Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Водоросли водотоков Олекминского заповедника (таксономия, экология, качество воды)

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Водоросли водотоков Олекминского заповедника (таксономия, экология, качество воды)"

Кб од

/ 6 ИЮП 1393

На правах рукописи

РОЖКОВА ОЛЬГА ЮРЬЕВНА

ВОДОРОСЛИ ВОДОТОКОВ ОЛЕКМИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА (таксономия, экология, качество воды)

11.00.11- охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

РОЖКОВА ОЛЬГА ЮРЬЕВНА

ВОДОРОСЛИ ВОДОТОКОВ ОЛЕКМИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА (таксономия, экология, качество воды)

11.00.11- охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Работа выполнена в Якутском государственном университете имени М.К. Аммосова, Олекминском государственном природном заповеднике Госкомэкологии РФ и Министерства охраны природы РС(Я)

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РС(Я), академик

МАИ, доктор биологических наук, профессор, Васильева-Кралина И.И.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ и РС(Я),

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Еловская Л.Г.; доктор биологических наук НауменкоЮ.В.

Ведущая организация - Гидрохимический институт Госкомгидромета РФ

Защита состоится « /У » 1998 г. в _часов на

заседании диссертационного совета К 182.01.01 при Институте

прикладной экологии Севера АН РС(Я) по адресу: 677891, Якутск, пр. Ленина, 41, ИПЭС АН РС(Я)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной экологии Севера АН РС(Я).

Автореферат разослан « » 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

В.Г. Тарабукина

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В системе отношений природы и социума заповедники являются базой сохранения информации о природных процессах. Они обеспечивают сохранение биоразнообразия и разнообразия отношений между компонентами природы, возникающие без прямого влияния человека. В заповедниках удачным образом сочетаются охрана природы и научные исследования как источник знаний человечества о природных процессах.

Флора является одним го объектов охраны природы. Детальное изучение флоры заповедных территорий, как эталонных участков биосферы, является на сегодняшний день одной из актуальных первоочередных задач. Изучение качественных и количественных характеристик альгоценозов позволяет решать задачи контроля санитарно-биологического состояния водных экосистем, определять возможные пути их регулирования и охраны. Природные комплексы Олекминского заповедника являются эталонными для юга Якутии. В альгологическом отношении Олекминский заповедник не был изучен и это обуславливает актуальность исследования агтьгофлорьг для целей мониторинга ее состояния, использование данных как реперных при оценке антропогенного воздействия на водные экосистемы. Кроме этого инвентаризация фитогенофонда заповедника является необходимым условием для составления кадастра охраняемых территорий Якутии.

Цель и задачи исследований. Цель работьт-изучить видовое разнообразие водорослей основных водотоков Олекминского заповедника, как одного из объектов охраны природы, установить особенности распределения водорослей в пространственном и временном аспекте, а также оценить качество воды водотоков заповедника. Были поставлены задачи:

и дать химико-биологическую характеристику основных водотоков Олекминского заповедника;

и определить видовой состав водорослей основных водотоков заповедника, составить систематический список;

и провести таксономический, географический и экологический анализ альгофлоры;

и проанализировать видовой состав, численность и биомассу водорослей и бакгериопланктона отдельных водотоков; и провести сапробиологический анализ;

и оценить качество воды основных водотоков Олекминского заповедника; и определить положение альгофлоры заповедника в ряду других изученных в альгологическом отношении заповедников.

Научная новизна. Впервые проведены исследования водорослей Олекминского заповедника: выявлен видовой состав водорослей, описаны

альгологические группировки основных водотоков заповедника, проведены таксономический, географический и экологический анализ альгофлоры. Значительно расширены данные о видовом составе водорослей южно-якутского региона. Впервые получены данные, характеризующие микробиальные ценозы водных экосистем юга Якутии, определена численность и биомасса бакгериопланктона и водорослей Олекминского заповедника. Впервые получена химико-биологическая характеристика водных экосистем, не подверженных антропогенному воздействию и являющихся фоновыми по отношению к таковым ЮжноЯкутского промышленного региона. Впервые сделана санитарно-биологическая оценка качества воды основных водотоков заповедника.

Практическая ценность работы. Проведенные исследования вносят существенный вклад в изучение биоразнообразия водных экосистем заповедника и юга Якутии в целом. Полученные данные учтены при инвентаризации флоры заповедника и включены в Летопись природы. Дополнены сведения об экологии и географическом распространении многих видов водорослей Якутии. Полученные данные могут быть использованы в учебном процессе. Материалы исследований предполагается использовать при составлении региональной флоры водорослей, а также при проведении экологических экспертиз на территории Олекминского улуса как реперные при оценке состояния загрязненных водных объектов.

Положения, выносимые на защиту.

1. В водотоках Олекминского заповедника альгофлора имеет значительное видовое разнообразие, влияющее на состояние водных экосистем.

2. Для различных водотоков Олекминского заповедника характерна неоднородность систематического состава и структурной организации альгофлоры, что обусловлено особенностями происхождения водотоков, их морфометрией, гидрологией, химизмом подстилающих пород.

3. Структурная организация альгофлоры обусловлена комплексом параметров, отражающих химико-биологическое состояние водных экосистем.

Апробация работы: Результаты исследований регулярно докладывались на Ученом совете заповедника, на заседании кафедры ботаники Якутского государственного университета, на первой Всероссийской конференции альгологов ( Санкт-Петербург, 1997), на первой международной конференции по экологическому образованию на Востоке России (1997), на республиканском семинаре по школьному экологическому мониторингу (1997), на улусных семинарах по экологическому образованию (1995,1996,1998), вошли составной частью в Летописи природы заповедника и в отчет по хоздоговору с министерством охраны природы РС(Я).

Публикации. Результаты исследований отражены в 9 работах, итоги работы отражены в Летописях природы и отчете по хоздоговору.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы, приложения. Работа содержит

«Г текстовых таблиц и рисунков. Список литературы включает источнике?, в том

числе 4-7- иностранных авторов.

Работа выполнена на кафедре ботаники Якутского Государственного универститета и научном отделе Олекминского госзаповедника.

Автор глубоко признателен руководителю - академ. МАИ, д.б.н., проф., И.И. Васильевой-Кралиной; академ. РС(Я), д.б.н., Б.М. Кершенгольцу, к.б.н. П.А.Ремигайло, к.х.н. Ю.Ф.Рожкову, к.г.н. Т.Б. Ткаченко за помощь и поддержку в процессе работы над диссертацией.

Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Олекминский заповедник, организованный в 1984 году, занимает 847 тыс. га таежной зоны юго-запада Якутии. По схеме физико-географического районирования территория заповедника расположена па стыке двух физико-географических стран: Среднесибирской и гор Южной Сибири (Гвоздецкий, Михайлова, 1978). Такое положение заповедника обеспечивает значительное флористическое и фаунистическое разнообразие и одновременно репрезентативность по отношению к природным комплексам Южной Якутии.

Климат резко континентальный. Средние температуры января - 33.0° С, средние температуры за июль + 17.0°С. Заповедник находится в зоне "вечной мерзлоты", толщина мерзлотного слоя достигает 100 - 200 м.

По почвенно-географическому районированию территория заповедника относится к Центрально-Якутской провинции палевых мерзлотно-таежных почв. В поясе горной тайги преобладают горные мерзлотно-таежные кислые почвы, на кембрийских известняках развиты мерзлотно-таежные дерново-карбонатные почвы.

Своеобразие природе заповедника придают реки. Гидрологическая сеть хорошо развита и представлена 85 реками и ручьями от 3-х до 130 км., общей протяженностью 1760 км. Все реки принадлежат бассейну р .Лены. Наиболее крупными являются реки Олекма, Туолба - притоки 1 порядка, Амга - приток 2 порядка. Длина большинства рек не превышает 30 - 40 км. Они мелководны, имеют типично горный характер, основное питание получают от дождевых и талых вод.

Глава 2. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЛЬГОФЛОРЫ ОЛЕКМИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА И СОПРЕДЕЛЬНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Первые сведения, характеризующие альгофлору бассейна среднего течения р.Лены известны из ряда работ ( Скворцова , 1917; Киселева, 1935; Алабышева, 1932; Бенинга, 1942).

В 1948-1951гг. В среднем течении р. Лены работала экспедиция Якутского филиала АН СССР под руководством Ф.Б. Мухомедиярова. Именно во время этой экспедиции впервые отобраны пробы для изучения водорослевой флоры в низовьях р.Олекмы Л.Е Комаренко (1956). Ею были обнаружены 62 вида и разновидностей водорослей из трех отделов ( диатомовые- 44 вида, зеленые -16, золотистые- 2 вида). Преобладали виды родов: Pinnularia, Eunotia, Gomphonema, Synedra. В пробе от 4 сентября 1948 года наряду с диатомовыми водорослями (Surirella elegans, Navícula radiosa, Melosira italica, Achnanthes hungarica и др.) присутствовали десмидиевые - Closterium moniliferum, Cl. parvulum, виды родов Pleurotenium, Cosmarium, Spirogyra, Mougeotia, Eudorina, Dinobrion и др. Водоросли Draparnaldia sp., Closterium cornu, Cl. venus, Eunotia arcus, Navícula rynchocephala f. hankensis, Pinnularia gibba, P. borcalis, P.polionca, P.nodosa var. hankensis, P. isostauron, P.bogotensis var. hankensis, Cymbella parva, C.heteropleura var. minor, Gomphonema longiceps, G. lanceolata, G.clevei были встречены только в р. Олекме. По данным Л.Е Комаренко (1956) некоторые из указанных видов на тот период исследований являлись редкими. Например, Pinnularia polionca редкий пресноводный вид, характерный для горных водоемов Карело-Финской ССР (цит. но Комаренко, 1956), озер западной части Советского Союза и Узбекской ССР. Виды Cymbella hcteropleura var. Minor, P. bogotensis - тоже редкие пресноводные виды, встречающиеся в озерах Байкал и Ханка. Вид Gomphonema clevei - известен для озера Духового (Забайкалье), а также из фонической Африки и Азии. Из работы Л.Е. Комаренко видно, что вид Synedra ampliicephala в р. Лене встречается единично, но в значительном количестве была обнаружена в р. Олекме. По-видимому, он вносится в р.Лену из р. Олекмы. Эти данные вошли в определители по водорослям Якутии ( Комаренко, Васильева ,1975,1978 ). Повторно водоросли в нижнем течении р. Олекмы и ее пойменных озерах изучались в 80-е годы (Васильева и др.,1984; Васильева ,1987, 1989). Исследования водорослей бассейна р. Амги в ее среднем и нижнем течении проводились маршрутным методом И.И. Васильевой и II.А. Ремигайло в 1982 году. Материалы использованы при выпуске ряда обобщающих работ (Васильева, 1987,1989).

Альгофлора водотоков территории Олекминского заповедника, т.е. среднего течения р.Олекмы, верхнего течения р.Амги и Туолбы собирались автором с 1990 года и частично опубликованы ( Рожкова, 1995,1996; Васильева, Рожкова, Рожков, 1996,1997; Васильева, Рожкова, Пшенникова,1998). Материалы являются пионерными для заповедника.

Глава 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Материалом для настоящей работы послужили пробы, собранные методом маршрутного обследования (вертолет, катер) в период открытой воды в течение 1992-1995 гг. и обработанные по общепринятым методикам. Исследованиями были охвачены реки Олекма, Амга ( с основными притоками), Туолба и Нелюки ( на замыкающих створах) в пределах территории заповедника. На 25 постоянных станциях было отобрано около 200 проб по 21 показателю, проведено более 4000 определений.

В программу исследований входило изучение структурных показателей функционирования альгофлоры и бактериопланктона, определение гидрохимических параметров среды. Альгологический и микробиологический материал определялся с помощью микроскопа МБИ-3. Для идентифицирования диатомовых водорослей было изготовлено 530 постоянных препаратов. При определении водорослей использовались определители, монографии, руководства и отдельные статьи отечественных и зарубежных специалистов. Водоросли различных отделов при составлении аннотированного списка расположены согласно системы (Водоросли, 1989) и отдельных сводок (Голлербах и др., 1951,1953; Скабичевский, 1960; Васильева 1987 и др.).

Экологическая и геохрафическая характеристики альгофлоры проводились по литературным данным и в соответствии с общепринятыми системами ( Прошкина-Лавреико, 1953, Kolbe, 1927). Санитарно-биологический анализ качества воды проводился по методу Пантле и Бука (Pantle, Buck, 1955; Макрушин 1974), зоны самоочищения устанавливались в соответствии со схемой качества воды Сладсчека (Sladecek, 1967), класс качества вод на основе классификатров (Жукинский и др. 1975, 1976,1980)

Для оценки структуры альгологических сообществ использовали индексы видового богатства Менгиника, последовательного сравнения Кернса и коэффициент общности Серенсена ( Комплексные оценки качества поверхностных вод, 1984)

Характеристика бактериопланктона проводилась на основе ряда работ (Родиной, 1965; Романенко, 1979; Руководства..., 1983).

Гидрохимические пробы обрабатывались согласно "Руководству по химическому анализ поверхностных вод суши" (Семенов, 1977).

Глава 4.ХИМИКО - БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ВОДОТОКОВ ОЛЕКМИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА

4.1 .Гидрохимическая характеристика. Гидрохимический фон региона обусловлен комплексом геохимических процессов, протекающих на

водосборе. В соответствии с классификацией O.A. Алскина (Алекин, 1970) по химическому составу вода основных водотоков заповедника обладает невысоким уровнем минерализации и принадлежит к гидрокарбонатному классу с преобладанием ионов кальция (20- 50 мг/л) и магния (15 - 30 мг/л). Жесткость воды водотоков заповедника 2.0 - 3.0 мг-экв/л, это обусловлено тем, что реки протекают в основном по кристаллическим породам Алданского нагорья и архейским гранитам Станового хребта. По степени кислотности водотоки заповедника имеют слабокислую - слабощелочную реакцию. В сезонном аспекте pH воды повышается от весны к лету, незначительно изменяясь осенью. Величины бихроматной окисляемости составляют 20-30 мг/л и соответствуют таковым таежной зоны ( Зенин, Белоусова, 1987). Специфичность внутриводоемных процессов обуславливает динамику биогенных элементов в водной экосистеме. Для всех водотоков, за исключением р.Туолбы, характерно уменьшение или полное отсутствие аммонийных и нитритных ионов в летний период. Своеобразно распределение нитратных ионов: для водотоков Амга, Хатын, Олорбох прослеживается повышение концентрации нитратов от весны к лету с максимумом осенью. В реках Туолба, Олекма и Нелюки максимальная концентрация отмечается в весенний период (табл.1).

Полученный набор гидрохимических характеристик является своеобразным паспортом водного объекта, который определяет структуру и функционирование водной биоты и, в первую очередь, альгофлоры, как начального трофического звена водных экосистем.

Таблица 1

Азотсодержащие биогенные элементы в водотоках заповедника (средние значения за период исследований, мкг. Ы/л)

Водоток Сезон Концентрация ионов

аммония нитритов нитратов

1 2 3 4 5.

Амга весна 0.60 0.105 0.50

лето 0.10 0.005 0.75

осень 0.20 0.160 3.15

Хатын , весна 0.60 0.145 0.20

лето 0.05 0.003 0.78

осень 0.72 0.210 4.25

Онхой весна 0.75 0.150 1.90

лето 0.02 0.000 0.70

осень 0.42 0.180 0.35

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5

Олорбох весна - - -

лето 0.00 0.005 0.01

осень 0.08 0.200 2.20

Саталах весна - - -

лето 0.20 0.005 3.50

осень - - -

Туолба весна 1.08 0.160 3.20

лето 3.50 0.160 1.20

осень 0.60 0.065 0.14

Олекма весна 0.90 0.125 0.78

лето 0.50 0.032 0.45

осень 0.70 0.010 0.25

Нелюки весна 1.15 0.088 1.10

лето 0.01 0.052 0.39

Примечание: (-) - отсутствие данных.

4.2.Гидробиологическая характеристика.

4.2.1. Бактериопланктон. Исследования, проведенные нами на водотоках заповедника, позволили получить характеристику численности и биомассы бактериопланктона, установить сезонную динамику этих показателей. За весь период наблюдений размах колебаний общей численности бактериопланктона составлял от 0.29 (р.Тас-Хайко, бассейн р.Олекмы) до 5.59 млн.кл/мл (р.Амга). Величины биомассы колебались от 0.15 ( р.Тас-Хайко) до 3.42 мг/л (р.Амга). В морфологической структуре преобладали коккообразные формы, что свидетельствует о наличии в водной среде достаточного количества легкоусвояемого органического вещества.

4.2.2. Зоопланктон. Зоопланктон водотоков заповедника исследован только для верховий р. Амги (Соколова, 1992). Основу зоопланктонного комплекса как реки, так и ее притоков составляют коловратки. Из 32 видов зоопланктона, 20 принадлежат к зарослевым формам.

Видовой состав зоопланктона свидетельствует об уникальности водной фауны, которая нуждается в дальнейшем изучении и охране не только для этого бассейна, но и других водотоков заповедника.

4.2.3. Зообентос. Бентофауна водотоков Олекминского заповедника исследована только для верховий р.Амги (Салова,1992). Качественный состав бентофауны на исследуемом участке р. Амги складывается из распространенных форм, присущим водоемам Сибири и Дальнего Востока. На период 1991 г. в бассейне р. Амги были обнаружены

представители 15 систематических групп.Средняя биомасса зообентоса за период исследований была 29.75 г/кв.м., численность - 2017 экз/кв.м.

4.2.4. Ихтиофауна. Ихтиофауна водотоков Олекминского заповедника специально не изучалась. Её состав представлен 18 видами из 10 семейств. Основу фаунистических комплексов составляют арктические пресноводные ( тугун, сиг-пыжьян, сиг-валек, налим), бореально-предгорные (таймень, ленок, хариус, гольян-пеструха, сибирский голец, пестроногий подкаменщик) и бореально-равшшные виды (осетр, щука, сибирский елец, окунь, ерш).

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ АЛЬГОЦЕНОЗОВ ОЛЕКМИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА

5.1. Альгофлора бассейна р.Олекмы. Альгофлора бассейна р.Олекмы представлена 108 видовыми и 162 видовыми и внутривидовыми таксонами, относящимися к 58 родам, 32 семействам, 16 порядкам, 6 отделам. Пропорции флоры 1 : 1.4 : 3.5; родовая насыщенность видовыми и внутривидовыми таксонами - 2.5. Наиболее высока родовая насыщенность для золотистых (5.0), диатомовых (4.0) и эвглегговых водорослей (2.0). Представители Bacillariophyta и Chlorophyta составляют основу флористического богатства альгофлоры бассейна р. Олекмы. На долю трех ведущих отделов приходится 95% флоры. В составе Bacillariophyta наиболее полно представлен порядок Raphales, включающий 72% флоры отдела, среди Chlorophyta ведущая роль принадлежит nop.Desmidiales, включающему 35% видового состава. Среди семейств ведущую роль играют Naviculaceae, Fragilariaceae, Desmidiaceae. Наибольший вклад во флористический состав альгофлоры вносят роды: Gomphonema,Pinnularia, Closterium, занимающие три первых ранговых места и 20% флоры.

В пределах заповедника русло р.Олекмы условно можно разделить на три участка: верхний, средний и нижний, каждый из которых характеризуется своеобразием альгофлоры.

По сравнению с исследованиями других авторов (Комаренко,1956; Комаренко, Васильева 1975, 1978; Васильева, 1987, 1989) в бассейне р.Олекмы выявлено 64 новых вида, не отмеченных раннее для флоры Якутии.

5.2. Альгофлора бассейна р.Амги. Альгофлора р.Амги включает 69 видовых и 104 видовых и внутривидовых таксонов, относящихся к 35 родам, 24 семействам, 14 порядкам и 7 отделам. В целом пропорция флоры составляет 1 : 1.3 : 2.8. Родовая насыщенность видовыми и внутривидовыми таксонами - 2.1. Наиболее высока родовая насыщенность среди Bacillariophyta (3.6), Chlorophyta (2.8), Cyanophyta (2.0). На долю трех первых отделов ( Bacillariophyta, Chlorophyta, Cyanophyta) приходится 93% флоры водорослей. Три ведущих порядка

(Raphales, Araphales, Desmidiales) включают 77 % флоры. Среди семейств ведущую роль играют Achnanthaceae, Cymbellaceae, Fragilariaceae. Три рода, занимающие первые ранговые места (Achnanthes, Cymbella, Closterium) включают 29% от общего числа видовых и внутривидовых таксонов.

Анализ флористического состава альгофлоры по продольному профилю бассейна реки установил отличие флоры верхнего и нижнего участков реки в пределах заповедника. Для этих двух участков р.Амги отмечено 33% общих видов. Только для верхнего участка характерны виды Diatoma hiemale, Merismopedia minutissima и др. Фитоценозы нижнего участка представлены Navícula radiosa, Amphora ovalis, Harnea linaris и др.

Глава 6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЬГОФЛОРЫ ВОДОТОКОВ ОЛЕКМИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА

6.1. Таксономическая структура альгофлоры. Спектр флоры водотоков заповедника включает 8 отделов, 22 порядка, 40 семейств, 73 рода, 155 видовых и 240 видовых и внутривидовых таксонов ( табл.2). Пропорции флоры водотоков Олекминского заповедника составляют 1 : 1.7 : 4.2 , родовая насыщенность 2.3.Водоросли отдела Bacillariophyta и Chlorophyta составляют основу флористического богатства альгофлоры.

По числу порядков ведущее положение занимает отдел Chlorophyta; семейств и родов - Bacillariophyta. Для этого же отдела характерна и максимальная родовая насыщенность флоры ( 5.3 ). Объем первых 3-х отделов составляет 91 % от общего числа видовых и внутривидовых таксонов, что превышает показатели трех ведущих отделов в целом по Якутии -74.6%(Васильева, 1989).

Таблица 2

Таксономический спектр водорослей водотоков заповедника

Отдел Поря Семей- Род Видовых и Пропор- Родовая

-док ство внутривид. ции флоры насыщ-

таксонов ность

Cyanophyta 3 4 4 8 1 1 : 2 2,0

Dinophyta 1 1 1 1 1 1 : 1 1,0

Chrysophyta 1 1 3 11 1 3 : 11 3,7

Xanthophyta 2 4 7 9 1 1,8:2,3 1,3

Bacillariophyta 4 14 29 155 1 1,9: 10,3 5,3

Euglenophyta 1 1 1 2 1 1 :2 2,0

Chlorophyta 8 13 27 52 1 2.1 :4 1,9

Rhodophyta 1 1 1 1 1 1.0: 1 1.0

ВСЕГО 22 40 73 240 1 :1.7:4.2 2.3

Для всей криолитозоны России, набор и месторасположение ведущих порядков, имеющих сходные условия существования, являются характерным признаком.

Аридность ценозов Якутии и влияние антропогенного фактора определяют высокое ранговое место порядков Euglenales, Heterococcales. Стабильно по количеству видов и разновидностей десятое ранговое место во флоре Якутии отводится порядку Araphales (ВасильеваД98&). Для водотоков заповедника при полном отсутствии антропогенной нагрузки первые ранговые места принадлежат порядкам Raphales, Araphales, Desmidiales, объем которых составляет 71 % альгофлоры .

Сравнивая с таксономическим спектром ведущих порядков альгофлоры Якутии, следует отметить усиление в альгофлоре водотоков заповедника роли Araphales, Ochromonadales и более низкие ранговые места для Desmidiales, Chlorococcales, Heterococcales. По количеству родов доминируют Naviculaceae, Fragilariaceae, Selenastraceae. Ведущие 10 семейств включают 71 % альгофлоры, для Сихотэ-Алиньского заповедника, наиболее близкого по составу альгофлоры к таковой в водоемах Якутии, эта величина составляет 65% (Медведева, 1997). Объем флоры трех первых семейств (Naviculaceae, Fragilariaceae, Cymbellaceae) составляет 34%. По составу ведущих семейств альгофлора Олекминского заповедника своеобразна. Определённое сходство отмечается с водоемами Большеземельской тундры (Гецен, 1985). К числу характерных для Севера семейств относятся Naviculaceae, Fragilariaceae, Eunotiaceae, Achnanthaceae. По мнению М.В. Гецен (1985) видовое разнообразие именно этих семейств отражает голарктические черты флоры северного полушария.

Отличительной чертой северных флор как среди высших растений, так и среди низших, является преобладание монотипных родов и семейств, что по мнению ряда авторов ( Ребристая, 1977; Гецен, 1985 ) отражает высокоширотное положение региона . Процент монотипных семейств по Якутии высок за счет синезеленых и золотистых водорослей (Васильева, 1989). Для альгофлоры водотоков заповедника он составляет 22,5 % от общего числа семейств. Подавляющее большинство семейств содержат от 2 до 5 видов ( 50 %), на долю семейств, имеющих в своем составе 10 и более видов приходится 20%.

Из 10 ведущих родов (121 видовых и внутривидовых таксонов, 44% флоры), три первых ранговых места занимают Navícula, Achnanthes, Cymbella, представляющие 20% альгофлоры водотоков. В целом по Якутии, эти места принадлежат Cosmarium, Navicula, Closterium. Сравнивая эти таксономические спектры необходимо отметить смену лидирующих родов. Роды Achnanthes, Cymbella, Gomphonema, занимающие 2-4 места во флоре водотоков заповедника отсутствуют в десятке ведущих родов альгофлоры Якутии. Снижается значимость

Closterium, Pinnularia, более высокое ранговое место занимает Eunotia. В заповеднике на 10 ведущих родов приходится 47% флоры. По Якутии этот показатель составляет 28,1% флоры (Васильева,1989).

Анализ альгофлоры водотоков заповедника и в целом средней тайги Якутии показал устойчивое ранговое место для Navícula (1) и Closterium, смену роли Pinnularia, Eunotia. Род Cosmarium, занимающий в альгофлоре Якутии первое ранговое место, в альгофлоре водотоков заповедника входит только во вторую десятку видов. Проанализированная родовая структура альгофлоры Олекминского заповедника свидетельствует о ее своеобразии, обусловленном физико-географическими условиями ее существования и горным характером верховий исследованных водотоков. Монотипные роды составляют 55% ( по водным объектам Якутии эта величина составляет 40,7 % ). Высокий процент монотипных родов дают Chlorophyta, Bacillariophyta, Xanthophyta. Среди Bacillariophyta максимален процент родов, имеющих в своем составе 10 и более видов.

Проведенный сравнительный анализ альгофлоры водотоков заповедника и рек Сибири : Лены, Оби, Енисея показал, что отделы Bacillariophyta и Chlorophyta занимают стабильно первое и второе ранговое место. Так как реки Олекма и Амга являются притоками р.Лены, то естественно, характер сложения составляющих флоры довольно близок. При одних и тех же ранговых местах в водотоках заповедника увеличивается процент Bacillariophyta до 64-68 % и этим альгофлора заповедника ближе к таковой рек Енисея и Оби. Процентное содержание Chlorophyta для р. Олекмы практически неизменно по сравнению с р. Леной и значительно выше, чем для рек Оби и Енисея, а для Амги сравнимо с этими водотоками и значительно ниже, чем в р. Лене. Вклад в состав фитоценозов представителей других отделов менее значителен и снижается по сравнению с составом альгофлоры р. Лены.

Для того, чтобы получить представление о своеобразии альгофлоры Олекминского заповедника по сравнению с другими заповедниками России, была проанализирована информация по Дальневосточным и Забайкальским заповедникам (Медведева,1997, Бочко, 1997).

Сопоставление таксономической структуры и состава ведущих по числу видов семейств и родов альгофлоры сравниваемых заповедников показывает, что везде основу видовых списков составляют диатомовые и зеленые водоросли. Среди доминирующих семейств выступают Naviculaceae, родов - Navícula. Специфичность альгофлоры отдельных заповедников проявляется в разнообразии доминирующих родов. К десяти доминирующим во флоре Олекминского заповедника родам добавляется Cosmarium, Neidium, Surirella, Staurastrum, Scenodesmus, Staurodesmus, Euastrim и Anabaena.

По числу видов альгофлоры к Олекминскому заповеднику близки Ханкайский и Кедровая падь.

Таким образом, характеризуя таксономический спектр альгофлоры водотоков Олекминского заповедника в делом, необходимо отметить ее разнообразие и специфичность, обусловленную местоположением заповедника на пути миграции видов более южных ареалов в северные широты. Относительно небольшое число видовых и внутривидовых таксонов альгофлоры Олекминского . заповедника объясняется сравнительной однородностью экологических условий верховий водотоков в условиях резко континентального климата криолитозоны ( Якутия, 1968).

6.2.Эколого-географическая характеристика альгофлоры. Основу фитоценотического комплекса альгофлоры водотоков заповедника составляют диатомовые водоросли. Поэтому эколого-географический анализ проводится на примере этого отдела. Характер сложения фитоценозов рек Олекмы и Амги зависит от представителей родов Achnanthes, Synedra, Diatoma, Fragilaria. Виды именно этих таксонов в отдельные моменты составляют до 33 % численности ценоза.

Для летнего фитоценоза р. Олекмы при снижении роли Achnanthes, Diatoma, усиливается значимость Synedra, Fragilaria, Navícula; представители Cymbella, Nitzschia, Tabellaría характерны только для бассейна р.Олекма (табл.3).

Амплитуда колебания температуры в исследуемый период в основном охватывала интервал от нуля до 25 градусов. В этом интервале функционировали как эвритермные (52%) так и стенотермные (10%) виды.

Таблица 3

Сравнительная характеристика летнего фитопланктона водотоков _заповедника ( % от численности в пробе)_

Род р. Амга р. Олекма

Achnanthes 0,7-33,0/15,2 6,0-7,0 /6,5

Diatoma 0,5 - 22,0 /14,1 2,0-19,0/8,8

Synedra 0,7-31,0/13,5 6,5 -25,0/15,8

Fragilaria 0,7-18,0/15,0 . 14,0-42,0/18,0

Cymbella - 7,0 -50,0/23,0

Navícula 0,02 - 5,0 / 2,8 16,0 - 37,0/23,2

Nitzschia - 3,0 -14,0/ 9,0

Tabellaría - 7,0 -34,0/21,4

Примечание : числитель - размах колебаний ; знаменатель- среднее значение.

Распределение диатомовых водорослей по категориям галобносги показывает, что альгофлора отличается по разнообразию экологических групп: к олигогалобным формам относятся 48% из числа

проанализированных видов, мезогалобов - 2%. К ним можно отнести Meridion circulare, Navícula tuscula, Gyrosigma acuminatum, Diploneis smithii.

В условиях повышенной минерализации воды (до 1 г/л) могут существовать Diatoma elongatum,, Fragilaria crotonensis, Synedra ulna, Cymbella cymbíformis, отмеченные нами в водотоках заповедника при минерализации до 250 мг/л.

Среди диатомовых водотоков заповедника встречаются индеферентные виды Harnea arcus, Tabellaría fenestrata, Cocconeis placentula и др.

Спектр водорослей по отношению к кислотности среды (рН) весьма разнообразен. Наиболее многочисленной является группа ацидофилов -47%. Алкалифилов около 5%. Интересно отметить, что для 20% проанализированных видов экологический диапазон колебания рН составляет всего единицу, для 47% - две единицы, 8% - три единицы и 25% - четыре единицы величины рН, т.е. можно говорить о преобладании видов с широкой экологической валентностью.

По отношению к содержанию в воде диоксида углерода доминируют широко толерантные виды (65% от числа проанализированных ). Узкий диапазон колебаний величин этого экологического параметра обуславливает функционирование 35% диатомовых.

Предпринятая попытка охарактеризовать состав диатомовых по ареату отдельных видов позволяет заключить, что 66% альгофлоры обладает широким ареалом (Западная Европа, территория бывшего СССР, Северная Америка), 24% флоры распространены как на территории бывшего СССР так и в Северной Америке и только 10% видов характеризуются западной направленностью ареала, то есть в нашем регионе проходит граница распространения этих видов на восток

Таким образом, можно заключить, что диатомовые водоросли водотоков заповедника слагаются из видов евразиатского и евразиатско-американского типа ареалов.

По географическому элементу преобладают бореальные и аркто-альпийские виды диатомовых, что совпадает с аналогичными показателями для Якутии в целом.

Анализируя альгофлору водотоков заповедника следует отметить, что в его водотоках на второе ведущее положение выходят зеленые водоросли, а среди них порядок Desmidiales, где наибольшим количеством видов представлены роды Closterium и Cosmarium. Порядок Chloroccales занимает второе место в отделе за счет видов рода Scenedesmus. Затем по количеству видов идут порядки Volvocales, Chaetophorales, Zygnematales.

Степень трофности по Тунмарку (Thynmark,1945) составляет 0.86, что выше среднего показателя трофности для водоемов Якутии и Болыпеземельской тундры и приближается к таковому для Северного Казахстана (Васильева, 1989;Гецен, 1978)

6.3. Численность и биомасса водорослей. Количественные

показатели развития, альгофлоры как продуцента первичного органического вещества, играют определяющую роль в функционировании водной биоты. Размах колебаний численности водорослей водотоков за исследуемый период достигал нескольких порядков: 5.0 тыс.кл./л (р.Бедердях) - 1892,0 тыс.кл./л (р.Онхой) ; средние величины составляли 10,2 тыс.кл./л (р .Солокит) - 674,0 тыс.кл./л ( р.Онхой). Общая биомасса водорослей изменялась в пределах от 0,005 мг/л (р.Солокит) до 0,828 мг/л (р.Олорбох); диатомовых - от 0,005 мг/л. (р.Солокит) до 0,722 мг/л (р.Олорбох); зеленых - от 0,0005 мг/л (р.Онхой) до 0,200 мг/л ( р.Олорбох) (табл. 4).

Таблица 4

Средние значения численности ( тыс. кл./л) и биомассы ( мг/л) водорослей в открытый период воды (1992-1994 гг.)_

Водный объект Водоросли

всего диатомовые Зеленые

1 2 3 4

Р.Олекма в устьях р.Тэнсик 32.5/0.074 28,8/0,061 3,8 /0,013

р.Орюс-Миеле 32,5/0,051 15,0/0,049 15,0/0,005

р.Криестях 66,3 / 0,096 50,0/0,081 12,5 / 0,009

р .Олекма(о.Ытылаах) 27,5/0,028 15,0/0,024 6,25 / 0,003

р.Тас-Хайко (устье) 21,5/0,049 21,5/0,049 -

.М.Джикимда 82,3/0,119 70,8/0,113 11,7/0,006

р.Олекма(с.Киндигир) 55,4/0,042 13,2/0,020 35,3/0,020

р.Мердон(устье) 17,5/0,056 17,5/0,056 -

р.Бедердях(устье) 10,3/0,016 5,9 /0,014 8,5 / 0,004

р .Олекма(к.Бедердях) 38,1 /0,050 26,9 / 0,042 20,0 /0,006

р.Туолба 61,4/0,098 41,4/0,088 38,2 /0,020

р.Нелюки 29,4 / 0,039 28,5/0,038 1,7/0,001

р.Солокит 10,2/0,005 10,2 / 0,005 -

р.Хатын 32,5/0,076 27,0/0,037 8,9/0,050

р.Амга 65,0/ 0,101 44,6/0,061 13,4 / 0,040

р.Онхой 674,0/ 0,049 46,7 / 0,007 2,2/0,0005

р.Олорбох 604,5/ 0,828 557,2/0,722 20,8 / 0,200

р.Саталах 552,4/0,037 16,8/0,012 1,2/0,010

Примечание : числитель - общая численность (тыс.кл/ л); знаменатель -биомасса (мг/л).

Глава 7. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОДЫ ВОДОТОКОВ

ОЛЕКМИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА 7.1. Сапробиологический анализ. Среди систем биологической индикации качества поверхностных вод видное место принадлежит методам оценки степени загрязненности воды по

показательным

организмам, так называемому сапробиологическому анализу. В составе фитоценозов водотоков заповедника выявлено 95 видов- индикаторов сапробности , составляющих около 40 % флоры. Среди них значительны Р- мезосапробы, а также ксено- и олиго-сапробы го диатомовых и зеленых водорослей ( табл.5). Всего во флоре водорослей Якутии установлено 488 видов-иидикаторов сапробности (Васильева, 1989), 20 % из них присутствуют в водотоках заповедника.

Таблица 5

Изменение числа видов водорослей по зонам сапробности и по отделам

Суапо- Chryso Bacilla- Eugleno- Chloro- Всего % от

s phyta phyta riophyta phyta phyta 240 таксонов

X - - 8 - - 8 з,з

o - 2 9 - 6 17 7,0

P - 3 24 - 13 40 16,6

a 1 - 8 - 2 11 4,6

l-o - - 4 - - 4 1,7

o-X - - 2 - - 2 0,9

o-p - - 5 1 - 6 2,5

P-o - - 2 - - 2 0,9

P-a 1 - 2 - - 3 1,2

p-a - - 1 1 2 0,9

Всего 2 5 64 2 22 95 39,6

Примечание: S - показатель сапробности.

Ксено- и ксено-олигосапробные виды представлены такими как: Diatoma hiemale, Meridion circulare, Pinnularia gibba, и др., всего 12 видов из 8 родов Bacillariohyta. Олиго-, олиго-ксено- и олиго-бетга-мезосапробные виды представлены 25 видами из 17 родов и 4 отделов: Bacillariophyta (Fragilaria bicapitata, F.mtermedia, Navícula dicephala, Pinnularia nobilis); Chrysophyta ( Dinobryon cylmdricum); Chlorophyía ( Closterium dianae, C.rostratum, Zygnema pectinatum); Euglenophyta ( Euglena limnophyla). Бетга-, бетта-олигосапробы - самая многочисленная группа, состоящая из из 42 видов, 26 родов и 3 отделов: Bacillariophyta (Melosira varians, Fragilaria construens, Diatoma elongatum, Navícula pupula, Cymbella

ventricosa, Gomphonema olivaceuni, Surirella angustula); Chlorophyta (Eudorma elegans, Chlamidomonas monadina, Tetraedron minimum, Cladophora fracta, Closterium parvulum); Chrysophyta (Dinobryon divergens, Kephyrion boreale, Pseudokephyrion undulatissimum). Бетта-альфа, альфа- и поли-альфа сапробы представлены 16 видами из 12 родов и 4 отделов: Bacillariophyta ( Stephanodiscus hantzschii, Synedra tabulata var. parva, Navicula cryptocephala, Nitzschia acicularis, Achnanthes hungaiica); Chlorophyta ( Chlorella vulgaris, Closterium acerosum); Euglenophyta (Euglena viridis); Cyanophyta ( Merismopedia tennuissima, Osciilatoria tenuis).

7.2. Качество воды водотоков. Связывая индекс сапробности с классом качества вод следует отметить, что 73 % от 95 видов, являются индикаторами сапробности, соответствующей чистой (39 %) и условно чистой воде (44 %) и только 6.7 % - индикаторами загрязненной и грязной. Проведя анализ и оценку качества воды по семи показателям эколого-санитарной классификации качества поверхностных вод суши ( Жукинский,1975), мы пришли к выводу, что по классу качества воды водотоки заповедника можно оценить как чистые. На отдельных участках качество воды летом несколько ухудшается, стабилизируясь к осени.

ВЫВОДЫ

• Состав альгофлоры водотоков Олекминского заповедника определяется физико -географическими условиями её существования, гидрологией, гидрохимией водотоков и особенностями структурно-функциональной организации водной биоты.

• .По химическому составу вода основных водотоков заповедника обладает невысоким уровнем минерализации и принадлежит к гидрокарбонатному классу с преобладанием ионов кальция и магния. Вода « мягкая» Жесткость составляет 2,0 - 3,0 мг- экв./л. Средние значения pH воды водотоков составляет 6,81 (р. Олекма ) - 7,36 ( р. Туолба). В сезонном аспекте наблюдается увеличение значений pH от весны к лету и незначительное снижение - осенью.

• Для всех форм минерального азота р. Амги характерно повышение концентрации весной, уменьшение летом - в период активного функционирования гидробионтов и в отдельных случаях - накопление биогенного азота осенью.

• Численность бактериопланктона за исследуемый период колебалась от 0,98 (р.Олекма) до 2,24 (р.Амга) млн. кл./ мл; биомасса 0,84- 1,40 мг/ л соответственно. Более крупными клетками представлены микробиальньге ценозы р. Олекмы, при доминировании коккообразных форм. В сезонном аспекте, максимальные величины численности и биомассы характерны для весеннего периода.

• Альгофлора водотоков включает 155 видовых, 240 видовых и внутривидовых таксона, относящихся к 73 родам, 40 семействам, 22 порядкам и 8 отделам. Водоросли отделов Bacillariophyta и Chlorophyta составляют основу флористического богатства альгофлоры (86% от общего числа таксонов).

• Для водотоков заповедника при полном отсутствии антропогенной нагрузки три первых ранговых места принадлежат порядкам Raphales, Araphales, Desmidiales, объем которых составляет 71% флоры водорослей.

• По сравнению с флорой Якутии происходит смена лидирующих родов. Роды Achnanthes, Cymbella, Gomphonema, занимающие 2-4 ранговые места во флоре заповедника отсутствуют в десятке ведущих родов альгофлоры Якутии. Снижается значимость Closterium, Pinnularia. Род Cosmarium, занимающий во флоре Якутии первое ранговое место, в альгофлоре заповедника входит только во вторую десятку.

• Разнообразие и специфичность альгофлоры водотоков заповедника обусловленна местоположением заповедника на пути миграции видов более южных ареалов в северные широты. Относительно небольшое число видовых и внутривидовых таксонов альгофлоры Олекминского заповедника объясняется сравнительной однородностью экологических условий верховий водотоков в условиях резко континентального климата криолитозоны.

• Типологические особенности определяемые на основе таксономического анализа характеризуют ее как голарктическую и бореальную ( высокое ранговое место семейств Naviculaceae, Fragilariaceae, Achnanthaceae, высокий процент монотипных родов и семейств).

• Общая численность и биомасса водорослей в водотоках заповедника подвержена значительным колебаниям. Во время «цветения» синезеленых (Sinechocystis salina) численность водорослей составляла около 2 млн кл/л.

• Проведенный эколого-географический анализ видов Bacillariophyta, как доминирующего отдела водорослей позволил получить картину распределения водорослей по экологическим группам.

• Альгофлора Bacillariophyta водотоков Олекминского заповедника слагается из видов евразиатского и евразиатско-американского типа ареалов. По географическому элементу преобладают бореалыгае и аркто-альпиские виды диатомовых, что совпадает с аналогичными показателями для флоры Якутии в целом.

• В составе фитоценозов водотоков заповедника выявлено 95 видов -индикаторов сапробности, составляющих около 40% флоры водотоков и 20% от общего числа видов - индикаторов сапробности во флоре Якутии. Проведенный сапробиологический анализ и оценкка качества воды по

химическим и биологическим показателям позволяют отнести водотоки к категории чистые, на отдельных участках переходные от категории «чистые» к » чистые - удовлетворительно чистые», а по степени трофности олиго-, олиго- бетамезотрофные.

• Можно заключить, что на охраняемых заповедных территориях формируется своеобразная альгофлора, подлежащая охране и характерная для естественных экосистем Природы Севера. Качество воды таких территорий обусловлено структурно-функциональной организацией гидробиоценоза в целом.

Основные положения и выводы диссертации изложены в научных работах, отражающих содержание наиболее важных разделов диссертации.

1. Ежегодник качества поверхностных вод Советского Союза по гидробиологическим показателям (за 1980-1984 гг.) -Л.: Гидрометеоиздат, 1985.-150 с.( соавторы: Брызгало В.А., Соколова Л.П, Хоружея Т.А., Котляревская Г.С., Ткаченко Т.Б., Слуцкая Н.В., Плетнева Е.Ю).

2. Ежегодник качества поверхностных вод Советского Союза по гидробиологическим показателям за 1985 г. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.120 с. ( соавторы: Брызгало В.А., Соколова Л.П., Хоружея Т.А., ТкаченкоТ.Б., Котляревская Г.С., Слуцкая Н.В., Плетнева Е.Ю).

3. Об изменении некоторых структурно-функциональных показателей фито- и бактериопланктона в процессе евтрофирования // Материалы XXY111 Всесоюзного гидрохимического совещания по изучению процессов формирования химического состава природных вод в условиях антропогенного воздействия. Часть 1-Л.: Гидрометеоиздат, 1987,- С.136 (соавторы: Брызгало В.А., Косменко Л.С., Ткаченко Т.Б.)

4. Seasonal dynamics of phytoplankton development // Strict nature reserves ( Zapovedniki) of Russia .- Moskow: Sabashnikov publishers, 1996, C.155-156

5. Count of bakterium-plankton // Strict nature reserves (Zapovedniki) of Russia .-Moskow: Sabashnikov publishers, 1996, C.155.

6. Особенности сезонной динамики развития фито- и бактериопланктона водотоков Олекминского заповедника (Республика Саха,Якутия) // Альгология.-1997 г.,т.7, N 2, С. 166-170; ( соавторы: Васильева-Кралина И.И., Рожков Ю.Ф.)

7. Новые технологии развивающего обучения в экологическом образовании // Экологическое образование на Востоке России . 1-ая Международная конференция,- Благовещенск, 1997

8. Особенности развития фитопланктонных сообществ водных объектов юга Якутии ( на примере водотоков госзаповедника "Олекминский" // Биолого-экологические исследования в Республике Саха(Якутия) .

Сборник научных трудов, Якутск, 1996 - Якутск : Изд.ЯГУ,1996 , С.150-154 (соавторы: Васильева -Кралина И.И., Рожков Ю.Ф.) 9. Водоросли некоторых рек заповедника «Олекминский»// Вопросы экологии и экологического образования в Якутии. Сборник статей,-Якутск: Изд-во ЯГУ, 1998, С.36-41. ( соавторы: Васильева И.И., Пшеникова Е.В.)

Рожкова Ольга Юрьевна

ВОДОРОСЛИ водотоков ОЛЕКМИНСКОГО ЗАПОВЕДНИКА

Автореферат

Подписано в печать 22.05.98. Формат 60x84/16. Бумага тип. №2 Печать офсетная. Печ. л. 1,5. Уч.-изд.л. 1,8. Тираж 100 экз. Заказ .

Издательство ЯГУ. 677891, г. Якутск, ул. Белинского, 58