Межгодовая динамика летнего фитопланктона в устьевой области реки Казанки (г. Казань)

Устьевая область реки Казанки расположена в черте крупного промышленноурбанизированного центра, г. Казань (Среднее Поволжье). Она имеет важное природноэстетическое, рекреационное и экологическое значение, является частью системы гидроинже-нерной защиты города. Водные объекты, расположенные на территориях мегаполисов, нередко испытывают серьезную антропогенную нагрузку, которая часто приводит к развитию

эвтрофикации, токсификации. Изучение динамики развития фитопланктона, его качественного состава и показателей количественного развития, помогает определить уровень троф-ности водного объекта и его функционирование в целом. Количественные показатели развития летнего фитопланктона, в частности уровень летних значений биомассы, достаточно хорошо отражают трофическое состояние водоемов [1]. Изучение межгодовой динамики фитопланктона в устьевой области реки Казанки до настоящего времени проводилось эпизодически [3, 7, 8]. В связи с вышеизложенным, целью данной работы является анализ межгодовой динамики количественных показателей летнего фитопланктона в устьевой области реки Казанки в 2017–2019 гг.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проанализированы летние пробы фитопланктона с июня по август 2017–2019 гг., отобранные в ходе комплексной, гидробиологической и гидрохимической, экспедиции Института проблем экологии и недропользования АН РТ (г. Казань) по реке Казанке. Гидробиологические пробы отбирались ежемесячно на 15 станциях из поверхностного горизонта воды. Всего за период исследований было отобрано 99 количественных и качественных проб. Сбор и обработка проб фитопланктона проведена по общепринятым методикам [2]. Для идентификации видовой принадлежности водорослей использованы определители серий «Определитель пресноводных водорослей СССР» (1951– 1982 гг.) и «Süβwasserflora von Mitteleuropa» (1983–2005 гг.) и др. К доминирующим отнесе- ны виды, численность и/или биомасса которых составляла не менее 10% от общей, к субдоминантам – от 5 до 10% [6]. Характеристика трофического состояния устьевой области реки дана по классификации И.С. Трифоновой [5]: биомасса < 1 мг/л – олиготрофный тип водоема; 1–5 мг/л – мезотрофный; 5–10 мг/л – эвтрофный; > 10 мг/л – высокоэвтрофный водоем. Гидрометеорологические данные получены из открытого ГИС-портала в сети Интернет по адресу:

Исследуемые годы достоверно различались (p<0.05) по количеству выпавших осадков и схожи по температуре воздуха. Летний период 2017 г. был дождливее, чем 2018 г. В августе 2019 г. отмечено значительное превышение (в 1.72 раза) количества выпавших осадков от нормы (рис. 1).

Рис. 1. Изменчивость величин гидрометеорологических факторов в 2017–2019 гг.

В летний период 2017 г. на территории г. Казани количество выпавших осадков составило 48–95 мм (79–142% от нормы), в 2018 – 26– 59 мм (44–87% от нормы), в 2019 – 41–104 (66– 172% от нормы); среднемесячная температура в 2017 г. – +15.6…+19.7˚С (отклонение от нормы составило -2.5…+2˚С), в 2018 г. – +16.9…+22.3˚С (-1.2…+2.2˚С от нормы), в 2019 г. – +16.0…+19.0˚С (-1.7…+0.9˚С от нормы).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В пробах летнего фитопланктона в устьевой области реки Казанки встречено 163 вида и внутривидовых таксона из 8 систематических отделов: Cyanophyta (Cyanoprokaryota) – 28, Bacillariophyta – 38, Chrysophyta – 11, Xantophyta – 3, Cryptophyta – 5, Dinopyta – 3, Euglenophyta – 7 и Chlorophyta – 68. Состав аль-гофлоры летнего планктона в основном формируют зеленые водоросли (41% в общем списке таксонов). На втором и третьем местах по видовому богатству – диатомовые (23%) и синезеленые (17%).

В эколого-географическом отношении основу альгофлоры составляют планктонные виды (54% от общего числа встреченных таксонов), доля литоральных форм – 9%, отмечено 3 бентосных вида (1%) и 4 обитателя обрастаний

(2%). Доля космополитов превышает 80% от общего числа видов, для которых известно географическое распространение; в водах встречены бореальные (4%), северо-альпийские (1%) виды. По отношению к количеству растворенных солей большинство видов, имеющих индикаторную значимость, являются пресноводными (доля индифферентов составила 47%); встречены олигогалобы (7%), 8 видов галофилов (4%) и 3 галофоба (1%). Из видов с известным отношением к рН преобладают индиффе-ренты (21%), доля алкалифиллов составила 13%. Из показателей сапробности преобладают индикаторы β -мезосапробных условий – 48 видов (29%), отмечены o-β -мезосапробы – 15 видов (9%), α -мезосапробы – 8 видов (5%). Доля индикаторов o -, β-o -, o-α -, β-α -, α-β -, α-ρ - зон сапробности не превышает 3% (для каждого).

2017 г. В летнем фитопланктонном сообществе активно развивались синезеленые (до 93.9% от общей численности, до 41.6% от общей биомассы), диатомовые (55.9% и 75.4%), зеленые (13.2% и 10.6%), динофитовые и крип-тофитовые (41.9% и 15.4% от общей биомассы). Максимальные значения численности аль-гофлоры отмечены в июле-августе (124.5±9.7– 129.9±27.0 млн кл/л) с доминированием синезе-

Рис. 2. Летняя динамика численности (млн кл./л) и биомассы (мг/л) фитопланктона

леных (доля составила 88.0–93.9% от общей численности), биомассы – в июле (26.5±5.3 мгл) за счет развития синезеленых (41.6%), криптофитовых (36.7%) и зеленых (10.6%) водорослей. В июне «цветение» воды было вызвано диатомовыми водорослями (56% от общей численности и 75% от общей биомассы), численность которых составила 10.8 млн кл/л. Динофитовые активно вегетировали в августе (41.9% от общей биомассы).

Доминирующий комплекс синезеленых был представлен Planktothrix agardhii (Gom.) Anagn. et. Kom., Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs. и Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Breb.; диатомовых – центричными формами и Nitzschia sp . ; криптофитовых – Chroomonas acuta Uterm. и видами р. Cryptomonas; динофитовых – Ceratium hirun-dinella (O.F.M.) Scrank ; зеленых – виды р. Chlamydomonas и р. Carteria.

Среднее значение численности в летний период 2017 г. составило 91.2±13.5 млн кл./л, биомассы – 19.8±4.1 мг/л, что отражает высокий трофический статус реки Казанки на исследованном участке (рис. 2).

2018 г. Структура фитопланктона представлена преимущественно синезелеными (до 95.1% от общей численности, до 67.6% от общей биомассы) и диатомовыми (36.7% и 81.9%) (рис. 3). Доля зеленых, динофитовых и криптофитовых, как по численности, так по биомассе, не превышала 10.0% (для каждого). Максимальная численность летней альгофлоры отмечена в июле-августе (131.7±22.6– 170.9±15.3 млн кл./л) за счет «цветения» синезеленых водорослей c доминированием P. agardhii, Aph. flos-aquae и An. flos-aquae. Диатомовые (центричные формы диатомей и Synedra sp.) развивались преимущественно в июне (36.7% от общей численности и 81.9% от общей биомассы).

Среднее значение численности в летний период 2018 г. составило 108.7±13.7 млн кл./л, биомассы – 6.9±0.7 мг/л, что соответствует уровню эвтрофии.

2019 г. В структуре фитопланктонного сообщества преобладали синезеленые (до 95% от общей численности, до 77% от общей биомассы), диатомовые (до 28% и до 70%) и зеленые водоросли (до 15% и до 24%). Максимальная численность (95.0±20.0 млн кл./л) альгофлоры отмечена в августе за счет «цветения» синезеленых водорослей (95.2% от общей численности и 77.9% от общей биомассы). В июне–июле преобладали диатомовые, синезеленые и зеленые водоросли. Доминирующий комплекс синезеленых представлен P. agardhii, Aph. flos-aquae, An. flos-aquae, Pseudanabaena limnetica (Lemm.) Kom, Merismopedia minima G. Beck.; диатомовых – центричными формами, Synedra sp., Nitzschia sp., зеленых – Coelastrum microporum Näg., представители р. Chlamydomonas и р. Scenedesmus.

Среднее значение численности за летний период составило 52.9±10.6 млн кл./л, биомассы – 4.6±1.0 мг/л, что соответствует мезотрофным условиям в реке в 2019 г.

Анализ межгодовой динамики структурных характеристик фитопланктона позволил выделить ряд признаков летней сукцессии в устьевой области реки Казанки. Основная роль в формировании структурных характеристик летнего фитопланктона принадлежит диатомовым и синезеленым водорослям, преимущественно обуславливающим летние максимумы численности и биомассы. Немаловажное значение играют криптофитовые, динофитовые и зеленые водоросли, интенсивность вегетации которых характеризуется межгодовой изменчивостью. В устьевой области реки Казанки диатомовые развиваются преимущественно в июне, синезеленые и динофитовые – в июле–августе, зеленые и криптофитовые – в июне–июле– августе.

В течение летнего вегетационного сезона 2017–2019 гг. пик численности фитопланктона приходится на июль-август и вызван массовым развитием синезеленых водорослей (до 95% общей численности и до 80% общей биомассы).

Рис. 3. Доля отделов от общей численности и биомассы фитопланктона

За три года исследования доля диатомовых от общей численности варьировала в пределах 1–55%, от общей биомассы – 5–81%; синезеленых – 15–95% и 0.6–77%; зеленых – 2– 15% и 3–24%; криптофитовых – 0.4–9% и 1– 36%; динофитовых – 0.01–0.1% и 0.1–41%; эвгленовых – 0–0.4% и 0–1%; золотистых – 0.1– 8% и 0.3–2%, желтозеленых – 0–0.03 и 0–0.1%.

В летний период 2017–2019 гг. уровень трофии в устьевой области реки Казанки варьировал от мезотрофных условий (2019 г.) до высокой трофии (2017 г.). В 2018 г. значение биомассы фитопланктона соответствовало эвтрофным условиям (табл. 1). В целом, по численности и биомассе фитопланктона, состояние воды с 2017 по 2019 гг. изменилось в сторону улучшения качества. Высокая трофия в 2017 г. (по сравнению с 2018 и 2019 гг.) обусловлена активным развитием миксотрофных флагеллят (криптофитовых и динофитовых водорослей), что свидетельствует о повышенной антропогенной нагрузке на водоем в данный период.

Видовая структура биоценозов характеризуется числом видов, составляющих то или иное сообщество, их биомассой и численностью. Элементы видовой структуры сообществ, прежде всего видовое богатство и видовое разнообразие, чутко реагируют на изменение условий их обитания и закономерно меняются в ходе сукцессий [4]. Одним из наиболее распространенных показателей простоты или сложности организации биотических сообществ является индекс Шеннона. Во время массового развития синезеленых (июль, август) структура альгофлоры проявляет черты упрощения – наблюдается уменьшение видового разнообразия и выравненности (табл. 1).

Таблица 1

Экологические показатели устьевой области реки Казанки по фитопланктону

Год	Показатель	Июнь	Июль	Август
2017	Индекс Шеннона	3.12±0.19	1.68±0.37	1.15±0.08
	Индекс Пиелу	0.56±0.03	0.34±0.06	0.21±0.01
	Биомасса, мг/л	18.3±3.5	26.5±5.3	14.7±3.3
	Тип трофности	высокоэвтрофный	высокоэвтрофный	высокоэвтрофный
2018	Индекс Шеннона	2.50±0.14	1.21±0.19	0.85±0.20
	Индекс Пиелу	0.61±0.03	0.27±0.03	0.20±0.04
	Биомасса, мг/л	6.4±1.1	6.5±0.7	7.9±0.3
	Тип трофности	эвтрофный	эвтрофный	эвтрофный
2019	Индекс Шеннона	2.93±0.14	2.25±0.32	1.15±0.33
	Индекс Пиелу	0.67±0.02	0.52±0.06	0.26±0.07
	Биомасса, мг/л	3.8±1.3	5.2±0.8	4.9±0.8
	Тип трофности	мезо-эвтрофный	мезо-эвтрофный	мезо-эвтрофный

Примечание: индексы Шеннона (бит./экз.) и Пиелу рассчитаны по численности.

Минимальные значения индекса видового разнообразия Шеннона отмечены в августе (0.85–1.15 бит/экз.), что свидетельствует об относительно низкой стабильности среды обитания фитопланктона в этот период по сравнению с другими месяцами (в июне – 2.50–3.12 бит/экз., в июле – 1.21–2.25 бит/экз). Низкие значения индексов Шеннона сопровождаются низкими значениями индексов выравненности Пиелу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В летний период 2017–2019 гг. в устьевой области реки Казанки отмечено видовое разнообразие фитопланктона – обнаружено 163 вида и внутривидовых таксона из 8 отделов: Cyanophyta – 28, Bacillariophyta – 38, Chrysophyta – 11, Xantophyta – 3, Cryptophyta – 5, Dinopyta – 3, Euglenophyta – 7, Chlorophyta – 68. Состав альгофлоры летнего планктона в основном формируют зеленые водоросли (29% в общем списке таксонов). На втором и третьем местах по видовому богатству – синезеленые и диатомовые (по 12–16%). Основу фитопланктонного сообщества составляют широко распространенные планктонные, пресноводные виды, обитатели нейтральных вод.

В составе альгофлоры наиболее значимую роль в летней сукцессии играют диатомовые и синезеленые водоросли, которые и обуславливают основные максимумы численности и биомассы в летние месяцы. «Вспышка» значений структурных показателей фитопланктона приходится на июль-август и вызвана массовым развитием синезеленых водорослей, составлявших до 95% общей численности и до 80% общей биомассы фитопланктона. Диатомовые доминируют в начале лета – в июне. Немаловажное значение в формировании структурных характеристик летнего фитопланктона принадлежит криптофитовым, зеленым и динофито-вым.

Во время массового развития синезеленых структура альгофлоры проявляет черты упрощения – наблюдается уменьшение видового разнообразия и выравненности. По индексу Шеннона август характеризуется относительно низкой стабильностью среды обитания фитопланктона по сравнению с июнем-июлем.

В летний период 2017–2019 гг. уровень трофии в устьевой области реки Казанки варьировал от мезотрофных условий (2019 г.) до высокой трофии (2017 г.). По значениям численности и биомассы фитопланктона, состояние воды с 2017 по 2019 гг. изменилось в сторону повышения качества воды.