Чекановского (Шмидт, 1980). В качестве показателей систематической разнообразия были использованы пропорции флоры: среднее число видов семействе (в/с), среднее число родов в семействе (р/с), среднее число видов в род (в/р). При анализе полученных данных был использован пакет программ MS Offic 2010.

Эколого-флористический анализ автотрофного планктона выполнил! традиционным методом фитоценологических таблиц по Браун — Бланке (Braun Blanke, 1964; Westhoff, Миркин и др., 1989).

ГЛАВА 4. БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ АВТОТРОФНОГО ПЛАНКТОНА РЕКИ БЕЛОЙ В БЛАГОВЕЩЕНСКОМ РАЙОНЕ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

За период исследования в автотрофном планктоне реки Белой Благовещенском районе Республики Башкортостан был выявлен 191 вид внутривидовой таксон водорослей и цианопрокариот из 78 родов, 59 семейств, 3 порядков, 11 классов и 8 отделов (табл. 3, рис. 1).

Таблгща

Таксономическая структура автотрофного планктона реки Белой

в Благовещенском районе Республики Башкортостан

Отдел Количество 11ропорции флоры (р/с:р/к:в/с)*

классов порядков семейств родов видов и в в/т (% во флоре)

Ochrophyta 3 15 25 42 130 (67.4) 5,6:5.8:1 1.3

Cvanobacteria 1 5 12 14 28(14,6) 1.1:2:2,3

Chlorophyta 3 8 13 13 22(1 1.5) 1:1,6:1,6

Euglenozoa 1 2 3 3 6(3,1) 1:2:2

Myzozoa 2 5 5 5 5 (2,6) 1:1:1

Cryptophyta 1 1 I 1 1 (0.5) 1:1:1

ВСЕГО: 11 36 59 78 191 1,3:1,6:2,4

* Обозначения: р/с - среднее число родов в семействе, р/к среднее число видов в семействе.

родовой коэффициент, в/с

Cyanophyceae

* BacilHariophyceae Coil.nmaTophyceae Clilorephyceae

8 Trebouxiophycene i» Euglenophyceae ® Dinophyceae

wProtozoa classis iiiceiiae sedis fpuyfcm .чь-zozoa) Cryptophyceae Xanthophyceae

* Cbrysoplyceae

Рис. 1. Распределение видов автотрофного планктона по классам (2010-2012 гг.)

В 2010 году десять ведущих семейств объединяли 59,1% видового состава планктонных Суш «¡bacteria и водорослей. В спектре представлены 3 отдела, диатомовые водоросли занимают максимальное число ранговых мест - семь. Два ранговых места в ;писке ведущих семейств занимают Cyanobacteria, одно место -Chlorophyta. На п :рвом месте в формировании видового разнообразия выходит семейство Fragilar'aceae (12,6%). Второе место занимает семейство Naviculaceae -9,3%. Спектр замыкают семейства Characiaceae - 2% и Nostocaceae (1,3%).

В 2011 г. д :сять ведущих семейств объединяли 57% видового состава планктонных Cyanobacteria и водорослей. В спектре представлены 3 отдела, из которых диатомов ле водоросли занимают максимальное число ранговых мест -восемь. Одно раш >вое место в списке ведущих семейств занимает Cyanobacteria, одно место - Му: о оа. Доминировало в формировании видового разнообразия, как и в 2010 г., семей' по Fragilariaceae (11,6%). Второе место остается за семейством Naviculaceae - 1 i S. Спектр замыкают семейства Eunotiacea - 3% и Dinobryaceae, составляющий во блоре по 2,2%.

В 2012 г. дгсять ведущих семейств объединяли 53% видового состава планктонных Cyai obacteria и водорослей. В спектре представлены 2 отдела, из которых диатомов ле водоросли занимают максимальное число ранговых мест -восемь. Два ранго!!ых места в списке занимает Cyanobacteria. Первое место в формировании видового разнообразия остается за семейством Fragilariaceae (12,3%). Второе место занимает семейство Naviculaceae - 10,4%. Спектр замыкают 3 семейства Chroocuccaceae - 2,5%, Rhopalodiaceae - 2,5%, Melosiraceae - 2,5%.

Одной из особенностей флоры водорослей различных природных зон являлись родовые спектры, отражающие основные типологические особенности водоемов конкретного региона (у-разнообразие). В родовые спектры входили наиболее крупные роды из р иных отделов, однако учитывается также ранговое место рода, число таксонов в нем и вклад его в формирование флоры (Сафонова, 1984; Шкундина, Гуламанова, 2011).

В 2010 г. спектр 10 ведущих родов включал представителей 2 отделов. В головной части спектра находились роды из Ochrophyta: Navícula - 12 видов и вв/т (8%), Nitzschia— 11 нидов (7,3%), Synedra— 8 видов (5,3%). Род Oscillatoria из отдела Cyanobacteria занял лишь четвертую позицию - 7 видов (4,6%). Замыкают цепочку ведущих три рода с одинаковым числом видов (4 вида - 2,6%) - Fragilaria, Tabellaría и Eunotia Спектр 10 ведущих родов включал 68 видов и вв/т или 44,9% выявленного состава.

В 2011 г. наблюдалась похожее распределение, и спектр 10 ведущих родов включал представителей 2 отделов. В начальной части спектра также находились роды из диатомовых водорослей: Navícula - 12 видов и вв/т (8,7%), Nitzschia - 11 видов (8%), Synedra - 8 видов (5,8%). Род Oscillatoria из отдела Cyanobacteria и род Pinnularia из отдела Ochrophyta находились на пятой позиции - 5 видов (3,6%). Замыкают цепочку ведущих три рода с одинаковым числом видов (4 вида - 3%) -Surirella, Cymbella и Melosira. Спектр 10 ведущих родов включал 64 вида и вв/т или 46,8% выявленного < остава.

В 2012 году сг ектр 10 ведущих родов объединял представителей 2 отделов. Доминировали рода из диатомовых водорослей: Navícula - 14 видов и вв/т (8,6%),

Nilzschia - 11 видов (6,8%), Synedra - 9 видов (5,5%). Род Oscillatoria из отдела Cyanobacteria и род Gomphonema из отдела Ochrophyta заняли четвертую позицию -7 видов (4,3%). Меньшим видовым разнообразием характеризовались два рода из отдела Cyanobacteria с одинаковым числом видов (3 вида - 1,8%) - Microcystis и Nostoc. Спектр 10 ведущих родов включал 68 видов и вв/т или 41,8% выявленного состава.

Таким образом, на обследованном участке р. Белой ведущие роды относились к диатомовым водорослям. Подобные данные получены для р. Алдан (Якутия) (Габышев и др., 2009, Габышев и др., 2012). Род Navicula, доминирующий в наших исследованиях, является обычным доминантом в реках. В головной части спектра в озерах Республики Башкортостан (РБ) также находилась Navicula (41 вид и внутривидовой таксон) (Shkundina, Gulamanova, 2012).

Таблица 4

Значения индексов, характеризующих а-разнообразие автотрофного планктона

Индекс Маргалефа Индекс Менхиника

2010 г. 2011 г. 2012 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г.

12,98 12,72 13,83 0,47 0,65 0,48

Наибольшее значение индекса Маргалефа было отмечено в 2012 г., при наибольшем числе выявленных видов. В автотрофном планктоне участка реки Белой в 2011 г. зафиксировано самое высокое значение индекса Менхиника (табл. 4). В автотрофном планктоне пойменных озер РБ (БЫшг^та, Ои1атапоуа, 2012) индекс Менхиника изменялся в пределах от 0,58 до 1,88. Индекс Маргалефа в пределах от 5,5 до 19,73. В наших исследованиях индексы видового разнообразия были относительно более стабильными.

Во все годы исследования наибольшее видовое разнообразие приходится на июль, благодаря хорошему прогреванию воды (+ 29°С). Основная доля видового разнообразия приходится на диатомовые водоросли, число выявленных видов которых колеблется в зависимости от сезона от 4 до 109 видов и вв/т.

ГЛАВА 5. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗВИТИЯ АВТОТРОФНОГО ПЛАНКТОНА

Автотрофный планктон р. Белой ранее подробно изучался на обследованном участке Ф. Б. Шкундиной (1993) в 1985-1986 гг. и Ф. Б. Шкундиной, Р. Р. Турьяновой (2009) в районе г. Уфы в 2002-2004 гг. Сравним эти данные с нашими исследованиями (табл. 5).

Таблица 5

Средние арифметические значения численности (тыс. кл/л) и биомассы (г/м3)

в 1985-2012 гг.*

1985 1986 2002-2004 2010 2011 2012

Ч Б Ч Б Ч Б Ч Б Ч Б Ч Б

8444 10,809 3625 2,331 2370 2,622 33023 28,19 7286 5,39 17196 10,4

*Условные обозначения: Ч — численность, Б - биомасса

В 2002-2004 гг. средние арифметические показатели численности и биомассы составили в р. Бе. ой в районе г. Уфы 2370+188 тыс. кл/л и 2,622+0,315 г/м1 (Шкундина, Турьянова, 2009). В 2010-2012 гг. эти показатели по нашим данным составили 19168+¡2981,53 тыс. кл/л и 14,660+11,982 г/м3 (табл. 5). По нашим данным участок реки Белой в Благовещенском районе РБ относился по биомассе 2010-2012 гг. к Э1трофному типу. С 1985 г. отмечается тенденция увеличения количественных показателей развития автотрофного планктона.

Доминирование в период нашего исследования перешло к Оскгорку1а (рис. 2). Зеленые водоросли выпали из комплекса доминирующих видов (табл. 6).

с>« М'г '«д. }г0

: V, »«0 ** ««

по

«М* гл> .

, а |»Ш Пт ао □ СЫогорМа

□ СуапоЪас1епа ^ Оскгор1гу^а

Рис. 2 Кривая изменения численности и биомассы фитопланктона в 2012 г.* *Условные обозначения: Ч — численность, Б - биомасса

Анализ сезоннь х изменений численности и биомассы автотрофного планктона р. Белой с 1983 по 1 >87 гг. показал (Шкундина,1993), что эти показатели постепенно увеличиваются в период открытой воды, достигая максимума в зависимости от года исследования в сер.-дине июля (1985, 1987 гг.) или скачкообразно увеличиваются в начале июня (1984 I.) - середине июня (1986 г.), затем постепенно уменьшаясь.

Таблица 6

Ранговые распределения численности доминирующих видов фитопланктона на участке р. Белой между д. Андреевка и пос. Куречь в Благовещенском районе

Республики Башкортостан в июле - августе

Названия видов 1985* 1986* 2010 2011 2012

Stephanodiscus hantzscii Grunow 4 3 НД НД НД

Microcystis pulverea Wood 2 1 НД НД НД

Actinastrum hantzschii Lagerheim 3 НД НД НД НД

Scenedesmns quadricauda Chodat I 4 НД НД НД

Fragilaria crntonensis Kitton НД 2 НД НД НД

Cymcitopleura elliptica var.discoidea Brcbisson НД НД 1 4 4

Synechocystis aquatilis Sauvageau НД НД 2 2 1

Amphora ovalis (Kiitzing) Kutzing НД НД 4 1 3

Melosira varians C.Agardh НД НД 3 3 2

Условные обошачения: * - данные Шкундиной, 1993; НД - вид не доминирует

Наибольшие значение численности и биомассы на обследованном участке реки Белой наблюдались в июле 2010 г. Доминирование Ochrophyta наблюдается в течение всего периода исследования, т.е. с января по декабрь. Доминирование Ochrophyta осуществлялось за счет вегетации диатомовых водорослей, также наблюдается небольшой подъем численности Cyanobacteria и Chlorophyta в июне-июле.

Первые четыре ранговых места занимали Cymatopleura elliptica var.discoidea, Synechocysíis aqaalilis, Melosira varians, Amphora ovalis (табл. 6), что показывает полную смену доминантов.

Анализ разногодичной динамики показывает, что в 2011 г. наблюдалось снижение почти в 2 раза показателей численности и биомассы автотрофного планктона. В 2010 г. отсутствовали представители отдела Cryptophyta (табл. 7).

Таблица 7

Разногодичные изменения численности и биомассы отделов в период исследования с 2010-2012 гг. (численность отдела тыс. кл/л, биомасса г/м _)*

Годы Ochrophyta Cyanobacteria Chloro phyta Euglenozoa Myzozoa Cryptophyta

Ч Б Ч Б Ч Б Ч Б Ч Б Ч Б

2010 68770 79.56 23860 1.004 8450 4,76 1 100 1.7 830 0.99 - -

201 1 25450 25,03 7860 0,21 4670 1,7 210 0,3 720 1.03 220 0,27

2012 66160 51.56 30090 1,1 11660 7,98 3460 4,65 540 0,61 390 0.48

^Условные обозначения: Ч - численность, Б - биомасса

ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕКИ БЕЛОЙ

Были сравнены результаты оценки экологического состояния по автотрофному планктону и зоопланктону. Анализ видового состава зоопланктона показал, что в сообществе залива реки Белой в 2010-2012 гг. обнаружено 10 - р-мезосапробных, 5-о-сапробных, 4 - о-(3-мезосапробных видов (рис. 3).

я (З-мезссапробные

с-сапробные я о-|3-мезосапробные

Рис. 3 Количество индикаторных видов зоопланктона участка р. Белой за 2010-2012 гг.

Индекс сапробности по Пантле и Букк по зоопланктону в 2010 году составлял 1,53, в 2011 году 1,09, в 2012 году - 1,58.

Для выделения индикаторных видов зоопланктона использовались некоторые подходы эколог з-флористической классификации (Braun-Blanke, 1964; Westhoff, Миркин и др., 19:>9). Зоопланктон как эвритопный не выделял индикаторных видов (табл. 8).

Таблица 8

Результаты обработки списков зоопланктона с использованием традиционного метода фитоценологических таблиц по Браун — Бланке летом 2012 года*

\ Станция 1 Станция 2 Станция 3 Станция 4 Станция 5

\дО л _Û tO .û .a (о -û Л H о л H о л (о

св\ О X £ S e < 2 S 2 s L- CÛ < 2 S 2 S t- eû < 2 S о S ей < 2 S 2 s; ей <

1 4 2 1 1 9 16 8 5 3 9 1 12 7 2 2 1

2 3 52 1 4 14 10 7 24 25 4 12 8 2 11 17

3 11 6 II 0 0 2 2 1 0 1 1 8 9 3 3

Б 920, 666, 2« 3, 13, 451, 427, 766, 164, 214, 360, 1173, 1733, 191, 1020, 347,

(г/м3) 8 6 ( 05 3 4 I 5 0 1 8 2 8 7 7

* Условные обозначения: 1 - Asplanchna preodonta, 2 - Metacyclops gracilis, 3 -Bosmina longirostrs\ ДО - дата отбора, CB - сквозные виды, Б — биомасса

Средние арифметические значения индексов сапробности по численности и биомассе автотрофного планктона характеризовали ß-мезосапробную зону (табл. 9). В 2011-2012 гг. наблюдалось резкое ухудшение качества воды в апреле в результате паводка. На 4-м створе 30 апреля 2011 г. отмечаются максимальные значения индекса сапробности (4,719), что соответствует р-сапробной зоне. Развивались Oscillatoria subtilissima (Hansgirg) Forti, Chlorella vulgaris Beyerinck (Beijerinck). Улучшение качества воды наблюдается в зимний период. Значения индекса сапробности по биомассе зимой варьировали меньше, чем таковые по численности.

Таблица 9

Средние арифметические значения индексов сапробности по численности

Даты Индексы сапробности

отбора 1 створа 2 створа 3 створа 4 створа 5 створа

1,875 1,720 1,584 2,358 1,532

весна 2,024 1,861 1,557 1,515 1,644

1,693 1,828 1,707 1,743 1,677

лето 1,575 1,621 1,532 1,536 1,601

1,507 1,684 1,536 1,724 1,427

осень 1,401 1,519 1,458 1,456 1,412

1,968 1,330 1,569 1,240 1,558

зима 1,404 1,509 1,584 1,249 1,509

Для выделения индикаторных видов автотрофного планктона использовались некоторые подходы эколого-флористической классификации. В 2010 г. в ходе обработки были выделены 2 группы автотрофного планктона.

1-ая группа - сквозные виды, распространенные на всех изученных створах. В 2010 г. к ним относились 12 видов. Это, например, Chlorella vulgaris, которая относилась к сквозным видам также в Павловском водохранилище (Полева, Шкундина, 2012). В эту же группу с низкими значениями численности вошла Eugleria viridis (O.F.Müller) Ehrenberg, которая по классификации Palmer (Palmer, 1969 цитир. по Bellinger, 2010) относится к видам с индексом сапробности 6, а также Oscillatoria tenuis C.Agardh ex Gomont, которая имеет индекс сапробности 4 и встречается в прудах и мелких водоемах. Во 2-ую группу вошли виды, характерные для разных створов реки, но не во все сроки. Для этой группы характерны представители отдела Ochrophyta и Chlorophyta. Многочисленны были водоросли из отдела Ochrophyta: Gyrosigma acuminatum (Kützing) Rabenhorst, Caloñéis amphisbaena (Bory de Saint Vincent) Cleve, Cyclotella comía (Ehrenberg) Kützing, Aphanothece endophytica W.West & G.S.West, Nitzschia linearis West, Cymatopleura solea (Brébisson) W.Smith, Achnanthes minutissima Kützing, Kirchneriella lunaris (Kirchner) K.Mobius, Kirchneriella aperta Teiling, Nitzschia recta Hantzsch ex Rabenhorst, Caloñéis silicula (Ehrenberg) Cleve (табл.10). В ходе анализа нами было выделено 1 сообщество автотрофного планктона с диагностическими видами Gyrosigma acuminatum - Caloñéis amphisbaena. Диагностический вид Cymatopleura solea был характерен только для створа 1. Этот вид является о-сапробом (индекс сапробности - 1,0). Сообщество Gyrosigma acuminatum - Nitzschia recta характерно для створов 1 и 2 (5 видов).

В 2011 г. в ходе обработки также было выделено 2 группы автотрофного планктона. 1-ая группа - сквозные виды, к ним относились 18 видов. Наибольшей численности достигали Synechocystis aquatilis, Synedra ulna (Nitzsch) Ehrenberg, Microcystis viridis (A.Braun) Lemmermann, Oscillatoria tenuis. Во 2-ую группу вошли виды, характерные для разных створов реки, но не во все сроки: Kirchneriella aperta, Neidium productum (W.Smith) Cleve, Gomphonema acuminatum Ehrenberg, Chlorella vulgaris, Oscillatoria brevis Kützing ex Gomont, Caloñéis amphisbaena, Surirella spiralis Kützing, Rhizosolenia longiseta O.Zacharias, Pinnularia nobilis var. obesa (Ehrenberg) Ehrenberg.

В ходе анализа нами были выделены 1 сообщество автотрофного планктона с диагностическими видами Oscillatoria brevis - Neidium productum, характерные для створов 1 и 2. Диагностический вид Rhizosolenia longiseta характерен для створа 1. Этот вид является х-о-сапробом (индекс сапробности - 1,0). Oscillatoria brevis - Р-р-сапроб (индекс сапробности - 3,0), Neidium productum - о-Р-мезосапроб (индекс сапробности - 1,0).

В ходе обработки исследований автотрофного планктона р. Белой в 2012 г. также были выделены 2 группы. 1 группа. Сквозные виды, в 2012 г. К ним относились 9 видов. Это: Euglena viridis, Synechocystis aquatilis, Diatoma vulgare Grunow, Gomphonema lanceolatum Kützing, Oscillatoria tenuis, Glenodinium pulvisculum (Ehrenberg) F.Stein, Microcystis pulverea, Phormidium favosum (Bory) Gomont, Navícula pupula Kützing. Во 2-ую группу вошли виды, характерные для разных створов реки, но не во все сроки. Для этой группы в основном характерны представители отдела Chlorophyta и Ochrophyta. Многочисленны были водоросли из отдела Ochrophyta: Gomphonema olivaceum (Lange-Bertalot & Reichardt) Lange-

Bertalot & Reic ; rdt, Cyclotella meneghiniana Kützing, Cymbella ventricosa C.Agardh, Epiíhemia sore> l< ützing, Melosira varians, Pinnularia nobilis var. obesa. Gomphonema olivacéum - с-i проб (индекс сапробности - 0,4), Cyclotella meneghiniana - o-a-мезосапроб (инджс сапробности - 1,8), Cymbella ventricosa - о-Р-мезосапроб (индекс сапробногти - 0,2), Epiíhemia sorex - о-а-мезосапроб (индекс сапробности -1,9), Melosira vari ms - а-(3-мезосапроб (индекс сапробности - 2,7), Pinnularia nobilis var. obesa - сапробность не указана. Есть представители из отдела CMorophyta: Kirchneriella lunaris - p-мезосапроб (индекс сапробности - 2,0), Pediastrum tetras (Ehrenberg) Ralfs - Р-мезосапроб (индекс сапробности - 1,8).

J i -.6J4

I ,-в i - — i

1 ~ « ..„ I "„ S I ■ 2.117 2.11S

I I I I i 1.S95 -Л - ..I

I

I 1.-1 Pi

S 1

1 1,646

1 ' i 1 i '■•■: 1 131

á: $ Ц : 1 §

1 1 1 1 i i

1 1 ill 1 -. i Ч 1 г г

Рис. 4. Значение биомассы автотрофного планктона летом 2012 г. (г/м3)

В ходе анализа нами было выделено также 1 сообщество автотрофного планктона с диагностическими видами Melosira granulata (Ehrenberg) Ralfs -Navícula gracilis Lau by. Сообщество с диагностическим видом Melosira granulata -Navícula gracilis характерно только для створа 1 (2 вида). Melosira granulata а-Р-мезосапроб (индекс сапробности - 2,7). Nitzschia bavarica Hustedt характерна для створов 1 и 3, но единично встречалась на створе 5. Nitzschia bavarica - типичный о-сапроб (индекс сапробности - 0,4).

В 2010-2012 п , наибольшее число видов относилось к о-сапробам (13,2-16%) и Р-мезосапробам (11-1 1,7%).

Превышение значений биомассы 2-3 г/м3 (Даценко, 2007) свидетельствует о переходе от мезотрофного к эвтрофному типу.

По рис. 4 видно, что пик биомассы, также как и летом 201 1 г., приходится на июль. В створах 1 и 2 отмечается повышение показателей органического загрязнения (индекса сапробности), а также повышение уровня эвтрофирования, которое заметно снижается на створе 5. Таким образом сообщество Melosira granulata - Navícula gracilis характеризовало повышение уровня эвтрофирования, показателем которого является биомасса.

! о ¿ * % - i ? y. О g -

•- ... -- - -

„ -- -

- - - „ -

- ...

- - -- ...

.... ... - - 1 - „ -

- - ... - - - -

- ... ... - - ... - - ....

- - - ... -• - ... -

-• ... о ... - - - «

-- .... s • •

... w

- ... -- ... - - - -i

- ■ • -

... - ■ • - г.: ... ... ... ... :.;

- - - - ... -

• • - - -, „ ■■ -• _ ■ ... - - -,

- - - - „ ■ i ■r „ ' !

- - - -, - „ V« -, - С- ••

• ■в - - • - „ " - „ -, - I:

... - - - - 4*1 - - -

« - - •• -fj - - ... ... - ... - -

-, - -, <£3 - - - - -, - -, -

- о « - - - ■J.

•i 1 ■Й 1 й 11 ■s? а ô' g § Is О S <3 1 á й •S ■5 I £ a t S S =1 -g S =§ S s 11 л -3 1 о 1 1 « 1 ë со a 11 i! il 4 s ■s 1 ■s ü H -S i .s Il M £ ■iTJ § ■o 11 1 = l'I ^ h S 1 s 1 -id Л f S ¡ сз UQ

выводы

1. За период исследования в автотрофном планктоне реки Белой в Благовещенском районе Республики Башкортостан был выявлен 191 вид и внутривидовой таксон водорослей и цианопрокариот из 78 родов, 59 семейств, 36 порядков, 11 классов и 8 отделов. По числу видов отделы распределились следующим образом: Ochrophyta - 130, Cyanobacteria - 28, Chlorophyta -22 вида и ввт, Euglenozoa - 6, Myzozoa - 5, Cryptophyla — 1. За весь период исследования максимальным родовым коэффициентом характеризуется отдел Ochrophyta (5,6). На первом месте в формировании видового разнообразия было семейство Fragilariaceae. Род Navícula, доминирующий в наших исследованиях, является обычным доминантом в реках.

2. В 2010-2012 гг. структура автотрофного планктона реки Белой в Благовещенском районе Республики Башкортостан оставалась стабильной: доминируют Ochrophyta, за ними следуют Cyanobacteria, на третьем месте -Chlorophyta. Наибольшую встречаемость имели Synechocystis aquatilis (71,4%), Cymatopleura elliptica var. discoidea (86,9%), Diatoma vulgare (63,1%). Наибольшее значение индекса Маргалефа было отмечено в 2012 г. В 2011 г. зафиксировано самое высокое значение индекса Менхиника.

3. С 1985 г. отмечается тенденция увеличения количественных показателей развития автотрофного планктона и полная смена доминантов. В 2010-2012 гг. эти показатели по нашим данным составили 19168±12981,53 тыс. кл/л и 14,660±11,982 г/м3. По биомассе р. Белая в Благовещенском районе в 2010-2012 гг. относилась к эвтрофному типу. Первые четыре ранговых места занимали Cymatopleitra elliptica var.discoidea, Synechocystis aquatilis, Melosira varians, Amphora ovatis.

4. Средние арифметические значения индексов сапробности по численности и биомассе автотрофного планктона характеризовали ß-мезосапробную зону. В 2011-2012 гг наблюдалось резкое ухудшение качества воды в апреле в результате паводка. Индекс сапробности по организмам зоопланктона также охарактеризовал ß-мезосапробную зону. Зоопланктон как более эвритопный не выделял индикаторных видов.

5. Эколого-флористический анализ автотрофного планктона позволил выделить 2 группы автотрофного планктона. 1 группа - сквозные виды, распространенные на всех изученных створах в 2010 г. - Chlorella vulgaris, Euglena viridis, Oscillatoria tenuis, в 2011 г. - Synechocystis aquatilis, Synedra ulna, Microcystis viridis, Oscillatoria tenuis, в 2012 г. - Euglena viridis, Synechocystis aquatilis, Diatoma vulgare, Gomphonema lanceolatum, Oscillatoria tenuis, Glenodiniitm pulviscuhim, Microcystis pulverea, Phormidium favosum, Navícula papula; 2 группа - диагностические виды, характерные для разных створов реки, но не во все сроки. Эти виды диагностировали, в основном, створы 1 и 2, где наблюдался подъем показателей биомассы, а на створе 2-й увеличение индексов сапробности. В 2010 г. к ним относились Caloñéis amphisbaena, Kirchneriella aperta, в 2011 г. - Kirchneriella aperta, Caloñéis amphisbaena, Pinnularia nobilis var. obesa, в 2012 г. - Pinnularia nobilis var. obesa. В период исследования выявлено по 1 сообществу автотрофного планктона, характерные

для створов 1 и 2: в 2010 г. с диагностическими видами Gyrosigma acuminatum - Caloneis amphisbaena. Вид Cymatopleura solea был характерен только для створа 1. В 2011 г. - с диагностическими видами Oscillatoria brevis - Neidium productum. Диагностический вид Rhizosolenia longiseta был характерен для створа 1. В 2012 г. - было 2 диагностических вида Melosira granulata -Navicula gracilis, характерные только для створа 1, и Nitzschia bavarica, характерная для створов 1 и 3.

Статьи в изданиях, включенных в «Перечень научных изданий и журналов, рекомендуемых ВАК РФ»:

1. Сахабутдииова Д.Н. Фитопланктон р. Белой в Благовещенском районе Республики Башкортостан в 2010-2011 гг. // Фундаментальные исследования. -2012. - №6 (Биологические науки). - С. 571-575.

2. Сахабутдииова Д.Н. Оценка санитарно-биологического состояния среднего течения реки Белой // Вестник Оренбургского государственного университета. -2011,-№4 апрель.-С. 13-15.

3. Сахабутдииова Д.Н Зоопланктон реки Белой на территории Благовещенского района Республики Башкортостан // Вестник Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева. - 2011. - №2. - С. 328-331.

Другие публикации:

1. Сахабутдииова Д.Н. Лсадуллгша Г.Р. Некоторые особенности формирования фитопланктона и зоопланктона реки Белой (на примере г. Стерлитамак и пос. Андреевка в Благовещенском районе). // Студент и наука. Материалы студенческих научных конференций. - Уфа, 2011. - С. 33-35.

2. Шкундина Ф.Б., Сахабутдииова Д.Н. Структурные изменения автотрофного планктона речных экосистем в условиях антропогенной нагрузки. // Материалы IV Всероссийской конференции по водной экотоксикологии, посвященной памяти Б.А. Флерова Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы и школы-семинара Современные методы исследования и оценки качества вод, состояния водных организмов и экосистем в условиях антропогенной нагрузки 24-29 сентября 2011. Часть 2. - Борок: ИБВД РАН им. И.Д. Папанина, 2011. - С. 106-108.

3. Сахабутдииова Д.Н., Асаду.члипа Г.Р. Планктонные водоросли и цианопрокариоты среднего течения реки Белой в вегетационные периоды 20092010 годы // Межведомственный сборник материалов, посвященных Всемирному дню водных ресурсов. - Уфа: Информреклама, 2011. - С. 154-156.

4. Сахабутдииова Д. П., Асадуллина Г.Р. Планктонные сообщества среднего течения реки Белой. // Международный научно-исследовательский журнал. Часть 1.-4 (11), 2013. -С. 81-82.

Сахабутдинова Динара Ириковна

АВТОТРОФНЫЙ ПЛАНКТОН СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ Р. БЕЛОЙ КАК БИОЛОГИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 21 октября 2013 г. Формат 60x84 1/16. Бумага «Снегурочка». Гарнитура «Times New Roman». Тираж 60 экз. Заказ № 4163. Отпечатано в ГБОУ СПО «Уфимский автотранспортный колледж» 450059, г. Уфа, ул. Г. Галле 9. Тел.: (347) 223-93-49, e-mail:uatk@ufacom.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Сахабутдинова, Динара Ириковна, Уфа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

04201365973 На правах рукописи

САХАБУТДИНОВА ДИНАРА ИРИКОВНА

АВТОТРОФНЫЙ ПЛАНКТОН СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ Р. БЕЛОЙ КАК БИОЛОГИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР

специальность 03.02.01 - ботаника

диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Шкундина Ф.Б.

Уфа-2013

13

Содержание

Введение 4

Глава 1. Использование автотрофного планктона для мониторинга 8

1.1. Состав планктонных водорослей и цианопрокариот рек

8

лесостепной зоны

1.2. Количественные характеристики автотрофного планктона рек лесостепной зоны

1.3. Использование автотрофного планктона для мониторинга 21 Глава 2. Характеристика района исследований 34

2.1. Река Белая 34

2.2. Река Белая в районе исследования 39

2.3. Климат в годы исследования 40

2.4. Эколого-фаунистическая характеристика зоопланктона среднего течения реки Белой

2.4.1. Видовое разнообразие зоопланктона 44

2.4.2. Количественная характеристика зоопланктона 48 Глава 3. Материал и методы исследования 55 Глава 4. Биологическое разнообразие автотрофного планктона реки Белой в Благовещенском районе Республики Башкортостан

4.1. Общая характеристика состава планктонных цианопрокариот и водорослей реки Белой в Благовещенском районе Республики 59 Башкортостан (а-разнообразие)

4.2. Межгодовая динамика планктонных водорослей и цианопрокариот реки Белой в Благовещенском районе Республики 69 Башкортостан

4.3. Сравнение различных створов по видовому составу автотрофного планктона (р-разнообразие)

88

88

93

4.4. Сезонные изменения биологического разнообразия автотрофного планктона

Глава 5. Количественные характеристики развития автотрофного планктона

5.1. Численность и биомасса за 2010-2012 г. на участке реки Белой между деревнями Андреевка и Куречь (в Благовещенском районе)

5.2. Сравнение численности и биомассы в период с 2010 по 2012 гг.

5.3. Сезонные изменения численности и биомассы с 2010-2012 гг. 98 Глава 6. Оценка экологического состояния реки Белой 110

6.1. Оценка экологического состояния по зоопланктону 110

6.2. Оценка экологического состояния по индексам сапробности

ИЗ

автотрофного планктона

Выводы 129

Список литературы 131

Приложение 162

з

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Помимо важной биологической роли, планктонные водоросли и цианопрокариоты являются показателями качества водных объектов: с одной стороны участвуют в процессах самоочищения (утилизируя растворенные органические вещества), а с другой - являются индикаторными организмами (Баринова и др., 2006; ЗЫшпсИпа, Ои1ашапоуа, 2012).

Изучение автотрофного планктона представляет большой интерес для оценки биоразнообразия и мониторинга состояния рек, подверженных антропогенному воздействию, для прогнозирования и выработки рекомендаций по сохранению и нормальному функционированию природных комплексов.

Река Белая берёт начало в горном узле Урал-Тау, имеет общую длину 1475 км. На качество воды среднего течения р. Белой оказывали влияние промышленные стоки г. Уфы и г. Благовещенск - Приуфимская ТЭЦ ООО «Башкирская генерирующая компания» (топливно-энергетический комплекс) и Благовещенский МУП (Жилищно-коммунальное хозяйство). Качество воды в 2010-2012 гг. улучшилось и соответствовало 3-му классу разряда «б», вследствие снижения коэффициента комплексности до 32%, значения удельного комбинаторного индекса загрязненности воды до 3,45 и критического показателя загрязненности до 0. Оценка экологического состояния среднего течения реки Белой по автотрофному планктону имеет не только теоретическое, но и важное практическое значение (Белан и др., 2012).

Цель работы - изучить состав, численность и биомассу автотрофного

планктона р. Белой в Благовещенском районе Республики Башкортостан, как

индикаторные показатели для оценки качества среды. Проанализировать

связь состава планктонных цианобактериально-водорослевых ценозов (ЦВЦ)

4

с сезонными циклами и оценить экологическое состояние обследованного участка реки по составу автотрофного планктона. Задачи исследования:

1. Выполнить флористический анализ автотрофного планктона;

2. Проанализировать сезонные и разногодичные изменения автотрофного планктона р. Белой за 2010-2012 гг.;

3. Выявить основные закономерности изменения численности и биомассы автотрофного планктона в различные сезоны и годы исследования, а также проследить его динамику с 1985 г. (по литературным данным) по 2010-2012 гг. (по нашим данным);

4. Выявить группы видов и отдельные виды планктонных ЦВЦ, которые могут быть использованы при мониторинге как индикаторы;

5. Провести оценку состояния среднего течения р. Белой по организмам автотрофного планктона.

Научная новизна. Составлен систематический список водорослей и цианопрокариот автотрофного планктона среднего течения р. Белой, что позволило расширить общий список видов антропогенно нарушенных территорий Приволжского федерального округа. С использованием подходов эколого-флористической классификации выделены индикаторные виды, определены количественные закономерности развития автотрофного планктона и на их основе оценено санитарно-биологическое состояние исследуемого водотока.

Практическая значимость. Полученные флористические данные могут

быть использованы при составлении кадастров водорослей и цианопрокариот

водотоков, и рассматриваться как составляющая биологического

мониторинга экосистем водотоков и для выработки соответствующих

рекомендаций по их охране и рациональному использованию. Результаты

исследования могут быть использованы в курсах лекций «Альгология» и

5

«Урбаноэкосистемы» на биологическом и экологическом отделениях биологического факультета БашГУ и БГПУ им. М. Акмуллы. Апробация. Результаты работы были представлены на конференциях: Межрегиональная научная конференция «Актуальные проблемы современной микробиологии» (Оренбург, 2011); II Международная конференция «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Петербург, 2011); IV Всероссийская конференция по водной экотоксикологии, посвященной памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» и школа-семинар «Современные методы исследования и оценки качества вод, состояния водных организмов и экосистем в условиях антропогенной нагрузки» (Борок, 2011); IX Всероссийская научная конференция с международным участием «Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель» (Екатеринбург, 2012); Всероссийская молодежная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы науки и образования» (Уфа, 2013); XIV заочная научная конференция Research Journal of International Studies (Екатеринбург, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе три статьи в изданиях, включенных в перечень научных изданий и журналов, рекомендуемых ВАК РФ. Защищаемые положения 1. Комплексная оценка экосистемы р. Белой в Благовещенском районе Республики Башкортостан показала, что по биомассе автотрофного планктона водный объект относится к эвтрофному типу. С 1985 г. отмечена четкая тенденция увеличения количественных показателей развития автотрофного планктона и полная смена комплекса доминирующих видов в направление повышения уровня антропогенного эвтрофирования.

2. Сообщество Melosira granulata - Navícula gracilis характеризовало повышение уровня эвтрофирования, показателем которого является биомасса.

Диссертация изложена на 201 странице, в том числе 161 странице основного текста, иллюстрирована 43 рисунками, 32 таблицами. Приложения включают 15 таблиц.

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОТРОФНОГО ПЛАНКТОНА

ДЛЯ МОНИТОРИНГА 1.1. СОСТАВ ПЛАНКТОННЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И ЦИАНОПРОКАРИОТ РЕК ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ

В лесостепной зоне складывается оптимальный баланс увлажнения и теплообеспечения. Ответом биоты на оптимальные гидротермические условия лесостепи становятся беспрецедентно высокий для умеренного полюса Евразии уровень таксономического разнообразия биоты и ее концентрации на единицу площади (Шкундина, 2012). Эта зона занимает большую часть Западного Башкортостана.

Лесостепная зона благоприятна для хозяйственной деятельности человека. Здесь распространены плодородные черноземные почвы, равнинный рельеф, благоприятное для сельского хозяйства сочетание тепла и влаги, достаточно полноводны реки. В настоящее время здесь преобладают антропогенные ландшафты. В этой зоне много ценных памятников природы, сохранившихся в первозданном виде или созданных человеком. На р. Белой охраняются озера Шамсутдин, озера Большая и Малая Елань, озеро-родник Голубое (http://www.ievbras.ru).

На территории Республики Башкортостан проводились исследования автотрофного планктона разнообразных водных объектов (Шкундина, Мартыненкова, 2002; Шкундина, 2006; Шкундина, Гуламанова, 2009; БЫшпсИпа, Ои1атапоуа, 2012).

Существует много работ, в которых подробно описывается автотрофный

планктон различных водотоков (Алешина и др., 2009; Анциферова и др.,

2009; Баженова и др., 2005, 2010; Баринова и др., 2006; Барсукова, 2010;

Белан и др., 2012; Бондаренко и др., 2010; Буркова, 2008, 2011; Валеева, 2012;

Габышев и др., 2008, 2010, 2011, 2012; Герасимов, 2010; Горбунова и др.,

2008; Гуламанова и др., 2006; Денисова и др., 2005; Дубовская, 2009; Евсеева,

8

2011; Ермолаева, 2008; Зеленевская и др., 2011; Касперовичене и др., 2003; Кобанова и др., 2012; Корнева, 2008, 2009; Королевская и др., 2009; Корякина, 2005; Кузьменко и др., 2008; Куклин, 2009; Лихачев и др., 2009; Ляшенко, 2003; Медведева и др., 2003; Митрофанова, 2008; Насырова и др., 2004; Науменко, 1996; Оглы, 2006, 2009; Asaeda et al, 2004; Bennion et al, 2004; Bukhtiyarova et al, 1996; Cowles, 2004; Dean et al, 2006; Dela-Cruz et al, 2006; Huang et al, 2010; Kamenir, 2005; Nedbalova et al, 2006; Sosnovskaya, 2008; Welker et al, 2007) и др.

В результате проведенных исследований Л.В. Тумбинской (2006) в составе альгофлоры р. Москвы в черте города выявлено 338 видов и разновидностей водорослей, относящихся к 8 отделам, 14 классам, 38 порядкам, 122 родам. Составлен оригинальный систематический список водорослей, описаны 47 видовых и внутривидовых таксонов. Мы расположили виды автотрофного планктона р. Москвы по системе, принятой в algaebase.org. в мае 2013 г. (Guiry et al., 2013). Формирование численности автотрофного планктона в р. Москве происходит в основном за счет Cyanobacteria (35,7% общей численности), Chlorophyta (31,8%) и Ochrophyta (27,9%, при этом численность диатомей составляет 23,0% от общей).

В альгофлоре р. Северский Донец (районы г. Лисичанска и г.

Славянска) определено 133 вида водорослей из четырех отделов по данным

авторов, относящихся к Cyanoprokaryota, Euglenophyta, Bacillariophyta,

Chlorophyta, a no Guiry et al., 2013: Cyanobacteria, Euglenozoa, Ochrophyta,

Chlorophyta. Основу флоры составляли диатомовые водоросли,

субдоминанты — зеленые водоросли. В сообществах автотрофного

планктона доминирует диатомово-протококковый комплекс с

незначительным участием цианопрокариот и эвгленофитовых водорослей.

Среди 23 семейств наиболее многочисленным по родовому и видовому

разнообразию являлись семейства Naviculaceae (34 вида 8 родов),

9

Scenedesmaceae и Fragillariaceae. Менее представлены семейства Nitzschiaceae и Coscinodiscaceae. Видовое разнообразие исследованных районов значительно различается. В пробах автотрофного планктона вблизи г. Славянска отмечено на 99 видов водорослей больше, чем в образцах в районе г. Лисичанска (Омельяненко, Лялюк, 2008).

В заводях р. Миасс в пределах г. Челябинска в 2007 - 2008 гг. было выявлено 28 видов водорослей, относящихся к 22 родам, 14 семействам, 11 порядкам, 4 отделам (Cyanophyta, Euglenophyta, Bacillariophyta, Chlorophyta). Часто встречались Dactylococcopsis irregularis G.M.Smith, Navicula cryptocephala Kutzing, N. diluviana Krasske (Лихачев, Артеменко, 2009).

Автотрофный планктон водных объектов на территории г. Уфы (Шкундина, Турьянова, 2009) насчитывал 306 видов и внутривидовых таксонов водорослей, принадлежащих к 106 родам, 55 семействам, 30 порядкам и входящих в 14 классов и 8 отделов по данным авторов: Chlorophyta — 117 видов, Bacillariophyta - 103, Cyanophyta - 53, Euglenophyta -12, Dinophyta - 7, Xanthophyta - 1 Chrysophyta — 6, Cryptophyta - 1 вид. Мы расположили виды автотрофного планктона по algaebase.org. на май 2013 г.: Chlorophyta - 117 видов, Ochrophyta - 116, Cyanobacteria - 53, Euglenozoa - 12, Myzozoa - 7, Cryptophyta - 1 вид. В составе автотрофного планктона четырех рек обнаружено 306 видов и внутривидовых таксонов водорослей, что составляет 77% от общего числа видов, выявленных в водных объектах на территории г. Уфы. Доминируют по системе, принятой Guiry et al., 2013 на май 2013 г. отделы - Ochrophyta (37,9%), Chlorophyta (38,2%) и Cyanobacteria (17,3%). В составе автотрофного планктона рек и озер на территории г. Уфы фонообразующие виды представлены отделами Ochrophyta (7 видов), Euglenozoa (2), Cryptophyta (4), Cyanobacteria (1) и Chlorophyta (1). Наиболее часто фон автотрофного планктона определяли Synedra ulna (9 водных

объектов), 81еркапо(1'15ст каЫгзски и СегаИит ЫгипсЬпеПа (4 водных объекта).

В водоемах бассейнов рек Кожим и Щугор (Приполярный Урал), обнаружено 297 видов и внутривидовых таксонов водорослей, относящихся к 92 родам, 48 семействам, 18 порядкам, семи отделам, что свидетельствует о богатстве изученных отделов водорослей и достаточно высоком уровне таксономического разнообразия. Основную долю списка составили по систематике, приведенной вшгу е1 а1., 2013 на май 2013 г., зеленые водоросли (СЫогоркуЬа) - 147 таксонов и цианобактерии (СуапоЬаМеИа) -130 таксонов. Остальные отделы - Я1юс1орку1а, Ещ1епохоа и Скагорку1а -представлены двумя-девятью таксонами (Стерлягова, Патова, 2008).

Водоросли благодаря высокой чувствительности к условиям окружающей среды играют важную роль в биологическом анализе воды.

Таблица 1

Таксономическая структура автотрофного планктона некоторых рек

по системе, принятой в algaebase.org на май 2013 г.

Отдел Количество

классов порядков семейств родов видов и в ВТ. (% во флоре)

Река Анабар (Габышев и др., 2009)

ОсЬгорЬ^а 5 11 28 44 121 (51,2)

СуапоЬас1епа 3 6 13 18 39(17,6)

СЫогорЬ^а 2 8 17 28 66 (29,4)

Е1щ1епогоа - - - - -

Мугогоа 1 1 1 1 3 (1,4)

СгуркфЬ^а - - - - -

Rhodophyta 1 1 1 1 1 (0,5)

ВСЕГО: 12 27 60 92 230 (100)

Река Белая в районе г. Стерлитамак (Сахабутдинова и др., 2013)

Ochrophyta 10 21 39 71 156 (47,5)

Cyanobacteria 1 4 6 19 73 (20)

Chlorophyta 3 11 19 50 75 (20)

Euglenozoa 1 1 1 3 17(5)

Myzozoa 1 1 1 4 7(1,8)

Cryptophyta - - - - -

Rhodophyta - - - - -

Charophyta 2 2 5 9 10 (3,5)

ВСЕГО: 18 40 64 156 338 (100)

р. Сомбрейро, Черная Дельта, Нигерия (Ezekiel, Ogamba, Abowei, 2011)

Ochrophyta - - - - 21 (48,9)

Chlorophyta - - - - 14 (32,6)

Cyanobacteria - - - - 8(18,5)

ВСЕГО: - - - - 43 (100)

р. Евфрат,' (Hassan, Taylor, Al-Taee. ^рак Al-Fatlaw, 2010)

Cyanobacteria - - - - 14 (26,4)

Chlorophyta - - - - 33 (62,2)

Ochrophyta - - - - 2 (3,7)

Euglenozoa - - - - 2 (3,7)

Myzozoa - - - - 2 (3,7)

ВСЕГО: - - - - 53 (100)

Как видно из таблицы 1 в реках лесостепной зоны лидирующими представителями в автотрофном планктоне являются диатомовые водоросли (отдел Ochrophytá). Затем следуют представители отдела зеленые водоросли и цианобактерии, чьи показатели варьируются в зависимости от рек, но в целом стабильны. Представители же других отделов встречались реже Rhodophyta лишь в реке Анабар, только в р. Белой. Представители отдела Cryptophyta вообще не встречались. Были проанализированы данные по рекам Нигерии и Ирака, в которых не было обнаружено представителей Bacillariophyta (отдел Ochrophytá).

1.2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОТРОФНОГО ПЛАНКТОНА РЕК ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ Для обзора количественных характеристик был проанализирован ряд работ, в которых характеризовались количественные характеристики автотрофного планктона рек (Габышева и др, 2009; Королевская, 2009; Мухортова, 2010; Науменко и др., 2010; Оглы, 2009; Омельяненко и др., 2008; Охапкин и др., 2003, 2004, 2010; Павлова, 2008; Романов и др., 2009; Ремигайло и др., 2010, 2012; Ростанец и др., 2011; Селезнева, 2005; Семенова, 2009; Силаева, 2011; Сокольский и др., 2011; Стоник, 2001; Тарасова и др., 2011; Турьянова, 2006; Хисориев, 2010; Шкундина, 1995; Шкундина и др., 2004, 2013; Adesalu et al, 2010; Begum et al, 2009; Ezekiel et al, 2011; Ekwu et al, 2006; Fidelia et al, 2012; Fikrat et al, 2010; Gaiser et al, 2005; Hamilton et al, 2001; Hensen, 2004; Hill et al, 2008; John et al, 2002; jones et al, 2009; Marshall, 2009; Melo-Magalháes et al, 2011; Ózbay, 2011; Romero et al, 2011; Sabater, 1990; Shkundina et al, 2012; Soylu et al, 2003; Zencir et al, 2011) и др.

Трофический статус водоемов нередко оценивается по состоянию автотрофного планктона. Существует прямая связь между биогенной нагрузкой и количественным развитием автотрофного планктона (Даценко, 2007).

Изучение автотрофного планктона реки Камы выше и ниже сброса сточных вод Муниципального унитарного предприятия «Нефтекамскводоканал» (МУП НВК) в 2009-2012 гг. показало, что численность автотрофного планктона изменялась от 12 до 106416 тыс. кл/л, биомасса - 0,006 до 54,504 г/м (Шкундина, Баймиева, 2013). Значительный подъем количественных показателей развития водорослей отмечался после сброса сточных вод в мае 2012 г.

По данным Н.Г. Тарасовой, Т.Н. Бурковой (2011) по Нижнекамскому водохранилищу, численность автотрофного планктона в 2004 г. были в 5—12 раз, а биомасса в 0,5-30 раз выше, чем в 2009 г. Отличия были выявлены и в составе доминирующих по численности и биомассе комплексов видов водорослей (табл. 2, 3).

Таблица 2

Состав доминирующего по численности и биомассе комплекса водорослей

Нижнекамского водохранилища летом 2009 г.

Станция Доминанты по численности Доминанты по биомассе

Чайковский Microcystis pulverea (Wood) Forti (22%)* -

Нечкино Dictyosphaerium subsolitarium Van Goor (10%) Stephanodiscus hantzschii Grunow (18%), Actinocyclus variabilis A.K.J.Corda (15%), Aphanizomenon flosa