Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Водоросли планктона реки Лены в зоне влияния г. Якутска

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Габышев, Виктор Александрович, Якутск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ КРИОЛИТОЗОНЫ

ГАБЫШЕВ ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ВОДОРОСЛИ ПЛАНКТОНА РЕКИ ЛЕНЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ г. ЯКУТСКА

03.00.05 - «БОТАНИКА» .

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи УДК 582. 2/.3 (571.65)

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Васильева-Кралина И. И

Якутск 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................3

Глава 1. Изученность водорослей бассейна р. Лены.................................7

Глава 2. Краткая характеристика природных условий и среды

обитания фитопланктона в районе исследований............................19

2.1 .Морфометрия...............................................................................19

2.2. Климат.........................................................................................23

2.3. Гидрология.................................................................................24

2.4. Гидрохимия................................................................................26

Глава 3. Материал и методика исследований..........................................32

Глава 4. Фитопланктон исследованного участка р. Лены.......................40

4.1. Таксономический состав...........................................................40

4.2. Эколого-географическая характеристика.................................47

Глава 5. Сезонная и межгодовая динамика развития водорослей планктона р. Лены на исследованном участке....................57

Глава 6. Горизонтальное распределенение фитопланктона

на исследованном участке р. Лены..........................................82

6.1. Распределение фитопланктона по продольной оси исследованного участка р. Лены..................................................82

6.2. Распределение фитопланктона по поперечной оси исследованного участка р. Лены..................................................88

Глава 7. Оценка качества воды р. Лены на исследуемом

участке по сапробности водорослей............................................99

ВЫВОДЫ..................................................................................................110

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................113

ПРИЛОЖЕНИЕ: Систематический список водорослей, обнаруженных в планктоне р. Лены в зоне влияния г. Якутска за период исследований в 1994-1996 гг....................133

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Река Лена имеет большое эколого-экономическое значение для региона, являясь основной транспортной артерией, источником водоснабжения городов и поселков, средой обитания промысловых пород рыб. В связи с интенсивным хозяйственным освоением региона и ухудшением экологической ситуации на северных реках, возникает необходимость проведения долгосрочных наблюдений за состоянием биологического разнообразия водной среды и составления прогноза возможных изменений. В системе комплексных мероприятий по управлению водными ресурсами приоритетное значение отводится исследованиям состояния фитопланктона, как первичного звена трофической цепи, во многом определяющего структуру и функционирование водной экосистемы в целом. Водоросли чутко реагируют на изменение условий среды обитания и, выступая в качестве биологического индикатора, способны фиксировать незначительные изменения в сложившейся экосистеме, не обнаруживаемые другими методами исследований. В связи с этим знание особенностей видового состава водорослей планктона, основных закономерностей их количественного развития по сезонам и межгодовой динамики необходимо для оценки качества воды при ее многообразном хозяйственном использовании. Эти основные моменты в целом и определяют повышенный научный и практический интерес к исследованию данной группировки гидробионтов в р. Лене.

Цель работы: изучение особенностей состава и распределения фитопланктона на участке р. Лены в районе г.Якутска и его пригорода, оценка качества вод участка реки по сапробным организмам.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи: 1) определить видовой состав фитопланктона исследуемого водотока; 2) изучить особенности сезонной и межгодовой динамики численности и биомассы водорослей планктона; 3) выявить степень влияния на фитопланктон реки пойменных водоемов и антропогенной нагрузки; 4) оценить качество вод данного участка р. Лены на основе анализа количественного развития водорослей-индикаторов сапробности.

Защищаемые положения:

- основу таксономического спектра фитопланктона средней Лены представляют диатомовые, синезеленые и зеленые водоросли;

- короткий вегетационный период, низкая минерализация и слабый прогрев воды обусловливают относительно невысокие количественные показатели развития фитопланктона с летним пиком.

Научная новизна. Впервые для участка р. Лены Табага - Кангалассы приведена таксономическая структура фитопланктона, сделан его эколого-флористический анализ в сравнении с имеющимися данными для реки в целом и для других рек Сибири. Новыми для р. Лены указаны 231 вид и разновидность водорослей, а для флоры Якутии - 52 вида и разновидности. Также впервые для р. Лены определены количественные показатели сезонных

и межгодовых изменений численности и биомассы водорослей. Впервые для данного участка р. Лены проведена оценка сапробного состояния вод и оценена степень антропогенного воздействия на водную экосистему. Использованный в наших исследованиях метод определения сапробности, при котором учитывается не только видовой состав, но и обилие индикаторных видов, впервые применен для оценки сапробного состояния вод р. Лены. В работе приводятся оригинальные данные средних размеров клеток водорослей планктона исследованного участка р. Лены.

Практическая значимость. Результаты исследований внесли существенный вклад в изучение биоразнообразия водорослей реки, входящей в десятку крупнейших рек мира. Полученные данные могут быть использованы в учебном процессе, при проведении инвентаризационных работ в ходе изучения альгофлоры Якутии. Сведения о сапробном состоянии исследованного участка р. Лены использованы при проведении водоохранных мероприятий в регионе.

Апробация работы. Основные результаты и положения по теме диссертации были представлены и обсуждены в процессе работы нескольких научных конференций:

Региональная конференция "Экологические и генетические исследования в Якутии" (Якутск, 1995).

- Вторая российская конференция "Флора и растительность Сибири и Дальнего Востока" (Красноярск, 1996).

- XXXIV Международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 1996).

- Республиканская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов "Молодежь и наука Республики Саха (Якутия)" (Якутск, 1996).

- Республиканская научная студенческая конференция «Лаврентьевские чтения» (Якутск, 1998).

Отдельные результаты работы были доложены на I Всероссийской конференции альгологов (Санкт-Петербург, апрель 1997г.).

Полученные в процессе выполнения работы результаты неоднократно обсуждались на межлабораторных семинарах ИБПК СО РАН и заседаниях РБО в г. Якутске.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.

Глава 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ВОДОРОСЛЕЙ БАССЕЙНА Р. ЛЕНЫ

Первой работой, посвященной водорослям бассейна р. Лены, явилась статья Б.В.Скворцова (1917). На основе материалов, собранных Г.И.Доленко (участника экспедиции Переселенческого управления в Якутию) в июле-августе 1912 г. на водоразделе среди леса и в протоках по долине р. Лены в пределах Якутского района, Б.В.Скворцовым приводится 41 вид водорослей (диатомовых - 21, зеленых - 17 и синезеленых - 3).

Некоторые сведения о водорослях р.Лены даются в работе А.Л.Бенинга (1942), в которой приводится результат обработки 32 проб, собранных в 1925 г. экспедицией Якутской комиссии Академии наук под руководством П.Г.Борисова в р.Лене, в мелких водоемах по берегам и островам реки между Якутском и дельтой. В этих сборах автору удалось установить четыре вида водорослей, отнесенных им к группе жгутиковых. Из них три вида автором обнаружены впервые и один ранее был указан И.А.Киселевым (1935).

В числе работ о водорослях водоемов нижнего течения (дельты) р.Лены следует упомянуть работу Е.К.Косинской (1936), обработавшей сборы П.П.Ширшова, произведенные в 1932 г. во время его участия в полярной экспедиции Сибирякова под начальством О.Ю.Шмидта. Среди вышеуказанного материала было 5 проб, собранных в различных мелких лужах и ручьях в районе бухты Тикси. Для этих водоемов автор приводит список 65 видов и форм десмидиевых.

Начиная с 1948 г., с образованием в г. Якутске базы Академии наук, а позднее Якутского филиала СО АН СССР, работы по гидробиологии, в частности по изучению водорослей р.Лены, значительно расширились. Материалы по планктону, собранные в 1948-1951 гг. одновременно с проводимыми ихтиологическими исследованиями, были обработаны и опубликованы Л.Е.Комаренко (1956а, б; 1967). В собранном из различных >частков р.Лены материале автор определил 182 вида и формы водорослей, в том числе диатомовых - 109, зеленых - 49, синезеленых - 13, разножгутиковых - 5, хризофитовых и эвгленовых - по 2 вида, перидиниевых и багряных водорослей - по одному. В работе указывается на господство во флоре р. Лены водорослей из отдела диатомовых (69% от общего количества найденных видов).

В работе Р.А.Серкиной (1969) по результатам обследования фитопланктона некоторых участков дельты р. Лены и ее взморья приводится общая численность ктеток водорослей для родов Ме1о81га, Аз1епопе11а, АпаЬаепа и АрЬаш/отепоп без подразделения их на виды. Указывается, что основная роль в фитопланктоне дельты р.Лены и ее взморья принадлежит диатомовым водорослям.

Особенности видового состава пяти основных и ряда мелких проток дельты р. Лены представлены в работе И.И.Васильевой и Р.Г.Ризвановой (1976). Во флоре водотоков авторы обнаружили 74 вида водорослей. Основной комплекс составляют диатомовые и зеленые водоросли. Авторы отметили 3

вида диатомовых и 5 - зеленых водорослей, для которых дельта р. Лены является единственным местонахождением в водоемах Якутии.

Альгофлоре водоемов Усть-Ленского заповедника посвящена работа П.А.Ремигайло (1983). Автор приводит список водорослей этого района, состоящий из 124 видов. В статье кратко характеризуются особенности флоры водорослей нескольких типов водоемов территории. Автор констатирует, что основу альгофлоры водоемов Усть-Ленского заповедника, расположенного в зоне арктических и субарктических тундр, составляют зеленые (41%), диатомовые (36%) и синезеленые (29%) водоросли. Основной комплекс водорослей дельтовой части р.Лены составляют диатомовые, синезеленые и зеленые. В восточной части дельты, на залитых водой полигонально-валиковых тундрах чаще встречаются представители синезеленых и зеленых водорослей. Аналогичную по составу альгофлору имеют и озерковые мочажины болот субарктической тундры.

Большой по объему привлеченного материала является работа И.И.Васильевой и П.А.Ремигайло (1986) об альгофлоре дельты р. Лены. В статье проведен подробный сравнительный флористический анализ водорослей разных участков дельты, преддельтового участка р. Лены, а также мелких стоячих водоемов. Кроме того, приводятся данные по сапробности водорослей исследованного региона. В этой статье авторы также приводят список 302 видов и разновидностей водорослей, выявленных за время работ.

Сведения о водорослях дельтовых участков р. Лены в сравнительном аспекте с дельтовыми участками других рек Якутии (Яны, Хромы и др.) даны в монографии "Флора тундровой зоны Якутии" (Егорова и др., 1991).

Водорослям отдельных участков дельтовой зоны р. Лены посвящена работа В.А.Габышева (1996а), основанная на материалах сборов 1994 г. Автор приводит 9 видов водорослей из 4 отделов, впервые отмеченных для флоры тундровой зоны Якутии. Впервые для региона тундры в дельте р. Лены приводятся данные по сапробности (на основе количественного развития водорослей-индикаторов). Отмечено небольшое загрязнение данного водотока, обусловленное работой речного транспорта и поселковыми сбросами. Выявлена тенденция увеличения загрязнения воды бухты Тикси по направлению от зоны пелагиали к литорали.

В работе П.А.Ремигайло (1986) приводятся данные об альгофлоре нижней Лены. На участке р. Лены пос. Жиганск - пос. Джарджан зарегистрировано 286 таксонов водорослей из 7 отделов. При альгологическом обследовании разнотипных водоемов долины р. Лены от пос. Чекуровка до моря Лаптевых выявлено 302 таксона водорослей из 8 отделов. Автор отмечает, что в планктоне р. Лены преобладали планктонно-бентосные диатомовые водоросли, а в небольших термокарстовых и старичных водоемах в арктических и субарктических тундроболотных комплексах основной фон составляли десмидиевые водоросли с сопутствующими им диатомовыми, желто- и синезелеными.

По данным, полученным во время экспедиционных работ 1993-1994 гг., на участке р.Лены от устья р. Алдан до бухты Тикси выявлено 89 видов и форм водорослей (Васильева, Габышев, 1995) и представлен спектр альгофлоры нижнего течения р.Лены. Отмечено доминирование диатомовых водорослей.

Исследования санитарно-биологического режима среднего течения р.Лены впервые предприняты в 1982 г. (Васильева и др., 1984). Работы проводились на участке р. Лены от г. Олекминска до г. Якутска. Во флоре данного водотока выявлено 284 таксона водорослей, среди которых преобладали диатомовые (51,4%), зеленые (22,5%) и синезеленые (16,5%). По данным исследователей, в целом загрязнение вод пелагиали р. Лены является сравнительно невысоким. Литоральные участки в протоках и вблизи населенных пунктов являются средне- и сильнозагрязненными.

Степень антропогенной нагрузки на р. Лену обсуждается в работе В.А.Габышева (19966), написанной по материалам исследований 1992-1995гг. Отмечается изменение состава водорослей на уровне отделов в сравнении с данными прежних лет (Васильева, 1989а, б). На основе количественного развития водорослей-индикаторов автор констатирует повышение уровня сапробности ниже крупных населенных пунктов по р. Лене.

Участок р. Лены, длиной 25 км, расположенный в районе г.Якутска, обследовался подекадно в период открытой воды 1994 г. (Васильева-Кралина, Габышев, 1998; Габышев, 1996в, 1998а,б), результаты этих наблюдений вошли в данную работу.

Имеется ряд работ, посвященных изучению пойменных озер долины р. Лены на том ее участке, где проводились и наши наблюдения. Первый опыт стационарного изучения фитопланктона пойменных озер долины Туймаада был осуществлен в 1964-1966 гг. И.И.Васильевой. Круглогодично исследовались видовой состав фитопланктона, фотосинтез, изменения численности и биомассы и вертикальные миграции водорослей в трех озерах-старицах р.Лены (Ытык-Кель, Хатын-Урях и Белое). В опубликованных статьях (Васильева, 1965, 1966) впервые для Центральной Якутии приводятся качественные и количественные данные по сезонной динамике фитопланктона, его вертикальному распределению и сезонным изменениям активности фотосинтеза.

Данные по альгофлоре озера Соленого охарактеризованы авторами как предварительные (Иванова, Васильева, 1992; Васильева-Кралина, Копырина, 1998). Озеро Соленое - старица р.Лены, расположено на второй надпойменной террасе долины Туймаада, в окрестностях г. Якутска. По материалам статей, во флоре данного водоема известны 357 видов и разновидностей водорослей, среди которых эпифитная флора составляет 19,2%.

Водорослям озера Хатын-Урях посвящено сообщение А.П.Ивановой и М.А.Ермолаевой (1992). Данный водоем является старицей р.Лены и находится в долине Туймаада на второй надпойменной террасе, в 4 км от г. Якутска и в 28 км от основного русла реки. Во флоре озера обнаружено 127 видов и форм водорослей. В статье обсуждается вертикальное распределение водорослей в

указанном водоеме. По сравнению с результатами исследований водоема, проводившихся в 60-х годах, наблюдается существенное снижение численности и биомассы водорослей. Обмеление озера обусловило появление в пробах значительного процента бентосных видов.

Состояние озера Сайсары - самого крупного из расположенных в черте г. Якутска, кратко описано в работе И.И.Васильевой, А.П.Ивановой и Е.В.Пшенниковой (1996). В статье указывается что водоем испытывает существенный антропогенный пресс. Альгофлора озера представлена 140 видами и формами водорослей, 13 видами высших водных и околоводных растений.

Изучению ископаемых диатомей оз. Сайсары посвящена публикация Л.А.Пестряковой и М.М.Донской (1996). В работе кратко излагаются материалы диатомового анализа донных отложений этого озера, характеризуется флористический состав диатомей, дается их эколого-географическая характеристика. В заключение приводится сапробиологическая оценка происходящих изменений качества воды водоема-старицы р.Лены.

Вопросу о токсичных видах водорослей во флоре озер г. Якутска посвящена работа И.И.Васильевой-Кралиной и соавторов (1997а). В публикации перечислены 10 видов и форм токсичных водорослей, обнаруженных в озерах г. Якутска. По литературным данным обзорно приводятся сведения о присутствующих