Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эволюция озерных экосистем Центральной Якутии по материалам диатомового анализа донных отложений

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эволюция озерных экосистем Центральной Якутии по материалам диатомового анализа донных отложений"

ГБ ОД

? СЕН Ж

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОЗЕРОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи УДК 551.896.261 26

ПЕСТРЯКОВА Людмила Агафьевна

ееолюция озерных экосистем центральной пкугни

но материалам диатомового анализа донных отложений

(03.00.16 - Экология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОЗЕРОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи УДК 551.896 261.26

ПЕСТРЯКОВА Людмила Агафьевна

еволюция озерных экосистем центральной яшм

00 материалам диатомового анализа донных отложений

(03.00.16 - Экология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Работа выполнена в Институте озероведения РАН и Лаборатории озероведения Якутского государственного университета имени М.К.Аммасова.

Научные руководители - доктор биологических наук

H. Н. Давыдова

- кандидат географических наук И. И. Жирков

Официальные оппоненты - доктор биологических наук

профессор И. В. Макарова

- кандидат биологических наук Р. Н. Джиноридзе

Ведущ:ш организация -- Санкт-Петербургский государствен- •

nuit университет, бизлого-почвенный факультет, !сафгдра ботаники

Заадта диссертации состоится " " 1994 г.

в часов на заседании специализированного совета

Д.МО. 10.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте озероведения РАН но адресу: 196199 г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института озероведения РАН.

•Автореферат разослан " / " г.

Ученый секретарь специализированого совета,

кандидат биологических наук М. А. Белова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В условиях острого дефицита увлажненности Центральной Якутии и возрастающего антропогенного загрязнения становятся актуальными исследования в области экологической оценки состояния водных экосистем, поиска путей их рационального использования и охраны. В этой связи необходимо изучение естественных трендов развития водоемов, их динамики в голоцене и. значения ее антропогенной составляющей. Огромное разнообразие озерных экосистем является итоговым выражением природных процессов, присущих озерам как водоемам замедленного водообмена. В ходе исторического развития озер создается то разнообразие состава и характера донных отложений, которое делает их надежным информационным источником сведений об эволюции флоры и фауны, индикатором природных и антропогенных процессов.

Одним из наиболее репрезентативных методов , позволяющих восстановить изменчивость природных процессов и экологических условий в озерах, является диатомовый анализ. Диатомовые водоросли хорошо сохраняются в процессе седиментации и диагенеза озерных осадков и отражают динамику природной среды в изменениях видового состава и экологических характеристик.

Высокая информативность диатомового анализа и возможность применения его в понимании и объяснении широкого спектра экологических изменений обусловлены повсеместным распространением диатомей в различном диапазоне природных сред¡большим видовым разнообразием; высокой долей участия в трансформации вещества и потока энергии в экосистеме озер, в качестве одного из звеньев трофической цепи; длительной сохранностью в доннах отложениях и свойством диатомовых комплексов быстро менять ви- . довой состав и структуру экологических групп в ответ на изменения экологической обстановки водоемов.

Диатомовый ачаяиз озер Центральной Якутии может дать надежный материал для разносторонней оценки реакций диатомовых организмов на изменения экологических условий, что позволяет с осльесй достоверностью реконструировать характер и пос- ■ ледс?. стельность, ритмику и интенсивность этих изменений. По

мнению актора, ь атом и заключается актуальность проведенных исследований. Реьультаты работы пригодны для использования при мониторинге состояния природной среды Якутии - обширного региона Сеьеровосточной Азии с весьма своеобразными природными процессами.

Недь и задачи иссдндоьсшкя. Цел;-, настоящей работы - выявление изменений экологической обстановки пресноводных озер Центральной Якутии в поздне- и послеледниковое время на основе дпагомового аиалиеа их донных отложений. Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:

- .изучить флористический состав и структуры экологических групп диатомовых комплексов ДОННЫХ СТЛолиНИИ;

- определить численность и характер вертикального распределения диатомей в толще донных-отделении;

- выяснить характер изменений диатомовых комплексов донных осадков озера в голоцене и позднем плейстоцене;

- исследовать диатомовые комплексы в. поверхностном слое современных осадков с целью реконструкции эвтрофирования и антропогенных воедействий на озера;

- выявить основные тенденции изменения природных условий Центральной Якутии на протяжении позднего плейстоцена и голоцена на основе изучения диатомовых комплексов с учетом споро-во-ныльцевого, химического, гра)улометрического состава донных отложений.

Научная новизна работы заключается в том, что ьпервые для территории Якутии был произведен детальный диатомовый анализ донных отложений озер. Составлен первый список голоценовой флоры диатомей ( 269 видов и разновидностей, 50 таксонов указаны впервые для Якутии). Впервые получены микрофотографии массовых и характерных ископаемых диатомей, в том числе - с использованием сканирующего микроскопа (СЭМ). Результаты анализа (с учетом данных изучения спорово - пыльцевых спектров, химического, гранулометрического состава озерных отложений) дали возможность произвести реконструкцию палеолимнологических условий на фоне климатических изменений с позднеледниковья до современности.

Практическая значимость. Метод диатомового анализа донных отложений позволил получить временную и пространственную характеристику изменений лимнических экосистем Центральной Яку-

тии, в том числе в условиях острого дефицита увлажненности последнего столетия.

Летально наученные и зафиксированные в яиатомотеке и фотографиях диатомовые комплексы могут стать эталоном длл дальнейших альгологических, биостратиграфических и палеоэкологических исследований на территории Якутии, Основные положения работы могут быть включены в программы обучения на биологическом, географическом и геологическом факультетах Якутского госуниверситета.

Научные результаты исследований включены в подготовленную в Институте озероведения РАН монографию "История озер Севера Азии" в очерк, посвященный голоценовой истории озер Центральной Якутии.

Публикации и апробации работы. По теме опубликовано 4 работы, находятся в печати 3 статьи. Основные положения исследования неоднократно докладывались и обсуждались на конференциях молодых специалистов и аспирантов Республики С.зха (Якутия), на семинарах Лаборатории озероведения, заседаниях кафедры экологии Якутского госуниверситета, на Пятой школе диатомологоз (Иркутск, 1993).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения. 5 глав, выводов, списка литературы ( /1( названий, из них о?3 иностранных) и приложения. Объем диссертации /// страниц, включая /3 таблиц и $ рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Физико-географическая характеристика района исследований и природные особенности оуер Центральной Якутии

Оизико-географические особенности района исследований.

Район исследовании охватывает бассейн среднего течения реки Лены, средних и нижних течений рек Вилюй и Алдан. Цент-{■ачьшш Якутия представляет собой денулационно-аккумулят'ивную равнину с абсолютными отметками до 400-500 ¡м. Абсолютные высоты рельефа постепенна уменьшаются в направлении к месту слия-

ния рек Алдана и Лены. Минимальные отметки составляют 65-100 м. С северо-востока Центральноякутская равнина обрамлена Верхоянскими горами, К югу переходит в Лено-Алданское плато Сибирской платформы, к западу и северо-западу в Среднесибирс-.кое плоскогорье.

■ Начало формирования Центрально-Якутской низменности относится к мезозою (Леонов, 1971). Длительное время эта террито-' рия являлась областью погружения и аккумуляции. В отдельных районах, возможно, опускание происходит и в настоящее время (Линденская, Лунхинская; Усть-Алданская впадины, Арылахская мульда и др. )..

Характерной особенностью всей территории является суровый ; и резко континентальный климат и повсеместное распространение Многолетней мерзлоты.

Своеобразным в рельефе Центральной Якутии является нали-' чие . многочисленных котловин и западин, образующихся в результате протаивания многолетнемерзлых горных пород и проседания 'грунтов. С ними связано происхождение большого количества озер и "аласов" (лугов в озерных котловинах). По сравнению с други-; ми регионами, обследованная территория является одной из зао-эеренных, что объясняется невысоким гипсометрическим положением и малой дренированностыо территории.

Современное состояние экосистем овер " . В пределах Цент-: : рально-Якутской низменности наиболее широкое распространение 'получили термокарстовые озера, небольшие по размерам (до км2) и имеющие округлоовальную. форму. Глубина большинства озер

• 'Колеблется от 1,0 до 2,0 м. .." • : / ; Гидрологический режим озер Центральной Якутии и взаиюс— "• вязь'озерных вод с подземными водами в значительной мере зави-

"сят от стадии развития термокарстовых котловин • (•" начальная, ере лая, аласная), так как каждой стадии соответствуют свои ус--■ лезвия формирования подоэерных таликов и свой характер взаимос-: вяеи их вод с озерными. Так, в начальную и зрелую,;.стадии о увеличением площади озера увеличиваются его глубины, соотБетс-

• твенно увеличивается и мощность подозерного талика. В этот пе-рйод взаимосвязь подземных вод талика с озерными наиболее тес-иая. • В стадии старения озера интенсивно усыхают, что способствует промерзанию и уменьшению мощности таликов. В результате таликовые подземные воды изолируются от озера мерзлыми порода-

ми и между ними прекращается активный водообмен. С течением бремени, вследствие промерзания, подозерный талик полностью поглощается мерзлотой,

На территории региона наиболее распространены пресные озера с гидрокарбонатно - натриевыми водами, минерализация которых колеблется в широких пределах от 100 до 1000 мг/л, редко встречаются солоноватоводные и минеральные озера.

Прозрачность воды варьирует от 0,2 м (оз. Ырджах 12.07.86) до 4,5 м (оз.Чичени 29.07.86). Летом, в результате уменьшения содержания свободной углекислоты, рН сдвигается в щелочную сторону.

В 8имний период во всех озерных, системах наблюдается ост-« рый дефицит растворенного кислорода. Это объясняется длительностью ледостава (с середины октября до первой половины мая). мощностью ледового покрова,достигающего в суровых условиях зи-. мы значительной величины (до 2,0 м), и мелководностью боль-иинства озерных водоемов. Дефицит кислорода наиболее остро выражен в озерах Лено- Амгинского междуречья 5-19 % насыщения.' В содержании С02 наблюдается избыток (12,7-220 мг/л). В летний период характерна повышенная концентрация кислорода (10 мг/л и больше). Процент насыщения достигает 117,9 (оз.Бес-Кюель), 100,5 (оэ. Улахан Вагадьы), 94,9 (оз. Догдоку). Свободная углекислота "(С02) отсутствует или зафиксирована в малом количестве. Для всех овер Центральной Якутии характерна.значительная зарастаемость прибрежной и интенсивное развитие подводной растительности, полностью поглощающей всю свободную углекисдо-. ту . •.'

ПерМанганатная окисляемость колеблется в пределах от 0,4 до 21,4 мг/л. Содержание ионов аммония (НН4) достигает 1 ,*5 мг/л (оэ.Андшах) - 3,87 мг/л (оз.Ыгык-Кюель).

Основу минерализации составляют ионы НСОЗ, Са2+, • Остальные макроионы (С1, 504, Ма+К) встречаются в небольшом количестве, которые увеличиваются при поступлении в озеро загрязняющих веществ. Почти все озера Центральной. Якутии можно отнесли к гидрокарбонатному, типу. Наименьшую минерализацию имеют воды овер тукуланов, расположенные на песчаных отлоле- • ниях древней долины реки Вилюй. Повышенной минерализацией отличаются озера восточной части Центральной} Якутии, ■ приурочен-' ные к области распространения карбонатных'.лессовидных- су глин-

ков. С усилением антропогенного эвтрофирования озер наблюдает- • ся тенденция к постепенному росту общей минерализации воды до 2 г/л и выше. '

Объектом нашего исследования послужило озеро Улахан Чабы-да, расположенное на эрозионно-денудационной равнине левобережья р.Лены , е термокарстовой котловине , в 20 км западнее . г." Якутска. Котловина озера Еытянута с севера на*юг и находится на высоте £00 м над уровнем реки Лены. По морфогенети-ческон классификации И. К. Жиркова (1983) озеро относится к типу озер древних тукуланов (закрепленных песков).

По морфометрическим и гидрологическим показателям,трофическому статусу озеро Улахан Чабыда является типичным для Центральной Якутии.

Площадь озера равна 2,1 км2, максимальная глубина -0,8 м, длина - 1,84 км, максимальная ширина - 1,0? км, объем воды озера -366,1 тыс.мЗ, максимальная мощность отложений -10,2 м, а разрез донных отложений озера можно считать эта-лонним для озер Центральной Якутии.

Исследованная колонка донных отложений имеет следующее строение:

0-9,20 - сапропель светло-оливковый, постепенно переходящий в темно-оливковый с многочисленными растительными остатками;

9,20-9,40 - алеврит серо - оливковый с растительными ос- , татками;

9,40-10,0 - алеврит песчанистый, серый"с прослойками темного песка.

По данным палинологического анализа, выполненного А. А.. Андреевым (Институт географии РАН) в колонке выделены отложения позднего плейстоцена и голоцена.

Изученность диатомей в водоемах Якутии. Первые сведения о диатомовой флоре озер Якутии содержатся в работах В. В. Сквор-цова (1917), В. В. Алабышева (1932), И. А. Киселева (1935).

' Систематические исследования альгофлоры Якутии были начаты в 1948 г. Л. Е. Комаренко (Комаренко, 1955 а, б, 1960, 1968, 1969, 1972 и др.) и касались в основном изучения состава и динамйки. фитопланктона ряда рек и некоторых водоемов северной части Якутии. Ло 1958 г. работы были рекогносцировочными. а в дальнейшем - более углубленными, стационарными. Первый

О

опыт стационарного изучения фитопланктона был осунет лен ); 1964-1966 гг. Я. И. Васильевой (Васильева. 1065 п; 6, 1066, 1971).

Значительно пополнились сведения о водорослях крупных рек и некоторых озер Якутии в итоге комплексных гидробиологических исследований Института биологии РАН (Комаренко, Васильева, 1972; Комаренко, Васильева, Ремигайло, 1974; Комаренко, 1975, Васильева, 1989; Васильева, Пшенникова, 1992; Пшенникова, 1S93). Современная диатомовая флора рек и озер Якутии насчитывает более 650 таксонов пресноводных днатомей.

В последнее время, когда альгология постепенно перестает решать вопросы лишь систематики, как это было в XIX в., возникают новые области исследования, одной из которых является экологическая интерпретация состава ископаемых флор, дютомоьш водорослей, находимых в озерных осадках.

Изучение днатомей в донных отложениях озер Якутии рано? не проводилось. Настоящая работа является перьой в эюй области исследований.

Глава 2.Материалы и методика исследования

Материалом для исследования послужили результаты проведенного автором диатомового анализа 230 образцов колонки донных отложений озера Улахан Чабыда. Бурение донных отложении осуществлялось со льда в апреле 1990 г. с помощью ручного бура ТБГ-1'и бура ИТАН (Института торфа), усовершенствованного Лабораторией озероведения ЕелГУ. Получена колонка длиной 10,0 м в центральной части зоны осадконакопления, с глубины 10,6 м. Образцы на диатомовый анализ отбирались с интервалом 1-10 см.

Техническая обработка днатомей произведена по общепринятой методике (Диатомовый анализ, 1949-1950; Диатомовые еодо-росли СССР, 1974). Количественная оценка водорослей осуществлена е соответствии с рекомендациями, принятыми на I Всесоюзном совещании диатомологов (Давыдова, Стрельникова, 1979; Давыдова, 1965). Наряду с общей численностью диатомей, под-считиБ&лось количество и процентное содержание каждого вида ь 1 грамме воздушно-сухого осадка..

При изучении систематического состава диатомовых водорослей испсдьгована система Шютта (Schutt, 1396), оснований! па

- IO -

пгученки формы и строения панциря в световом микроскопе, с дополнениями и изменениями в нее многими исследователями ( Ost-rup, 1910; Hustedt, 1927-1966; Диатомовый анализ, 1949-1950; Диатомовые водоросли СССР, 1974; Kramer & Lange-Bertalot, 1966-91 и др. ).

При экологической характеристике диатомовых комплексов использованы данные на уровне внутривидовых таксонов"в связи с тем, что разновидности одного вида обладают разными экологическими показателями. В результате выявлены отношения диатомей к условиям местообитания, солености и активной реакции среды, географическому распространению.

Отношение водорослей к уровню минерализации вод определено с использованием шкалы галобности Р.В.Кольбе (1927), уточненной Прошкиной-Лавренко (1953).

Для определения отношения диатомей к активной реакции волы (pH) использована шкала Ф.Хустедта (Hustedt, 1937-39), дополненная последующими исследователями (Foger, I960; Мегilainen, 1967; Cholnoky, 1968; Порк, 1970 и др. ).

Для оценки изменений качества воды в озере по составу диатомоЕой флоры нами были применены индексы салробности, высчитанные по методу Пантле - Вукка в модификации Сладечека (Унифицированные методы..., 1975).

Достоверная информация об изменениях экологической обстановки на водосборах овер Центральной Якутии в голоцене была получена на основе многостороннего анализа закономерностей седиментации озерных диатомовых комплексов с использованием материалов палинологического, гранулометрического, химического и радиоуглеродного анализов.

Глава 3. Эколого-систематическая характеристика диатомовой флоры в отложениях озера Улахан Чабыда

Систематический состав. Диатомовая флора,обнаруженная в десятиметровом слое отложений насчитывает 269 таксонов, принадлежащих 33 родам, 4 порядкам и 2 классам отдела Bacillari-ophita.

Класс Centrophyceae представлен 6 родами : Aulacoseira, Ellerbeckia, Cyclotella, Cyclostepanos, Melosira, Stephanodis-cus ( всего 18 таксонов рангом ниже рода ). Наибольшим видовым

разнообразием -отличаются Cyclotella ( 6 видов и 1 разновидность), Aulocoselra и Stephanodiscus ( по 3 вида и 1 разновидности) .

Класс .Pennatophyceae (251 таксон) во флоре обследованного озера представлен двумя порядками Araphales и Raphales. По разнообразию^видовых и внутривидовых таксонов этот класс является ведуюда (составляет 93,3 Z таксонов).

К:порядку Araphales относятся 3 семейства, 3 рода и 40 таксонов. Наиболее многочисленным является род Fraguarla (34 таксона).

К порядку Raphales принадлежит 10 семейств, 24 рода и 211 таксонов. Преобладают представители родов Navícula ( 35 таксонов), Cymbella (26), Gomphonema (23), Eunotia (20). 50 видов или 18,6 X выявленной -диатомовой флоры впервые указаны для Якутии.

Экологическая характеристика и географическое распространение диатомей. Диатомовые водоросли принято распределять по экологическим группам: по местообитанию, по отношению ¡t солености и активной реакции воды (pH)..'

По местообитанию условно, выделяются даато-меи планктона, перифитона ( обрастаний водных^мадафитов ) л донные. ■

Наименьшую долю составляют планктонные диатомеи;( \IZ"7- ■).. Они представлены 32 видами и разновидностями, при. равном «унас-тии представителей двух'классов. Наиболее распространенными ¡¿i обильными из них являются Cyclotella, Aulacoseira, Diatorna.

Диатомеи перифитона наиболее разнообразны ( 135 таксонов или 49 %).• Все они - представители класса Pennatophyceae. Представители этой группы (виды родов Fragilaria, Cymbella, Achnanthes) выступают в.роли доминантов и субдоминантов.

Разнообразны докные диатомеи ( 105 таксонов или 39 %), такж? относящиеся к классу Pennatophyceae. Из них распространены: Navícula radiosa, N. diluviana, N. oblonga, N. cruci-cula, Nitzschia amphibioides, Pinnularia microstauron .

По о.тношениюк. солен ости воды водоросли разделяются на пресноводную или олигогалобную (инди-¡¡■ференты, галофобы и галофилы) и мезсгалобную группы. Подавляющее рольшинство видов (262 таксона. 97,4 Z) принадлежат 'к группе ол'.;гсг:-,гс5ов. среди-них £06 ' (77,3 %) - индифферентны-?

формы типичные пресноводные виды, которые также могут встречаться в незначительных количествах в слабо соленых водах. Га-лофобы, т.е. строго пресноводные формы, составляют 8,9 X и представлены 24 таксонами. Галофильная группа, предпочитающая слегка солоноватую воду, представлена 30 видами и-внутривидовыми таксонами (11,2 X)■ В группу мезогалобов, обитателей солоноватых (мезогалинных) озер входят 7 таксонов (2,6 X).

По отношению к активной реакций в о д ы в составе диатомовых водорослей выделяются следующие группы: нейгрофилы или циркумнейтральные, ацидофилы, ацидобионты, алкалифилы и алкалибионты.

Нейтрофилы, встречающиеся только при рН - 7, включают 37 таксонов диатомей (13,8 7. флоры).

Ацидофилы, виды с преобладающим развитием при рН < 7, немногочисленны (31 таксонов, 11,5 %).

Представители ацидобионтной группы, развивающиеся при рН < 7 (преимущественно 5,5 и ниже) малочисленны (5 таксонов, 1,5 %).

Алкалифилы с оптимумом развития при рН > 7, преобладают как по видовому разнообразию (113 таксонов, 42 X.), так и по относительной доле участия в осадках обследованной колонки, что свидетельствует о формировании отложений в условиях вод со слабощелочной реакцией.

Алкалибионтная группа, развивающаяся только при рН > 7, немногочисленна (26-таксонов, 9,7 X). Для 57 таксонов отношение к'рН определить не удалось.

Географическое распространение - видов, населявших палеоводоем на разных этапах его существования является важной характеристикой диатомовой флоры. Доминируют бореальные диатомеи (154 таксона, 57,2 %), обитатели водоемов умеренных широт. Космополиты составляют 84 таксона (31,2 X флоры). Североальпийские диатомеи, стенотермные, холодолюбивые, типичные для северных и горных водоемов, мало типичны (31, 11,6 %).

Таким образом, диатомовая флора в отложениях озера Улачач Чабыда включающая 269 таксонов водорослей, представляет собой флору умеренно континентального типа, характерную для Палеарк-тической области в целом. По составу и характеру экологических групп водорослей флора диатомей определяется как пресноводная.

характерная для относительно мелководных озер со слабощелочной реакцией воды .

Глава 4. Диатомовые комплексы отложений оэ.Улахан Чабыда

Состав диатомей в толще донных отложений . На основе изменения систематического состава диатомовой флоры по разрезу, соотношений отдельных экологических групп, количественного содержания и особенно по смене домининантов нами выделено 14 диатомовых комплексов, которые в общих чертах соответствуют подразделению разреза по. пыльце, выполненному с учетом определений абсолютного возраста А.А.Андреевым (1989). . По нашим образцам им же выполнены детальные спорово-пыльцевые анализы.

В разделе приведено детальное описание видового состава и экологических групп диатомовых водорослей (снизу вверх по разрезу), начиная с нижних горизонтов зоны 14 (АЬ>, вскрывающих наиболее древние отложения. Прослежена последовательность в смене руководящих комплексов диатомей, которая связана с изменениями экологической обстановки в водоеме на протяжении позднеледниковья и голоцена (рис.),(таблица).

Описан состав диатомовых комплексов и их количественная экологическая характеристика для каждого из горизонтов, выделенных по изменениям в составе доминантов с учетом соотношения суммарного числа створок диатомей различных экологических групп. Полученные данные представлены в виде диаграмм, рисунков и таблиц.

Таким образом, видовой состав, экологические группы, 'количественное развитие и руководящие комплексы диатомей в толще донных отложений показали наличие тесной связи с уровнем троф-ности, глубиной водоема, минерализацией, активной реакцией среды, прозрачностью и температурой. Результаты анализа дают возможность произвести реконструкцию лимнических условий прошлого по составу ископаемых диатомовых комплексов, позволяют реконструировать экологические особенности водоема ( глубину, степень минерализации, активную реакцию воды, уровень трофнос-ти ) на всем протяжении его развития з поздне- и послеледнико-

ЕЬГ\ ' ■

Особенности диатомовых комплексов г. субатлавтич»-:?:;« от-лаютгиах. Для изучения процессов зътрсфйроьгшия верхний ^с:: .-

Таблица

Доминирующие комплексы диатомей в толще донных отложений озеро Улахан Чабыда

ЗОНЫ по диатомеям /м/ JIOMKHAHTU max число млн/г CyEflOMMHAHTU max число млн/г

1 2 3 4 5 6

I- SA3 0,0 1,0 Fragílarla constru-ens f. venter F.'construens 24,0 10,0 Nitzschia amphi-bioídes Neidium irldis Cymbella ehren-bergíí 1,0 0,1 0,1

И SA2 1,0 2,0 Fragllaria construens f. venter F. construens Aulacoseira aubigua Navícula radiosa 11,0 4,0 7,5 1,5 Fragilarla pinnata 0,8

III ' SAI 2,0 2,4 Fragilarla construens f. venter F. construens 17,0 5,0 Fragilaria brevistriata Navicula radiosa 2.4 2.5

IV SB3 2,4 2,9 Fragilarla construens f. venter F. construens F. brevistrlata Navícula radiosa 25,0 15,0 6,0 2,0 Cyclotella • radiosa 2,3

V SB2 2,9 3,3 Fragilarla construens f. venter F. brevistrlata Navícula radiosa F. construens 25,0 10,0 . 4,0 14,0

VI SB1 3,3 3,9' Fragilarla construens f. venter F*, construens 17,0 7,0 Navícula radiosa. Fragilaria brevistrlata N. laterostrata 2,0 0,7 1,3

VII АТЗ 3,9 5,4 Fragilarla construens f. venter F. construens F. brevistrlata Navícula diluviana Cyclotella radiosa Aulacoseira ambigua N.crucícula 29,0 12,0 3,0 18,0 6,0 3.0 2,0 Navicula radiosa 2,3

VIII AT 2 5,4 5,9 Navícula diluviana Cyclotella radiosa Navicula oblonga . Fragilaria constru- 12,0 14,0 3,0 12,0 Navicula radiosa ■ 0,5

íIpoflOJHceHHe tsójiuw

1 2 3 4 5 6

ens f. venter

ATI Cyclotella radiosa 18,0 Achnanthes clevei 3,0

5,9 Navícula diluviana 16,0 Fragilaria const. 1.0

6,6 Fragllaria constru- CymEella aequalls 2,0

ens f. venter 7,0 Amphora pediculus 1,0

N. radiosa 4,0 A. libyca 1,0

N. oblonga 3,0

X BO Cyclotella radiosa 42,0 Achnanthes 2,0

Fragllaria constru- 12,0 linearis

6,6 ens f. venter Navicula oblonga 2,0 '

7,9 Navícula diluviana 4,0 Fragilaria const. 2,0

N. radiosa 5,0 F. Brevistriata 0,8

Pinnularia 1,0

microstauron

F. ulna 3,0

XI PB2 Navícula diluviana 4,0 Cyclotella 2,0

7,9 Navícula radiosa 5,0 meneghiniana

8,7 Fragllaria constru- 9,0

ens f. venter

F. brevistriata 18,0

Diatoma tenuis 6,0

Cyclotella radiosa 6,4

Anomoeonels sphae- 0,8

rophora f. costata

Xll PB1 Fragilaria constru- 26,0 Anomoeonels 2,0

8,7 ens f, venter sphaerophora

9,0 F. brevistriata 10,0 f. costata

Cyclotella radiosa 4,5 Cocconeis pedi- 0,8

Navícula oblonga 0,2 culus

N. radiosa 0,3

Epithemia adnata 0,2

XIII DR3 Fragilaria constru- 0,06 Pinnularia gibba 0,001

9,0 ens f. venter var. mesogongyla

9,6 Navícula radiosa 0,05 Cymbella cymbi- 0,002

Diatoma tenuis 0,02 formis

Cyclotella radiosa 0,03 C. ehrenbergii 0,001

F. construens 0,03

N. diluviana 0,004

F. brevistriata 0,002

F. leptostauron 0,002

XIV AL Navícula radiosa 0,4 Fragilaria bero- 0,1-

9,6 Fragilaría constru- 0,2 linensis

10 ens

Diatoma tenuis 0,2 Cyclotella dis- 0,08

F. brevistriata 0,1 tinguenda

Fragilaria constru- 0,1

ens f. venter

Рис. Диатомовая диаграмма дошшх отлокений оз. Улахан Чабыда

песчанистый |— алеврит ГччУч! сапропель

лит длиной 240 см относящийся по палинологическим данным к субатлантике. был изучен более детально.

Анализ диатомовых комплексов донных отложений показывает удовлетворительное экологическое состояние водоема. Однако более детальный анализ диатомовых комплексов современны;! отложений (30 см) показал, что в озере в последнее время начался процесс антропогенного звтрсфирования, что устанавливается по появлению в осадках (0-10 см) характерного для звтрофирукцих-ся озер вида Stephanodlscus hantzschil.

Таким образом, озеро Улахан Чабыда на основании послойного анализа диатомовой флоры может быть отнесено в целом к ме-зосапробным озерам,. в которых постепенно повышался степень трофности, причем этому способствовали два фактора: естественный и антропогенный.

Глава 5. Палеоэкологические особенности развития озера Улахан Чабыда в позднеледниковье и голоцене

По данным палинологического анализа осадочная толка содержит непрерывный разрез отложений, начиная с аллереда и до современности. Полученные датировки по С14 подтверждают правильность геохронологического расчленения (Андреев, Климанов, 1989; Андреев И др., 1989; Андреев, 1989).

Озеро начало формироваться в позднеледниковое время; с аллереда. До настоящего времени развитие озерной зкосистеш шло непрерывно. К аллереду относятся слои с высоким содержанием карбонатов - песчанистые алевриты. Для этого времени характерно малое содержание органического вещества, беднаэ в качественном и количественном отношении диатомовая флора. Состав диатомового комплекса свидетельствует, о том что донные отложения сформировались в Еодоеме с незначительной глубиной, е условиях меэотрофного режима с нейтральной или слабощелочной активной реакцией воды в вегетационный пероид. На окружзкжяч территориях преобладали остепненные сообщества с островками береговых и лиственничных лесов.

Выше по разрезу маломощные алевритовые отложения сформировались в поэднедриасовую эпоху, когда численность диатомгл резко сокращается, в отложениях господствуют планктонные ди:-.-томеи, полностью исчезают денные. Характер диатомовых ¡v;.i

й^ёксов не лает ' оснбйайий сомневаться в том, что образование осадков происходило в условиях пресноводного довольно холодно-водного бассейна. Продуктивность озера наименьшая. Скорость1 седиментации была примерно 0,07 см в год. В растительном покрове водосборов возрастает роль степных сообществ.

С наступлением голоцена в условиях существенного потепления климата пребореального времени происходит изменение характера осадконакопления. В озере формируются сапропели с высоким содержанием органического вещества. Продуктивность экосистемы озера возрастает на порядок: резко увеличивается численность диатомей. Особенности диатомовых комплексов пребореа-ла связаны с тем, что в начале голоцена в результате протаива-ния многолетней мерзлоты, возрастает глубина озера, усиливается роль планктонных диатомей. Выше по разрезу в пресноводных диатомовых комплексах появляются диатомеи - мезогалобы. Повышение летних температур сопровождается усилением процессов испарений и, как следствие этого, ростом минерализации воды озера. На водосборе увеличиваются площади лиственнично- березовых . лесов. . •

На протяжении бореала уровень воды в озере несколько разменялся, По характеру диатомовых комплексов выделены три фазы обводнения за счет таяния вечной мерзлоты, вызывавшие усиленную транспортировку минеральных соединений в озеро и обусловившие бурное развитие диатомей. Численность диатомей - наивысшая по разрезу, в озере в это время полностью господствовали планктонные формы, дающие в осадках до 90 % створок, глубина озера была максимальной. Отличительной особенностью бореальных отложений является расцвет донных видов диатомей, достигающих своего максимума. Идет увеличение холодолюбивых форм диатомей. Площадь 8арослей макрофитов значительно сократилась, на водосборах идет дальнейшее сокращение площади степных сообществ. В составе лесной растительности появляются сосна и ель. Климатические реконструкции показывают, что температура воздуха в июле была ниже на 0,5-2,0. Осадков выпадало на 50-75 мм меньше (Андреев, Кл'иманов, 1991).

В конце бореального времени происходит значительное похолодание, которое коррелируется по радиоуглеродным данным с «и восанчуговским похолоданием ( 8000-8300 л.н.), отмечаемым г-многих районах Северной Евразии ( Кинд.1974 ), в том числе и ь

Центральной и Южной Якутии (Мочанов, Саввинова, 1980).

Атлантическое время - время максимального потепления климата голоцена, характеризуется огрублением гранулометрического состава отложений, ростом содержания органической составляющей. Диатомовая флора обогащается видами, при этом существенно возрастает общее количество створок диатомей в осадках. Увеличивается число массовых и обильных видов. Значительное разнообразие бентосных диатомей позволяет предполагать наличие прибрежных мелководий, заселенных макрофитами. В этот период в своеобразных условиях Центральной Якутии возрастает испарение с поверхности воды в летнее время, что приводит к повышении минерализации-воды и отчетливо проявляется в увеличении роли солоноватоводных диатомей - мезогалобов в . донных отложениях. Все это свидетельствует о начале обмеления озера, так как таяние многолетнемерзлых грунтов под слоем сапропеля прекратилось.

В бассейне озера происходит перестройка растительного покрова: степные сообщества почти исчезают; господствуют лиственничники с примесью березы, сосны и ели.

Особенно теплым и влажным был период 4500-6000 д.н:,когда среднегодовая температура воздуха была на 1,5 выше современной, максимальное развитие получают еловые леса в поймах рек.

Суббореальная эпоха характеризуется ухудшением климата: температура июля на 1,5 ниже современной, осадков выпадало на 50 мм меньше.• Господство эпифитных диатомей при резком сокращении планктонных видов свидетельствует об обмелении озера и развитии в нем зарослей макрофитов. При этом общая продуктивность озерной экосистемы оставалась высокой. Растительный покров Центральной Якутии приобрел современный облик. Около 3500 л.н.в Центральной Якутии, как и повсюду в Северной Евразии (Хотинский, 197?; Юшманов, 1984, 1987), наблюдается улучшение климатических условий, так называемый суббореальний климатический оптимум голоцена. Продуктивность озера в это время возрастает на порядок,

В конце суббореаяьного в начале субатлантического периодов, как и в настоящее время, господствовали лиственничники с участием березы, на песчаных почвах - сосновые леса, а в поймах рек - еловые. В периоды похолоданий увеличивались плсщэди остепненных лугов.

- '¿О -

В субатлантике наиболее значительным было потепление около №00 л.н. (малый климатический оптимум голоцена). Далее отмечается похолодание (малый ледниковый период), где средние температуры июля были ниже современных на 1 , осадков выпадало примерно на 50 мм меньше, чем в настоящее время. По диато-меям во второй половине субатлантики наблюдается увеличение содержания планктонных форм, что, по-видимому,связано с ростом глубины озера. В дальнейшем, как и в настоящее время, в водоеме преобладали зпифитные диатомеи. Глубина водоема не превышала 1-1,5 м. В озере происходит общее снижение продуктивности. В 'настоящее время глубина озера 0,8 м, т.е.котлоЕина озера практически заполнена осадками.

ВЫВОДЫ

1. Впервые изучен флористический состав диатомовых водо-рсслей в поздне-ледниковых отложениях озера Улахан Чабыда. Найдено 869 видов и разновидностей диатомей, в том числе 50 впервые указаны для Якутии. Наиболее богато представлен класс Геппа^рЬусеае (251 таксон ).

2. Подавляющее большинство' видов диатомей относится к бентосным формам: к донным - 39 7. и обрастзтелям - 49 X, плачктонные виды составляют всего 12 X. Диатомовая флора' имеет ярко выраженный пресноводный характер: 97,4 7, диатомей

- индифференты. Встречено 7 мезогалобов (2,6 Т.). По отношению 1С активной реакции среды 42 7. диатомей принадлежит к категории ап.каяифилов,9,7 % - алкалибионтов, 13,8 % - нейтро-филы. Видп г"?дсфилы и ашдобионты мало характерны (13 7,).

3. На, ¿е многочисленны бореальные виды (57,2 %). Се-вероальлийские диатомеи относительно мало характерны (11,6 X), что, вероятно, связано с коротким, но жарким летом в Якутии. Виды космополиты составляют 37,6 7..

4. Определен исторический ход развития диатомовых комплексов н изменений отологических ситуаций Б озере за период осачконакепленил, т.е.., в течение пооднеяедниковья и голоцена. Установлено, что наиболее отчетливой тенденцией этих иэме-!К-ций квлпется оптимпглшга экологической обстановки в озере,.

начиная с пребореала, когда потепление климата благоприятствовало вытаиванию многолетнемерзлых грунтов, а повышение водности определило возрастание численности и разнообразие диатомовых комплексов.

Вторая тенденция заключалась в значительных колебаниях экологической обстановки в озере в течение бореального и до середины атлантического периодов, что подтверждается колебаниями количественных и качественных характеристик диатомовых комплексов. Уменьшение общего содержания диатомей в верхней части атлантических осадков (АТЗ) является результатом повышения дна озера, вследствие заполнения осадками его котловины.

5. Несмотря на удаленность озера от источников интенсивной антропогенной трансформации, детальное исследование поверхностного слоя современных осадков выявило наличие следов эвтрофирования озерней экосистемы в последние 200 лет.

6. Данные диатомового анализа в сопоставлении с анализом спорово-пыльцевого, химического, гранулометрического состава и радиоуглеродным датированием дощшх отложений позволили выявить основные тенденции изменения природных условий Центральной Якутии на протяжении позднего'плейстоцена и голоцена, где на первом этапе доминировали условия холодного сухого климата, препятствовавшие накоплению органических осадков в озерах, на втором - условия, благоприятствовавшие развитию жизни в водоемах.

Таким образом, в развитии озера можно выделить несколько этапов.

В А1. озеро было холодным с чертами олиготрсфии, уровень его низкий.

8 ОКЗ в'результате изменения климата в сторону похолодания и иссушения резко сокращается численность диатомей, появляются виды мезогалобы.

В пребореале резко возрастает продуктивность озерной экосистемы, что сопровождается образованием сапропелей.

В бореальное время озеро достигает максимальной глубины,-за счет вытаивания ископаемых льдов, при высокой продуктивности диатомовых сообществ, особенно за счет планктонных.

В атлантическую япоху глубина озера постепенно уменьшается ьа счет накопления сапропеля, 'изолирующего мнотзетнемера-Лив ГРУНТЫ, т:<Я№1(г КОТОШ.Ч и Г.[л:Де,Г.!Х С.ОТЛОНИНЫ ЩклК'.'ИЧ'- '. Г.!

прекращается.

В суббореальную эпоху продуктивность экосистемы озера высокая, наиболее продуктивны згшфитные и донные диатомеи.

В субатлантическую эпоху продуктивность озера снижается, во время малого климатического оптимума в озере появляются планктонные диатомеи, характерные для меэотрофных озер со следами эвтрофирован'ия ( Aulacoseira ambigua ).

Далее водоем оставался мезотрофным, неглубоким с господством эпифитных и донных диатомеи. Следует отметить, что несмотря на расположение оеера на высоком коренном берегу реки Лены ( 200 м ), в озере в последнее время начался процесс антропогенного эвтрофирования, что устанавливается по появлению в поверхностных осадках ( 0-10 см ) характерного для эвтрофи-рующихся озер вида Stephanodlscus hantzschii по резкому повышению содержания закиси железа.

Таким образом, развитие озера в голоцене связано не только с климатическими факторами, но и с особенностями протаива-ния многолетнемерзлых грунтов в его котловине.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах :

1. Групповой и биологический анализ оз.Большая Чабыда //VI научно- практическая конференция молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов. Якутск, 1986 (в соавторстве с А. И. Федоровой).

2. О некоторых проблемах озероведения криолитоэоны // Научно-практическая конференция молодых ученых. Тезисы докладов. Якутск, 1992 (в соавторстве с И. И. Кирковым, М. А. Герасимовой) .

3.Диатомовые водоросли поверхностных горизонтов -' донных отложений • оз.Улахан Чабыда // V школа по диатомовым водорослям. В сб.: Диатомовые водоросли - индикаторы изменений окружающей среды и климата. Иркутск - Россия, 1993 (международный симпозиум).

4.Диатомовые водоросли ' как индикаторы загрязнения водоемов // Конференция молодых ученых и аспирантов. Тезисы докладов. Якутск, 1993

5.История озер Центральной Якутии // йстиркя озер Севера Ас-ил (г; соагггсг.-ств? с Я. И. Кигкссым, А. Д. Андрее}».».:, '.'. К.

Аржаковой, А. М. Ларионовой, К. П. Ивановым, Г. П. Трофимовой^ (сдано в печать).

6.Поздне-послеледниковые условия развития, озер Центральной Якутии // Вопросы географии Якутии, вып. 8 (в соавторстве с А. А. Андреевым, И. И. Жирковым) (сдано в печать).

7.Диатомовые комплексы индикаторы изменчивости экологических условий озер равнинной криолитозоны // там же (сдано в печать).