Летние планктонные сообщества реки Северной Двины и ее притоков

В летний период 2021 г. были проведены работы по комплексному исследованию притоков верхнего течения р. Северной Двины с целью развития аквакультуры. Фитопланктон является одним из важнейших элементов водных экосистем, участвующих в формировании качества вод. Количественные и качественные характеристики сообщества микроводорослей отражают экологическое состояние водных объектов и могут быть использованы для планирования и проведения природоохранных мероприятий.

В ходе исследований были изучены состояния фитопланктонного и зоопланктонного сообществ, оценка качества вод рек Кодима, Юмиж, Ноза, Сойга, Авнюга, Уфтюга, Лябла, Евда и Вонгода по гидробиологическим показателям,

Summer plankton communities of the Northern Dvina River and its tributaries

I.Y. Makedonskaya, E.V. Medvedeva, N.G. Otchenash

The work is a part of a comprehensive study of the rivers of the south-east of the Arkhangelsk region, carried out with the aim of developing aquaculture in inland waters. Qualitative and quantitative characteristics for the plankton communities state of the Northern Dvina River such as species composition, abundance, and biomass were obtained in the summer period of 2021. For tributaries these characteristics were obtained for the first time. The species diversity of phytoplankton and the saprobiological state of waters were assessed using indices. An assessment of the watercourses trophicity was carried out. 133 taxa of microalgae from eight systematic divisions, and nine zooplankter species of three taxonomic groups have been identified. The basis of the algoflora has been established to be diatoms, green algae, and cyanobacteria. Zooplankton communities were characterized as cladocerne-rotifers, with a significant predominance of cladocerans. The data obtained can be used for ecological monitoring of the region aquatic ecosystems, for assessing the fish productivity of water bodies, and calculating the damage to aquatic biological resources from economic activity.

Материалы и методы

Материалом для данной работы послужили девять проб фито- и зоопланктонов, отобранных на девяти притоках р. Северной Двины в пределах Архангельской области, и семь проб фитопланктона, отобранных в русле этой же реки в августе 2021 г. (рис. 1). Отбор и обработка проб фитопланктона осуществлялись стандартными методами [1, 2]. Пробы для

Рисунок 1. Карта-схема расположения точек отбора проб в притоках р. Северной Двины в августе 2021 г.

Figure 1. The scheme of sampling points in the Northern Dvina River tributaries in August,

количественного и качественного анализов фитопланктона отбирались с поверхностного горизонта в количестве 1 л и фиксировались 40 %-ным раствором формалина в количестве 50 мл. Пробы концентрировались традиционным методом осаждения до 1 мл. Микроскопирование материала проводилось с помощью светового микроскопа «БиОптик С-300». Количество клеток микроводорослей подсчитывалось под всей поверхностью покровного стекла. Объем одной подпробы составил 0.05 мл. Расчет биомассы проводился с помощью таблиц размеров и весов (масс) фитопланктона [3].

Индекс сапробности определялся по методу Пантле-Бук-ка в модификации Сладечека. Чем больше индекс сапробно-сти, тем выше уровень загрязнения вод. Индекс сапробности для I класса качества вод (очень чистые) – меньше 1.00; для II (чистые) – в пределах от 1.00 до 1.5 включительно; для III (умеренно загрязненные) – от 1.51 до 2.50 включительно; для IV (загрязненные) - от 2.51 до 3.50 включительно; для V (грязные) – от 3.51 до 4.00; для VI класса (очень грязные) – более 4.00 [4]. Определение видового состава фитопланктона осуществляли с использованием определителей микроводорослей [5–9].

Зоопланктонные пробы отбирались с поверхностного горизонта путем процеживания 100 л воды через качественную планктонную сеть Апштейна (газ № 49), с последующей фиксацией 40 %-ным формалином [1]. Отобранный материал обрабатывался камерально, путем визуализации с использованием стереоскопического микроскопа «БиОптик CS-200» и лабораторного микроскопа «БиОптик С-300».

На основе численности всех обнаруженных в исследованных озерах видов фито- и зоопланктона были рас считаны индексы: для оценки структуры и вырав-ненности сообщества – информационный индекс Шеннона, для определения видового богатства - индекс Маргалефа [10, 11]. Для сравнения видового состава фитопланктона озер - индексы Чеканов-ского-Серенсена и Жаккара [12].

Результаты и их обсуждение

Северная Двина – крупная судоходная река на севере европейской части России, протекающая в Вологодской и большей частью в Архангельской областях. Образуется слиянием рек Сухона и Юг и впадает в Двинскую губу Белого моря. До впадения р. Вычегды называется Малой Северной Двиной, а после впадения р. Вычегды - Большой Северной Двиной. Общая протяженность Северной Двины – 744 км, в том числе Малой - 74 км, Большой - 670 км. Ширина варьирует от 250 до 2500 м. Площадь северодвинского водосбора - 357 тыс. км2, из них порядка 80 % приходится на леса, 8 % – на болота, 0.4 % – на 17 602 озера, остальные территории относятся к пойменным лугам и антропогенному ландшафту. Речная сеть развита очень сильно – в ее состав входит 61 878 рек и ручьев, средняя густота речной сети по бассейну составляет 0.58 км/км2 [13].

Северная Двина – типично равнинная река.

Имеет многочисленные перекаты и острова. Русло относительно прямолинейное. Ниже устья р. Вычегды берега высокие, обрывистые, ширина русла увеличивается почти в два раза; в расширениях долины русло образует крупные излучины, разветвляется. В р. Северную Двину впадает 91 приток [14]. Исследуемые притоки впадают в Большую Северную Двину, где ширина реки варьирует от 600 м до 2 км. По данным государственного водного реестра России, все исследованные притоки относятся к Двинско-Печорскому бассейновому округу, водохозяйственный участок реки – Северная Двина от впадения р. Вычегды до впадения р. Ваги, речной подбассейн реки – Северная Двина ниже места слияния рек Вычегды и Малой Северной Двины. Речной бассейн реки – Северная Двина [15]. Все притоки расположены на территории Архангельской области, гидрологическая характеристика которых представлена в табл. 1. Также были отобраны пробы в семи точках р. Северной Двины, расположенных на расстоянии от 90 до 558 км от ее устья.

Фитопланктон. Фитопланктонное сообщество исследованных рек представлено распространенными видами пресноводной альгофлоры и состояло преимущественно из диатомовых, зеленых микроводорослей и цианобактерий. Выявлено 132 таксона микроводорослей из восьми систематических отделов, что хорошо коррелирует с аналогичными данными по руслу р. Северной Двины (табл. 2). Такое соотношение таксономических единиц в альгоценозах водоемов характерно для европейской части территории России.

Сравнение видового состава фитопланктонного сообщества между притоками и руслом р. Северной Двины про-

Таблица 1

Гидрологическая характеристика притоков р. Большой Северной Двины

Table 1

The hydrological characteristics of tributaries of the Bolshaya Northern Dvina River

Название притока, река	Длина реки, км	Расстояние от устья р. Северной Двины до устья притока, км	Площадь водозаборного бассейна, км2	С какого берега впадает
Кодима	182	442	1570	левый
Юмиж	180	445 в протоку Курья	1220	левый
Ноза	44	484	не определена	левый
Сойга	110	502	не определена	левый
Авнюга	32	543	571	левый
Уфтюга	236	547 в протоку Песчаный Полой	6300	правый
Лябла	48	616	213	левый
Евда	59	624	329	левый
Вонгода	58	652	352	левый

Таблица 2

Таксономический состав фитопланктона исследованных притоков р. Северной Двины в августе 2021 г.

Table 2

Taxonomic composition of phytoplankton of the studied tributaries of the Northern Dvina River in August 2021

Отделы Протоки, река	Количество видов
	3:	z d	* 2	5	о	2	2	5	5	e	s
Bacillariophyta	20	40	36	21	19	28	24	25	24	75	61
Chlorophyta	5	12	9	4	9	9	13	9	13	32	47
Cyanobakteria	1	4	2	3	1	4	3	-	5	11	10
Charophyta	-	-	3	1	1	1	-	-	1	4	-
Ochrophyta	1	-	-	1	1	-	-	1	-	3	4
Cryptista	-	-	-	-	-	-	1	-	-	1	1
Miozoa	-	1	-	1	-	-	3	-	-	3	3
Euglenozoa	1	3	2	2	1	1	3	2	3	3	4
Всего	28	60	52	33	32	43	47	37	46	132	130

высоком уровне, что вполне соответствует периоду отбора проб (гидрологическое лето). В русле р. Северной Двины среднее значение численности фитопланктона (84.30 млн кл./м3) оказалось значительно выше аналогичных значений по притокам, а среднее значение биомассы – ниже таковых значений в притоках (рис. 2).

Комплекс видов, доминирующих по численности и биомассе, преимущественно состоял из представителей отделов BaciLLariophyta, Chlo-rophyta и Cyanobakteria. Однако видовой состав данного комплекса сильно различался как между притоками р. Северной Двины, так и между притоками и руслом реки.

Средняя общая численность фитопланктона в летний период 2021 г. в исследуемых притоках составляла 38.23 млн кл./м3. Максимальным этот показатель был в р. Кодиме (71.60 млн кл./м3), минимальная же численность фитопланктона (12.30 млн кл./м3) зафиксирована в р. Вонго-де. Уровень биомассы фитопланктона во всех водотоках был относительно высоким (общее среднее – 378.94 мг/м3), минимальное значение наблюдалось в р. Вонгоде (21.73 мг/м3), а максимальное – в р. Уфтюге (2366.50 мг/м3). В целом, показатели обилия фитопланктона находились на достаточно fluviatilis. В р. Авнюге по численности преобладали цианобактерия Anabaena sp. и диатомовые Epithemia sorex Kütz-ing 1844 и Cocconeis placentula Ehrenberg 1838. Основную

Таблица 3

Индексы сходства фитопланктонного сообщества притоков и русла р. Северной Двины (август 2021 г.)

Table 3

Similarity indices of the phytoplankton community of tributaries and the riverbed of the Northern Dvina River (August 2021)

Реки	Индекс сходства Кj	Индекс сходства Кs/ch
Вонгода / русло С. Двины	0.15	0.2
Кодима / русло С. Двины	0.15	0.22
Юмиж / русло С. Двины	0.19	0.24
Ноза / русло С. Двины	0.14	0.2
Сойга / русло С. Двины	0.16	0.21
Авнюга / русло С. Двины	0.17	0.22
Уфтюга / русло С. Двины	0.2	0.25
Лябла / русло С. Двины	0.18	0.24
Евда / русло С. Двины	0.2	0.25
Все притоки / русло С. Двины	0.3	0.31

• ■ Биомасса, мг м3  ■ Численность млн. клУмЗ

• р. С .Двина ■   '

р. Евда Г р. Л я бла Г

_ р. Уфт юг а е с р. Авнюга |^^ с. р. Сойга | р. Нота Г р. Юмиж Г р. Колима ■ р. Вонгода I

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

Рисунок 2. Показатели численности и биомассы фитопланктона притоков р. Северной Двины (август 2021 г.).

Figure 2. Indicators of phytoplankton abundance and biomass of tributaries of the Northern Dvina River (August, 2021).

По значениям биомассы фитопланктона была проведена оценка трофического состояния исследованных водотоков в летний сезон. Практически все притоки и р. Северная Двина характеризуются как олиготрофные, а воды р. Уфтюги – как мезотрофные [16].

Индекс сапробности фитопланктона варьировал в диапазоне от 1.62 (р. Лябла) и до 1.80 (р. Сойга) (см. табл. 3). Са-пробиологическое состояние вод исследованных притоков р. Северной Двины соответствовало олиго-0-мезосапробной зоне (индекс сапробности 1.5–2.5), или II классу качества вод с умеренным содержанием органических веществ (умеренно загрязненные) [4, 17].

видов фитопланктона отмечена в р. Кодиме, а самая маленькая – в р. Вонгоде (табл. 4).

Зоопланктон. Видовой состав зоопланктонных сообществ исследованных водоемов был представлен девятью зоопланктерами: Cladocera (веслоногие рачки) - шесть видов, Copepoda (ветвистоусые рачки) – один вид; Rotatoria (коловратки) – два вида.

По количественному и качественному составам зоо-планктонные сообщества всех исследованных притоков р. Северной Двины характеризовались как кладоцер-но-коловраточные, со значительным преобладанием кладоцер (табл. 5). В большинстве случаев в доминирующую группу входили мелкие кладоцеры Bosmina longirostris,

Таблица 4 Значения индекса сапробности по В. Сладечеку, индекса видового богатства Маргалефа и индекса видового разнообразия Шеннона-Уивера по численности и биомассе в притоках р. Северной Двины (август 2021 г.)

Table 4 Values of the saprobity index according to V. Sladechek, the Margalef species richness index and the Shannon-Weaver species diversity index in abundance and biomass in the tributaries of the Northern Dvina River (August, 2021)

Притоки, река	S	H 1	H	Mg
Вонгода	1,69	3,77	2,93	2,87
Кодима	1,72	4,42	2,72	5,28
Юмиж	1,79	4,67	4,42	4,74
Ноза	1,76	4,30	3,47	3,24
Сойга	1,80	3,72	3,30	3,13
Авнюга	1,70	3,80	3,32	3,84
Уфтюга	1,77	4,03	0,31	4,18
Лябла	1,62	4,52	3,89	3,67
Евда	1,74	4,43	3,10	4,21
Среднее	1,73	4,18	3,05	3,91
С. Двина	1,63	4,10	3,21	3,78

Условные обозначения: S - значения индекса сапробности по В. Сладе-чеку, H ' 1 - значения индекса разнообразия Шеннона-Уивера по численности, H ^Ꞌ ₂ – значения индекса разнообразия Шеннона-Уивера по биомассе, Mg – значения индекса видового богатства Маргалефа.

S - values of the saprobity index by V. Sladechek, H ' 1 - values of the ShannonWeaver diversity index by abundance, H ' ₂ - values of the Shannon-Weaver diversity index by biomass, Mg – values of the Margalef species richness index.

Таблица 5

Структура зоопланктонных сообществ притоков р. Северной Двины (август 2021 г.)

Structure of zooplankton communities of tributaries of the Northern Dvina River (August 2021)

Table 5

Таксоны	Число видов, шт.	Доля от общей численности, %	Доля от общей биомассы, %
Cladocera	6	87	93,2
Copepoda	1	2,2	6,3
Rotatoria	2	10,8	0,5
Итог	9	100	100

Bosmina (Eubosmina) coregoni, Chydorus sphaericus и дафнии. Исключение составила р. Сойга, где в значительных количествах присутствовали мелкие коловратки Euchlanis dilatata.

Количественные показатели зоопланктона были повсеместно невысоки, средние значения общей численности и общей биомассы составляли 511 экз/м3 и 14.217 мг/м3 соответственно. Индекс сапробности, рассчитанный по зоо-планктонным видам-индикаторам, колебался в пределах от 1.36 (р. Уфтюга) до 1.5 (р. Сойга) и составил в среднем 1.41, что позволяет классифицировать воды большинства исследованных притоков как олигосапробные, соответствующие I классу качества вод (условно чистая). Исключение составляет р. Сойга, сапробиологическое состояние вод которой соответствовало олиго-0-мезосапробной зоне, или II классу качества вод (слабо загрязненные). В целом, особенности видового состава и количественные показатели соответствовали литературным данным о зоо-планктонных сообществах северного полушария текущего вегетационного периода [18]. Результаты исследований позволяют отнести притоки р. Северной Двины к олиготрофным водоемам, малокормным для рыб-планктофагов [19, 20].

Заключение

Исследования планктонных сообществ притоков р. Северной Двины проводились впервые и являются частью комплексных исследований рек юго-востока Архангельской области для определения возможности развития аквакультуры на внутренних водоемах. Выявлено, что фитопланктон исследованных водотоков состоит преимущественно из микроводорослей из отделов Bacillariophyta (Диатомовые водоросли), Chlorophyta (Зеленые водоросли) и Cyanobakteria (Цианобактерии). Наибольшее количество видов обнаружено в реках Кодиме и Юмиже, а наименьшее – в р. Вонгоде. Значения индексов сходства Жаккара и Чекановского-Серенсена между притоками и руслом р. Северной Двины показывают небольшое сходство видового состава фитопланктона между исследованными водотоками.

Минимальная численность фитопланктона зафиксирована в р. Вонгоде, а максимальная - в р. Кодиме. Минимальное значение биомассы микроводорослей также наблюдалось в р. Вонгоде, а максимальное – в р. Уфтюге. Показатели обилия фитопланктона были на достаточно высоком уровне, что вполне соответствует периоду отбора проб (гидрологическое лето).

Трофическое состояние исследованных притоков р. Северной Двины в летний сезон по значениям биомассы фитопланктона определено как олиготрофное, а для р. Уфтюги - как мезотрофное. Значения индекса биоразнообразия Шеннона-Уивера по численности и биомассе фитопланктона были довольно высокими (особенно в реках Юмиже, Лябле, Евде, Кодиме), что свидетельствует о сложности структуры сообществ фитопланктона и их вполне благополучном состоянии.

Значения индекса Маргалефа указывают на самую высокую плотность видов фитопланктона в р. Кодиме, а на самую низкую – в р. Вонгоде. Сапробиологическое состояние вод исследованных притоков р. Северной Двины соответствовало олиго-0-мезосапробной зоне (индекс сапробности 1.5-2.5), или II классу качества вод с умеренным содержанием органических веществ (слабо загрязненные).

Зоопланктонные сообщества исследованных водоемов характеризовались как кладоцерно-коловраточные, со значительным преобладанием кладоцер. Водоемы по уровню биомассы классифицировались как олиготрофные, малокормные для рыб-планктофагов. Воды большинства исследованных притоков классифицируются как олигоса-пробные, соответствующие I классу качества вод (условно чистая), кроме р. Сойги, сапробиологическое состояние вод которой соответствовало олиго-0-мезосапробной зоне, или II классу качества вод (слабо загрязненные).

Материалы исследований можно использовать для разработки программ экологического мониторинга водных экосистем региона, оценки рыбопродуктивности водоемов Архангельской области и расчета ущерба водным биоресурсам от хозяйственной деятельности. Для получения статистически более достоверных данных требуется продолжить изучение планктонных сообществ пресных водотоков Архангельской области.