Оценка экологического состояния озера Калач (г. Калачинск, Омская область) по показателям развития фитопланктона

Коржова, Людмила Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Оценка экологического состояния озера Калач (г. Калачинск, Омская область) по показателям развития фитопланктона
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Оценка экологического состояния озера Калач (г. Калачинск, Омская область) по показателям развития фитопланктона"

На правах рукописи

Коржова Людмила Викторовна

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОЗЕРА КАЛАЧ (г. КАЛАЧИНСК, ОМСКАЯ ОБЛАСТЬ) ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ РАЗВИТИЯ ФИТОПЛАНКТОНА

03.02.08 - Экология 03.02.10 - Гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Я ¿013

005538219

Новосибирск 2013

005538219

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет им. П.А.Столыпина»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Баженова Ольга Прокопьевна

Официальные оппоненты: Артамонова Валентина Сергеевна

доктор биологических наук, Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории биогеохимии

Романов Роман Евгеньевич,

кандидат биологических наук. Центральный Сибирский ботанический сад СО РАН, научный сотрудник лаборатории низших растений

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Новосибирский государствен-

ный педагогический университет»

Защита состоится « 28 » ноября 2013 г. в на заседании диссерта-

ционного совета Д 220.048.03, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» по адресу: 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160.

Телефон/факс: 8 (383) 267-05-10, e-mail: norge@ngs.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке по адресу: 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160.

Автореферат разослан « 2,8 » 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ^ ' Маренков В. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Озера ценятся как составные элементы ландшафтов - они аккумулируют поверхностные воды и служат регулятором гидрологических и климатических процессов на прилегающих территориях (Экология городского..., 1998). Городские водоемы интенсивно используются как источники водоснабжения, в рекреационных и иных целях, что часто приводит к загрязнению, истощению и нарушению водных экосистем. По данным различных исследователей (Антропогенное воздействие.., 1980; Стравинская, 1984; Трифонова и др., 2003; Павлова, 2004) более 80% городских водоемов являются эвтрофными и гипертрофными.

Изучение состава биоценозов водоемов позволяет установить их санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения, пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения. Наиболее изучены по сравнению с другими группами водных организмов биоиндикационные свойства фитопланктона (Абакумов, 1977; Руководство ..., 1983; Баринова и др., 2006). Водоросли и цианопрокариоты широко используются в системе биомониторинга экосистем. Являясь первым уровнем в трофическом звене водной экосистемы, они быстро реагируют на загрязнение водных объектов, что выражается в изменении видового состава, численности и биомассы (Макрушин, 1974; Унифицированные методы..., 1977; Водоросли, 1989; Баринова и др., 2006).

Изучение фитопланктона как показателя качества воды городских водоемов Омской области проводилось только на территории города Омска (Коновалова, 2011), в то время как водоемы других городов региона также испытывают высокую антропогенную нагрузку. Для оценки экологического состояния водоемов и разработки мероприятий по их восстановлению необходимо исследование различных характеристик фитопланктона.

Цель работы - исследование фитопланктона и криофитона озера Калач и оценка качества воды по показателям их развития.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- определить таксономический состав и структуру фитопланктона озера Калач;

- установить характер сезонной и межгодовой динамики фитопланктона;

- изучить таксономический состав и обилие криофитона;

- определить трофический статус и оценить качество воды озера Калач по показателям развития фитопланктона и криофитона;

- определить уровень сапробности воды озера Калач.

Научная новизна. Впервые проведено исследование фитопланктона озера Калач (город Калачинск, Омская область). Дана оценка трофического статуса озера и установлен класс качества вод. Составлен аннотированный список водорослей и цианопрокариот, выявлены особенности сезонной и межгодовой динамики обилия фитопланктона, установлены доминирующие виды. Найдено 30 новых для Омского Прииртышья видов водорослей и цианопрокариот.

Впервые для мелководных водоемов юга Западной Сибири изучен видовой состав, обилие криофитона и условия его формирования.

Теоретическая и практическая значимость работы. Исследования выполнены в рамках госбюджетных тем НИР «Фитопланктон водоемов и водотоков Омского Прииртышья» (№ госрегистрации 01200603662) и «Фитопланктон водных объектов Омского Прииртышья как показатель качества воды» (01201156731). Материалы диссертации использовались при обосновании создания особо охраняемой природной территории местного значения природный парк «Озеро Калач». Полученные данные могут быть использованы при написании монографической сводки о фитопланктоне Омского Прииртышья, а также при проведении биомониторинга озер Омской области. Материалы диссертации используются в преподавании учебных дисциплин «Экология региона», «Биоразнообразие», «Общая экология», «Интегрированное управление водными ресурсами» и при подготовке выпускных квалификационных работ студентов факультета агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВПО Ом-ГАУ им. П.А. Столыпина».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Таксономический состав фитопланктона озера Калач характеризуется высоким видовым богатством зеленых, диатомовых водорослей и цианопрокариот.

2. Состав криофитона озера Калач представляет собой результат отбора, происходящего при его формировании из фитопланктона.

3. Трофический статус озера Калач соответствует категории политрофных водоемов. В отдельные сезоны трофический статус

озера может повышаться до категории гипертрофных водоемов. В безледный период качество воды колеблется от 3 класса «удовлетворительной чистоты» до 5 класса «грязная».

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Международной конференции «Экономические и экологические проблемы в меняющемся мире» (Омск, 2009); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современного водохозяйственного комплекса» (Омск, 2009); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Сибирского Федерального Округа с международным участием «Здоровье человека и среда обитания: фундаментальные и прикладные аспекты» (Омск, 2010); III Международной научно-практической конференции «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития ЗападноСибирского региона» (Омск, 2010); Межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды», (Омск,

2010); II (IV) Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Перспективы развития и проблемы современной ботаники» (Новосибирск, 2010); Всероссийской конференции с международным участием «Водные экосистемы Сибири и перспективы их использования», (Томск, 2011); научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ОмГАУ (Омск,

2011); X Международной научно-практической конференции «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии», (Барнаул, 2011); IV Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (Омск, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1- в международном журнале.

Личный вклад автора. Отбор и обработка всех проб фитопланктона и криофитона, интерпретация полученных результатов проведены лично автором. Гидрохимический анализ проводился на базе сертифицированной лаборатории с участием автора.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций по реабилитации озера, списка литературы и приложения. Работа изложена на 135 страницах, содержит 37 рисунков и 13 таблиц. Библиографический список включает 149 наименований, из них 17 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору О. П. Баженовой за ценные советы по проведению исследований и помощь при анализе полученных данных. Автор благодарен д.б.н. С.И. Генкалу (Институт биологии внутренних вод РАН) за консультации в определении центрических диатомей.

Глава 1. Озеро Калач как среда обитания гидробионтов

1.1. Климатические условия района исследования

Город Калачинск, на территории которого находится озеро Калач, расположен на юге Западно-Сибирской равнины, в центральной части Барабинской низменности, в лесостепной зоне Омской области. По территории города и Калачинского района с востока на запад протекает река Омь - правый приток Иртыша. Климат континентальный с суровой и холодной зимой, короткими весной и осенью, теплым и жарким летом.

1.2. Общая характеристика озера Калач

Озеро Калач - водоем природно-антропогенного происхождения с замкнутым водообменом. В середине XX века излучина реки Оми была отделена глухой дамбой от основного русла и превращена в водоем. Во время высокого половодья озеро имеет связь с рекой, и воды его мо1ут обновляться. Максимальная глубина достигает 4 м, средняя - 1,5 м. Озеро интенсивно используется для рекреации и неорганизованного сброса хозяйственно-бытовых стоков.

Акватория озера полностью покрыта льдом с середины ноября до начала апреля, к концу зимы максимальная толщина льда достигает 110 см. По морфометрии и морфологии озерной впадины (Поползни, 1987) Калач относится к водоемам сложной формы, по величине площади водного зеркала (0,02 км2) - классу очень малых озер (Иванов, 1948), а по классификации И.С. Захаренкова (1964) -к малым озерам.

По классификации О.А. Алекина (1952) вода озера Калач относится к классу сульфатных вод, группе магния, II типу. По степени минерализации воды озеро относится к солоноватым водоемам, активная реакция колеблется от нейтральной до щелочной. В воде озера отмечалось превышение ПДК по таким компонентам как сульфаты (10-20 ПДК), магний (5-11 ПДК), нитритный и аммоний-

ный азот (до 6-7 ПДК), хлориды (до 4 ПДК), суммы ионов (3-5,7 ПДК), общая жесткость (58-100 ПДК), ХПК (10-18 ПДК).

Глава 2. Фитопланктон водоемов урбанизированных территорий

2.1. Фитопланктон водоемов урбанизированных территорий как объект изучения

В главе представлен анализ литературных данных всесторонних исследований фитопланктона городских водоемов, расположенных в различных природных зонах России. По показателям фитопланктона определяют класс качества воды озер, трофический статус, уровень нагрузки и т. п. Многие городские водоемы испытывают сильное антропогешше воздействие, что приводит к ухудшению качества их вод, эвтрофированию и «цветению» воды.

2.2. Способы борьбы с эвтрофированием и «цветением» городских водоемов

По литературным данным рассмотрены мероприятия по улучшению качества воды, борьбе с эвтрофированием и «цветением» водоемов. Широкий спектр методов позволяет подобрать из их числа наиболее эффективные, а также доступные в применении для конкретного водного объекта. Перед применением какого-либо метода необходимо провести комплексные исследования по изучению гидрохимических показателей, качества воды, специфики водопользования и других показателей.

Глава 3. Материалы и методы исследования

Диссертация основана на материалах обработки проб фитопланктона и криофитона озера Калач, отобранных с мая 2009 по март 2012 гг. Отбор проб фитопланктона проводили два раза в месяц в период открытой воды и один раз - в период ледостава. Зимой 2010-2011 и 2011-2012 гг. проводили изучение криофитона. Всего было обработано 250 количественных и 70 качественных проб фитопланктона и криофитона.

Пробы фитопланктона и криофитона отбирали на 5 станциях, расположенных равномерно по акватории озера (рис.1).

Рис. 1. Расположение станций отбора проб на озере Калач

Количественные пробы фитопланктона объемом 0,5 л отбирали из поверхностного слоя воды, качественные - планктонной сетью Апштейна (газ № 76). Для фиксации проб использовали 40% формалин, концентрирование проводили осадочным методом. Для изучения криофитона пробы льда отбирали один раз в месяц одновременно с подледным фитопланктоном. С помощью ледобура из средней части льда вырезали образцы толщиной 10-15 см. После таяния льда при комнатной температуре пробы фиксировали формалином и измеряли объем полученной воды.

Подсчет количества клеток проводили в двух повторностях в камере Горяева на микроскопе Микмед-1 методом прямого счета. Определение биомассы проводили счетно-весовым методом после массовых измерений размеров клеток. Объемы клеток вычисляли методом геометрического подобия, удельный вес клеток принимали за единицу (Кольцова, 1970; Федоров, 1979).

Для определения видов диатомовых водорослей использовали постоянные препараты и электронные фотографии, полученные на сканирующем электронном микроскопе Hitachi S3400N в лаборатории водной экологии Института водных и экологических проблем СО РАН (г. Барнаул). Всего обработано 130 постоянных препаратов и 43 электронных фотографии диатомовых водорослей. Для видового определения использовали современные отечественные и зару-

бежные сводки и монографии. Для уточнения современных данных по систематике некоторых видов использовали базу данных Algae-base - http://www.algaebase.org. Таксономический список составлен в соответствии с системой, принятой в справочнике «Водоросли» (Вассер и др., 1989), с учетом современных преобразований циано-прокариот (Komârek, Anagnostidis, 1998, 2005) и диатомей (Krammer, Lange-Bertalot, 1986, 1988, 1991а, 1991b).

Доминирование видов определяли по их численности, как это рекомендовано Т.М. Михеевой (1992) для водных экосистем с высоким уровнем эвтрофирования. Доминирующими считали виды, численность которых составляла не меньше 10% от общей численности фитопланктона (Корнева, 2009). Частоту доминирования определяли по де Фризу (Макаревич, 1966) с дополнениями О.М. Ко-жовой (1970). Для оценки состояния фитопланктона использовали индексы видового разнообразия Маргалефа и Шеннона, индекс выравненное™ Пиелу (Песенко, 1982; Мэгарран, 1992). Флористическое сходство криофитона и зимнего фитопланктона определяли по коэффициенту Чекановского-Сёренсена (Шмидт, 1980; Мэгарран, 1992).

Индекс сапробности рассчитывали по Пантле и Букку в модификации М. Зелинки и П. Марвана (Zelinka, Marvan, 1966) с использованием списка видов-индикаторов (Макрушин, 1974; Унифицированные методы.., 1976; Баринова и др., 2006). Для эколого-географической характеристики видов использовали данные определителей и современные сведения (Баринова и др., 2006). Трофический статус и класс качества воды определяли согласно комплексной экологической классификации качества поверхностных вод суши (Оксиюк и др., 1993). Статистическая обработка данных проводилась на базе Microsoft Excel.

Глава 4. Фитопланктон озера Калач

4.1. Таксономический состав и структура фитопланктона

Таксономический спектр фитопланктона озера Калач составляют 8 отделов, 10 классов, 19 порядков, 48 семейств, 116 родов, 284 вида и 302 разновидности и формы, включая номенклатурный тип вида. Наибольшее видовое богатство присуще зеленым, диатомовым водорослям и цианопрокариотам. Существенна также роль

эвгленовых водорослей, остальные отделы в таксономической структуре представлены небольшим количеством видов (рис. 2).

Б Cyanoprokaryoia v Euglenophyta QDinophyta SCryptophyta sChrysophyta OBacillariophyta ' BXanlhophyta □ Chlor ophyta

Рис. 2. Таксономический состав фитопланктона озера Калач

По таксономическому составу фитопланктон озера Калач имеет диатомово-хлорофитовый характер со значительным участием цианопрокариот. На уровне классов ведущее место занимают зеленые, диатомовые, эвгленовые, золотистые водоросли и цианопрока-риоты, на уровне порядков - зеленые, диатомовые, эвгленовые водоросли и цианопрокариоты, на уровне семейств и родов - эвгленовые, диатомовые и зеленые водоросли.

Величина и сезонная динамика индексов видового разнообразия Маргалефа (1,22-3,65), Шеннона(0,75-2,12) и выравненное™ Пиелу (0,67-0,97) фитопланктоценоза указывают на сложность его структуры и высокую антропогенную нагрузку на озеро Калач.

В фитопланктоне озера найдено 30 новых для Омского Прииртышья видов, разновидностей и форм водорослей и цианопрокариот, в том числе: Суапоргокагуо1а - 9, 111щ]епорЬу1а - 5, Г)торЬу1а- 2, ВасШапорЬу1а - 5, СЫогорЬуТа - 9.

4.2. Доминирующий комплекс фитопланктона

Доминирующий комплекс фитопланктона озера Калач составляют 50 видов из 5 отделов, в том числе: Суапоргока1уо1а - 20, Сгур-1орЬу1а - 2, БторЬу1а - 2, ВасШапорЬуй - 9, СЫогорЬ^а - 17. Наибольшее значение в его формировании имеют цианопрокариоты и зеленые водоросли. По количеству видов-доминантов фитопланктон озера характеризуется как полидоминантный. Полидоминантность фитопланктона озера Калач, преобладание в его составе мелкокле-

точных цианоггрокариот и зеленых водорослей являются показателями высокой степени эвтрофирования озера.

4.3. Эколого-географическая характеристика водорослей и цианопрокариот

В фитопланктоне озера найдены виды, относящиеся к различным эколого-геотрафическим группам. По географической приуроченности преобладают космополиты, по отношению к местообитанию - планктонно-бентосные виды, солености — индифференты, рН воды - алкалифилы. Эколого-географический состав водорослей и цианопрокариот отражает сложившиеся в водоеме условия: морфо-метрические и гидрохимические характеристики, трофический уровень, зарастаемость высшей водной растительностью и пр.

4.4. Сезонная и межгодовая динамика фитопланктона

Сезонная динамика численности и биомассы фитопланктона озера Калач существенно различается по годам и имеет неординарный характер. В целом за годы исследований сезонная динамика фитопланктона озера Калач характеризуется наличием трех пиков развития - весной, летом и осенью. По численности фитопланктона наиболее выражен осенний пик в 2010 и 2011 гг., по биомассе - весенний в 2011 г. (рис. 3,4).

Выраженность пиков численности и биомассы фитопланктона существенно различается. Весенний пик более выражен в показателях биомассы, что объясняется преобладанием в это время крупноклеточных видов динофитовых и криптофитовых водорослей. Осенний пик ярко проявляется в численности фитопланктона и обусловлен развитием мелкоклеточных цианопрокариот и зеленых водорослей.

Весной в водоеме происходит повышение температуры воды и освещенности, что приводит к нарастанию активности фитопланктона и выражается в увеличении его обилия. Такие процессы были особенно характерны для весны 2010 и 2011 гг. Отмечается весенний пик фитопланктона в первой половине мая.

Летом вегетация фитопланктона подавлена интенсивным развитием плавающей высшей водной растительности, ярко выраженный летний пик биомассы фитопланктона был отмечен только в 2011 г. По численности фитопланктона небольшие летние пики отмечены в 2009 и 2011 годах.

Осенний пик обилия фитопланктона наиболее ярко выражен в 2010 г., а в 2009 г. он незначителен. Увеличение численности фитопланктона в 2010 и 2011 годах происходит в одно время - в первой

половине октября.________

1600

Дата отбора

-»-2009г. -»-2010г. 2011Г. -2012г.

Рис. 3. Сезонная динамика численности фитопланктона озера Калач, 2009-2012 гг.

Отличительными особенностями сезонной динамики фитопланктона озера Калач являются наличие трех пиков развития - весеннего, осеннего и реже - летнего. Из-за обилия плавающей высшей водной растительности развитие фитопланктона летом обычно угнетено. Различия в межгодовой динамике обилия фитопланктона в годы исследования вызваны сменой доминирующих видов, отличающихся систематической принадлежностью и размерами клеток.

Глава 5. Криофитон озера Калач

В составе криофитона озера Калач найдено 35 таксонов рангом ниже рода, в том числе: Cyanoprokaryota - 9, Dinophyta - 1, Ciypto-phyta - 2, Chrysophyta - 2, Bacillariophyta - 4, Euglenophyta - 1, Chlorophyta- 16.

В доминирующий комплекс криофитона входят 6 видов: циа-нобактерии Chroococcus sp„ Merismopedia tenuissima, Microcystis pulverea и зеленые водоросли Monoraphidium contortion, M. minutum, Raphidocelis sp. Состав доминантов весьма консервативен и мало изменяется в течение зимы. Бедный состав доминантов отражает экстремальные условия обитания во льду.

Обилие криофитона намного выше, чем подледного фитопланктона, как это отмечалось и другими исследователями ледовых сообществ (Юрьев, 1992; Бордонский и др., 2003; Bondarenko et al., 2012). Общая численность криофитона превышает фитопланктон на 1-2 порядка и зимой 2010—2011 гг. колебалась в пределах 243,68453,03 млн кл./л. Зимой 2011-2012 гг. численность криофитона существенно снизилась (78,14-160,0 млн кл./л), хотя подледный фитопланктон был даже обильнее, чем предыдущей зимой. Динамика биомассы криофитона соответствует изменениям его численности. Наибольшую биомассу криофитон создавал зимой 2010-2011 гг. (в среднем по озеру 23,45±8,29 г/м3), а зимой 2011-2012 гг. биомасса криофитона, как и его численность, существенно снизилась и колебалась в пределах 3,35-11,97 г/м3, составляя в среднем по озеру 8,70±3,70 г/м3. Нарастание в течение зимы толщины снежного покрова на льду озера не препятствует обильному развитию криофитона. В течение зимнего сезона обилие криофитона имеет тенденцию к возрастанию, а подледного фитопланктона, напротив - к уменьшению (рис. 5, 6).

Состав криофитона озера Калач представляет собой результат отбора, происходящего при его формировании из фитопланктона, что подтверждает относительно низкий коэффициент флористического сходства Чекановского-Сёренсена (0,41-0,44). Высокое обилие, бедный видовой состав и упрощенная структура криофитона озера Калач придают ему черты сходства с криофильными сообществами глубоководных озер, расположенных в более суровых климатических условиях (Оболкина и др., 2000; Бондаренко и др., 2011; Ташлыкова, 2012). Но в отличие от этих озер, где криофитон имеет короткий срок существования, во льду озера Калач водоросли и

цианопрокариоты обитают всю зиму, наращивая свое обилие к концу сезона.

500

ноябрь декабрь январь февраль март

Месяц отбора

Рис. 5. Численность криофитона и подледного фитопланктона озера Калач зимой 2010-2011 и 2011-2012 гт.

ю 2Ь

■ь 20

се О о 15

О X 10

ноябрь декабрь январь февраль Месяц отбора

март

—»—криофитон, 2010-2011 гг.

—ш— фитопланктон, 2010-2011 гг.

—*—криофитон, 2011-2012 гг.

—х— фитопланктон, 2011-2012 гг.

Рис. 6. Биомасса криофитона и подледного фитопланктона озера Калач зимой 2010-2011 и 2011 -2012 гг.

По показателю биомассы фитопланктона в среднем за годы исследований озеро Калач относится к политрофным водоемам, зимой категория трофности может снижаться до эвтрофной и даже олиготрофной. Учет развития криофитона делает оценку трофического статуса водоема в зимний период более точной - по показателям биомассы криофитона водоем соответствовал эвтрофной категории.

Глава 6. Оценка качества воды озера Калач по показателям развития фитопланктона

6.1. Санробность воды

Более половины найденных в фитопланктоне озера Калач видов водорослей и цианопрокариот (59,27 %) являются индикаторами сапробности, что позволяет корректно рассчитать индекс са-пробности воды. Наибольшее количество индикаторов относится к зеленым водорослям (43,02% от общего числа индикаторов), значительно меньше в их составе диатомей (22,91%). Доля индикаторов из других отделов небольшая: эвгленовые водоросли - 14,53%, циа-нопрокариоты - 12,29%, что в целом отражает их роль в таксономической структуре фитопланктона. В фитопланктоне озера найдены представители всех зон сапробности, преобладание в их составе (3-мезосапробов (37,99% от общего числа видов-индикаторов) и видов с высокой степенью толерантности к органическим веществам (30,17%), указывает на значительную степень загрязнения озера Калач органическими веществами.

За время исследований величина индекса сапробности воды озера Калач колебалась в широких пределах - от 1,14 до 3,87, но средние значения индекса по сезонам года, как в течение одного года, так и в межгодовом аспекте, изменялись мало. По средней величине индекса сапробности (2,16±0,38) вода озера Калач относится к Р-мезосапробной зоне.

6.2. Трофический статус озера и качество воды

Для оценки трофического статуса озера Калач использовали показатель биомассы фитопланктона. В сезонном и межгодовом аспектах биомасса фитопланктона колебалась в широких пределах (0,32-58,19 г/м3), в среднем за годы исследований она составила 16,32±20,1 г/м3, что соответствует политрофной категории водоемов, 4 классу качества воды «загрязненная», разряду «сильно загрязненная». В отдельные сезоны трофический статус озера может повышаться до категории гипертрофных водоемов.

По эколого-санитарным показателям, учитывающим биомассу фитопланктона (Оксиюк и др., 1993), качество воды озера Калач в безледный период колеблется от 3 класса «удовлетворительной чистоты» до 5 класса «грязная».

Выводы

1. В фитопланктоне озера Калач идентифицировано 284 вида (302 вида, разновидности и формы), относящихся к 8 порядкам, 10 классам, 19 порядкам, 48 семействам, 116 родам. Наибольшее видовое богатство характерно для зеленых, диатомовых водорослей и цианопрокариот. Найдено 30 новых для Омского Прииртышья видов, разновидностей и форм водорослей и цианопрокариот, в том числе: Суапоргокагуо1а - 9, Е^1епорЬ>1а - 5, ОторИу1а - 2, ВасП-1апорЬу1а - 5, СЫогорЬуга - 9.

2. Сезонная и межгодовая динамика фитопланктона озера Калач имеет несколько пиков развития. Максимальные значения численности наблюдаются осенью за счет интенсивной вегетации мелкоклеточных цианопрокариот, зеленых водорослей и фитофлагел-лят. По биомассе отмечено два высокопродуктивных сезона - весенний и осенний. Значительные колебания сезонной и межгодовой динамики фитопланктона отражают высокую степень эвтрофирова-ния озера.

3. Состав криофитона озера Калач представляет собой результат отбора, происходящего при его формировании из фитопланктона, что подтверждает относительно низкий коэффициент флористического сходства Чекановского-Сёренсена (0,41-0,44). Криофитон озера характеризуется высоким обилием, бедным видовым составом и упрощенной структурой. Во льду озера водоросли и цианопрока-риоты обитают всю зиму, наращивая свое обилие к концу сезона.

4. В сезонном и межгодовом аспектах биомасса фитопланктона колеблется в широких пределах (0,32-58,19 г/м3), в среднем составляя 16,32±20,1 г/м3, что соответствует политрофной категории водоемов, 4 классу качества воды «загрязненная», разряду «сильно загрязненная». В отдельные сезоны трофический статус озера может повышаться до категории гипертрофных водоемов, качество воды в безледный период колеблется от 3 класса «удовлетворительной чистоты» до 5 класса «грязная».

5. По величине индекса сапробности (2,16±0,38) вода озера Калач относится к р-мезосапробной зоне. Преобладание в составе видов-индикаторов [3-мезосапробов (37,99% от общего числа видов-индикаторов) и видов с высокой степенью толерантности к органическим веществам (30,17%) указывает на значительную степень загрязнения озера органическими веществами.

Рекомендации по реабилитации озера Калач

Экологическое состояние озера Калач оценивается как неблагополучное. Интенсивная вегетация фитопланктона и высшей водной растительности создает избыточное количество фитомассы, которая не может полностью переработаться в этом небольшом замкнутом водоеме. Гниение остатков растительности приводит к появлению неприятного запаха воды, зимним заморам рыбы и в целом - к утрате водоемом рекреационной привлекательности.

Решение проблем озера является сложной задачей, требующей различных мероприятий:

- контроль поступления в озеро несанкционированных хозяйственно-бытовых стоков;

- очистка прибрежной зоны озера от мусора;

- высадка кустарников и посев газонной травы на вытоптанных местах прибрежной зоны, что позволит значительно сократить сток в озеро биогенных элементов;

- высадка деревьев по берегам и прилегающим оврагам, что позволит сократить сток в озеро продуктов эрозии почвы;

- сбор с акватории озера высшей водной растительности и дальнейшая её переработка методами компостирования и верми-культуры;

- очистка озера с помощью биопрепаратов, уничтожающих водную растительность. С их помощью озеро перестанет зарастать высшей водной растительностью, прекратится развитие токсичных и вызывающих «цветение» воды водорослей и цианопрокариот, замор рыбы. Свободный фосфор и азотсодержащие соединения перейдут в связанное состояние, восстановятся процессы самоочищения водоема.

Достигнутое биологическое равновесие и самоочищение водоема может сохраняться длительное время при условии соблюдения санитарного режима водоема. Мероприятия, позволяющие изменить экологическое состояние водоема, смогут предотвратить развитие таких процессов, как «цветение» воды и заболачивание территории.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Герман (Коржова), Л. В. Таксономический состав фитопланктона озера Калач (г. Калачинск, Омская область) [Текст] / Л. В. Герман (Коржова) // Омский научный вестник. - 2012. - № 1. -С. 135-137.

2. Баженова, О. П. Экологическое состояние и рекреационная ценность разнотипных озер Омской области [Текст] / О. П. Баженова, Л. В. Герман (Коржова), О. О. Кренц [и др.] // Омский научный вестник. - 2012. - № I. - С. 213-216.

В международных журналах:

3. Баженова, О. П. СЬгуБорЬ}^ водоемов и водотоков Омского Прииртышья (Россия) [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсукова, Л. В. Герман (Коржова) [и др.] // Альгология. - 2012. - № 3. — С. 286-294.

В других изданиях:

4. Герман (Коржова), Л. В. Сезонная динамика фитопланктона озера Калач (г. Калачинск, Омская область) в 2009-2010 гг. [Текст] / Л. В. Герман (Коржова) // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития ЗападноСибирского региона: материалы III Междунар. науч.-практич. конф. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2010. - С. 30-34.

5. Герман (Коржова), Л. В. Оценка качества воды озера Калач по состоянию фитопланктоценоза [Электронный ресурс] / Л. В. Герман (Коржова) // Материалы III студ. науч. конф. СФО «Здоровье человека и среда обитания: фундаментальные и прикладные аспекты». - Омск: Изд-во ОмГМА, 2010. - С. 24-26.

6. Барсукова, Н. Н. Современное состояние и перспективы развития альгологических исследований в Омском Прииртышье [Текст] / Н. Н. Барсукова, О. П. Баженова, Л. В. Герман (Коржова), О. А. Коновалова // Материалы II (IV) Всеросс. молодеж. научно-практ. конф. «Перспективы развития и проблемы современной ботаники». - Новосибирск: Изд-во Наука СО РАН, 2010. - С.158-159.

7. Баженова, О. П. Цианопрокариоты из планктона водных объектов среднего Иртыша [Текст] / О. П. Баженова, Н. Н. Барсукова, А. А. Вахрушев, Л. В. Герман (Коржова) [и др.] // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: Сборник научных статей по материалам X Междунар. научно-практич. конф. (24-27 октября 2011 г., Барнаул). - Барнаул: АЯТИКА, 2011. - С. 13-15.

8. Герман (Коржова), Л. В. Оценка экологического состояния озера Калач (г. Калачинск, Омская обл.) и способы его улучшения [Текст] / Л. В. Герман (Коржова), О. П. Баженова // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: материалы IV Всеросс. молодеж. науч.-техн. конф. с междунар. участием (15-17 ноября 2011 г., Омск). В 2-х кн. Кн. 2. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. -С. 178-180.

9. Баженова, О. П. Оценка экологического состояния озер Омской области методами биоиндикации (по показателям развития фитопланктона) [Текст] / О. П. Баженова, А. А. Вахрушев, Л. В. Герман (Коржова), О. О. Кренц [и др.]. - Омск: [б.и.], 2011. -34 с.

10. Герман (Коржова), Л.В. Структура и сезонная динамика фитопланктона озера Калач (г. Калачинск, Омская область) [Текст] / Л. В. Герман (Коржова), О. П. Баженова // Водные экосистемы Сибири и перспективы их использования: материалы Всеросс. конф. с междунар. участием (19-21 апреля 2011 г., Томск). - Томск, 2011. — 243 с.

11. Баженова, О. П. К вопросу о рекреационных возможностях водоемов Омской области [Текст] / О. П. Баженова, Л. В. Герман (Коржова), О. О. Кренц, В. Е. Шаховал [и др.] // Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона: материалы IV Междунар. науч.-практич. конф. (26-27 октября 2012 г., Омск). - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2012. - С. 182-186.

12. Герман (Коржова), Л. В. Зимний фитопланктон озера Калач (г. Калачинск, Омская обл., Россия) [Текст] / Л. В. Герман (Коржова), О. П. Баженова // Актуальные проблемы современной альгологии: тезисы докл. IV Междунар. конф. - Киев, 2012. - С. 74-75.

13. Баженова, О. П. Таксономический состав и структура фитопланктона разнотипных озер Омского Прииртышья (Россия) [Текст] / О. П. Баженова, А. А. Вахрушев, Л. В. Герман (Коржова), О. О. Кренц // Актуальные проблемы современной альгологии: тезисы докл. IV Междунар. конф. - Киев, 2012. - С. 21-22.

Подписано к печати 25.10.2013. Формат бумаги 60x84, 1/ 16. Печать оперативная. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Издательство ООО «Вариант-Омск» 644043, г. Омск, ул. Фрунзе 1, корп. 3, оф. 13. Тел. /факс: 211- 600 E-mail: variantomsk@rambIer.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Коржова, Людмила Викторовна, Омск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ

П.А.СТОЛЫПИНА»

042014522Т2

На правах рукописи

гА

КОРЖОВА ЛЮДМИЛА ВИКТОРОВНА

Оценка экологического состояния озера Калач (г. Калачинск, Омская область) по показателям развития фитопланктона

03.02.08 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор О. П. Баженова

Омск 2013

Содержание

Введение..................................................................................................................................................................3

Глава 1. Озеро Калач как среда обитания гидробионтов..........................................7

1.1. Климатические условия района исследований..........................................................7

1.2. Общая характеристика озера Калач....................................................................................11

Глава 2. Фитопланктон водоемов урбанизированных территорий..................18

2.1. Фитопланктон водоемов урбанизированных территорий как объект изучения..................................................................................................................................................................18

2.2. Способы борьбы с эвтрофированием и «цветением» городских водоемов......................................................................................................................................................................24

Глава 3. Материалы и методы исследования........................................................................31

Глава 4. Фитопланктон озера Калач..............................................................................................37

4.1. Таксономический состав и структура фитопланктона........................................37

4.2. Доминирующий комплекс фитопланктона..................................................................55

4.3. Эколого-географическая характеристика водорослей и цианопрока-риот..........................................................................................................................................................................60

4.4. Сезонная и межгодовая динамика фитопланктона................................................68

Глава 5. Криофитон озера Калач......................................................................................................77

Глава 6. Оценка качества воды озера Калач по показателям развития

фитопланктона..................................................................................................................................................89

6.1. Сапробность воды..............................................................................................................................89

6.2. Трофический статус озера и качество воды..................................................................95

Выводы......................................................................................................................................................................100

Рекомендации по восстановлению экосистемы озера Калач..................................102

Библиографический список....................................................................................................................104

Приложение..........................................................................................................................................................118

Введение

Актуальность темы. Озера ценятся как составные элементы ландшафтов -они аккумулируют поверхностные воды и служат регулятором гидрологических и климатических процессов на прилегающих территориях (Экология городского..., 1998). Городские водоемы интенсивно используются как источники водоснабжения, в рекреационных и иных целях, что часто приводит к загрязнению, истощению и нарушению водных экосистем. По данным различных исследователей (Антропогенное воздействие.., 1980; Стравинская, 1984; Трифонова и др., 2003; Павлова, 2004) более 80 % городских водоемов являются эвтрофными и гипертроф-ными.

Водоросли и цианопрокариоты широко используются в системе биомониторинга экосистем. Являясь первым уровнем в трофическом звене водной экосистемы, они быстро реагируют на загрязнение водных объектов, что выражается в изменении видового состава, численности, биомассы и других структурных показателях фитопланктоценоза (Макрушин, 1974; Унифицированные методы..., 1977; Водоросли, 1989; Баринова и др., 2006).

Цель работы — исследование фитопланктона и криофитона озера Калач и оценка качества воды по показателям их развития.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- определить таксономический состав и структуру фитопланктона озера Калач;

- установить характер сезонной и межгодовой динамики фитопланктона;

- изучить таксономический состав и обилие криофитона;

- определить современный трофический статус и оценить качество воды озера Калач по показателям развития фитопланктона и криофитона;

- определить уровень сапробности воды озера Калач.

Впервые для мелководных водоемов Западной Сибири изучен видовой состав, обилие криофитона и условия его формирования.

Теоретическая и практическая значимость работы. Исследования выполнены в рамках госбюджетных тем НИР «Фитопланктон водоемов и водотоков Омского Прииртышья» (№ государственной регистрации 01200603662) и «Фитопланктон водных объектов Омского Прииртышья как показатель качества воды» ((№ государственной регистрации 01201156731). Материалы диссертации использовались при обосновании создания особо охраняемой природной территории местного значения «Природный парк Озеро Калач».

Полученные данные могут быть использованы при написании монографической сводки о фитопланктоне Омского Прииртышья, а также при проведении биомониторинга разнотипных озер Омской области.

Материалы диссертации используются в преподавании учебных дисциплин «Экология региона», «Биоразнообразие», «Общая экология», «Интегрированное

управление водными ресурсами» и при подготовке выпускных квалификационных работ студентов факультета агрохимии, почвоведения и экологии ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина».

Основные положения, выносимые на защиту:

3. Трофический статус озера Калач соответствует категории политрофных водоемов. В отдельные сезоны трофический статус озера может повышаться до категории гипертрофных водоемов. В безледный период качество воды колеблется от класса «удовлетворительной чистоты» до класса «грязная».

Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на Международной конференции «Экономические и экологические проблемы в меняющемся мире» (Омск, 2009); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современного водохозяйственного комплекса» (Омск, 2009); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Сибирского федерального округа с международным участием «Здоровье человека и среда обитания: фундаментальные и прикладные аспекты» (Омск, 2010); III Международной научно-практической конференции «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона» (Омск, 2010); Межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды» (Омск, 2010); II (IV) Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Перспективы развития и проблемы современной ботаники» (Новосибирск, 2010); Всероссийской конференции с международным участием «Водные экосистемы Сибири и перспективы их использования» (Томск, 2011); научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ОмГАУ (Омск, 2011); X Международной научно-практической конференции «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии» (Барнаул, 2011); IV Всероссийской молодежной научно-

технической конференции «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (Омск, 2011).

Личный вклад автора. Отбор и обработка проб фитопланктона и криофи-тона, а также интерпретация полученных результатов проведены лично автором. Гидрохимический анализ проводился на базе сертифицированной лаборатории с участием автора.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору О. П. Баженовой за ценные советы по проведению исследований и помощь при анализе полученных данных. Автор благодарен доктору биологических наук С. И. Генкалу (Институт биологии внутренних вод РАН) за консультации в определении центрических диатомей.

Глава 1. Озеро Калач как среда обитания гидробионтов

1.1. Климатические условия района исследования

Черты озер формируются под действием как зональных, так и азональных признаков. Зональные признаки связаны с характеристикой той природной зоны, в которой расположено озеро. Озерам прежде всего присущи черты той климатической зоны, в которой они расположены, что выражается в сезонных и межгодовых колебаниях уровня их вод, направлении биологического баланса, концентрации растворенного в воде кислорода и т. д. Азональные признаки делятся на внешние и внутренние. Внешние признаки - это рельеф, площадь водосбора, интенсивность антропогенной деятельности и др., а внутренние - форма котловины, водообменность озера и т. д. (Науменко, 2007).

Город Калачинск располагается в 88 километрах по направлению на восток от г. Омска и является центром одноименного муниципального района. Калачин-ский район расположен в южной части Западно-Сибирской равнины, в центральной части Барабинской низменности, в лесостепной зоне Омской области. По территории Калачинского района с востока на запад протекает река Омь - правый, приток Иртыша.

Калачинский район находится в лесостепной зоне, для него характерна смена лиственных лесов на серых лесных почвах и травянистых степей на черноземных почвах. Почвенный покров района весьма разнообразен. В районе встречаются зональные и азональные типы почв, к зональным относятся лугово-черноземные и серые лесные, к азональным - пойменные, солонцы, солоди и лу-гово-солончаковые почвы. Почвенный покров формируется под действием различных факторов почвообразования, среди которых основными являются наличие засоленных почвообразующих пород, минерализованные грунтовые воды, своеобразный микрорельеф, растительный и животный мир, материнские породы, хозяйственная деятельность человека (Почвоведение, 1988).

Климат территории континентальный с суровой и холодной зимой, короткими весной и осенью, теплым и жарким летом. В летний период преобладают северо-западные ветра, в остальные периоды - преимущественно юго-западные. Средняя температура воздуха в июле составляет плюс 20 °С, в январе - минус 19 °С. Продолжительность периода со среднесуточной температурой атмосферного воздуха выше 0°С составляет от 183 до 191 дня.

Важным элементом климата является температура воздуха. В течение года температура воздуха на территории г. Калачинска колеблется в широких пределах (рис. 1.1).

Рисунок 1.1— Сезонные колебания температуры воздуха в г. Калачинске в 2009-2012 гг. (по данным Обь-Иртышского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды)

За период исследования с мая 2009 по март 2012 года среднегодовая температура колебалась в пределах от 0,7 до 1,3 °С. Абсолютная максимальная температура наблюдалась в июне 2010 года и составляла 39 °С, минимальная температура - минус 40 °С зафиксирована в январе, декабре 2010 и январе 2011 года.

В исследуемый период наиболее холодным месяцем был январь 2010 год, среднемесячная температура составляла минус 26,3 °С, а самым теплым был июнь 2011 года-плюс 19,3 °С.

Повышение температуры воздуха происходит с февраля по июнь-июль, а понижение - с июля по январь. В 2010 году июль был менее теплым по сравнению с июнем и августом, в июле среднемесячная температура составляла плюс 17,9 °С, в июне — 18,5 °С, в августе - 18,7 °С. Первым месяцем с положительной среднемесячной температурой является апрель. Среднемесячная температура апреля в 2010 году составляла плюс 5,7 °С, а в 2011 - 7 °С. Ноябрь - первый месяц со среднемесячной отрицательной температурой, в 2009 году она составляла минус 6,3 °С, в 2010 - минус 2,9 °С, в 2011 - минус 9,4 °С.

Температура воды - это важнейший климатический фактор, который оказывает влияние на химические, физические и биологические процессы водоемов и водотоков. От температуры воды зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. Суточные изменения температуры воды могут наблюдаться на небольшой глубине водоема и составлять несколько градусов. На мелководье колебания температуры воды сходны с изменением температуры воздуха (Гусева, 2007).

Поскольку озеро Калач является относительно мелководным водоемом, температура воздуха и воды при отборе проб фитопланктона в период открытой воды отличались незначительно.

Атмосферные осадки являются одним из главных источников пополнения водоемов и водотоков. Распределение и количество атмосферных осадков зависят от географических условий района. Выпадение осадков зависит от циклонов и фронтов. Осадки бывают нескольких видов, для Омской области характерны такие осадки, как дождь, снег, град.

За время исследований наибольшее количество атмосферных осадков выпадало в летние месяцы 2009 и 2011 годов (рис. 1.2).

¡с

и О

120

100

о м Л л о

о С а. о V*

о 52 ю 40 О

<м Е; IX К см

(0 2 1-X а> О О X л а. го X К

х <и О

Месяц

л а. го ш г К

х а> О

м а. го ш х К

Рисунок 1.2 - Количество осадков в г. Калачинске в 2009-2012 гг. (по данным Обь-Иртышского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды)

Наибольшее количество осадков было зарегистрировано в августе 2009 года, когда сумма осадков достигла 105 см, что выше среднемноголетней на 80 см. Минимальное количество осадков было зафиксировано в феврале 2012 года.

В межгодовой динамике максимальное количество осадков зарегистрировано в 2009, а минимальное - в 2011 году.

Снежный покров образуется в начале ноября и сходит в начале апреля, продолжительность периода с устойчивым снежным покровом составляет 170-180 дней. Установка льда на озере происходит в конце октября - начале ноября. В зимний период вся акватория озера покрыта льдом и снегом. Толщина снежного покрова на озере к середине зимы достигает 70 см, а льда - до 110 см. Распадение льда начинается с конца марта.

При проведении работ на озере измеряли высоту снежного покрова на акватории и толщину льда. Наибольшая высота снежного покрова зафиксирована в

зимний период 2010-2011 годов, а максимальная толщина льда - в марте 2011 года (табл. 1.1).

Таблица 1.1- Средние показатели высоты снежного покрова и толщины льда на озере Калач, 2009-2012 гг.

Средняя высота снежного по- Средняя толщина льда на

Месяц крова на акватории озера, см озере, см

2009- 2010- 2011- 2009- 2010- 2011-

• 2010 гг. 2011 гг. 2012 гг. 2010 гг. 2011 гг. 2012 гг.

Ноябрь 7 нет данных 3,0 17,4 нет данных 18,6

Декабрь 10 8,0 5,5 30,8 29,3 26,9

Январь 23 25,0 22,0 68,5 64,4 60,1

Февраль 49 50,0 46,2 85 101,7 98,1

Март 55 65,0 61,0 103,3 108,3 102,7

Как известно, климат является одним из важных факторов, влияющих на гидрохимические характеристики озера, а также на состав и обилие фитопланктона. Поэтому основные характеристики развития фитопланктона зависят от климатических факторов, влияющих на водообмен озер (Науменко, 2007).

1.2. Общая характеристика озера Калач

Озеро Калач - это водоем природно-антропогенного происхождения с замкнутым водообменом, расположенный в центре г. Калачинска (Омская обл.). В середине XX века излучина реки Оми, крупного правого притока Иртыша, была отделена глухой дам�

Информация о работе

Коржова, Людмила Викторовна
кандидата биологических наук
Омск, 2013
ВАК 03.02.08

Диссертация

Оценка экологического состояния озера Калач (г. Калачинск, Омская область) по показателям развития фитопланктона - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы