ОБ ИЗМЕНЕНИИ СТРУКТУРЫ ФИТОПЛАНКТОННОГО СООБЩЕСТВА МАТЫРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В ТЕЧЕНИЕ ВЕГЕТАЦИОННЫХ СЕЗОНОВ 2010 – 2012 И 2014 – 2015 ГОДОВ.

 

Рис. 2 – ассоциативно-симбионтные взаимоотношения сочленов фитопланктонного сообщества

Известно, что при доминировании в структуре альгоценоза лентического водоема хлорококковых водорослей происходит интенсификация процессов самоочищения.

Группой авторов из Института клеточного и внутриклеточного симбиоза Оренбургского научного центра Уральского отделения Российской академии наук было показано, что: «…гидробиоценозы и, в частности, альгоценозы, являющиеся открытыми системами с эффектами самоорганизации, их многокомпонентность и сложная интеграция вписывается в концепцию ассоциативного симбиоза.

Одним из центральных аспектов проблемы ассоциативного симбиоза является управление или искусственное воссоздание микробиоценоза при микроэкологических нарушениях. Решение этой проблемы позволит не только определить ряд теоретических позиций по раскрытию механизмов формирования микробиоценозов, но и достичь прогресса в прикладном аспекте. Так явление преобладания и массового развития синезеленых водорослей широко известно и наблюдается в периоды их «цветения», приводя к неблагоприятным изменениям качества вод.

Используя симбиотические особенности цианобактерий, можно предотвратить их массовое развитие. Предлагаются биотехнологии, основанные на конкуренции цианобактерий и водорослей за места обитания в водоеме» [13].

Показано, что альголизация, т.е. обогащение водоемов зеленой водорослью хлореллой в весенний период предотвращает последующее развитие синезеленых водорослей.

Там же показано, что: «…с позиций представленных нами данных ( см.рис. 2), демонстрирующих влияние компонентов ассоциативного симбиоза водорослевого сообщества на хозяина, можно объяснить результаты Н.И. Богданова [8], который подошел эмпирически к решению проблемы «цветения» водоемов путем усиления зеленых водорослей для восстановления структуры водорослевого сообщества. Это открывает перспективы для использования симбиотического подхода в экологической практике» [13].

В цитируемой работе альголизация признается перспективным направлением улучшения экологического состояния водоемов и лежит в основе использования симбиотического подхода в экологической практике.

В период альголизации вод Матырского водохранилища в течение вегетационных сезонов 2010-2011 годов изучался фитопланктон водохранилища. Контрольное опробование, уже в условиях отсутствия альголизации, было проведено в августе 2012 года. Сбор фактического материала основывается на общепринятых рекомендациях, изложенных в ”Методике изучения биогеоценозов внутренних водоемов” и других пособиях [10, 11].

 

Результаты и обсуждение

В структуре сообществ низших водорослей Матырского водохранилища прослеживается следующая закономерность: общее число видов в пробе может достигать 20-30, иногда составляет 2-6. Повсеместно доминируют от 2-3, редко до 5-6 таксонов, принадлежащих видам и разновидностям диатомовых водорослей, способных к быстрому популяционному росту. Это, например, виды Aulacoseira granulatа (Ehr.) Sim., A. italica (Ehr.) Sim. и A. italica var. tenuissima (Grun.) Sim., Diatoma vulgare Bory. Иногда их численность чрезвычайно высокая, и в отдельных пробах в одном поле зрения насчитывается до нескольких десятков створок и панцирей диатомей.

В условиях альголизации вод в 2010 и в 2011 годах в общем составе сообществ низших водорослей Матырского водохранилища наблюдалось видовое разнообразие и высокие оценки обилия диатомовых водорослей, которые доминируют в сообществах. Подчиненное значение имели синезеленые водоросли (цианобактерии), а также другие низшие водоросли. При анализе последствий альголизации вод, особое внимание было уделено выявлению и оценке изменений в составе фитопланктона по годам. В 2011 году, по сравнению с 2010 годом, произошло общее уменьшение таксономического разнообразия в составе сообществ фитопланктона, при этом по-прежнему доминировали диатомовые водоросли. Из состава сообществ, практически исчезли синезеленые (цианобактерии), резко уменьшилось распространение других водорослей, причем как на родовом, так и видовом уровнях [2].

В 2012 году в первый год после завершения альголизации, в августе месяце по всей акватории водохранилища был изучен фитопланктон и полученные результаты использованы для сопоставления с данными для августа месяца 2010 и 2011 годов.

Для фитопланктона августа месяца в 2012 года характерно, что число родов и видов вновь приближаются к показателям 2010 года (начало альголизации) (табл. 1).

Для сезонов 2010 и 2011 годов, прослежены изменения численности и биомассы некоторых групп фитопланктона в сравнении по годам, причем выборки сделаны для августа месяца каждого года опробования, как в период альголизации (2010-2011 гг.), так и после нее (2012 г.) (табл. 2, 3).

 

Таблица 1 – Сопоставление родового и видового разнообразия низших водорослей по годам обследования

Таксоны	2010 год		2011 год		2012 год
	Род	Вид	Род	Вид	Род	Вид
Диатомовые	21	46	21	18	21	47
Синезеленые	3	3	0	0	4	5
Другие	9	10	2	2	6	6
Всего	33	59	23	20	31	58

 

Таблица 2 – Численность (млн.кл./л) некоторых групп фитопланктона для августа месяца в 2010-2012 годах

Время отбора проб	Диатомовые водоросли		Синезеленые водоросли		Хлорелла – Chlorella
	Верховье	Плотина	Верховье	Плотина	Верховье	Плотина
2010 год
Август	4,701	10,906	0,006	0,036	0	0,018
2011 год
Август	4,040	1,575	0	0	0	0
2012 год
Август	0,687	2,622	0,987	0,036	0,015	0,015

 

Таблица 3 – Биомасса (мг/л) некоторых групп фитопланктона

для августа месяца в 2010-2012 годах

Время отбора проб	Диатомовые водоросли		Синезеленые водоросли		Хлорелла – Chlorella sp.
	Верховье	Плотина	Верховье	Плотина	Верховье	Плотина
2010 год
Август	12,4	3,29	0,001	0,007	0	0,030
2011 год
Август	2,65	0,143	0	0	0	0
2012 год
Август	0,39	2,82	0,086	0,015	0,006	0,025

Таким образом, устанавливается, что в 2011 году произошло резкое уменьшение видового разнообразия видов низших водорослей, по сравнению с 2010 годом. В 2012 году прослеживается тенденция по его увеличению до уровня начала альголизации. Аналогично происходит увеличение средней численности и биомассы фитопланктона (см. табл. 1, 2, 3).

Особенностью сукцессий низших водорослей Матырского водохранилища является то, что в середине лета, а именно во второй половине июня – до середины августа в составе фитопланктона продолжают доминировать планктонные виды диатомей, среди которых наряду с характерными для этого времени видами рода Aulacoseira Thw. распространяются также представители рода Stephanodiscus Ehr. В 2010 году в сентябре месяце в приплотинной части водохранилища зафиксировано распространение синезеленых водорослей на уровне “цветения” вод. Они представлены видами, свойственными загрязненным водоемам региона. Это Microcystis aeruginosa Kütz. emend. Elenk., Microcystis aeruginosa f. flos-aquae (Lemm.) Elenk., а также Anabaena contorta Bachm, Anabaena verrucosa B.-Peters. В 2011 году условий для “цветения” вод синезелеными водорослями не сложилось, из фитопланктона полностью исчезали виды синезеленых водорослей, которые вызывают “цветение” загрязненных вод. Среди синезеленых водорослей фитопланктона августа 2012 года наблюдаются Anabaena contorta Bachm и Pseudoholopedia convoluta (Bréb.) Elenk.

Зеленые водоросли рода хлорелла (Chlorella sp.) в сообществах низших водорослей в небольших количествах выявляется практически повсеместно, с незначительными количественными оценками, в 2010 году она отсутствует в верховьях водохранилища (см. табл. 2, 3).

Для большинства таксонов диатомовых водорослей известны эколого-географические характеристики, в том числе по отношению к активной реакции среды (рН). Устанавливается щелочная-слабо, щелочная реакция среды.

Определение экологического состояния водоема основано на использовании сапробиологического анализа [10, 11, 16]. Согласно сложившимся представлениям, эвтрофикация вод вследствие их загрязнения приводит к увеличению сапробности. Она зависит от количества органического вещества и активности его разложения вплоть до минерализации.

Соответственно, вычисленный для Матырского водохранилища индекс сапробности Пантле-Букка в модификации Сладечека в 2010 году был равен 1,79. В 2011 году он понизился до 1,61. Для сравнения, В 2012 году данный индекс вновь увеличился и составил 1,77. Эти значения близки, и они показывают, что по эколого-биологическому показателю воды Матырского водохранилища относятся к классу III – “Умеренно (слабо) загрязненные”.

Таким образом, класс качества вод отвечает уровню, сложившемуся в регионе в целом. Однако при этом следует отметить, что согласно критериям состояния водных экосистем, разработанным С.С. Бариновой и др., воды Матырского водохранилища в 2010-2012 году можно отнести к III классу – удовлетворительной чистоты, при этом разряд качества вод 3 а – «достаточно чистая», который выделяется в пределах показателя индекса сапробности 1,51-2,00 [3]. В целом экосистема Матырского водохранилища по степени кризисности относится к стадии обратимых изменений.

Согласно проведенным исследованиям, «цветения» вод синезелеными водорослями в 2011 и 2012 годах зафиксировано не было.

Гидробиологические исследования Матырского водохранилища в 2014 и 2015 году были продолжены. Это обусловлено необходимостью на его примере проследить способность природно-антропогенной экосистемы к относительно естественной ее реабилитации после прекращения альголизации вод.

При изучении сообществ фитопланктона объектом исследований являются низшие микроскопические водоросли. Пробы фитопланктона Матырского водохранилища были отобраны в августе 2015 года.

В 5-ти пробах, отобранных в точках 2-6 в августе 2015 года, фитопланктон представляют 58 видов, разновидностей и форм низших микроскопических водорослей, относящихся к 28 родам (табл. 4).

В общем составе доминируют диатомовые водоросли, на долю которых приходится 38 таксонов, относящихся к 15 родам. Среди планктонных диатомей, обитающих в водной толще, с оценками «нередко» наблюдаются Aulacoseira italica (Ehr.) Sim., Aulacoseira italica var. tenuissima (Grun.) Sim. (проба 6), Melosira varians Ag. встречена с оценкой обилия «очень часто» (в пробе 2), а также повсеместно с оценкой «нередко» Fragilaria capucina Desm. и Fragilaria crotonensis Kitt. C зарослями высшей водной растительности связано развитие видов обрастателей Meridion circulare Ag. («очень часто»), Fragilaria brevistriata Grun. («часто»), Fragilaria сonstruens (Ehr.) Grun. et var. venter (Ehr.) Grun. («нередко»).

С оценкой обилия «редко» повсеместно наблюдаются виды Сocconeis placentula Ehr., а также Сocconeis pediculus Ehr. Виды Gomphonema intricatum Kütz., Epithemia turgida (Ehr.) Kütz. et var. granulata (Ehr.) Grun., Epithemia zebra var. saxonica Kütz. c оценками обилия «редко» и «нередко» наблюдаются в пробе 6. Другие представители диатомовых встречены «единично».

Зеленые, эвгленовые и пирофитовые водоросли насчитывают соответственно 5 таксонов – 4 рода, 2 таксона – 1 род и 1 таксон – 1 род. Они представлены широко распространенными видами и меют оценки обилия «единично». И лишь пирофитовая водоросль Cryptomonas ovata Ehr. имеет оценку «редко».

Синезеленые водоросли насчитывают 12 таксонов, принадлежащих 5 родам. Среди них оценок обилия «в массе» и «очень часто» достигают виды Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Bréb. и Anabaena spiroides Kleb., виды Microcystis pulverea (Wood.) Forti em. Elenk. имеют оценки обилия «часто» и «нередко».

Особое внимание привлекает повсеместное распространение полисапробного вида, Ostillatoria lauterbornii Schmidle, имеющего оценку обилия «часто», а также Microcystis aeruginosa Kütz. em. Elenk. – «нередко». Эти характерные для загрязненных местообитаний виды, в процессе метаболизма выделяют цианотоксины [15].

Всего средняя численность фитопланктона в августе месяце 2015 года составила 0,98 млн. кл./л., при этом средняя биомасса достигла 4,46 мг/л.

По сравнению с июлем 2014 года, когда проводились последние исследования фитопланктона Матырского водохранилища, численность осталась прежней, но значение биомассы увеличилось примерно на 9,2%.

Таблица 4 – сопоставление таксономического разнообразия низших водорослей

Тип водорослей	Проба 2		Проба 3		Проба 4		Проба 5		Проба 6		Всего по типам водорослей
	Вид	Род	Вид	Род	Вид	Род	Вид	Род	Вид	Род	Вид	Род
Диатомовые	16	11	11	8	11	9	13	10	23	11	37	15
Синезелоные	7	4	8	4	6	3	6	4	5	4	12	5
Зеленые	4	2	-	-	-	-	3	3	3	3	5	4
Эвгленовые	2	1	-	-	-	-	-	-	2	1	2	1
Пирофитовые	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Итого											58	26

По таксономическому составу микроскопических водорослей охарактеризовано экологическое состояние водной среды [10, 11, 16, 17].

Получено значение индекса сапробности Пантле-Букка в модификации Сладечека, равное 1,95. Согласно общегосударственной шкале качества поверхностных вод, данное значение индекса S показывает, что воды по качеству относятся к классу III – «Умеренно (слабо) загрязненные» или «Удовлетворительной чистоты» (в пределах значений 1,51-2,50). Разряд качества вод определяется в градации диапазона 1,51-2,00, т.е. воды «достаточно чистые».

Следует обратить внимание, что в целом в составе фитопланктона по видовому разнообразию преобладают диатомовые водоросли. Синезеленые водоросли имеют подчиненное развитие. Необходимо учитывать, что среди последних получают распространение виды загрязненных местообитаний, в том числе и выделяющие цианотоксины [15]. Процессы самоочищения экосистемы находятся в стадии обратимых изменений.

В настоящее время в водоеме сохраняются условия, возможно неустойчивой, стабильности и относительного экологического благополучия как результат альголизации, которая проводилась в водоеме ранее. Свидетельством тому является класс и разряд качества водной среды, но высокое значение биомассы.

Вероятно, альголизацию водоема следует проводить и далее. Пример экосистемы Матырского водохранилища показывает, что альголизация является достаточно действенным способом защиты водоема от последствий антропогенного загрязнения, и она может быть рекомендована для Воронежского водохранилища [12].

Список литературы:

1. Анциферова Г.А. Биоиндикация в геоэкологии: об эвтрофировании межледниковых, голоценовых и современных поверхностных водных экосистем бассейна Верхнего Дона // Вестник Воронежского университета. Геология, № 1, Воронеж, 2005. – С. 240-250.

2. Анциферова Г.А. К вопросу об альгологизации водоемов как способе управления их экологическим состоянием // Материалы конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» – Воронеж, 2011. – С. 59-62.

3. Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Водоросли-индикаторы в оценке качества окружающей среды. 2000. Путь доступа: http://www.herba.msu.ru/russian/journals/herba/algae/index.html.

4. Биологическая реабилитация Матырского водохранилища методом коррекции альгоценоза в 2009 году: отчет о научно-исследовательской работе / Лухтанов В.Т., Косинова И.И., Валяльщиков А.А., Животова Е.Н., Силина А.Е., Анциферова Г.А. – Воронеж, ООО НПО «Альгобиотехнология», 2009 г.

5. Биологическая реабилитация Матырского водохранилища методом коррекции альгоценоза в 2010 году: отчет о научно-исследовательской работе / Лухтанов В.Т., Косинова И.И., Валяльщиков А.А., Животова Е.Н., Силина А.Е., Анциферова Г.А. – Воронеж, ООО НПО «Альгобиотехнология», 2010 г.

6. Биологическая реабилитация Матырского водохранилища методом коррекции альгоценоза в 2011 году: отчет о научно-исследовательской работе / Лухтанов В.Т., Кульнев В.В., Косинова И.И., Валяльщиков А.А., Животова Е.Н., Силина А.Е., Анциферова Г.А. – Воронеж, ООО НПО «Альгобиотехнология», 2011 г.

7. Богданов Н.И. Биологическая реабилитация водоемов. – Пенза, 2008. – 137 .

8. Богданов Н.И. Первичная продукция и микробиология Кай-рак-Кумского водохранилища. Душанбе: Донищ, 1975. -115 с

9. Богданов Н.И. Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris BIN для получения биомассы и очистки сточных вод: пат. Рос. Федерации №2192459 /Н.И. Богданов. – Бюлл. № 31. – 2002.

10. Макрушин А.В. Биологический анализ качества вод. – Л., 1974. – 60 с.

11. Методика изучения биоценозов внутренних водоемов. – М., 1975. – С. 73-108.

12. Кульнев В.В., Анциферова Г.А. Эколого-гидробиологический мониторинг состояния водной среды Воронежского водохранилища / Материалы Международной научной конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности» - Воронеж, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2015

13. Немцева Н. В., Яценко-Степанова Т. Н., Бухарин О. В. Структурно-функциональная характеристика водорослевого сообщества и ее использование для определения экологического состояния пойменных водоемов // Журнал «Проблемы региональной экологии» №5, 2011.

14. Попов А. Н. Об изучении механизма взаимодействия штамма Chlorella vulgaris ИФР №С-111 с сообществами синезеленых водорослей поверхностных водоемов в окрестностях Екатеринбурга// А. Н. Попов, Е. А. Бутакова, Т. Е. Павлюк/ Материалы Всероссийской конференции «Приоритетные направления экологической реабилитации Воронежского водохранилища», Изд-во «Научная книга», Воронеж, 2012 г.

15. Сиренко Л. А., Гавриленко М. Я. «Цветение» воды и эвтрофирование. – Киев: Наук. Думка, 1978. – 232 с.

16. Унифицированные методы исследования качества вод. Методы биологического анализа вод. Индикаторы сапробности. – М., изд-во СЭВ, 1977. – С. 21-31.

17. Экологический мониторинг. Методы биомониторинга. – Н. Новгород, 1995. – Часть 1. – 190 с.