БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2015, № 1, с. 30-37
^ ВЫСШАЯ ВОДНАЯ
РАСТИТЕЛЬНОСТЬ
УДК 574.52
О НАКОПЛЕНИИ АЗОТА ТКАНЯМИ ПОГРУЖЕННОЙ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ЭВТРОФИРОВАНИЯ
© 2015 г. Н. А. Исакова, Н. Б. Куянцева, А. Г. Рогозин
Ильменский государственный заповедник им. В.И. Ленина УрО РАН, 456317 г. Миасс, Челябинская обл., Ильменский заповедник, 1, e-mail: isakova_70@mail.ru Поступила в редакцию 08.05.2013 г.
Исследовано накопление азота в тканях погруженной водной растительности по градиенту биогенной нагрузки в системе озер Большой Кисегач—Малый Теренкуль—Табанкуль (Южный Урал). Его уровень определяют конкурентные взаимоотношения с фитопланктоном, видоспецифичность к накоплению азота, концентрация, стехиометрическое соотношение и динамика поступления биогенных веществ, кислородный и температурный режимы.
Ключевые слова: погруженная водная растительность, накопление азота, фитопланктон, антропогенное эвтрофирование, конкурентная способность.
Б01: 10.7868/80320965215010088
ВВЕДЕНИЕ
Существенную роль в процессе антропогенного эвтрофирования малых водоемов играют скорость поступления биогенных элементов (^ Р), их концентрация и соотношение. Между биогенной средой водоемов и погруженной растительностью существует положительная обратная связь. Она определяется резервом поглотительной емкости, т.е. способностью погруженных растений удерживать в своих тканях избыточное количество биогенов [21]. Вместе с тем между погруженной растительностью и фитопланктоном существуют конкурентные отношения за пищевые ресурсы, от которых зависит направленность продукционных процессов и, как следствие, формирование макрофитных или фитопланктонных типов водоемов. При этом резерв поглотительной емкости погруженных растений может выступать в качестве критерия оценки их конкурентной способности.
Цель работы — исследование особенностей накопления N тканями погруженной водной растительности в условиях антропогенного эвтрофирования.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Озера Большой Кисегач, Малый Теренкуль и Табанкуль расположены среди восточных предгорий Ильменского хребта и относятся к Ильмено-Чебаркульской озерной группе.
Климат района исследований переходный — от умеренно-континентального к континентальному. Среднегодовые температуры 1.6—1.9°С. Пределы колебаний осадков в годы различного увлажнения от 262 до 712 мм при среднегодовом количестве 460 мм. До 75% осадков выпадает с мая по октябрь [14].
Водоемы лежат в понижениях рельефа и окружены грядами и холмами, вершины которых сложены гранитогнейсами и покрыты сосново-бере-зовыми лесами [10]. Котловины исследуемых озер тектонические, относятся к параболическому типу, значения показателя формы котловины (С1) очень близки и указывают на их единое происхождение (табл. 1). Озера проточные: воды оз. Табанкуль по табанкульской протоке впадают в М. Теренкуль, а из него через теренкульскую протоку — в Б. Кисегач. Основная приходная часть водного баланса исследуемых водоемов — осадки на зеркало и приток с водосбора, основная часть расходов — испарение [1, 7].
Озеро Б. Кисегач — умеренно димиктиче-ский замерзающий водоем. Зона термического скачка находится на глубинах 8.0—10.0 м. Наибольшая разность температур достигает 15.0°С. Озеро М. Теренкуль — олигомиктический замерзающий водоем с зоной термического скачка на глубине 4.0—6.0 м [18] и разностью температур поверхностного и придонного слоев 21.0°С. Озеро Табанкуль — умеренно димиктический замерзающий водоем. Слой термического скачка не выражен, но периодически на глубине ~3.5 м об-
Таблица 1. Показатели морфометрии, морфологии и условного водообмена исследуемых озер
Группа
Озеро f, км2 Нср/Нмакс С1 по интенсивности Кв,с Интенсивность водообмена
водообмена
Табанкуль 0.48 2.5/5.8 0.43 IV >1 Повышенная (2-3 года)
М. Теренкуль 0.71 8.2/18.0 0.46 II 0.1-0.3 Слабая (3-10 лет)
Б. Кисегач 14.9 18.0/35.2 0.51 I 0.03-0.1 Очень слабая (10-30 лет)
Примечание. / - площадь водного зеркала, Нср/Нмакс - отношение средней глубины к максимальной, С - показатель формы котловины, равный Нср/Нмакс - 1, Квс - показатель удельного водообмена.
наруживается некоторое различие температур поверхностных и придонных слоев до 2.5-3.0°С.
В оз. Б. Кисегач донные осадки представлены однородными черными и темно-зелеными сапро-пелями сметанообразной консистенции [10]. В оз. М. Теренкуль и Табанкуль профундальные грунты имеют четкое деление на горизонты, верхние слои которых имеют запах сероводорода и канализационных стоков [7].
Содержание общего азота определяли в тканях погруженных растений, произрастающих в системе озер Большой Кисегач - Малый Теренкуль -Табанкуль. Здесь в 1927 г. был основан санаторий "Кисегач". Рост и развитие его коммунально-бытовой инфраструктуры на фоне устаревшей системы очистки, функционирующей лишь с
1981 г., привели к увеличению объемов стоков, нарушению продукционно-функциональной организации водоемов и, как следствие, снижению качества их вод. Несмотря на единое происхождение и историю развития, рассматриваемые водоемы - разнотипные и, следовательно, удобные объекты для экологического мониторинга при антропогенной нагрузке.
Структуру сообществ погруженной водной растительности изучали согласно стандартным методикам [2, 8] на экологических профилях, расположенных в градиенте увеличения антропогенной нагрузки (рис. 1). При анализе учитывали показатели видового состава, обилия (по шкале Друде) и биомассы (пробы отбирали в четырехкратной повторности рамкой Бернатовича 0.25 м2
У^О-ц Ч
Рис. 1. Карта-схема исследуемой системы озер Б. Кисегач - М. Теренкуль - Табанкуль и экологических профилей А, В, С, Б. БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД № 1 2015
мг/л
, 1
' /2
I II III IV V VI
Рис. 2. Содержание нитратов (1) и фосфатов (2) в поверхностных водах системы озер Б. Кисегач — М. Теренкуль — Табанкуль в мае 2005 г.: I — Б. Кисегач, центр, II — Б. Кисегач, теренкульская протока, III — М. Теренкуль, центр, IV — М. Теренкуль, табанкульская протока, V — Табанкуль, центр, VI — Табанкуль, сток.
с помощью легководолазной техники). Данные показатели находятся в тесной зависимости от строения котловины и гидрологических особенностей озера, а также от физико-химических свойств воды, количества питательных веществ, поступающих в водоем [1, 10]. Укосы разбирали по видам, взвешивали на электронных весах KERN 442 в сыром и воздушно-сухом состоянии. Содержание общего азота в тканях растений (воздушно-сухая масса пробы 1 г) определяли методом Кьельдаля [21, 23].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Интенсивный процесс антропогенного эвтро-фирования исследуемых водоемов начался в 1930 г., когда неочищенные сточные воды санаторно-курортного комплекса "Кисегач" сбрасывали непосредственно в оз. М. Теренкуль. В 1953 г. отработанные неочищенные воды, а с 1981 г. — очищенные, начали сбрасывать в оз. Табанкуль. По неопубликованным данным лаборатории очистных сооружений Чебаркульского куста здравниц содержание общего азота в озерах М. Теренкуль составляет 1.98—6.78 мг/л, Табанкуль — 6.43, Б. Кисегач — 2.33—2.47; общего фосфора — 0.13— 0.31, 1.4—2.0 и 0.015—0.06 мг/л соответственно (рис. 2).
В оз. Табанкуль и М. Теренкуль фитопланктон, активно потребляя биогенные вещества и быстро увеличивая свою численность и биомассу, вызывает сильное цветение воды. В среднем по сезону и акватории его биомасса соответственно достигала >24.3...361.6 и 10.0 г/м3 и определялась в оз. Табанкуль крупными колониальными Cyano-phyta (Microcystisaeruginosa Kütz. emend. Elenk.), в оз. М. Теренкуль — также Cyanophyta (роды Ana-baena, Aphanizomenon и Oscillatoria). В сложении
биомассы фитопланктона оз. Б. Кисегач принимали участие несколько групп: Cyanophyta, Chrysophyta, Bacillariophyta и Chlorophyta. В среднем по сезону и акватории их биомасса составляла 2.8—12.7 г/м3. В июне у теренкульской протоки отмечена вспышка развития цианобактерий, биомасса достигала 26.6 г/м3 [19].
По градиенту увеличения содержания биогенных веществ наблюдается унификация сообществ с доминированием видов сосудистых растений, устойчивых к высоким концентрациям биогенов — Batrachium circinatum, Ceratophyllum demersum, Myriophyllum sibirica и др., и появление в их составе нитчатой зеленой водоросли Cladophora glomerata (L.) Kutz., а также сокращение площадей зарастания и снижение биомассы (табл. 2).
Содержание общего азота в тканях исследуемой погруженной растительности (табл. 3) сопоставимо с уровнями достатка азота (нижнее критическое значение) — 1.3% (~13 мг/г) и резерва азота (предельная величина насыщения тканей азотом, превышающая уровень достатка в 4—5 раз) — 5—6% (~100—120 мг/г) их воздушно-сухой массы [21].
В северной части оз. Б. Кисегач (профиль А) содержание азота не достигло уровня достатка, тогда как в южной части (профиль B) оно превысило его в 1.1—2.9 раза, в оз. М. Теренкуль (профиль С) — в 4—5 раз, что соответствует уровню резерва. В оз. Табанкуль (профиль D) содержание азота в тканях погруженной растительности лишь в 1.5 раза превышает уровень достатка, несмотря на высокие абсолютные значения концентраций элемента в воде.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Возникает вопрос, почему в гипертрофных водоемах М. Теренкуль и Табанкуль насыщение тканей азотом находится на различных уровнях.
Экспериментальными данными показано [13], что Potamogeton perfoliatus интенсивно и в большом количестве накапливает азот. Это также подтверждается исследованиями авторов (табл. 3). В теренкульской протоке содержание азота в тканях Elodea canadensis больше, чем в тканях Potamogeton perfoliatus, произрастающего здесь же, в оз. Табанкуль при максимальной биогенной нагрузке содержание азота в ее тканях ниже (табл. 3). Это можно было бы объяснить отсутствием обрастателей, так как на общий баланс азота в тканях погруженных растений может влиять эпифитный комплекс [5], но в оз. М. Теренкуль на Potamogeton perfoliatus обрастатели отсутствуют и при этом насыщение его тканей азотом максимальное. Возникает предположение, что в гипертрофном оз. Табанкуль Elodea canadensis могла бы удерживать в своих тканях большее количество N
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.