Антропогенная динамика сообществ планктонных водорослей и цианопрокариот Павловского водохранилища

Для оценки экологического состояния растительных сообществ может быть использован метод классификации Браун-Бланке, который основывается на группировке сообществ в соответствии с подобием флористического состава [8].

Водная среда имеет бóльшую однородность, чем наземные экотопы, и автотрофный планктон обладает повышенной подвижностью, что значительно выравнивает флористический состав сообществ [3]. В связи с этим, вместо комбинации диагностических видов в качестве диагностических признаков используются стабильные во времени и ярко выраженные физиономические доминанты водных сообществ [4]. Эта методика была использована О.Н. Никитиной [6] для выявления групп индикаторных видов автотрофного бентоса в водоёмах города Стерлитамака. Для классификации фитопланктона эта методика почти не использовалась.

Целью нашего исследования явилось использование некоторых подходов эколого-флористической классификации для выявления индика торных видов, и спользуемых в дальнейшем для оценки экологических условий в Павловском водохранилище.

Исследуемый водный объект расположен на р. Уфа в пределах Уфимского плато Южного Урала. Химический состав Павловского водохранилища на всем его протяжении (от с. Муллакаево до пос. Павловка) исключительно однороден и характеризуется сульфатно-гидрокарбонатным составом [1]. Минерализация воды в верховье водохранилища (с. Муллакаево), где начинается подпор на р. Уфе, составляет 0,41 г/дм3. Вниз по течению минерализация воды постепенно снижается, и у плотины (пос. Павловка) она не превышает 0,21–0,26 г/дм3, то есть происходит двукратное разбавление. В пределах наиболее глубокой части водохранилища минерализация в течение года меняется незначительно: 0,21 г/дм3 весной и 0,36 г/дм3 зимой. В весеннее

время в заливах крупных (Уфа, Юрюзань) и устьях небольших рек минерализация снижается до 0,11– 0,13 г/дм3 при неизменном химическом составе, остается постоянной и рН (7,65–7,90).

В долине р. Уфы ниже Павловского водохранилища расположены крупные водозаборы централизованного водоснабжения г. Уфы и других населенных пунктов. Водный объект испытывает мощное техногенное воздействие промышленных, сельскохозяйственных предприятий и лесопромышленного комплекса Челябинской, Свердловской областей и Башкортостана. Кроме того, Павловское водохранилище является крупным рекреационным узлом. Это особенно остро ставит проблему контроля над состоянием экосистемы водоема и выявление групп индикаторных видов фитопланктона.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для работы послужили пробы водорослей, отобранные в 2003, 2008, 2009 гг. в разных створах по всей акватории водохранилища и в разные сезоны года. Методика сбора и обработки материала соответствовала общепринятым подходам в изучении водорослей [2]. Отбор проб осуществляли батометром Руттнера. Пробы отбирались на глубине 1,0 м. Пробы объемом 0,5 л фиксировали 40 % раствором формальдегида и концентрировали общепринятым осадочным способом с последующим отцеживанием до 50 мл [2]. Количественные пробы просчитывали в камере Нажотта объемом 0,01 см3 с использованием светового микроскопа (МБИ-3).

Биомассу фитопланктона определяли расчетнообъемным методом. При выделении групп и сообществ автотрофного планктона, с использованием некоторых методических подходов экологофлористической классификации, были составлены сводные таблицы видового состава. Эти таблицы были упорядочены в результате перемещения строк-видов. Получена матрица, состоящая из сквозных и диагностических видов. Эта матрица была описана при анализе эколого-географических характеристик видов и выявлении индикаторных видов.

Выполнен анализ ассоциированности видов и их связи с факторами водной среды с использованием подходов флористической классификации [8, 7].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

За период исследования 2003-2009 гг. нами выявлено 153 вида и внутривидовых таксона водорослей и цианопрокариот из 90 родов, 47 семейств, 24 порядков, 10 классов и 7 отделов.

Результаты обработки списков автотрофного планктона Павловского водохранилища с использованием некоторых методических подходов эколого-флористической классификации показаны в таблице.

В ходе обработки исследований были выделены 2 группы автотрофного планктона.

1 группа. Сквозные виды, распространенные по всей территории водохранилища. Это виды Chlor-ella vulgaris Beijer и Microcystis pulverea (Wood) Fotri emend. Elenk. , имеющие широкое распространение. Chlorella vulgaris – обычный представитель, обитающий в сточных водах, для этой водоросли характерна высокая степень сапробности (α-мезосапробионт с индексом сапробности 3,0), оли-гогалолоб-галофил. Microcystis pulverea – планктонно-бентосный и почвенный вид, олиго-бетамезосапробионт (с индексом сапробности 1,4), олигогалоб-индефферент. Оба этих вида по географическому распространению космополиты.

Таблица . Сокращенная дифференцирующая таблица сообществ и вариантов автотрофного планктона

Створы, ^^^^«Пробы Сквозные виды   —	Магинск					Караидель			Атамановка				Верхний бьеф				Устье р. Юрюзань
	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	1	2	3
Microcystis pulverea	3000	2520	4440	4680	4320	2880	1440	3960	1200	120	360	240	1320	1680	1440	720	360	120
Chlorella vulgaris	156	90	42	120	168	270	198	498	72	72	120	96	42	54	18	90	126	24	12
Диагностические виды c4OQmeCTBB ^cenedesntus quudntinudtbXynetlrd aens
Sect i edc. st»i a qttadt ica adt r	192	456	216	3 00	252	504	324	726	12	12								24
I \ттагшт asphavroxporum	30	24	18	18	30	66	М	102				IS					6
Mnvdra aeux	288	414	234	174	174	ззо	432	708									6	24
TetraehlfiFeUa nhernqns	105	168	72	84	120	144	180	276			12			24
Лндгнвстнчсскне виды вариант* llimdir								,*»ц iUwr^enx- AultiCiixrittigrdttHhitq
Dmobrynn divergent	255	612	54	18	54									6			72		]2
A^lacnseira gramdata	234	510	324	36	114		54			138	234
Phocas agitis	12	6	6	6	6
^>1ныгосукЦ$ «tavticri	60	78	Я	66	6				144
Дштнигти чсекпг виды наршими Petfia'.lrHin tclrux-PUcmrs)											>h«cri«™ unutwainm
toeiy-fisp^riHm fltifwahim						384	768	1212								174
А н^л^усА^стм.* tmgH siws		6				78	24	120				6
Pctfi№trttm tctriis			24			192	48	288
Nh^chiu aefctifaris						42	216	330		6							12	6
Pcdkistrttm boryamtrn						96	96	96
ЛпагнастичеЕкпг виды сиаиикствя Phacns р!снпнмх1ех- Anuhacnn cirrinnfn
АнаЬаека circioabs					36	906	54	1296	252		168	564
Phac» v pfenronectoS									6	30	6	144	42	6			18	12
Schroctferkt wfrgtira						6			18	36	12	30		6			6		6
Диагностические вилы Еообшсст ня
GtwAorhaerta йк*5»тг		102	444			576	1032	882	48			144	2502	4440	3936	3648	96
Л^МсАУС^СИ" ckstgetiUS	30	180	1110		570	60	150						270	330	366	438
			ДнАгиМтический вид МОбшНчтй Fragtiarw Cttpudttrt
Fragdorta oapupina	690	234	36		73	102			672		192		174         18				5«	330	180
Биокесса 07м')	11,04					1М1			MS				0,47				МО
JOHJ 1рГ1фНЙГ1к	BblCO KO?R трофнлп					Вы<уко^а i рпфнаи			М^литрифнач				O,1 HIBI рйфнач				Метатрофная

Примечание. Показатели численности приведены по количеству клеток в пробе

Во вторую группу вошли виды, характерные для разных створов водохранилища, из них Fragilaria capucina Desm . встречается на всех створах, но не во всех пробах.

Для этой группы характерны представители отдела Chlorophyta. Многочисленны были водоросли рода Scenedesmus: S. quadricauda (Turp.) Breb., S. arcuatus Lemm., S. bijugatus (Turp.)Kütz. Первый из них относится к бетамезосапробионтам (индекс сапробности – 2,0), два других олиго-альфа-мезасапробионты (индекс сапробности – 1,8). Все эти виды планктонные, по галобности олигогало-бы-индифференты. Кроме этого распространенны- ми были виды Coelastrum microporum Näg. in A. Br., Tetrachlorella alternans (G. M. Smith) Korsch., Cosmarium asphaerosporum Nordst. Из других отделов к этой группе относились Gloeocapsa limnetica (Lemm.) Hollerb., Synedra acus Kütz..

В ходе анализа нами были выделены 4 сообщества (фитоценона) автотрофного планктона с двумя вариантами одного из них.

Сообщество с диагностическими видами Scenedesmus quadricauda-Synedra acus характерно для двух створов Магинск и Караидель (9 видов). Сообщество диагностируется видами рода Scenedesmus: Scenedesmus quadricauda – β- мезосапробионт, Scenedesmus arcuatus и Scenedesmus bijugatus – олиго-α-мезосапробионты, Synedra acus – β-мезосапробионт.

Вариант этого сообщества для створа Караидель с диагностическими видами Pediastrum tetras-Dictyosphaerium anomalum (12 видов). На этом створе группируются, в основном, хлорококковые водоросли и цианопрокариоты, причем Microcystis aеruginosa (Kütz.) Kütz . обычно вызывает «цветение» в равнинных водохранилищах. Этот комплекс развивается при повышенном содержании железа и нефтепродуктов по сравнению с Верхним бьефом. В период исследования наблюдалось превышение ПДКр.х. по железу, общему фосфору, меди, фенолам, нефтепродуктам.

Вариант сообщества Dinobryon divergens-Aulacoseira granulata (8 видов) для створа Магинск характеризует речные воды Восточноевропейского типа в вегетационный период (Шкундина, 1993). Такое доминирование речных видов объясняется впадением р. Бердяшки, вода которой разбавляет воды водохранилища.

Сообщество Phacus pleuronectes- Anabaena circinalis характерно для створа Атамановка. В него вошли 6 видов водорослей, это виды Anabaena circinalis (Kütz.) Hansg. , Aphanizomenon flos-aguae, Phacus pleuronectes (Ehr.) Duj. , Schroederia setigera (Schröd.) Lemm. , Planktosphaeria gelatinosa G. M. Smith , Chlorococcum ellipsoideum Deason & Bold . Начиная с этого створа, диагностическими видами являются хлорококковые, эвгленовые и цианопрокариоты. Интенсивное развитие цианопрокариот характерно и для других водохранилищ, представители родов Aphanizomenon и Anabaena могут вызывать «цветение» воды. Phacus pleuronectes – β-α-мезосапроб, космополит. Таким образом, состав видов показывает возрастание застойных явлений и увеличение содержания растворенных органических веществ. Вид Anabaena circinalis является дифференцирующим для створов Караидель и Атамановка.

Сообщество Gomphosphaeria lacustris- Synecho-coccus elongatus было выявлено на створе Верхний бьеф. На этом створе происходит уменьшение содержания железа и увеличение концентрации меди. Выявление только двух индикаторных видов может быть связано с тем, что медь является альгицидом. Эти виды оказываются устойчивыми к повышению концентрации ионов меди. На Верхнем бьефе в 2009 г. вид Gomphosphaeria lacustris Chod. полностью отсутствовал, причем концентрация ионов меди была в пределах ПДК.

Диагностическим видом сообщества в устье р. Юрюзань являлась Fragilaria capucina. Группа характерных видов в этом створе не выделяется, исключая Fragilaria capucina , которая встречается в верховьях Павловского водохранилища. Это оли-госапроб, космополит, индифферент, обычно доминирующий в реках.

Исследования показали, что существует связь между выделенными сообществами индикаторных видов и биомассой автотрофного планктона, характеризующей разные уровни эвтрофирования на разных створах водохранилища. Сообщество Scenedesmus quadricauda-Synedra acus характеризует высокоэвтрофные условия в акватории водохранилища, сообщества Phacus pleuronectes-Anabaena circinalis и диагностический вид Fragilaria capucina – мезотрофные, а сообщество Gomphosphaeria lacustris- Synechococcus elongates – олиготрофные условия в водоеме.

Таким образом, проведенные нами исследования позволяют сделать следующие выводы:

• 1.    Для экосистемы Павловского водохранилища выделено 2 группы автотрофного планктона: 1 группа – сквозные виды, распространенные по всей территории водохранилища – Chlorella vulgaris и Microcystis pulverea, 2 группа – виды, характерные для разных створов.

• 2.    Дифференцированы 4 сообщества автотрофного планктона с двумя вариантами одного из них. Состав сообществ отражает изменения гидрологического и гидрохимического режимов водохранилища, а также степень его эвтрофирования на разных створах.

• 3.    Сообщество Scenedesmus quadricauda-Synedra acus (9 видов) включает виды, характерные для створов Магинск и Караидель. Внутри сообщества выделены 2 варианта: Dinobryon divergens-Aulacoseira granulata (8 видов) – для створа Магинск, Pediastrum tetras-Dictyospaerium anomalum (12 видов) – для створа Караидель. Сообщество Phacus pleuronectes-Anabaena circinalis (6 видов) характерно для створа Атамановка, Gom-phospaeria lacustris-Synechococcus elongates (2 вида) – на створе Верхний бьеф. Группа характерных видов в устье р. Юрюзань не выделяется, исключая Fragilaria capucina .

Авторы выражают искреннюю благодарность сотрудникам кафедры экологии Башкирского государственного университета д.б.н., профессору Б.М. Миркину и д.б.н., доценту, С.М. Ямалову и заведующему кафедрой ботаники Башкирского государственного университета, д.б.н., профессору А.Р. Ишбирдину за научные консультации и творческую помощь в процессе обработки материалов и подготовке статьи к печати.