ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 2, с. 216-224
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ^^^^^^^^^^^^ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 574.5(282)
ИНДИКАТОРНАЯ РОЛЬ ФИТОПЛАНКТОНА В ОЦЕНКЕ МНОГОЛЕТНИХ ИЗМЕНЕНИЙ КАЧЕСТВА ВОД ОЗЕР БОЛЬШОЕ МИАССОВО И ТУРГОЯК (ЮЖНЫЙ УРАЛ)1 © 2014 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: *snitkol@ilmeny.ac.ru; **snitko896@yandex.ru Поступила в редакцию 01.11.2011 г.
На примере двух озер — Большое Миассово и Тургояк рассмотрены долговременные изменения структуры фитопланктона и индикацией оценены современные тенденции изменения качества воды горных глубоких озер Южного Урала. Показано, что сезонная динамика биомассы и структуры фитопланктона имеет многолетние изменения, обусловленные антропогенным и природно-климатическим воздействием. Закономерности перестройки разных фитопланктонных сообществ в результате антропогенного влияния имеют между собой общие черты. Локальные загрязнения, отражающиеся на показателях фитопланктона, прослеживаются на всей акватории озер.
Ключевые слова: фитопланктон, индикация, эвтрофирование, качество воды, озера, Южный Урал.
Б01: 10.7868/8032105961402014Х
Долговременные исследования сообществ фитопланктона в изменяющихся условиях окружающей среды для оценки качества вод природных водоемов представляют наибольший интерес.
Динамика развития фитопланктона, сезонная и многолетняя, во многом определяет экологическое состояние водоема. Для автотрофных организмов планктона характерны большая чувствительность к загрязнению и высокая скорость воспроизводства, что позволяет им быстро реагировать на меняющиеся условия среды. Существует и обратная зависимость: развиваясь большом количестве, водоросли планктона меняют химические свойства воды. Изучению закономерностей развития фитопланктона при эвтрофировании посвящено много работ, например [1, 17], разработаны шкалы трофического состояния водоемов по фитопланктону [6, 22] и биоиндикационные шкалы [3, 18, 27]. При этом общая направленность сук-цессионных процессов сообществ фитопланктона при изменениях антропогенной нагрузки в природных условиях различных регионов остается малоизученной.
1 Работа проведена в рамках Междисциплинарного проекта УрО РАН "Разработка концепции создания Атласа природного наследия Урала".
Цель данной работы — оценка долговременных изменений структурных характеристик сообществ фитопланктона глубоких димиктических озер горно-лесной зоны Южного Урала в условиях антропогенной трансформации водных экосистем и глобальных изменений среды и климата.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материалами послужили результаты исследований авторами глубоких озер горно-лесной зоны Южного Урала — Большое Миассово и Тургояк в 1998—2010 гг. в периоды смены гидрологического уровенного режима. С 1999 по 2003 г. в природных водоемах региона с подтоплением побережья наблюдалось поднятие уровня воды на >2 м. С 2009 г. после десятилетнего периода высокого стояния уровня вод началось его резкое снижение, приведшее к новым перестройкам фитопланктонных сообществ.
Развитие фитопланктона изучали в сезонной динамике — от начала освобождения озер ото льда (май) по начало ледостава (ноябрь): в Тургояке — в 1999—2006 и 2010 гг., в Большом Миассово — в 1998—2010 гг. с преимущественно ежемесячным отбором проб на 2—17 станциях по акватории. Пробы отбирали автоматическим батометром
Таблица 1. Некоторые лимнологические характеристики исследованных озер (диапазоны и средние величины; в числителе — в период смены уровня воды (1999—2003 гг.), в знаменателе — в стабильном многоводном периоде 2006-2007 гг.)
Площадь зер- Максималь- Прозрач- Р А общ Z ионов
Озера кала ная глубина ность рН диапазоны Р А ср
2 км2 м мкг P/л мг/л
Тургояк 26.4 34.5 6-12 7 . 0 -8 . 3 7 . 4 -8 . 1 1 0 - 60 1 - 70 3 3 1 2 64- 120 123 -151
Большое Миассово 11.2 (23.2) 25.0 3-6 7. 1 -8. 0 7. 3 -9. 3 1 0- 98 3 5-50 5 0 43 1 34-240 181
средневзвешенно по глубине, учитывая прозрачность, определяемую по белому диску Секки; концентрировали в разные годы различными методами: отстойным, мембранной фильтрацией с применением вакуумного насоса, с использованием полиамидного сита. Пробы просматривали живыми и фиксированными раствором Люголя на световом микроскопе Nikon Eclipse E600, подсчет проводили в камере объемом 0.01 мл. Биомассу определяли по индивидуальным объемам клеток, вычисляемым по приближению к аналогичным геометрическим фигурам, принимая удельный вес водорослей равным единице, процесс вычисления был автоматизирован.
При характеристике развития фитопланктона и оценке по ним экологического состояния водоема придерживались разработанных универсальных систем водорослей, принятых в гидробиологии и экологии [1, 3, 6, 18, 28]. В качестве показателей разнообразия использовали информационный индекс Шеннона, индекс ценотической значимости I, рассчитываемый по формуле I = p^b (р -встречаемость вида, b - величина его биомассы), — этот показатель придает больший вес встречаемости вида, чем биомассе, и выбран потому, что он объективней характеризует ценотическое разнообразие в сообществах фитопланктона при высоком обилии (биомассе) отдельных видов, наблюдаемое в исследуемых озерах.
Исследуемые пресноводные озера — морфомет-рически-олиготрофные [8]: природные условия региона и тектоническое происхождение котловин водоемов в кристаллических горных породах предопределяют олиготрофное состояние водной среды. Озера имеют малые по площади территории водосборов, покрытые лесами, и испытывают локальные загрязнения бытовыми стоками: на берегу оз. Тургояк расположен г. Миасс, заповедное оз. Большое Миассово испытывает влияние застроенного побережья мелководного плеса.
Оз. Большое Миассово в литературе рассматривается как отдельный водоем с определенными лимнологическими характеристиками [2, 12, 25], но фактически Большое Миассово — это обособленный глубинный плес (площадь водного зеркала 11.2 км2) единого озера (23.2 км2), включающего в себя также мелководное оз. Малое Миассово, которое соединено с Большим Миассово короткой широкой протокой (табл. 1). Исследуемые озера также подвержены аэротехногенному загрязнению соединениями серы и тяжелыми металлами от горноперерабатывающего предприятия [11]. Содержание Робщ в воде составляет от 1— 10 мкг/л (олиготрофный уровень) в отдельные периоды в глубинной центральной части акватории до >70 мкг Р/л (табл. 1).
Повышенное содержание фосфатов и аммонийного азота регистрируется при гидрохимических анализах [24, 25] в придонных слоях и при впадении водотоков, что может свидетельствовать о поступлении биогенных веществ (БВ) из горных пород котловин. Значения рН в эпилим-нионе в исследуемый период увеличивались при прогреве воды от >7.0 до 8 (табл. 1), что типично для озер с интенсивным фотосинтезом в фотиче-ском слое.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНОГО СОСТОЯНИЯ СООБЩЕСТВ ФИТОПЛАНКТОНА
Первые сведения о составе фитопланктона исследуемых озер относятся к началу ХХ в. [23] — водоемы были отнесены к "динобриевому типу" с характерным активным развитием золотистых водорослей рода Dinobryon. Комплексные исследования озер проводились в 1930-е гг. [4, 5, 10]. Озера Тургояк и Большое Миассово характеризовались количественным преобладанием диатомовых водорослей Аз1егюпе11а, Synedra и золотистых водорослей рода Dinobryon, иногда значитель-
ным развитием динофита Ceratium hirundinella, слабым развитием синезеленых; десмидиевые и протококковые водоросли имели разнообразный видовой состав. В отдельные периоды летом отмечалось массовое развитие синезеленых водорослей Anabaena flos-aquae, A. spiroides [5, 10], массовым был назван вид Anabaena hassalii [4].
В целом показатели фитопланктона озер Большое Миассово и Тургояк в первую половину ХХ в. при отсутствии антропогенного влияния были характерными для глубоких олиготрофных озер с преобладанием диатомово-хризофитового комплекса [17], но фиксировались признаки эвтро-фирования (массовое развитие синезеленых водорослей). Похожие характеристики сообществ фитопланктона с массовым развитием синезеле-ных описываются и для крупных олиготрофных озер на северо-западе России [21].
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ФИТОПЛАНКТОНА ПРИ КОМПЛЕКСНОМ АНТРОПОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Комплексное антропогенное воздействие на озера к концу ХХ в. многократно усилилось, было застроено побережье, увеличилось поступление биогенных элементов (N и P), оказывающих влияние на развитие фитопланктона.
В предыдущий период обследования озер — 1980-1990-х гг. — были отмечены существенные перестройки в составе фитопланктона [25]. В оз. Тургояк в 1983 г. развитие фитопланктона определяли диатомовые и зеленые водоросли; в 1994 г. — диатомовые, золотистые и динофитовые; в 1996 г. — диатомовые, эвгленовые, в доминирующий комплекс входила синезеленая водоросль Oscillatoria amphibia, отмечен рост биомассы фитопланктона до 3.6 мг/л, среднесезонной биомассы — до 1.6мг/л. Повышение продукционных процессов в 1980-е и первую половину 1990-х гг. связывали с обмелением озера (из-за отбора воды для нужд г. Миасса) и антропогенной трансформацией берегов [25]. При обследовании оз. Большое Миассово в 1990-х гг. было отмечено массовое развитие синезеленых водорослей, преобладание в фитопланктоне диатомовых, золотистых, динофито-вых, зеленых и синезеленых водорослей, зарегистрировано появление новых видов Cyanophyta в доминирующем комплексе, среди преобладающих видов отмечены Gloeotrichia echinulata, Oscillatoria limosa, Snowella rosea [24].
Представленные ниже сведения отражают состояние фитопланктонных сообществ двух глубоких озер, характерных для ландшафтов горнолесного Южного Урала, в 1998—2010 гг. при под-
нятии уровня воды в условиях антропогенной трансформации побережья.
Фитопланктон озер Тургояк и Большое Миас-сово представлен разнообразной флорой, характерной для глубоких чистых озер умеренной климатической зоны; ее основу составляют виды диатомовых и зеленых водорослей. Преобладают космополитные индифферентные виды, много бореальных форм, встречаются аркто-
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.