Цианобактериальные цветения воды в пресноводных континентальных водоемах: обзор

Цианобактериальные цветения воды в пресноводных континентальных водоемах: обзор

Автор: Уманская М.В., Горбунов М.Ю., Тарасова Н.Г.

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Рубрика: Гидробиология - биологические науки

Статья в выпуске: 5 т.25, 2023 года.

Бесплатный доступ

Цианобактериальные цветения пресных континентальных водоемов являются в настоящее время одним из глобальных вызовов, стоящих перед человечеством. Расширение их масштабов, увеличение частоты связано с такими факторами, как увеличение численности населения, интенсификация земледелия, рост промышленного производства увеличение потребления полезных ископаемых, и глобальными климатическими изменениями. Массовое развитие цианобактерий вызывает разобщение звеньев первичных продуцентов и консументов, избыточное накопление биомассы цианобактерий и растворимых продуктов их метаболизма и автолиза, включая биологически активные вторичные метаболиты и цианотоксины, и способствует формированию гипоксических условий в водной толще. Цианобактериальные цветения значительно снижают потребительские качества водных экосистем, в том числе, их рекреационную привлекательность, качество воды и ее пригодность для использования в питьевых и хозяйственных целях. Основной причиной чрезмерного развития фитопланктона в пресных континентальных водоемах является поступление избыточного количества биогенных элементов, в первую очередь фосфора, а также уменьшение циркуляции воды, вызывающее застойные явления и высокие температуры воздуха, приводящие к избыточному прогреву воды в течение длительного периода. Подчеркивается необходимость проведения специализированного мониторинга с целью оценки и контроля факторов, способствующих массовому развитию тех или иных видов цианобактерий. В обзоре обсуждаются основные виды возбудители цветения в пресных водоемах, особенности их развития и экологические потребности, последствия цианобактериальных цветения для водных экосистем и населения. Подчеркивается необходимость сокращения внешней биогенной нагрузки на водоемы как важнейшего условия долговременного предотвращения цианобактериальных цветений. Приведен обзор различных внутриводоемных методов восстановления и реабилитации водоемов. Поскольку их эффективность сильно зависит от лимнологических и гидробиологических характеристик водоема, то выбор тех или иных методов должен проводится на основе полной и всесторонней характеристики экосистемы реабилитируемого водоема.

Еще

Континентальные водоемы, цианобактерии, цветение воды, биогенная нагрузка, мониторинг, мероприятия по предотвращению цветений

Короткий адрес: https://sciup.org/148327978

IDR: 148327978   |   DOI: 10.37313/1990-5378-2023-25-5-182-194

Список литературы Цианобактериальные цветения воды в пресноводных континентальных водоемах: обзор

  • Scientifi c Assessment of Freshwater Harmful Algal Blooms / C.B. Lopez, E.B. Jewett, Q. Dortch [и др.]. Washington, DC.: Interagency Working Group on Harmful Algal Blooms, Hypoxia, and Human Health of the Joint Subcommittee on Ocean Science and Technology, 2008. 79 p.
  • Wurtsbaugh W.A., Paerl H.W., Dodds W.K. Nutrients, eutrophication and harmful algal blooms along the freshwater to marine continuum // Wiley Interdisciplinary Reviews: Water. 2019. V. 6(5), e1373.
  • Huisman J., Codd G.A., Paerl H.W., Ibelings B.W., Verspagen J.M., Visser P.M. Cyanobacterial blooms // Nature Reviews Microbiology. 2018. V. 16. № 8. P. 471-483.
  • Reynolds C.S. Phytoplankton periodicity: the interactions of form, function and environmental variability// Freshwater biology. 1984. V. 14. № 2. P.111–142.
  • Reynolds C.S. The ecology of phytoplankton. Cambrige: Cambrige Univ. Press, 2006. 536 p.
  • Reynolds C.S., Huszar V., Kruk C., Naselli-Flores L., Melo S. Towards a functional classifi cation of the freshwater phytoplankton // Journal of plankton research. 2002. V. 24. № 5. Р. 417–428.
  • Padisák J., Crossetti L. O., Naselli-Flores L. Use and misuse in the application of the phytoplankton functional classifi cation: a critical review with updates // Hydrobiologia. 2009. V. 621. №. 1. P. 1-19.
  • Jankowiak J., Hattenrath Lehmann T., Kramer B.J., Ladds M., Gobler C.J. Deciphering the effects of nitrogen, phosphorus, and temperature on cyanobacterial bloom intensifi cation, diversity, and toxicity in western Lake Erie // Limnology and oceanography. 2019. V. 64. № 3. P. 1347-1370.
  • Корнева, Л. Г. Фитопланктон водохранилищ бассейна Волги [Под ред. А.И. Копылова] / Л.Г. Корнева. – Кострома: Костромской печатный дом, 2015. – 284 с.
  • Корнева, Л.Г. Структура и динамика фитопланктона больших мелководных зарастающих озер (Воже и Лача, Вологодская и Архангельская области, Россия) / Л.Г. Корнева, И.В. Митропольская, Н.Н. Макаренкова, А.И. Цветков // Труды Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН. – 2021. – № 94 (97). – С. 17-29.
  • Бабаназарова О.В. Уровень воды в мелководном высокоэвтрофном озере – фактор развития по макрофитовому или фитопланктонному типу (оз. Неро, Ярославская область) / О.В. Бабаназарова, С.И. Сиделев, С.М. Жданова, А.С. Литвинов, А.С. Овсеенко, К.П. Коровкина // Водные ресурсы. – 2018. – Т. 45. – № 6. – С. 645-655.
  • Gibson C.E., Fitzsimons A.G. Periodicity and morphology of planktonic blue green algae in an unstratifi ed lake (Lough Neagh, Northern Ireland) // Int. Rev. Gesamten Hydrobiol. 1982.V.67, № 4. P. 459-476.
  • Moed J.R., Hoogveld H.L. The algal periodicity in Tjeukemeer during 1968–1978 // Hydrobiologia. 1982. V. 95. P. 223-234.
  • Nõges P., Adrian R., Anneville O., Arvola L., Blenckner T., George G., Jankowski T., Jarvinen M., Maberly S., Padisiik J., Straile D., Teubner K., Weyhenmeyer G. The impact of variations in the climate on seasonal dynamics of phytoplankton // The impact of climate change on European lakes. Springer Netherlands, 2010, pp. 253-274
  • Ho J.C., Michalak A.M. Exploring temperature and precipitation impacts on harmful algal blooms across continental US lakes // Limnology and Oceanography. 2020. V. 65. №. 5. P. 992-1009.
  • Паутова, В.Н. Продуктивность фитопланктона Куйбышевского водохранилища / В.Н. Паутова, В.И. Номоконова. – Тольятти, 1994. – 188 с.
  • Тарасова, Н.Г. Состав, сезонная динамика и инвазийные виды фитопланктона Куйбышевского водохранилища: дис. ... канд. биол. наук / Тарасова Н.Г.. – Тольятти, 2005. – 146 c.
  • Жариков, В.В. Протисты и бактерии озер Самарской области [Под ред. В.В. Жарикова] / В.В. Жариков, М.Ю. Горбунов, С.В. Быкова, М.В. Уманская, Н.Г. Тарасова, Т.Н. Буркова, Н.Г. Шерышева, Ю.М. Ротарь. – Тольятти: Кассандра, 2009. – 240 с.
  • Шерышева, Н.Г. Экологическое состояние урбанизированного высокопродуктивного водоема (озеро Большое Васильевское) / Н.Г. Шерышева, М.В. Уманская, С.В. Быкова, М.Ю. Горбунов, Н.Г. Тарасова, Е.С. Кривина, О.В. Мухортова, Е.С. Краснова. – Тольятти, 2021. – 187 c.
  • Водоросли, вызывающие “цветение” водоемов северо-запада России. – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006. – 367 с.
  • Moal M., Pannard A., Brient L., Richard B., Chorin M., Mineaud E., Wiegand C.Is the Cyanobacterial Bloom Composition Shifting Due to Climate Forcing or Nutrient Changes? Example of a Shallow Eutrophic Reservoir // Toxins. 2021. V. 13. № 5. 351.
  • Havens K.E. Cyanobacteria blooms: effects on aquatic ecosystems // Cyanobacterial harmful algal blooms: state of the science and research needs. Advances in Experimental Medicine and Biology, v. 619. Springer, New York, NY, 2008. P. 733-747.
  • Moustaka-Gouni M., Sommer U. Effects of harmful blooms of large-sized and colonial cyanobacteria on aquatic food webs // Water. 2020. V. 12. №. 6. 1587.
  • Bouvy M., Pagano M., Troussellier M. Effects of a cyanobacterial bloom (Cylindrospermopsis raciborskii) on bacteria and zooplankton communities in Ingazeira reservoir (northeast Brazil) // Aquatic Microbial Ecology. 2001. V. 25. №. 3. P. 215-227.
  • Amorim C.A., do Nascimento Moura A. Ecological impacts of freshwater algal blooms on water quality, plankton biodiversity, structure, and ecosystem functioning // Science of the Total Environment. 2021. V. 758. 143605.
  • Корнева, Л.Г.Динамика морфофункциональных групп фитопланктона Рыбинского водохранилища и оценка качества его вод по индексу сообществ / Л.Г. Корнева, В.В. Соловьева // Водные ресурсы. – 2021. – Т. 48. – № 1. – С. 52-60.
  • Zhao K., Wang L., You Q., Zhang J., Pang W., Wang Q. Impact of cyanobacterial bloom intensity on plankton ecosystem functioning measured by eukaryotic phytoplankton and zooplankton indicators // Ecological Indicators. 2022. V. 140. 109028.
  • Louati I., Pascault N., Debroas D., Bernard C., Humbert J. F., Leloup J. Structural diversity of bacterial communities associated with bloom-forming freshwater cyanobacteria differs according to the cyanobacterial genus // PloS one. 2015. V. 10. № 11. e0140614.
  • Krztoń W., Kosiba J., Pociecha A., Wilk-Woźniak E. The effect of cyanobacterial blooms on bio-and functional diversity of zooplankton communities // Biodiversity and Conservation. 2019. V. 28. №. 7. P. 1815-1835.
  • Kosiba J., Wilk-Woźniak E., Krztoń W. The effect of potentially toxic cyanobacteria on ciliates (Ciliophora) // Hydrobiologia. 2019. V. 827. P. 325-335.
  • Xu H., Liu W., Zhang S., Wei J., Li Y., Pei H. Cyanobacterial bloom intensities determine planktonic eukaryote community structure and stability // Science of The Total Environment. 2022. V. 838. 156637.
  • Копылов, А.И. Многолетняя динамика гетеротрофного бактериопланктона в крупном эвтрофном водохранилище / А.И. Копылов, Д.Б. Косолпов, И.С. Микрякова // Биология внутренних вод. – 2020. – № 5. – С. 469-476.
  • Tirjaková E., Krajčovičová K., Illyová M., Vďačný P. Interaction of ciliate communities with cyanobacterial water bloom in a shallow, hypertrophic reservoir // Acta Protozoologica. 2016. V. 55. №. 3. P. 173-188.
  • Андреева, В.А. Свободноживущие инфузории Усинского залива (Куйбышевское водохранилище) в разгар цианобактериального «цветения» / В.А. Андреева, С.В. Быкова, М.В. Уманская, Н.Г. Тарасова // Известия Самарского научного центра РАН. – 2021. – Т. 23. – № 5. – С. 127-133.
  • Zhu, L., Zancarini, A., Louati, I., De Cesare, S., Duval, C., Tambosco, K., Bernard C., Debroas D., Song L., Leloup J., Humbert, J. F. Bacterial communities associated with four cyanobacterial genera display structural and functional differences: evidence from an experimental approach // Frontiers in Microbiology. 2016. V. 7. 1662.
  • Gromov B.V., Vepritsky A.A., Mamkaeva K.A., Voloshko L.N. A survey of toxicity of cyanobacterial blooms in Lake Ladoga and adjacent water bodies // Hydrobiologia. 1996. V. 322. № 1-3. P. 149-151.
  • Корнева, Л.Г. «Цветение» воды цианобактериями (синезелеными водорослями) – реальная угроза ухудшения качества воды в водохранилищах Волги / Л.Г. Корнева, Н.М. Минеева, А.И. Копылов // Материалы докладов Всероссийской конференции «Бассейн Волги в XXI веке: Структура и функционирование экосистем водохранилищ». – Ижевск, 2012. – С.135–138.
  • Корнева, Л.Г. Экология и метаболическая активность цианобактерий крупных разнотипных равнинных водохранилищ европейской части России / Л.Г. Корнева, В.В. Соловьева, С.И. Сиделев, Е.Н. Чернова, Я.В. Русских // Вопросы современной альгологии. – 2021. – № 2 (26). – С. 29-37.
  • Сиделев, С.И. Обнаружение цианобактериальных токсинов в источниках водоснабжения и водопроводной воде некоторых городов России: поиск продуцентов и апробация методов удаления / С.И. Сиделев, О.В. Бабаназарова // Водные ресусы. – 2020. – Т. 47. – № 2. – С. 218-229
  • Metcalf J.S., Codd G.A. Cyanotoxins // Ecology of cyanobacteria II: their diversity in space and time. Springer, Dordrecht. 2012. P. 651-675.
  • Moreira C., Vasconcelos V., Antunes A. Cyanobacterial blooms: Current knowledge and new perspectives // Earth. 2022. V. 3. № 1. P. 127-135.
  • Сиделев, С.И. Анализ фитопланктона Цимлянского водохранилища (Россия) на наличие цианобактериальных гепато- и нейротоксинов / С.И. Сиделев, Т.Б. Голоколенова, Е.Н. Чернова, Я.В. Русских // Микробиология. – 2015. – Т. 84. – № 6. – С. 732-742.
  • Chernova E., Sidelev S., Russkikh I., Voyakina E., Zhakovskaya Z. First observation of microcystinand anatoxin-a-producing cyanobacteria in the easternmost part of the Gulf of Finland (the Baltic Sea). Toxicon. 2019. V.157. P. 18-24.
  • Cooke G.D., Welch E.B., Peterson S., Nichols S.A. Restoration and management of lakes and reservoirs. Boka Raton, CRC Press, 2005. XX. 591 p.
  • O’Sullivan P.E., Reynolds C.S. The Lakes Handbook. V. 2. Lake Restoration and Reabilitation. Oxford: Blackwell Publishing, 2005. 560 p.
  • Visser P.M., Ibelings B.W., Bormans M., Huisman J. Artifi cial mixing to control cyanobacterial blooms: a review // Aquatic Ecology. 2016. V. 50. № 3. Р. 423-441.
  • Румянцев, В.А. Воздействие ультразвука малой интенсивности на состояние токсигенных цианбактерий / В.А. Румянцев, В.Н. Рыбакин, И.В. Рудский, А.Н. Коровин // Доклады РАН. Науки о Земле. – 2021. – Т. 498. – № 1. – С. 101-104.
  • Lürling M, Tolman Y. Beating the blues: Is there any music in fi ghting cyanobacteria with ultrasound? // Water research. 2014. V. 66. P. 361-73.
  • Lürling M, van Oosterhout F. Case study on the effi cacy of a lanthanum-enriched clay (Phoslock®) in controlling eutrophication in Lake Het Groene Eiland (The Netherlands) // Hydrobiologia. 2013. V. 710. P.253-63.
  • Huang I.S., Zimba P.V. Hydrogen peroxide, an ecofriendly remediation method for controlling Microcystis aeruginosa toxic blooms // Journal of Applied Phycology. 2020. V. 32. Р. 3133-3142.
  • Keliri E., Paraskeva C., Sofokleous A. Sukenik A., Dziga D., Chernova E., Brient L., Antoniou M.G. Occurrence of a single-species cyanobacterial bloom in a lake in Cyprus: monitoring and treatment with hydrogen peroxide-releasing granules // Environ Sci Eur. 2021. V. 33. № 1. P. 1-14.
  • Triest L., Stiers I., Van Onsem S. Biomanipulation as a nature-based solution to reduce cyanobacterial blooms // Aquatic ecology. 2016. V. 50. № 3. Р. 461-483.
  • Scheffer M., Hosper S.H., Meijer M.L., Moss B., Jeppesen E. Alternative equilibria in shallow lakes // Trends in ecology and evolution. 1993. V. 8. № 8. Р. 275-279.
  • Gulati R.D., Pires L.M.D., Van Donk E. Lake restoration studies: failures, bottlenecks and prospects of new ecotechnological measures // Limnologica. 2008. V. 38 (3–4). Р. 233-247.
  • Suttle C.A. Cyanophages and their role in the ecology of cyanobacteria // The ecology of cyanobacteria. Their Diversity in Time and Space. [Eds B.A. Whitton, M. Potts]. Springer, Dordrecht, 2002. Р. 563–589.
  • Singh D., Kaur G., Singh J., Satija S. Microbial Strategies for Controlling Harmful Cyanobacterial Blooms // Microbial Biotechnology: Basic Research and Applications. Environmental and Microbial Biotechnology. [Eds. J. Singh, A. Vyas, S. Wang, R. Prasad]. Springer, Singapore. 2020. P. 189-204.
  • Kobayashi Y., Hodoki Y., Ohbayashi K., Okuda N., Nakano S.I. Grazing impact on the cyanobacterium Microcystis aeruginosa by the heterotrophic fl agellate Collodictyon triciliatum in an experimental pond // Limnology. 2013. V. 14. № 1. Р. 43-49.
  • Mohamed Z.A., Al-Shehri A.M. Grazing on Microcystis aeruginosa and degradation of microcystins by the heterotrophic fl agellate Diphylleia rotans // Ecotoxicology and environmental safety. 2013. V. 96. Р. 48-52.
  • Xu S., Lyu P., Zheng X. Yang H., Xia B., Li H., Zhang H., Ma S. Monitoring and control methods of harmful algal blooms in Chinese freshwater system: a review // Environ Sci Pollut Res. 2022. V. 29. P. 56908–56927.
  • Toepel J., Wilhelm C., Meister A., Becker A., del Carmen Martinez-Ballesta M. Cytometry of freshwater phytoplankton // Methods in cell biology. 2004. V. 75. P. 375-407.
  • Patel R., de Oliveira A., Newby Jr R., Chu T. Flow cytometric analysis of freshwater cyanobacteria: A case study. Water. 2019. V. 11. № 7. 1422.
  • Howard M. D., Smith J., Caron D. A., Kudela R. M., Loftin K., Hayashi K., Fadness R., Fricke S., Kann J., Roethler M., Tatters A., Theroux S. Integrative monitoring strategy for marine and freshwater harmful algal blooms and toxins across the freshwater to marine continuum // Integrated Environmental Assessment and Management. 2022
  • Кутявина, Т.И. Использование нормализованного относительного альгоиндекса для оценки «цветения» воды в водохранилищах Вятско-Камского предуралья / Т.И. Кутявина, В.В. Рутман, Т.Я. Ашихмина // Теоретическая и прикладная экология. – 2021. – № 3. – С. 60-65.
  • Rolim S.B.A., Veettil B.K., Vieiro A.P. Kessler A.B., Gonzatti C. Remote sensing for map-ping algal blooms in freshwater lakes: a review // Environ Sci Pollut Res. 2023. P. 1-15.
  • Chernova E., Sidelev S., Russkikh I., Korneva L., Solovyova V., Mineeva N., Stepanova I., Zhakovskaya Z. Spatial distribution of cyanotoxins and ratios of microcystin to biomass indicators in the reservoirs of the Volga, Kama and Don Rivers, the European part of Russia // Limnologica. 2020. V. 84. 125819.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp