Диссертации » Биологические науки » Гидробиология

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Динамика структурных показателей фитопланктона восточной части Финского залива в многолетнем аспекте
ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Макарова, Светлана Витальевна

Введение

Глава 1. Физико-географическая характеристика района исследований.

1.1. Краткая характеристика гидрометеорологических условий восточной части Финского залива.

1.2. Гидрохимический режим.

1.3. Краткая характеристика экосистемы.

1.4. Гидротехническое строительство.

Глава 2. Материалы и методы.

Глава 3. Видовой состав фитопланктона восточной части

Финского залива, его сезонная и межгодовая динамика.

3.1. Экологическая характеристика видового состава восточной части Финского залива.

3.2. Пространственно-временная динамика видового состава фитопланктона.

3.3. Массовые виды фитопланктона восточной части

Финского залива.

3.4. Обсуждение результатов.

Глава 4. Динамика биомассы фитопланктона восточной части

Финского залива.

4.1. Сезонная динамика биомассы фитопланктона. Распределение по акватории.

4.2. Вертикальное распределение биомассы фитопланктона.

4.3. Межгодовая динамика биомассы фитопланктона.

4.4. Обсуждение результатов.

Глава 5. «Цветение» воды синезелеными водорослями в восточной части Финского залива.

5.1. Характеристика видового состава синезеленых восточной части Финского залива. Потенциально токсичные виды.

5.2. Динамика биомассы синезеленых восточной части

Финского залива

5.3. Обсуждение результатов.

Глава 6. Сопоставление динамики структурных показателей фитопланктона восточной части Финского залива с крупномасштабными процессами в гидрометеорологическом режиме Балтийского моря.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Динамика структурных показателей фитопланктона восточной части Финского залива в многолетнем аспекте"

Закономерности функционирования экосистемы Финского залива, как и всего Балтийского моря, во многом определяются как естественными факторами, в первую очередь крупномасштабными колебаниями атмосферных процессов Северного полушария, так и значительным антропогенным воздействием. Море окружено густонаселенной сушей с высокоразвитой промышленностью и интенсивным сельским хозяйством, что ведет к существенному загрязнению и эвтрофированию, главным образом, прибрежных акваторий (Экосистема и ее компоненты, 1983; Емельянов с соавт., 1992, Экосистемные модели., 1997).

Адекватным индикатором экологического состояния водоема является фитопланктон. Это обусловлено тем, что сообщество планктонных водорослей формируется под воздействием многих факторов среды, как абиотических, так и биотических. Режим солености и температуры, световые условия, турбулентность, концентрация биогенных элементов, особенности жизненных циклов отдельных видов, устойчивость их к выеданию, межвидовая конкуренция оказывают непосредственное влияние на его структуру. Являясь автотрофом, фитопланктон одним из первых реагирует на изменение условий в водоеме. Такие важнейшие структурные показатели сообщества как видовой состав, численность и биомасса, соотношение основных систематических групп, их временная динамика позволяют оценить трофический статус водного объекта и прогнозировать его возможные изменения.

Актуальность долговременных исследований фитопланктона восточной части Финского залива определяется необходимостью контроля и прогноза экологического состояния данной акватории.

Это связано с тем, что Финский залив, и особенно, его восточная часть, по удельным нагрузкам является одним из самых загрязненных районов Балтийского моря (НЕЬСОМ, 1990). Здесь активно проявляются процессы эвтрофирования, выражающиеся, в частности, в «цветении» воды синезелеными, а также в росте первичной продукции (Экосистемные модели., 1997). Известно, что повышение продукции органического вещества вследствие эвтрофирования и дополнительный приток энергии в экосистему могут изменять биоактивность, токсичность и оборачиваемость загрязняющих агентов, влияя на их физико-химические свойства (ОиппагББоп й а1., 1995). Качество воды восточной части Финского залива играет немаловажную роль, поскольку данная акватория играет огромную роль в деятельности человека -используется в рыбопромысловых, транспортных и рекреационных целях. Регулярно возникающее у северного побережья массовое развитие синезеленых не только существенно снижает качество воды, но и может оказывать отрицательное воздействие на гидробионтов (в первую очередь, молодь рыб), а также на организм человека вследствие проявления потенциальных токсических свойств некоторых видов.

В восточной части Финского залива ведется строительство крупных гидротехнических сооружений - комплекса защиты г.Санкт-Петербурга от наводнений, портовых комплексов в г.Выборге, Высоцке, Приморске, Лужской губе и бухте Батарейной, что требует обеспечения оперативной экологической информацией для разработки комплекса природоохранных мер.

Кроме того, данные натурных исследований фитопланктона восточной части Финского залива необходимы для прогнозирования уловов рыбы, воссоздания целостной картины состояния Балтийского моря, для математического моделирования процессов, протекающих в экосистеме Финского залива, а также для калибрации результатов дистанционных методов наблюдений, широко используемых в экологическом мониторинге акватории Балтики.

Изучение процессов, протекающих в экосистеме восточной части Финского залива является частью различных международных программ, таких как: Программа действий по охране окружающей среды Балтийского моря

Baltic Sea Joint Comprehensive Environmental Action Programme) (HELCOM, 1993), Проект "Балтика" (The "Baltica" Project), Морской экологический патруль (Marine Geoecological Patrol), Год Финского залива-96 (The Gulf of Finland Year 1996), Балтийский плавучий университет (Baltic Floating University).

Флористические исследования восточной части Финского залива имеют достаточно длительную историю: они были начаты еще в середине XIX века, но в течение почти целого столетия носили эпизодический характер.

Первые сведения о водорослях Финского залива принадлежат Брандту (Brandt, 1845). Автор собрал летом 1843 г. несколько проб в двух пунктах южного побережья Финского залива в 40 км к западу от Ораниенбаума. В обработанных образцах было найдено два планктонных и 13 донных видов водорослей. Половина найденных форм являлись типичными представителями морской прибрежной флоры, остальные - пресноводными (цит. по: Киселев, 1948). В работе Христиана Гоби (1879), обследовавшего Сестрорецкую бухту, Нарвский залив и Ревельское побережье, имеются данные о распространении зеленых и сине-зеленых водорослей, а также описаны случаи "цветения" воды вызванного Aphanizomenon flos-aquae и Rivularia flos-aquae в Нарвском заливе.

Русская Балтийская экспедиция 1908-1909 гг. открыла следующий этап исследования планктона восточной части Финского залива. Впервые была дана количественная оценка основных видов фитопланктона, встреченных на акватории между Толбухиным маяком и о.Гогланд. Отмечено, что летом и осенью в исследованном районе преобладающими являются сине-зеленые Aphanizomenon flos-aquae и Nodularia spumigena (Крабби, 1913). Данные по видовому составу и биомассе весеннего фитопланктона в районе о.Сескар были получены в 1912 г. (Leegaard, 1920). В 1923 г. И.А.Киселев обследовал акваторию в районе южных ворот Невской губы и Толбухина маяка (Киселев, 1924) . Было обнаружено 260 видов водорослей, среди которых наиболее разнообразными являлись диатомовые (116 видов) и зеленые (94 вида) водоросли. Этим же автором в 1934-1935 гг. было проведено подробное изучение восточной части залива, включая Копорскую, Лужскую губы и частично Нарвский залив. Помимо выделения руководящего комплекса видов фитопланктона, исследовалось их отношение к факторам среды - температуре и солености (Киселев, 1948).

Возобновившиеся в 70-х годах после длительного перерыва исследования восточной части залива оставались нерегулярными и охватывали лишь ограниченные участки: Копорскую губу (Балашова, Никитина, 1983; Никитина, Балашова, 1983; Никулина, Порхачева, 1980 и др.); прибрежные районы (Андрушайтис (ред)., 1987); глубоководную зону (Балоде, 1990).

Систематические наблюдения на всей акватории восточной части Финского залива (от Невской губы до о.Гогланд) стали проводиться только с начала 80-х годов Северо-западным управлением гидрометслужбы (Обзор., 1991, Обзор., 1992; Басова с соавт., 1996; Басова с соавт., 1997; Basova, Lange, 1998 и др.), а затем и Государственным гидрологическим институтом. В работах В.Н.Никулиной (1988-1991) была дана общая характеристика видового состава и показателей обилия фитопланктона за период 1982-1988 гг.; подробно изучена экология новой для восточной части залива диатомовой водоросли Skeletonema subsalsum; исследовано влияние добавок биогенных элементов на видовой состав и количественные характеристики фитопланктона.

Литературные сведения об исследованиях выполнявшихся в 1990-95 гг. (Leppanen et al.,1992; Pitkanen et al.,1993; Kauppila et al., 1995; Трифонова с соавт., 1998), в основном касались результатов отдельных съемок восточной части Финского залива. Детальные исследования были проведены в Лужской губе (Lavrentieva et al., 1997).

Однако, несмотря на значительный объем фактического материала, накопленного к настоящему моменту, целостная характеристика фитопланктона восточной части Финского залива в пространственновременном аспекте и во взаимосвязи с основными факторами среды отсутствует.

Основная цель данной работы - выявление закономерностей пространственно-временной динамики структурных показателей фитопланктона восточной части Финского залива. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

1. Составить список видов фитопланктона; дать экологическую характеристику видового состава фитопланктона различных районов восточной части Финского залива; проследить сезонную и межгодовую динамику массовых видов.

2. Оценить количественное развитие фитопланктона восточной части залива в пространственно-временном аспекте.

3. Проследить пространственно-временную динамику «цветения» воды синезелеными водорослями и выявить факторы среды, благоприятствующие данному явлению в восточной части Финского залива.

4. Сопоставить процессы, протекающие в сообществе планктонных водорослей исследованной акватории с естественными и антропогенными факторами среды.

Диссертационная работа состоит из 6 глав, введения и выводов. В первой главе дается краткая характеристика климатического, ледового, гидрологического и гидрохимического режимов Балтийского моря и Финского залива, оказывающих непосредственное влияние на развитие фитопланктона. Во второй главе описаны методы сбора и обработки материала. Третья глава посвящена характеристике видового состава фитопланктона восточной части Финского залива: выделяются основные экологические комплексы видов, рассматриваются закономерности изменения видового состава как в пространстве (в зависимости от режимов солености и температуры различных участков исследованной акватории), так и во времени (в сезонном и межгодовом аспекте). Дается экологическая характеристика массовых видов фитопланктона. В четвертой главе рассматривается сезонная и межгодовая динамика общей биомассы фитопланктона на различных участках акватории восточной части залива. Пятая глава содержит сведения о «цветении» воды синезелеными водорослями (цианобактериями), обсуждается связь возникновения массового развития синезеленых с определенными гидрометеорологическими и гидрохимическими факторами среды. В заключительной главе проводится сопоставление процессов, протекающих в сообществе планктонных водорослей исследованной акватории с долговременными изменениями гидрологического и гидрохимического режимов Финского залива и Балтийского моря в целом. Приложение включает список видов, обнаруженных на акватории восточной части залива в период исследований, а также таблицы, содержащие данные по численности и биомассе как отдельных видов, так и фитопланктона в целом.

Научная новизна работы заключается в том, что на основании результатов длительного периода (1986-1997 гг.) изучения восточной части Финского залива впервые составлен список планктонных водорослей исследованной акватории, дана подробная экологическая характеристика видового состава фитопланктона в целом и массовых, ценообразующих видов; приведены сведения о зимнем фитопланктоне; описано формирование разнородных экологических комплексов под влиянием апвеллинга в летний период. Полученные данные вносят определенный вклад в познание водной флоры с точки зрения ботанической географии. Выявлены основные закономерности пространственно-временной динамики показателей обилия фитопланктона восточной части Финского залива. Показано, что структурные характеристики сообщества определяются гидрологическими и гидрохимическими особенностями тех или иных участков акватории и адекватно флюктуируют под воздействием как краткосрочных, так и долговременных изменений факторов среды. Впервые обсуждается влияние крупномасштабных колебаний гидрометеорологического режима Балтийского моря на фитопланктон восточной части Финского залива. Для статистической обработки данных по численности и биомассе фитопланктона впервые применен квантильный анализ.

Результаты исследований были использованы для разработки мероприятий по охране и оздоровлению водной системы Ладожское озеро -Невская губа - восточная часть Финского залива в период строительства комплекса сооружений защиты от наводнений; при составлении долговременных прогнозов уловов рыбы в восточной части Финского залива; при математическом моделировании биогеохимических круговоротов в экосистеме Финского залива (международный Проект «Балтика»), а также при составлении очередного обзора Хельсинской Комиссии (НЕЬСОМ) по экологическому состоянию Балтийского моря за период 1989-1993 гг.

Результаты исследований докладывались на 18-й Конференции балтийских океанографов (Санкт-Петербург, 1992); на Международном совещании «Гидробиологические проблемы внутренних водоемов и их малакофауна» (Санкт-Петербург, 1995); на Заключительном семинаре «Год Финского залива-96» (Хельсинки, 1997); на школе-семинаре Океанографической комиссии ЮНЕСКО «Таксономия и биология потенциально токсичных морских микроводорослей» (Тварминне, Финляндия, 1997); на IV Совещании по дистанционным методам мониторинга «Определение, мониторинг и предсказание цветений воды» (Стокгольм, Швеция, 1998), а также на ежегодных отчетных сессиях Ученого совета Государственного гидрологического института и семинарах Лаборатории гидробиологии ГосНИОРХ.

По теме диссертации опубликовано 6 работ (ЭШпа е! а1., 1992; Силина с соавт., 1995; Киоэа е1 а1., 1996; 81траег е1 а1., 1996; Ляхин с соавт., 1997; Макарова, 1997)

Благодарности. Автор выражает особую признательность научному руководителю, д.б.н., профессору Г.М.Лаврентьевой.

Искренняя благодарность к.б.н., с.н.с. ЗИН РАН В.Н.Никулиной, под руководством которой проводились работы в 1986-1989 гг.; к.б.н., с.н.с. Н.И.Силиной, благодаря энтузиазму которой стали возможными исследования в период 1991-1997 гг.; к.т.н., в.н.с. ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова В.В.Горбацкому за предоставленную возможность сбора материала в 1995-1997 гг., а также всем сотрудникам Лаборатории гидроэкологических исследований ГГИ, в разные годы обеспечивавшим и осуществлявшим экспедиционные работы в восточной части Финского залива.

Информация о работе
  • Макарова, Светлана Витальевна
  • кандидата биологических наук
  • Санкт-Петербург, 1999
  • ВАК 03.00.18
Диссертация
Динамика структурных показателей фитопланктона восточной части Финского залива в многолетнем аспекте - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно
Похожие работы