ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 2, с. 212-221
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 574.5(282)
МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФИТОПЛАНКТОНА АРГАЗИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА (ЮЖНЫЙ УРАЛ)1
© 2015 г. Л. В. Снитько, В. П. Снитько
Ильменский государственный заповедник им. В.И. Ленина УрО РАН 456300 г. Миасс Челябинской обл., Ильменский заповедник E-mail: snitko896@yandex.ru Поступила в редакцию 19.02.2012 г.
Рассмотрены долговременные изменения и особенности структуры сообщества фитопланктона Ар-газинского водохранилища, расположенного в горно-лесной зоне Южного Урала и подверженного комплексному бытовому и техногенному загрязнению. Абсолютное доминирование диатомовых водорослей сохраняется в течение нескольких десятилетий. Локальные загрязнения водохранилища отражаются в пространственной неоднородности показателей развития фитопланктона. Показано, что многолетние изменения сезонной динамики биомассы и структуры сообщества фитопланктона обусловлены антропогенным и природно-климатическим воздействиями.
Ключевые слова: фитопланктон, водохранилище, техногенное загрязнение, евтрофирование, качество воды, Южный Урал.
Б01: 10.7868/80321059615020133
Южный Урал — регион с дефицитом водных ресурсов, обусловленным малой водностью верховьев рек и развитой промышленностью. Долговременные изменения сообществ фитопланктона наиболее значимы для оценки качества вод в условиях комплексного антропогенного загрязнения, обусловленного как бытовой, так и техногенной составляющей. Водоросли планктона, массово развиваясь, способны существенно менять химический состав и качество воды. Изменениям развития фитопланктона при трансформации водных экосистем посвящено много работ [1, 4, 8, 11, 14-16, 18-20, 22, 23]. Недостаточно изученным остается общее направление изменений сообществ фитопланктона в современных условиях комплексной антропогенной нагрузки [21].
Аргазинское водохранилище, собирающее воды верхнего течения р. Миасс, — крупнейший водоем и главный источник водоснабжения региона и, одновременно, объект, подверженный бытовому и наиболее интенсивному техногенному загрязнению. Притоки реки, образующие водохранилище, собирают воду с сульфидно-силикатных отвалов промышленной площадки Карабашского медеплавильного комплекса и ежегодно выносят
1 Работа выполнена при частичной поддержке Программы
Президиума УрО РАН (проект 12-С-5-1009).
непосредственно в верхний бьеф водоема тысячи тонн солей меди, цинка, железа, марганца, сульфат-ионов, свинца, никеля, кадмия [5, 6]. Горно-добывающий комплекс и техногенная зона существуют более ста лет — с 1910 г. Обследования экологического состояния водоема проводили в разные периоды [5, 6, 15].
Цель данной работы — оценка неоднородности распределения фитопланктона по акватории водохранилища и оценка долговременных изменений состояния сообществ фитопланктона в условиях продолжающегося интенсивного техногенного и евтрофирующего воздействия за период 1978—2011 гг.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Площадь Аргазинского водохранилища при заполнении в проектных границах составляет 113 км2, средняя глубина — 6.5 м, колебания уровня воды достигают 6 м [2]. Водоем, существующий с 1946 г., неоднократно претерпевал летне-осенние и многолетние колебания уровня воды и площади зеркала. В конце 1970-х гг. наблюдался исторический минимум уровня воды, аналогично 2009—2011 гг., а в начале 1980-х гг. произошло резкое повышение уровня, сравнимое с таковым в 2006—2008 гг. Режим уровня претерпевал резкие частые колеба-
Таблица 1. Некоторые лимнологические характеристики Аргазинского водохранилища в разные годы по [5, 6, 15] (над чертой — диапазоны величин, под чертой — максимальные значения)
Годы Площадь, км2 Объем воды, млн м3 Максимальная глубина, м Прозрачность, м Рмин МКГ/л Робщ, мкг/л
1978-1983 97 571 12 2-3 40 -270 440 1 50 -48 0 780
2006-2011 113 966 14 0.7-3 40 -220 420 5 0-230 450
ния и внутри вегетационного сезона: близость промышленного города в условиях дефицита водных ресурсов приводила к залповому сбросу вод. В современный многоводный период повышение уровня воды продолжалось до 2008 г., когда заполнение водохранилища стало выше проектных отметок и наблюдалось подтапливание берегов. В 2009 г. уровень воды упал на 4 м, а засуха 2010 г. привела к катастрофическому его падению. В 2011 г. при остающемся низком уровне заполнения водохранилища были отмечены интенсивные атмосферные осадки [7].
Суммарное содержание ионов в воде значительно варьировало по акватории Аргазинского водохранилища, а также внутри сезонов открытой воды и по годам, изменяясь от 223 до 498 мг/л [5—7]. Превышение содержания ионов тяжелых металлов по отношению к нормативным показателям для питьевых водоемов [20] в несколько десятков и сотни раз (по марганцу) отмечалось во все периоды исследований [5—7] и соответствовало классу качества воды "загрязненная" и "чрезвычайно грязная". Наряду с медью и никелем марганец относится к наиболее опасным веществам, загрязняющим окружающую среду [13]. Его токсическое действие на водоросли подтверждается исследованиями [3]. Котловина водохранилища расположена в зоне тектонических разломов, сложена гранитами с выходами метаморфических пород различного состава — от щелочных и ультраосновных до кислых, имеет изрезанную форму с многочисленными островами. В годы с низким гидрологическим уровнем заливы отделяются в отдельные водоемы. Значения рН по акватории колебались от 7.0 до 8.0 при наиболее низких величинах в верхнем бьефе.
Отбор исследуемого материала проводили в 2006, 2008, 2010—2011 гг. на трех станциях: в верхнем бьефе, в нижнем бьефе и в южной обособленной части акватории. Выбор станций отбора был определен особенностями гидродинамических процессов в водоеме: перемещение полиметаллического и биогенного загрязнения происходит от
верхнего бьефа к нижнему по старому руслу р. Ми-асс, обособленная южная часть акватории остается менее загрязненной [5—7]. Пробы фитопланктона отбирались общепринятым гидробиологическим методом средневзвешенных проб с помощью автоматического батометра Паталаса с последующей фильтрацией через полиамидное сито № 160 (размер ячеек 14 мкм) и/или вакуумной фильтрацией (фильтры "Владипор", диаметр пор 1 мкм) ежемесячно: в 2006 г. — в период открытой воды (май—ноябрь), в другие годы — с июля—августа по ноябрь.
В 1970—1980 гг. исследователи отбирали средневзвешенные пробы и сгущали методом отстаивания. Видовую принадлежность водорослей определяли в живом и фиксированном материале (раствор Люголя) под микроскопом Nikon Eclipse E600. Их количество подсчитывали в камере Нажотта объемом 0.01 мл. Биомассу определяли по индивидуальным объемам клеток, принимая удельный вес водорослей за единицу.
Вычисления выполняли на персональном компьютере с использованием программы Microsoft Office Excel 2003. Для оценки разнообразия и структуры фитопланктонного сообщества использовали индекс ценотической значимости (ИЗЦ) I: I=p^b (р - встречаемость вида, b - биомасса вида). Больший вес встречаемости вида, чем вес биомассы, в формуле выбран авторами потому, что в сообществах фитопланктона Арга-зинского водохранилища наблюдается высокое обилие (биомасса) отдельных видов и присутствие крупных бентосных видов. При оценке экологического состояния водоема по показателям фитопланктона придерживались методов, представленных в [1, 10, 16, 17, 19, 22]. Результаты сравнивали с полученными при исследованиях в 1978-1983 гг. [15].
Концентрации фосфора и некоторые морфо-метрические характеристики водоема приведены в табл.1.
Содержание общего фосфора в воде менялось от величин, свойственных мезотрофным водое-
Таблица 2. Таксономический состав фитопланктона Аргазинского водохранилища
Таксоны водорослей планктона 1970-1983 гг.* 2006 -2011 гг.
отделы классы, порядки количество видов
Cyanophyta Croococcophyceae 10 15
Hormogoniophyceae Oscillatoriales 2 10
Hormogoniophyceae Nostocales 3 8
Всего Cyanophyta 15 33
Euglenophyta 14 16
Dinophyta 3 10
Cryptophyta 0 3
Chrysophyta 3 6
Bacillariophyta Coscinodiscophyceae 10 13
Fragilariophyceae 12 11
Bacillariophyceae 89 77
Всего Bacillariophyta 111 101
Xanthophyta 1 1
Chlorophyta Chlamydomonadales 2 5
Volvocales 2 4
Chlorococcales 71 57
Ulotrichales 3 5
Cladophorales 0 2
Zygnematales 1 1
Desmidiales 4 12
Всего Chlorophyta 83 86
Всего 230 256
* Данные Г.В. Танаевой [15].
мам (30—100 мкг/л), до свойственных гипертроф-ным водам (780 мкг/л) [10]; по другим модифика-ционным шкалам [22] концентрации общего фосфора соответствовали водам эвтрофного и ги-пертрофного типа (>30 мкг/л). Его значения не менялись на протяжении десятилетий. В 1970— 1980-е гг. и в современный период также наблюдаются прорывные поступления нитратов в верхний створ водохранилища из водоемов-отстойников у верхнего течения реки, но в целом по акватории соотношение азота и фосфора (N/P) было благоприятным [9] для развития фитопланктона и менялось от 3 до 30 [5, 6, 15].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Таксономическое разнообразие фитопланктона Аргазинского водохранилища представлено семью отделами водорослей (табл. 2).
В фитопланктоне Аргазинского водохранилища преобладают широко распространенные кос-мополитные виды, встречается много бореальных
форм. По отношению к отдельным факторам среды водоросли составляют разные экологические группы. По толерантности к солености воды преобладают индифференты и олигогалобы, часто встречаются галофилы (Cyclotella meneghiniana Kütz., Fragilaria crotonensis Kitton), немногочисленны ацидофилы (Closterium aciculare T. West, d. pronum Brèb.). Разнообразны виды, предпочитающие гумифицированные воды, — эвгленовые водоросли из рода Trachelomonas (T allia Drezep., T. bacillifera Playfair, T. hispida Perty emend Deflan-dre, T. intermedia P.A. Dang., T. manginii Deflandre, T. oblonga Lemmerm., T. pavloskoënsis V.I. Poljansky, T. planctonica Svirenko, T. volvocina Ehrenb.). Также развиваются виды, характерные для загрязненных вод (Chlamydomonas elliptica Korschikov, C. reinhar-dii P.A. Dang.,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.