Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Состояние планктонных сообществ Северного Каспия и влияние среды обитания на их развитие

ВАК РФ 03.02.10, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Состояние планктонных сообществ Северного Каспия и влияние среды обитания на их развитие"

На правах рукописи

САРКИСЯН НИНА АЛЕКСЕЕВНА

Состояние планктонных сообществ Северного Каспия п влияние среды обитания на их развитие

Специальность: 03.02.10 - гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

005542283

5 ДЕК ¿013

Астрахань-2013

005542283

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах, включает 30 рисунков и 17 таблиц. Состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка литературы.

Апробация результатов и публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации. Результаты исследования докладывались на 10-й конференции по проблеме нефтегазоносности Черного, Азовского, Каспийского и других морей, ЮФО, С-КФО и других регионов (Геленджик, 3-6 июня 2013 г.), на конференции, посвященной IV Всероссийскому съезду по охране окружающей среды (октябрь, 2013) и на конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Внимание многих исследователей всегда привлекали вопросы, касающиеся изменений, происходящих в составе сообществ Каспийского моря, в том числе и планктонных, особенно в связи с резкими изменениями гидролого-гидрохимического режима моря. В данной главе дана краткая история изучения фито- и зоопланктона за вековой период в Северном Каспии, который в течение истекшего столетия испытывал существенные изменения и антропогенное воздействие.

Значительный вклад в изучение фитопланктона Северного Каспия внесли A.A. Остроумов (1905), Н.Л. Чугунов (1921), Л.Н. Бенинг (1937), И.А. Киселев (1940), ГШ. Усачев (1938, 1947, 1948), В.Д. Левшакова (1963, 1965, 1967, 1968, 1970, 1971, 1972), А.И. Прошкина-Лавренко и И.В. Макарова (1968), Л.А. Красноперова (1967,1968), А.Г. Ардабьева (2000). Большое значение в изучении зоопланктона Северного Каспия имели работы A.A. Остроумова (1905), НЛ. Чугунова (1921), А.П. Кусморской (1936), Л.А. Лесникова и Р.П. Матвеевой (1959), М.С. Кун (1965), Е.А. Яблонской (2007), Е.К. Курашовой (1984,1988), Д.Х. Тиненковой (1988, 1992), Л.И. Тарасовой (2000,2008).

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Саркисян, Нина Алексеевна, Астрахань

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201455774

Саркисян Н.А.

СОСТОЯНИЕ ПЛАНКТОННЫХ СООБЩЕСТВ СЕВЕРНОГО КАСПИЯ И ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ НА ИХ РАЗВИТИЕ

Специальность: 03.02.10 - гидробиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: д. с.-х. н., профессор Зайцев В.Ф.

Астрахань - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

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

Глава 1. Литературный обзор 7

1.1. История изучения фито- и зоопланктона в Северном Каспии......................................................................................................................................................................7

1.2. Качественная характеристика и многолетняя динамика количественных показателей планктонных сообществ Северного Каспия..................................................................................................................................................16

1.3. Характеристика гидрохимических условий морских вод в северной части Каспийского моря..................................................................................26

Глава 2. Материалы и методы исследований........................................................................................30

Глава 3. Результаты исследований........................................................................................................................37

3.1. Факторы среды, определяющие развитие планктонных организмов......................................................................................................................................................................37

3.2. Характеристика планктонных сообществ............................................................50

3.2.1. Фитопланктон и первичная продукция планктона..........................50

3.2.2. Зоопланктон................................................................................................................................................82

3.2.3. Оценка влияния факторов среды на планктонные сообщества......................................................................................................................................................................100

Заключение......................................................................................................................................................................................112

Выводы..................................................................................................................................................................................................113

Список литературы............................................................................................................................................................116

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Каспийское море за всю свою историю неоднократно меняло свои размеры, испытало смену фаз опреснения и осолонения. Длительная изолированность Каспийского моря позволила сохраниться автохтонной каспийской флоре и фауне, и в то же время в водоеме постоянно регистрируется появление новых, иногда нежелательных видов.

Северный Каспий является мелководной акваторией Каспийского моря, характеризуется высокой продуктивностью и является местом нагула ихтиофауны. Развитию кормовой базы способствуют благоприятные гидролого-гидрохимические условия. Средняя глубина в этой части моря составляет около 5 м, а на границе со Средним Каспием - около 25-30 м. (Тарасов, 1955; Осадчих, 1963 и др., Научные основы.., 1998). В Северном Каспии отмечается обилие флоры и фауны и высокое разнообразие биоты по сравнению с другими частями Каспийского моря.

Планктонные сообщества чутко реагируют на любые изменения среды обитания, вызванные как антропогенным воздействием, так и естественными причинами. В современный период акватория Северного Каспия испытывает интенсивную антропогенную нагрузку, в значительной мере связанную с освоением месторождений углеводородного сырья. Нефтяные компании, лицензионные участки которых расположены в Северном Каспии, берут на себя обязательства реализовать весь комплекс превентивных мер, направленных на минимизацию воздействия на окружающую среду. Тем не менее, при реализации проектов по освоению морских месторождений возможны негативные воздействия на биотические компоненты. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, связанные с ретроспективной оценкой степени влияния на биоту антропогенного воздействия различной направленности. Вместе с тем, особенности изменения планктонных сообществ экосистемы Северного Каспия непосредственно связаны с современным гидролого-гидрохимическим режимом, обусловливая значимость исследований.

Целью данной работы является изучение основных особенностей планктонных сообществ в западной части Северного Каспия в районе месторождения им. Ю. Корчагина и роль среды обитания на уровень их развития.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

• установить особенности гидролого-гидрохимических условий западной части Северного Каспия и выявить их сезонную и межгодовую изменчивость;

• определить характеристику видового разнообразия фито- и зоопланктонных организмов;

• изучить многолетнюю сезонную динамику фито- и зоопланктонных организмов исследуемой акватории;

• определить особенности первичного продуцирования органического вещества;

• оценить степень влияния абиотических факторов морской среды на развитие фито- и зоопланктона.

Научная новизна и теоретическая значимость. Работа направлена на решение теоретических проблем продукционной гидробиологии, связанных с формированием и функционированием планктонных сообществ в районе Северного Каспия. Впервые дана оценка влияния факторов морской среды на качественное состояние и количественное развитие планктонных сообществ в период освоения месторождений углеводородного сырья и его добычи в западной части Каспийского моря. Проанализированы материалы комплексных экологических исследований в районе месторождения им. Ю. Корчагина.

Впервые на основе систематизированных и обобщенных многолетних данных определены особенности развития планктонных организмов в условиях пространственно-временной динамики температуры, солености воды и биогенных элементов (фосфора, азота, кремния). Установлены зависимости между температурой, соленостью воды, содержанием кремния и численностью фитопланктона. Дана оценка уровня развития планктонных сообществ от объема речного стока на основе анализа динамики значений индексов и метрик видового разнообразия.

Практическая значимость работы связана с использованием результатов динамики фито- и зоопланктона Северного Каспия в районе месторождения им. Ю. Корчагина при освоении углеводородного сырья и оценки воздействия на окружающую среду. Полученные в работе характеристики температуры, солености, биогенных веществ в морской воде и их воздействие на планктонные сообщества могут быть использованы при разработке природоохранных мероприятий. Полученные количественные зависимости между продукционными показателями и факторами среды могут использоваться в прогностических целях. Результаты исследований переданы соответствующим проектным и производственным организациям.

Личный вклад автора. Диссертационная работа основана на материалах многолетних исследований, проанализированных автором. Автором сформулирована проблема, поставлены задачи, проведены статистические расчеты, проанализированы результаты исследования, сформулированы выводы и обобщения. Доля личного участия автора в совместных публикациях пропорциональна числу авторов.

Основные положения, выносимые на защиту. Район месторождения им. Ю. Корчагина является одним из продуктивных районов Северного Каспия, характеризующийся высоким разнообразием планктонных сообществ.

Уровень развития планктонных сообществ формируется в условиях воздействия комплекса факторов, главным из которых является объем речного стока и, как следствие, изменение гидрохимических условий среды обитания гидробионтов, выявленные в период освоения месторождения и предшествующее время. Выявлены зависимости между количественными показателями развития планктонных организмов с температурой, соленостью, прозрачностью воды и величиной волжского стока. Показатели продуктивности фитопланктона (численность, биомасса, содержание хлорофилла, скорость фотосинтеза) изменяются в соответствии с изменением проточности, за счет поступления органических и биогенных веществ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах, включает 30. рисунков и 17 таблиц. Состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 101 источник.

Апробация результатов и публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации. Результаты исследования докладывались на 10-й конференции по проблеме нефтегазоносности Черного, Азовского, Каспийского и других морей, ЮФО, С-КФО и других регионов (Геленджик, 3-6 июня 2013 г.), на конференции, посвященной IV Всероссийскому съезду по охране окружающей среды (октябрь, 2013) и на конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. История изучения фито- и зоопланктона в Северном Каспии

Формирование флоры и фауны Каспийского моря тесным образом связано с прежней геологической историей водоема. Прекращение ранее бывшего соединения Каспийского моря с Азовским по Кумо-Маныческой впадине, неоднократные изменения солевого режима водоема, установление соединения в более позднее время между Черным и Средиземным морями через Босфор и Дарданеллы оказало сложнейшее влияние на состав населения моря. Реконструкция природы и народного хозяйства внесли значительные изменения в жизнь Каспийского моря.

По судоходному Волго-Донскому каналу вместе с судами проникли в разное время и проникают до сих пор многие планктонные и бентосные организмы (Шлямин, 1954). Тем не менее, Каспийское море было и остается основным местом обитания уникальной флоры и фауны, ведущей свое начало от древней морской третичной фауны, претерпевшей ряд изменений под влиянием неоднократной смены солености в процессе эволюции водных бассейнов на месте современного Каспийского моря (Иванов, Сокольский, 2000).

Внимание многих исследователей всегда привлекали вопросы, касающиеся изменений, происходящих в составе сообществ Каспийского моря, в том числе и планктонных, особенно в связи с резкими изменениями гидролого-гидрохимического режима моря. Началом гидробиологических исследований в Каспийском море можно считать начало XX века.

Первые сведения о фитопланктоне Северного Каспия приводятся А.А.Остроумовым (1905), который отмечал большое количество в фитопланктоне предустьевого пространства и мелководной части Северного Каспия зеленых водорослей и представителей родов из отдела диатомовых Coscinodiscus, Campylodiscus, Chaetoceros, Sceletonema, и А.Г. Генкелем (1909), давшим описание характерных представителей каспийского фитопланктона.

Представляет интерес также исследования Чугунова Н.Л. в 20-е годы, Бенинга Л.Н., Усачева П.И., Киселева И.А. - в 30-е годы.

H.Л.Чугуновым (1921) было отмечено, что массовое развитие диатомовых водорослей из рода МеЬягга вызывает «цветение» воды весной, а летом и осенью - 8р1го£уга ппи\ап5 и СуИпдгоБрепшт зр. Им впервые было выполнено разделение акватории Северного Каспия на 3 зоны:

I. пресноводное предустьевое пространство, альгофлора которого была представлена в большинстве волжскими видами водорослей с преобладанием диатомовых;

2. солоноватоводная зона, где летом отмечалось развитие синезеленых водорослей, таких как Аркатготепоп flos-aqua, А.£гасйе, Ыос1и1аг1а spumigena, высокая встречаемость зеленых водорослей РесИаБКит Ъогуапит, 8сепес1е$тт циас1псаис1а, ОосухНз яр., единичные экземпляры пресноводных представителей других семейств и отсутствие пирофитовых водорослей;

3. морская зона, где в фитопланктоне преобладали диатомовые водоросли из родов СозсхпосИбсш, Ска^осегоБ, БсеШопета и небольших концентрациях встречались пирофитовые водоросли.

По данным А.Л. Бенинга (1937) в фитопланктоне восточной части Северного Каспия, в заливах Кайдак и Комсомолец (Мертвый Култук) встречалось 95 видов водорослей, среди которых наибольшее количество составляли диатомовые водоросли (45 видов) и синезеленые (29 видов), меньшее количество видов отмечалось среди пирофитовых (12 видов) и зеленых (9 видов) водорослей.

Однако в это же время, по материалам двух экспедиций в 1934 и 1935 гг., Киселевым И.А. (1940) была дана характеристика качественного состава фитопланктона Северного Каспия, заливов Кайдак и Комсомолец: качественный состав фитопланктона был представлен 222 видами водорослей, при этом количество диатомовых и синезеленых водорослей составляло 140 и 42 вида соответственно.

С применением количественных методов исследований в Каспии, в 30-е годы прошлого столетия появилась возможность описать динамику развития фитопланктона, а также провести районирование моря по фитопланктону. Было выделено 7 районов в Северном Каспии, различающихся по составу и обилию фитопланктона (Усачев, 1938).

Следует отметить, что значительный вклад в изучение альгофлоры Северного Каспия в эти годы внес Усачев П.И. В своих работах (1947, 1948) автор привел данные о качественном и количественном составе, распределении фитопланктона в Северном Каспии по материалам проведенных исследований в 1932, 1934 -1941 гг. Усачевым П.И. (1948) было установлено, что колебания средней биомассы фитопланктона напрямую связано с объемом стока реки Волги, при этом сокращение притока фосфатов в маловодные годы приводило к снижению количества фитопланктона.

Исследованиями 30-х годов прошлого столетия было также выявлено обильное развитие планктонных водорослей в районах, находящихся под непосредственным воздействием волжского стока (придельтовое пространство и юго-западный район Северного Каспия), а также в районе, находящемся на границе со Средним Каспием район (Усачев, 1968; Смирнова, 1949). Следует также отметить, в эти же годы был обнаружен средиземноморский вселенец ЯЫгоБоЫта са1саг-акоторый быстро распространившись по всему Каспию, стал доминирующим и по сей день видом фитопланктона (Усачев, 1948; Смирнова, 1949; Левшакова, 1972, Ардабьева, 2000; Татаринцева, 2008 и др.).

Исследования фитопланктона были прерваны в 1941 г. и возобновлены только в середине 50-х годов, как раз в период зарегулирования р. Волги. В связи с зарегулированием стока р. Волги в 50-х годах прошлого века возникла необходимость изучения влияния перераспределения биогенного и водного стока р. Волги на качественное и количественное развитие фитопланктона и его распределение на акватории моря. Поэтому исследования в эти годы и позже во многом были посвящены влиянию зарегулирования реки Волги на состав и количественное развитие фитопланктона. Результаты наблюдений были

опубликованы в работах Левшаковой В.Д. (1963, 1965, 1967, 1968, 1970, 1971, 1972), а также А.И. Прошкиной-Лавренко и И.В. Макаровой в работе «Водоросли планктона Каспийского моря» (1968), где на основе анализа результатов исследований за период с 1900 по 1965 гг. приведены экологическая характеристика и описание таксономического состава фитопланктона Каспийского моря.

Левшаковой В.Д. отмечено, что с момента зарегулирования Волги отмечались снижение биомассы фитопланктона в Северном Каспии. При этом уровень развития альгофлоры в северной части Каспийского моря во многом зависел от объема речного стока. Так, при повышенном стоке наиболее интенсивное развитие фитопланктона отмечалось в глубоководной, при пониженном - в мелководной части Северного Каспия. Это объяснялось тем, что при низком стоке биогенные элементы не проникали далеко в море и потреблялись на мелководьях. Левшаковой В.Д. были изучены особенности развития фитопланктона в зависимости от солености, температуры воды, распространение доминирующих видов.

Среди исследований фитопланктона Северного Каспия следует отметить также работы, посвященные особенностям развития и распределения важнейших видов водорослей. По данным Левшаковой В.Д. (1972) наиболее многочисленными являются пирофитовая водоросль Exuviaella cordata и диатомовая Rhizosolenia calcar-avis. Эти виды играют большую роль в продуктивности Северного Каспия и в настоящее время. Превосходящая по численности Е. cordata значительно уступала по биомассе ризосолении. В свою очередь вселенец R. calcar-avis вытеснил экологически близкий вид Rhizosolenia fragilissima, который до появления R. calcar-avis относился к доминирующим видам.

Некоторыми авторами выявлены зависимости распределения некоторых водорослей от условий среды обитания. Так, максимальные значения спирогиры обнаруживались при температуре воды 16 - 18°С и солености 0,12 -1 %о (Левшакова, 1971, 1972). Л.А.Красноперовой (1967,1968) было

обнаружено семь новых видов из рода Spirogyra в апреле - мае при температуре воды 15 - 20°С и солености 0,12 - 0,98 %о, иногда до солености 3,3 - 5,7 %о.

Разделение фитопланктона на 5 экологических групп водорослей по отношению их к соленос