Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сопряженность продукционно-деструкционных параметров в разных водных массах

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Сопряженность продукционно-деструкционных параметров в разных водных массах"

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ6 од

2 3 МАЯ 198*'

На правах рукописи

ШИМАРАЕВА СВЕТЛАНА ВЛАДИМИРОВНА

СОПРЯЖЕННОСТЬ ПРОДУКДИОННО-ДЕСТРУКЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ В РАЗНЫХ ВОДНЫХ МАССАХ

03.00.18 - Гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

иркутск - 1994

Райота выполнена в Научно-исследовательском институте отологии при Иркутском государственном университете

Научный руководитель

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Л.Р.Изместьева

Официальные оппоненты

доктор биологических наук, профессор Б.Н.Огарков

кандидат биологических наук, Л.М.Мамонтова

Ведущее учреждение

Красноярский госуниверситет

Залита диссертации состоится " " 1994 г.

в час. на заседании Специализированного совета К.063,32.03 при Иркутском государственном университете по адресу: г. Иркутск, ул. Сухэ-Ватора, 5

С диссеотацией можно ознакомиться в Научной библиотеке

Иркутского государственного университета «

Автореферат разослан "

1994 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета, /

кандидат биологических наук

Е.С.Купчинокая

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Для адекватной оценки состояния водных эко-■ем необходим комплексный подход, поскольку информация по како-:ибо одному трофическому звену часто бывает недостаточной для значной интепретации результатов. Одним из основных является ос о взаимосвязи первично-продукционной и деструкционной сос-яющих экосистемы. Синтезированное фитопланктоном органическое ство является материальной и энергетической основой функциони-ния всех последующих звеньев экосистемы и жизнедеятельности во-а в целом. Деятельность микроорганизмов, осуществляющих дестг ию органического вещества, обеспечивает интенсивность и направ-ость круговорота органических веществ. Соотношение интенсивнос-родукционных и деструкционных процессов определяет облик водое-качество воды в нем. В мировой литературе сформировалась трчка ля, что нарушения в состоянии водных экосистем проявляются, в /ю очередь, в .точках перехода энергии от одного трофического 1я к другому. На водоемах байкальского региона этот вопрос спе->но не исследован, хотя он имеет важное научно-теоретическое и гическое значение.

Цель и задачи исследования. Основная цель' настоящей работы -

1ть взаимосвязь продукционных и деструкционных процессов в раз-

• »

водных массах. В соответствии с этим необходимо было решить тгдие задачи: 1. Исследовать пространдтвенную изменчивость про-, юнно-деструкционных показателей в экологически различных райо-13. Байкал как фоновых, так и подверженных антропогенному влия-2. Оценить межгодовые различия в микробиологических параметрах ных районах Байкала в летний период; 3. Изучить вертикальное еделение микробиологических показателей на Байкале; 4. Иссле-ь суточную динамику бактериопланктона в оз? Байкал; 5, Дать

характеристику сезонной и межгодовой динамики' микроорганизмов в Ир кутском водохранилище, охарактеризовать нч изменчивость с глубино; и по акватории водохранилища; 6. Провести сравнительный анализ изменчивости микробиологических показателей на полигонах, больших ; малых площадей в Байкале; 7. Выявить факторы, наиболее сильно вли ямцие на пространственно-временную динамику микробиологических показателей, установить их приоритетность.

Научная новизна. В комплексных исследованиях при синхронна отборе проб проанализирована взаимосвязь первично-продукционных ] деструкционных показателей и дана оценка ее реализации в разные экологических условиях. По многолетним данным в водоемах- байкальского региона оценена пространственно-временная изменчивость микробиологических показателей в разных водных массах и установлена приоритетность факторов, определяющих дисперсию микробиологических показателей.

Теоретическое и практическое значение. Синхронное исследовали« продукционно-деструкционных процессов в их взаимосвязи с факторам] внешней среды дает достаточно полное представление о функционировании и состоянии нодных зкооиотем. Установленная зависимость межд; уровнем количественного развития бактериопланктона, характером ег< пространственного распределения и гидрометеорологическими факторам] может быть использована для решения задач и совершенствования системы экологического мониторинга и, в конечном счете, для прогноз; состояния экосистемы оз. Байкал и ангарских водохранилищ. Полученные данные могут применятся ь курсе- лекций "Экологический мониторинг" для студентов Иркутского университета.

Апробация р&боты. Материалы диссертации были представлены н. Всесоюзных совещаниях: "Структура и функционирование сообществ вод ных микроорганизмов" (Лисгвеничное на Байкале, 1984), "Проблем]

дрометеоролсгического обеспечения народного хозяйства Сибири" расноярск, 1087), "Оценка продуктивности фитопланктона" (Иркутск, 92), Всесоюзной школе-семинаре по мониторингу (Байкальск, 1985), есоюзной научной конференции "Проблемы экологии Прибайкалья" (Ир-гск, 1988), VI съезде Всесоюзного гидробиологического общества /рманск, 1991), Международных конференциях: ■''Байкал ЭК0'93" (Ир-гск, 1993), "СибЭКО'93" (Иркутск, 1993), а также на отчетных на-шх конференциях ИГУ.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 печат-с работ, в которых отражены основные положения диссертации.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, глав, выводов и списка литературы; изложена на стр. машино-:ного текста, -содержит таблиц, иллюстрирована рисунками. :писке литературы источников, в том числе зарубежных.

ОСНОВНЫЕ ТЕЗИСЫ РАБОТЫ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основу настоящей работы составляют материалы многолетних комп-сных полевых исследований разных районов Байкала, в том числе в е влияния очищенных промышленных сточных вод (ОПСВ) Байкальского люлозо-бумажного комбината (БЦБК) (рис.1) и Иркутского водохра-ища.

Содержание хлорофилла "а" (хл. а), общую численность бактерий 3) и численность гетерофных бактерий (ЧГВ) определяли во всех' ^аях у поверхности воды и на 1\пубине: в фоновом районе Байкала -м, нз участках естественных нефтегазопроявлений - в придонном в зоне влияния ОПСВ БЦБК - 25 м. При исследовании вертикаль-у распределения пробы отбирали с гориз нтов: О, 5, 10, 25, 50, 200, 300, 400, 500, 600 и 1430 м. Суточную динамику регистрами через 6 часов в поверхностном и придонном слоях/ В Иркутском

о -

м. Орловым м. Н. Иоголобье

Кр. Яр п. Мармтуй ^

I:

р, Утулык г. Б&йкальск

р. иуха* —Хард, уз

Р*С>ОТ01 Г км 9 IV 1НИС от км 3 ЭКРКГА ки 1 кн

■ 6

-к«# (СО н -н»9 40 н

2 км дветочке*

> КМ $в©ТОЧН« 4 «{¡рос ПОС® км о»л*днск 2 ки о«п»висс

Рис.1. Схема отбора проб на оз. Байкал

I - фоновый полигон; II - "малый" полигон;

III - район нефтегаэопроявлений; IV - полигон у БЦВК;

V, VI - контрольные разрезы (.Утулик-Маритуй, Мурино-Половинныи

Точками обозначены реперные станции.

дохранилище■ сезонные наблюдения проводили в поверхностном слое рхнего. бьефа, пространственные - у поверхности на серии разрезов 1 всей акватории водохранилища, а на некоторых станциях - по всему дному столбу.

ОЧБ определяли методом прямого счета по Разумову на мембранных льтрах марки "Сынпор" с диаметром пор 0,17-0,23 мкм, ЧГБ - мето-м глубинного посева на среде РПА:10, первичную продукцию фитоп-яктона - радиоуглеродным методом (Романенко, Кузнецов, 1974). атистическую обработку полученных данных проводили с йспользова-ем 1-критерия, критерия Краскела-Валлиса, дисперсионного и корре-ционного анализов (Эакс, 1976).

Работа выполнена в лаборатории общей гидробиологии. Все микро-могические и серия первично-продукционных работ выполнены авто-м. Для анализа использованы данные лаборатории по содержанию хл.а первичной продукции органического вещества.

МЕЖРОДОВАЯ И ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВАКТЕРИОПЯАНКТОНА В ФОНОВЫХ- РАЙОНАХ БАЙКАЛА

Общая численность бактерий. На фоновом полигоне площадью 4 1С. км?- ("большой") в Северном Байкале й период позднего лета, . 1К и везде в озере, отмечается межгодовая динамика ОЧБ. В поверх-стном слое воды минимальная за период исследования ОЧБ отмечена в' лболее холодном 1983 г., максимальная - в наиболее теплом 1906 г. ■абл 1). В межгодовом аспекте между средней для полигона ОЧБ и. :мпературой воды наблюдается прямая связь с высоким коэффициентом |рреляции (г - 0,97). С содержанием хл.а межгодовая динамика ОЧБ ! связана. Это свидетельствует о том, что лимитирующим фактором В является температура, а не автохтонное органическое вещество, шышение температуры усиливает физиологическую активность микроор-шизмов, потребление ими органического субстрата и приводит, к уве-

Таблица 1

Статистическая изменчивость гидробиологических показателей у поверхности воды на фоновом полигоне в Северном Байкале

I, °С хл.а,мг/м3 ОЧБ,тыс.кл/мл ЧГБ,кл/м.

1983 г. п

10

10

10

lim 14,0 - 16,0 0,2 - 0,4 309 - 543 M±m 14,7 ± 0,2 0,24 ± 0,02 423 ± 25 CV, t Б 29 18

1984 г. п lim M±m CV, %

11

14,6 - 16,0 15.3 i 0,1

3 '

11

0,16 - 1,22 0,56 ± 0,11 66

11

376 - 510 449 ± 12

1986 Г. П lim M±m CV, X

10

14,8 - 19,2 18,2 ± 0,4 7

8 ■ 0,36 - 0,9? 0,55 ± 0,07

36 •

10 10

776 - 1166 11 - 365

998 ±34 168 ± 41

11 77

1987 r. n rli lim

M±m 15,8 ± 0;4

CV, Z В

11

11

324 - 571

14,3 - 17,4 0,49 - 1,0

0,66 ± 0,05 ' 440 ± 24 26 18

11

53- 1253 305 ± 114 110

Примечание: n ? число наблюдений; lim - пределы колебаний;

M ± m - среднее арифметическое и его ошибка; CV - коэффициент вариации, Z.

ичению ОЧБ. Увеличение концентрации хл.а при близкой температуре е вызывает увеличения ОЧБ. .

Пространственное распределение ОЧБ в поверхностном слое на по-игоне, как и температура, достаточно однородно. Коэффициент вариа-ии (СУ) значений составляет всего 9-18 X. Распределение хл.а, при том неоднородно (СУ - 86-66 %).

В.1986-87 гг. определения ОЧБ проведены по всему озеру. В наи-олее теплом 1986 г. в пределах каждой котловины распределение ОЧБ омогенно, СУ укладываются в те же пределы - до 20 %. При анализе зменчивости ОЧБ по всему озеру СУ увеличивается до 28 X. Северная южная части озера достоверно, различаются по ОЧБ и температуре, оторая является фактором, значимо и положительно влияющим на ОЧБ. о содержаний хл.а эти части не различаются:

Северный Байкал 1, °С хл.а, мг/м3 ' ,

1т 14,8 - 19,2 0,36 - 0,97

18.2 ± 0,4 0,55 ± 0,07

Ч, 7. . 7 36

Южный Байкал

Ш 15,0 - 17,6 0,38 - 0,87

16,6 ± 0,4 . 0,50 ± 0,07 • % 7 34

боле° холодном 1987. г. ОЧБ распределена однородно по всему озеру-ЗУ - 15 %), разные котловины по ОЧБ не отличаются, как и темпера/ра. Небольшие изменения ОЧБ от станции к станции не связаны с со-эржакием хл.а. В Северном Байкале намечается тенденция к увеличе-«о ОЧБ у восточного побережья, что согласуется с соответствующим эстом температуры.

• Таким образом, межгодовая и пространственная изменчивость ОЧБ

ОЧБ. тыс.кл/мл 776 - 1166 998 ± 34 11

512 - 861 602 ± 45 20

в поверхностном слое связана с температурой й не связана с хл.а. В всех случаях, когда различия в температуре достоверны (равные годы разные котловины, разные участки), достоверны и различия в ОЧБ Связь эта прямая.

Для понимания пространственной изменчивости ОЧВ и хл.а м! сравнили их распределение в Северном Байкале на "большом" полигон« и на "малом" (площадь 2 км2), расположенном в пределах акваторш "большого". В 1985 г. ОЧБ и концентрация хл.а в поверхностном сло< различалась следующим образом:

ОЧБ, тыс.кл/мл хл.а, мг/м3

lim CV, % lira -CV, %

большой - 485 - 683 10 1,0 - 1,6 30

малый 309 - 8 0,3 - 0,8 23

Как видно, меньшие значения и меньший их разброс отмечены на мало!« полигоне, характеризующем центральную часть озера.

Пространственное распределение ОЧБ рассмотрено и в слое 200 м, где она достоверно (в 1,5-2 раза) ниже, чем у поверхности, а межгодовые колебания выражены в гораздо меньшей степени:

1983 г. 1984 г. 1985 Г. 1986 г. 1987 г.

Ом 423 ± 25 449 ± 12 594 ±20 834 ± 54 451 ± 17 200 м - 300 ± 18 291 ± 19 371 ±35 259 ± 14.

Средние значения О1^ в разные годы различается в 1,4 раза, тогда как у поверхности в 2 раза. Но у поверхности и на глубине 200 м эти изменения хорошо скоррелированы (г - 0,88)'. При достоверных отличиях ОЧБ в разных котловинах озера в поверхностном слое достоверно различается в них и 200-метровый слой (1986 г.). Это свидетельствует о том, что динамика ОЧВ в столбе воды, по крайней мере до 200 ы, однотипна. Интересно, что на глубине 200 и изменения ОЧВ тесно связаны с хл.а (г - 0,9). Очевидно у поверхности совокупное влияние

- и -

нешних факторов^ в том числе и температуры, затушевывает свявь лорофилла и 043. Снижение концентрации ОЧВ с глубиной согласуется данными гидрохимиков по перманганатной и бихроматной окисляемости неурожайный по мелизире год (Тарасова, 1975).

Более подробно вертикальная, динамика хл.а и ОЧБ изучена на лубоководных станциях в южной и северной частях озера. Исследуемые оказатели образует максимум в трофогенном слое: ОЧБ - у понерхнос-и или подповерхностном слое, хл.а - на глубине 10 м, и резко сикаются к глубине 25-50 м. Ниже этого слоя происходит более плавное нижение, и на глубине 200 м ОЧБ становится в 1,6-3,3 раза, хл.а --А в раза ниже максимальной. В глубинных слоях воды вновь выделятся "активная" зона. ОЧБ увеличивается на глубине 300-400 м в ,3-1,9 раза'по сравнению со слоем 200-300 м , а хл.а - на глубине 00-600 м в 2 раза по сравнению со слоем 400-500 м. На глубине 300 I отмечаются и глубинные максимумы содержания взвешенного органи-;еского вещества (Тарасова, Мещерякова, 1992).

, У восточного побережья Среднего Байкала от м. Облом до м. 'олстый, где отмечены естественные нефтегазопроявления (Кожова, Та-[иев, Бескровный и др. / 1983) ОЧБ не отличается от таковой в фоно-юм районе (средние у поверхности воды 320 - 600 тыс.кл/мл), -и ее 1ежгодовые изменения'сохраняются. Инверсионное вертикальное распре-[еление ОЧБ отмечено лишь на станции с визуально наблюдаемым нефтя-1ым пятном: в придонном слое воды (300 м) ОЧБ (700 тыс.кл/мл) почти> два раза выше, чем у поверхности.

Если считать объем 1 клетки равным 0,3 мкм3 (Кожова, Мамонто-¡а, 1979), то можно ориентировочна определить, что биомасса бакте-шопланктона, как правило, составляет около 160 мг/м3.-

Гетеротрофные бактерии. Если ОЧБ достаточно гомеостатичный па-)аметр экосистемы, то отдельные физиологические' группы бактериоп-

ланктона более существенно реагируют на действие факторов среды, связи с этим обязательным в системе мониторинга водных экосисте] является определение изменчивости количества бактерий, участвующи; в круговороте легкоокисляемаго органического вещества - гетеротро-фов, в частности, растущих на среде РПА:10. Они лучше, чем ОЧБ, позволяют выявить механизмы сопряженности продукционных и деструк-ционных процессов.

У поверхности воды Байкала вне очагов антропогенного влияния ЧГБ изменялась в широких пределах: от 2 до 1300 кл/мл. В разные годы ее распределение по модальным классам было следующим:

частота встречаемости, X классы, кл/мл 1-10 10-100 100-300 300-600 500-1000 более 1000

1985 Г. 9 55 36 0 0 0

1986 г. 0 21 47 21 0 11

198? г. 0 44 12 19 19 6

Максимальная ЧГБ зарегистрирована в год с максимальной температурой и максимальной ОЧВ (1986 г.), а минимальная - в год с минимальной температурой (1985 г.). Таким образом, межгодовая изменчивость ге-теротрофов, как и ОЧБ, положительно связана с температурой. Но в отличие от ОЧБ, в межгодовом плане ЧГБ тесно связана с концентрацией хл. а (г - 0,'/3).

При анализе, пространственного распределения связь ЧГБ с температурой, ОЧБ и хл.а по-разному реализуется в годы с различным температурным режимом. При низкой температуре и в целом низкой ЧГБ ее связь с изменениями температуры, хл.а:,и ОЧБ отсутствует. В наиболее теплом году изменения ЧГБ происходят синхронно с изменениями температуры в 60 % случаев и слабо согласуются с изменениями хл.а и ОЧБ. Распределение ЧГБ в поверхностном слое, в отличие от ОЧБ, более ге-терогешю. В разные годи СУ значений изменяется от 9? до 110 %,

эгда как от 9 до 18 %.

Как и следовало ожидать, на малом полигоне ЧГБ (17 - 85 кл/мл) их изменчивость (61 %), как и ОЧБ и содержание хл.а, меньше чем 1 большом (5 - 209 кл/мл и 97 % соответствекнл).

На глубине 200 м межгодовая динамика в ЧГБ практически отсутс-|ует. Их максимальная численность существенно ниже, чем у поверх-юти, и не превышает 250 кл/мл, а 50-70 Z значений относятся к ин-рвалу 10-100 mi/мл. В отличие от О1®, ЧГБ на глубине не связана с держанием у поверхности, а распределение также гетерогенно.

При подробном изучении вертикального распределения ЧГБ окаэа-сь, что они, как и ОЧБ и хл.а, образуют максимум в трофогенной не (у поверхности воды или на глубине максимального содержания .а). В глубинных слоях воды изменения ЧГБ следуют как за ОЧБ, так за хл.а. увеличиваясь на глубинах их пиков.

В зоне природных нефтегазопроявлений ЧГБ у поверхности в от-1ьные годы (1985 г.) по сравнению с фоновым районом повышена, наглее часто (50 X случаев) встречаются значения более 500 кл/мл:

частота встречаемости, X iccH, кл/мл 1-10 10-100 100-300 300-500 500-1000 более 1000

фоновый район 9 55 36 0' . О О

район нефтегазопрявлений • 0.0 38 • 12 50 О.

Сравнив количество и закономерности временной и пространствен-динамики ОЧБ, ЧГБ, концентрации хл.а и температуры , можно эак-ить следующее. Исследованные водные массы Байкала по этим парадам характеризуются в целом как олиготрофные. При анализе конк-

1ых межгодовых и пространственных ситуаций выясняется, что наи*

?е существенное значение з пространственно-временной-изменчивое-

ти 0ТШ и Ч1'Б имеет не количество автохтонного органического вещества в виде хл.а, а температура, выступающая лимитирующим фактором.

Вместе с тем в столбе воды (0-1430 м) изменчивость продукционных и деструкционных параметров сопряжена. Во всехрассмотренных случаях выделяется трофогенная зона, где биологические показатели максимальны, ниже они уменьшаются, а в глубинных слоях вновь увеличиваются, хотя не достигают значений, характерных для трофического слоя. Пик ОЧБ в глубинных слоях (как правило ниже 200 м) может быть связан со скоплением отмерших водорослей, являющихся субстратом для развития бактерий, но не с концентрацией хл.а. Увеличение ЧГБ в глубинных слоях происходит как там, где увеличивается ОЧБ, ' так и там, где возрастает концентрация хл.а.

Суточная динамика бактериопланктона. Суточную динамику ОЧБ,' ЧГБ и хл.а исследовали на прибрежной пелагической станции у м. За-воротный в условиях ветреной погоды. В поверхностном слое в течение суток температура изменялась от 18,2 °С (16 час) до 15,2 °С (23 час). Динамика следовала за изменением температуры, она была максимальна (940 тис.кл/мл) при максимальной температуре в 16 часов, а минимальна (760 тис.кл/мл) в при минимальной температуре (ночь и утро). ЧГБ, как и концентрация хл.а, не зависит от степени прогрева; минимальная ЧГБ (223 кл/мл) совпадает с минимумом хл.а (0,33 мг/м3), а подтем следует еа подъемом в содержании хл.а. Однако максимум'(601 кл/мл) отмечен в утренние часы с некоторым запаздыванием относительно хл.а, как реакция на предшествующее его ночное увеличение (0,65 мг/м3). Таким образом, в поверхностном слое в суточном ходе ОЧБ подчиняется изменениям температуры, а ЧГБ - изменениям содержаяи« фитопланктоногенного органического вещества.

В придонном слое (70 м) температура в течение суток была 4,6-6,2 °С. Исмененнл температуры, хл.а и ОЧБ более еинхронизирова-

ны, чем в поверхностном слое. Максимумы этих показателей аарегист-рирированы в одно и то же время (16 час). Максимум ЧГВ сдвинут на более позднее время (23 час).

Можно сделать вывод, что в условиях ветреной погоды в течение суток содержание хл.а изменяется в поверхностном и придонном слоях независимо друг от друга. Его изменчивость обусловлена разнонаправленным влиянием таких факторов, как ветровой перенос, инсоляция, выедание и оседание фитопланктона. ЧГБ изменяется в поверхностном и придонном слоях независимо друг от друга и следует за содержанием хл.а с некоторым запаздыванием. ОЧБ в водной толще (верхний и нижний слой) изменяется синхронно. Амплитуда колебаний содержания хл.а, ОЧБ и ЧГБ в придонном слое на глубине 70 м шире, чем у поверхности, что очевидно связано со своеобразием процессов, протекающих в придонном слое.

Таким образом, в течение суток, как и в межгодовом аспекте, изменчивость ОЧБ у поверхности определяется температурой, а в нижней части водной толщи - содержанием хл.а. Изменения ЧГВ в верхней и нижней зонах водной ташци-связаны с хл.а (фитопланктоногенным органическим веществом). ,

ПРОДУКЦИОННО-ДЕСТРУКЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ В ОЧАГАХ АНТРОПОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ

Особое внимание уделено изучению участка Байкала, подверженного влиянию ОПСВ БЦВК, где сбор материала проведен летом (июль) 1986-1993 гг. (см.рис.1). Мы попытались вычленить антропогенную составляющую в естественной изменчивости продукционно-деструкционных параметров.

В зоне влияния ОПСВ БЦБК (полигон у БЦВК) и на контрольнах разрезах межгодовая изменчивость ОЧБ у поверхности сохраняется и, как и на фоновом полигоне, соответствует различиям температуры:

- lö -

t, °c

ОЧБ, тыс.кл/мл хл.а, мг/м3

t, °C

ОЧБ, тыс.кл/мл хл.а, мг/м3

полигон у ВЦБК

11,2 ± 0,4

1087 ± 53

0,9 ± 0,04

9,1 ± 0,5

275 i 14

0,39 ± 0,04

1980 г.

1987 г.

контрольные разрезы

11,7 + 0,6 1028 ± 28 1,39 ± 0,17

9,4 + 0.8 330 ± 39 0,57 ± 0.04 •

В целом между контрольными разрезами и полигоном у ВЦБК достоверных различий по ОЧБ, как и по температуре воды, не было, а содержание хл.а на контрольных разрезах достоверно выше, чем на полигоне БЦБК.

Но особенности пространственного распределения' ОЧБ на полигоне обусловлены температурой: при однородном распределении температуры, оно гомогенно (1986 г.), при выраженных различиях в температуре между прибрежными и пелагическими станциями (1987 г.) ОЧБ уменьшается с удалением от берега. При повышении вариабельности температуры увеличивается и вариабельность ОЧБ.

Сопряженность изменчивости ОЧБ и хл.а на полигоне различна в годы с разным температурным режимом. При низкой температуре в 1987 г. коэффициент корреляции между содержанием хл.а и ОЧБ достаточно высок (г - 0,7), в более теплом 1986 г. - очень низок (г - 0,3). Это свидетельствует о том, что при низкой температуре бактерии используют преимущественно автохтонное органическое вещество, при высокой - происходит разложение и аллохтонной' органики.

Можно заключить следующее: в пространственно-временной изменчивости ОЧБ в районе БЦБК доминирующ™ фактором является температура, реакция ОЧБ на органическое вещество сточных вод вцражена ела-

бо. Непосредственно у труб сброса наблюдается даже некоторое снижение ОЧБ, а нарастание ее происходит на некотором удалении от сброса .,по мере разбавления сточных вод байкальской водой. Таким образом, при оценке антропогенного влияния такого типа, как сточные воды БЦБК, ОЧБ не является показательной, поскольку ее различия у сброса и на контрольных разрезах очень не велики и определяются действием естественных факторов:

полигон у БЦБК контрольные разрезы фоновый полигон ОЧБ, тыс.кл/мл

1986 г. 1087 ± 53 1028 ± 28 998 ± 34

1987 г. -275 ±14 330 ± 39 440 ± 24

ЧГБ реагирует на изменения содержания органического вещества более ярко. В районе БЦБК минимальная зарегистрированная у поверхности' воды ЧГБ соответствует таковой на фоновом полигоне - 2 кл/мл, а максимальная - почти 3000 кл/мл - в 3 раза превышает максимальную на фоновом полигоне. Распределение их численности по классам сильно отличается как от фонового района (см. стр.12), так и от контрольных разрезов:

частота встречаемости, %

классы, кл/мл 1-100 100-500 500-1000 более

1986 г. полигон у БЦБК 23 10 57 10

контр, р-зы 21 57 21 0

1987 г. полигон у БЦБК 64 28 8 0

контр, р-зы 100 0 0 0

1992 г. полигон у БЦБК 0 6 31 57

контр, р-зы 0 20 50 .30

1993 г. полигон у БЦБК 50 50 0 0

контр, р-зы 90 10 0 0

Но в развитии гетеротрофных микроорганизмов на полигоне у БЦБК у

поверхности сохраняются межгодовые изменения, которые тесно связаны с температурой (г - 0,99) и слабее с содержанием хл.а (г - 0,59):

1987 г. 1986 г. 1992 г.*

t, °С 9,1 + 0,5 11,2 ± 0,4 14,3 ± 0,3

ЧГБ, кл/мл 143 ± 35 515 ±.69 1380 ± 137

хл.а, мг/м3 0,39 ± 0,04 0,9 ± 0,04 0,8 i 0,06 л - годы расположены в порядке увеличения температуры Ослабление связи с автохтонной органикой (хл.а) по сравнению с фоновым районом свидетельствует о том, что свои потребности в орга-.' ническом веществе гетеротрофные бактерии удовлетворяют в значительной мере и за счет аллохтонного органического вещества стоков. А интенсивность потребления последнего зависит от температуры.

Пространственные различия в ЧГБ (контрольные- разрезы и полигон у ВЦВК) сильнее проявляются в годы с высокой температурой и соответственно высокой ЧГБ - в 1986 и 1992 гг. В наиболее холодный год достоверных различий между участками нет. Это .также свидетельствует о том, что при.более высокой температуре в районе ВЦБК возрастает потребление гетеротрофными бактериями аллохтонной органики. В теплые годы санитарно-микробиологическая ситуация кажется более неблагоприятной, но процессы самоочищения идут более интенсивно.

Распределение ЧГБ у поверхности воды, в отличие от ОЧБ и хл.а, характеризуется гораздо более высокой гетерогенностью. Дополнительный фактор их гетерогенности - смешивание сточных вод с байкальскими и перераспределением доступных компонентов, содержащихся в стоках,. по площади и толще вод. Коэффициенты вариации ЧГБ, как и ОЧБ и хл.а, в разные'годы хорошо коррелируют (г = '0,88) с температурой:' средняя t, коэффиценты вариации, %

t хл.а ОЧБ ЧГБ полигон у БЦБК

198? Г.-к 9,1 ± 0,5 30 59 29 146

1986 г. 11,2 ± 0,4 18 29 22 61

1992 г. 14,3 ±0,3 "13 8 - 58

контрольные разрезы 198? г. 9,4 í 0,8 32 30 44 221

1986 г. 11,7 ± 0,6 19 47 10 79

1992 Г. 15,3 ±0,4 5 8 - 49

* - годы расположены в порядке увеличения температуры Как правило, прибрежная зона характеризуется более высокой температурой и содержанием органического вещества. Отличается она и более высокой ЧГБ. На разрезе против сброса ОПСВ ЧГЕ с удалением от берега снижается в меньшей степени, чем на других разрезах. Влияние ОПСВ БЦБК прослеживается здесь на расстоянии до 7 км от берега.

.Различия в вертикальном распределении ЧГБ в фоновых районах и на полигоне у БЦБК существенны. На разрезах против сброса ОПСВ И восточнее его наблюдается инверсия в вертикальном распределении ЧГБ - на глубине она выше, чем у поверхности. На нарушение вертикального распределения микроорганизмов в районе БЦБК указывают и другие исследователи (Кожова, Баранкова,(1991;' Максимова, Максимов, 1989),. Аномальное вертикальное распределение ЧГБ может быть обусловлено только поступлением аллохтонной органики антропогенного происхождения, поскольку с температурой и содержанием хл.а не связано. Эта же аномалия прослеживается и против Слюдянки, где в подледный период ЧГБ у поверхности изменяется от 2 до З2.кл/мл, в придонных .слоях значительно превышает характерные олиготрофным водоемам для этого сезона года пределы (1524-10000 кл/мл). Нарушение закономерностей распределения гетеротрофных бактерий в толще воды свидетельствует о сильном антропогенном загрязнении.

- ЕО -

взаимосвязь продукционных и деструкционных процессов в иркутском водохранилищ Сопряженность продукционно-деструкционных процессов исследована в Иркутском водохранилище, формирующемся за счет вод Байкала и образованном в 1957 г. По уровню трофии,Байкал относится к олигот-рофным водоемам, а Иркутское водохранилище к мезотрофным (Изместь-ева, Кращук, Усенко, 1993). Добавим, что по сравнению с периодом наполнения (Кожова, 1964) в Иркутском водохранилище уровень развития фитопланктона существенно не изменился, .но при этом наметилась, тенденция к увеличению ОЧБ. *

В сезонном аспекте сопряженность продукционно-деструкционных параметров можно представить в следующем виде. Сезонная динамика хл.а и первичной продукции и ОЧБ описывается, как и прежде (Кожова, 1964; Изместьева, Кожова, Усенко, 1990 и др.), двухвершинной кривой с максимумами в мае-июне и сентябре и с температурой не связана'. Весенний максимум концентрации хл.а не превышает 3 мг/м3. Первичная продукция органического вещества, измеренная нами в 1984 г., невелика и изменяется от 13,3 до 43,8» мг С/м3,сут.. Ее динамика соответствует динамике хл.а.

.Сезонная динамика ОЧБ является в большей или меньшей степени отражением таковой хл.а. Подледный период характеризуется наиболее низкой (менее 400 тыс.кл/мл) ОЧБ. Весной с активизацией развития фитопланктона увеличивается ОЧБ. Ее весенний пик - 1600-1700 тыс.кл/мл - по срокам либо совпадает с максимумом хл.а , либо запаздывает относительно него на две недели. После незначительных колебаний ОЧБ летом4 на уадвне около 1000 тыс.кл/мл , осенью регистрируется ее второй сезонный максимум, равный или превышающий весенний (до 1800 тыс.кл/мл).

Сезонная динамика ЧГБ по сравнению с ОЧБ отличается, рядом осо-

бенностей. Зимой она минимальна - несколько десятков клеток в 1 мл. Последующее их увеличение в течение весенних месяцев образует максимум численности - 1400 кл/мл. По времени он запаздывает относительно максимумов хл.а и ОЧБ. Летом динамика ЧГБ носит пульсирующий характер с периодом примерно в один месяц, в течение которого ЧГВ увеличивается в 2-5,5 раз, затем снижается до первоначального уровня. Она отражает, с одной стороны, изменения хл.а и, с другой стороны, ОЧБ, которые не всегда совпадают по времени. Осенний подъем ЧГБ по уровню соответствует весеннему, запаздывая относительно ОЧБ.

Как видно, сезонные изменения хл.а и численности бактерий непосредственно. с температурой воды не связаны. Сезонные максимумы численности бактериопланктона, как правило, сдвинуты во времени относительно максимумов хлорофилла, причем продолжительность этого периода различается в разные сезоны одного года и в разные годы. Поэтому для оценки взаимосвязи продукционно-деструкционных параметров в сезонном аспекте корреляционный анализ не дал результатов. Поэтому мы попытались оценить взаимосвязь между ОЧБ, хл.а и ЧГБ по направленности их изменений. Оказалось, что направленность изменений хл.а и ОЧБ, и ОЧБ и ЧГБ совпадает примерно в 50 % наблюдений, а хл.а и ЧГБ - в 30-40 X. Таким образом, сезонная динамика ОЧБ на 50 % определяется изменчивостью содержания хл.а, а ЧГБ практически полностью совокупными изменениями хл.а и ОЧБ.

Распределение хл.а в поверхностном слое летом достаточно однородное (СУ - 30 %), а распределение ОЧБ, как и в Байкале, согласуется с температурой: в нижней части водохранилища средняя ОЧБ в 1,6 раза превышает таковую в верхней и средней частях. Летом у поверхности воды среднее для всего водохранилища содержание хл.а составляет 1,11 + 0,07 мг/м3, оЧБ - 847 ± 51 тыс. 1а./мл. ЧГБ в это время изменяется в широких пределах: 39-854 ¡и/мл; их распределение носит

случайный характер и отличается достаточно высокой степенью гетерогенности - CV - 87 %, но меньшей, чем у БЦБК, где CV достигает 146

Максимум хл.а летом, как и в Байкале, расположен не у самой ' поверхности, с ним совпадает максимальная ЧГБ, тогда как ОЧБ, напротив, максимальна у поверхности.

Таким образом, в летний период, как и в Байкале, распределение ОЧБ в водохранилище в первую очередь определяется температурой, -а распределение ЧГБ в поверхностном слое с. температурой и хл.а не,, связано, а в толще воды ЧГБ связана с хл.а.

основные выводы работы

1. Средняя ОЧБ в Байкале летом у поверхности воды в разные годы изменяется от 423 до 834 тыс.кл/мл (в том числе в районе естественных нефтегазопроявлений от 320 до 600 тыс.кл/мл); т.е в пределах, свойственных чистым олиготрофным водоемам.

Межгодовая, суточная, горизонтальная и вертикальная изменчивость ОЧБ во всех типах водных масс определяется температурой воды. При ее достоверных различиях достоверно различается и ОЧБ. При выраженном температурном градиенте связь проявляется не только в корреляции между средними значениями, но и в скоррелированности дисперсий (по CV, %).

Межгодовые различия ОЧБ у поверхности воды Байкала и на глубине 200 м тесно связаны (г - 0,9), т.е. динамика ОЧБ в столбе'воды, по крайней мере до 200 м, однотипна. На глубине 200 м изменения ОЧБ тесно связаны с хл.а (г - 0.9).

2. Средний ЧГБ летом у поверхности воды Байкала в разные годы составляет: в фоновом районе 79 - 338, в районе естественных нефтегазопроявлений 250 - 443 кл/мл.

Межгодовая изменчивость ЧГБ у поверхности воды одинаково про-

является во всех обследованных районах Байкала и зависит не только от температуры воды, как ОЧБ, но и от содержания хл.а. В течение суток изменения ЧГБ следуют за хл.а с некоторым запаздыванием.

Распределение ЧГБ у поверхности воды более гетерогенно, чем /

ОЧБ. Связь гетеротрофов с температурой, хл.а и ОЧБ по-разному реализуется в годы с различным температурным режимом.

Достоверные различия между ЧГБ у поверхности воды и на глубине 200 м проявляются при высоком уровне развития гетеротрофов. Межгодовые изменения ЧГБ на глубине 200 м слабо выражены и связаны с содержанием хлорофилла "а" (г - 0,8).

Распределение ЧГБ столбе воды, как и хл.а и ОЧБ, характеризуется наличием двух увеличений численности - в трофогенном слое и на глубине ниже 200 м. В глубинных слоях воды ЧГБ увеличивается там, где увеличивается ОЧБ, и там, где хл.а. ■

3. В зоне влияния ОПСВ БЦБК летом средняя ОЧБ у поверхности воды в разные годы слабо отличается от таковой в фоновом районе и составляет 275 - 108? тыс.кл/мл.1 Ее'межгодовая и горизонтальная изменчивость, как и в фоновом районе, определяется температурой воды.

Средняя ЧГБ у поверхности в разные годы изменяется от 143 до 1380 кл/мл. Максимальные зарегистрированные (3000 кл/мл) и наиболее часто встречающиеся значения здесь в 3 раза выше, чем в фоновом районе. Межгодовая изменчивость ЧГБ в зоне влияния ОПСВ сохраняется и тесно связана с температурой и слабее с хл.а. Связь ЧГБ с хл.а (г -0,59) в районе БЦБК менее выражена, чем на фоновом полигоне (г -0,73). Это свидетельствует о нарушении естественных взаимосвязей между автотрофным и гетеротрофным звеньями в зоне с дополнительной аллохтонной нагрузкой. В вертикальном распределении гетеротрофов в зоне влияния ОПСВ БЦБК наблюдается инверсия , что можно считать по-казателем^ антропогенного загрязнения.

- M -

4. В Иркутском водохранилище летом_ средняя ОЧБ у поверхности воды - 847 тыс.кл/мл, средняя ЧГБ - 180 кл/мл. Пространственная изменчивость ОЧБ, как и в Байкале, определяется температурой. Связь ЧГБ с температурой и содержанием хл.а у поверхности не обнаружена. В столбе воды изменения ЧГБ связаны с хлч. а.

Средняя для периода открытой воды ОЧБ у поверхности в разные годы составляет 1107 - 1358 тыс.кл/мл, ЧГБ - 380-520 кл/мл. Сезонные изменения хл.а, ОЧБ и ЧГБ с температурой не связаны. Изменчивость ОЧБ на 50 % определяется хл.а, изменчивость ЧГБ - практически, полностью совокупными изменениями хл.а и ОЧБ. +

Основные работы по теме диссертации:

1. ПаутоваВ.Н., КожоваО.М., Номоконова В.И., Шимараева C.B. Изменчивость деструкции органического вещества ■// Прогнозирование экологических процессов. - Новосибирск: Наука, 1986. - С. 42-50.

2. Шимараева C.B. Особенности распределения стандартных микробиологических показателей в ¡Окном Байкале // Проблемы экологии Прибайкалья: (Тез.докл. к III Всесоюз. науч. конф.). - Иркутск, 1988. - Ч. II. - С. 77.

3. Изместьева Л.Р., Ряпенко Л.Н., Шимараева C.B. Оценка состо- ' ' яния. толщи вод фоновых районов Байкала по комплексу гидробиологических показателей // Проблемы гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства Сибири: (Тез. докл. Всесоюз. совещ.) - Красноярск, 1939. - Ч. III. - С. 66-67.

4. Шимараева C.B., Ряпенко Л.Н., Усенко Н.Б. Характер распределения некоторых гидробиологических показателей в очаге локального антропогенного' воздействия (Южный Байкал) // VI съезд ВГБО: (Тез. докл. ). - Мурманск,' 1991. - Ч. II. - С. 206-207.

5. Изместьева Л. Р., КожоваО.М., Шимараева C.B. Сопряженность изменчивости продукционных и деструкционных показателей // Монито-

ринг фитопланктона. - Новосибирск: Наука, 1992. - С. 99-103.

6. Изместьева Л.Р., Кожова О.М., Шимараева C.B. Суточные изменения продукционно-деструкционных процессов // Мониторинг фитопланктона. - Новосиб!фск: Наука, 1992. - С. 103-110.

7. Изместьева Л.Р., Усенко Н.В., Шимараева C.B., Ряпенко Л.Н. Оценка состояния пелагиали в районах антропогенного воздействия // Экологические исследования Байкала и Байкальского региона.- Иркутск, 1992,- 4.1. - С. 95-106.

8. Изместьева Л.Р., Кожова О.'М., Шимараева C.B. Саиитарно-микробиологическая характеристика сточных вод Усть-Илимского Целлюлозного завода // СибЭКО'93 : Международная конференция по экологии Сибири. Часть 11. - Иркутск, 1993. - С. 59-61.

9. Шимараева C.B. Взаимосвязь продукционных и деструкционных процессов в Иркутском водохранилище // Оценка продуктивности фитопланктона. - Новосибирск,"1993. - С. 96-103.

10. Изместьева Л.Р., Кузнецов И.Ю., Зилов Е.А., Мазуренко Т.И., Дутова Н.В., Шимараева С.Б! Продукционно-деструкционные параметры рифтового озера Ньяса // Оценка продуктивности фитопланктона. - Новосибирск, 1993. - С. 130-141. '