Species diversity and ecological features of the Voronezh reservoir algae

Full Text

Введение

Развитие урбанизации и рост промышленных объектов в городах сопровождается рядом негативных факторов, приводящих к необратимым изменениям в биосистемах. Стабильность и продуктивность урбанизированных территорий в существенной степени зависит от интенсивности биологических процессов, протекающих в водных ценозах, одним из показателей которых является качественный и количественный состав микроорганизмов, как составляющих биоразнообразия [1, с. 50–52; 2; 3, с. 115–135; 4].

Водоросли представляют собой важный компонент водных экосистем и использование их для оценки состояния антропогенно нарушенных территорий представляет собой несомненный интерес для изучения, поскольку они являются автотрофными организмами [5, с. 195–312; 6, с. 211–240; 7, с. 1449–1461], а простота их культивирования и быстрота реакции на резко изменяющиеся условия окружающей среды позволяют использовать их в качестве биоиндикаторов [8, с. 33–42; 9, с. 78–85; 10, с. 655–659; 11, с. 412–416; 12, с. 441–453; 13, с. 73–83; 14].

Альгофлора Воронежского водохранилища в настоящее время изучена довольно слабо. Имеются лишь отдельные научные статьи, посвященные изучению растительного покрова водохранилища [15, с. 52–56; 16, с. 141–143], также встречаются разрозненные данные о видовом составе фитопланктона рассматриваемой территории, полученные В.П. Платоновой более 20 лет тому назад [17, с. 57–74; 18, с. 63–64; 19, с. 119–128], что свидетельствует о том, что проводимое автором исследование важно и актуально.

Цель и объекты исследования

Целью работы является изучение видового состава и экологических особенностей водорослей Воронежского водохранилища.

Водоросли – это обширная, в значительной мере сборная группа преимущественно автотрофных талломных фотосинтезирующих одноклеточных, колониальных и многоклеточных водных и почвенных организмов. Они выступают важным компонентов водных экосистем, участвуют в образовании органического вещества в воде, круговороте биогенных веществ, являются ценозообразующим звеном в природе, применяются в индикационных и мониторинговых научных исследованиях [20, с. 100–108].

Материал и методы исследования

Сбор полевого материала проводился в весенне-осенний периоды 2018–2021 годов на территории Воронежского водохранилища. Отбор проб и их обработку проводили по общепринятым методикам [21, с. 6–28; 22, с. 24–29; 23, с. 71–73].

Для определения видов водорослей использовался световой микроскоп «Биомед-1». Идентификация водорослей и их морфологическое описание проводилось с помощью определителей, монографий и учебных пособий [24, с. 8–38; 25, с. 32–106; 26, с. 54–252; 27, с. 121–130; 28, с. 22–262; 29, с. 11–34; 30, с. 10–90; 31, с. 19–100; 32, с. 60–148; 33, с. 12–250]. Сапробность выявленных видов водорослей определялась в соответствии с классификацией водных зон сапробности среди гидробионтов [28, с. 22–262; 34]: организмы сильно загрязненных вод (полисапробионты); организмы умеренно загрязненных вод (мезосапробионты), с двумя подгруппами β-мезосапробионтов и α-мезосапробионтов; организмы слабо загрязненных вод (олигосапробионты); организмы совершенно чистых вод (ксеносапробионты).

Названия таксонов водорослей приводятся в соответствии с данными интернет-ресурса https://www.algaebase.org (по состоянию на 11.10.2021) и расположены согласно системе С.С. Бариновой, Л.А. Медведевой [28, с. 22–262].

Результаты исследования и их обсуждение

В результате проведенного альгологического исследования выявлено 228 видов водорослей, обитающих в Воронежском водохранилище и относящихся к 7 отделам, 14 классам, 38 порядкам, 60 семействам и 99 родам.

Большинство выявленных видов относится к отделам Bacillariophyta (110 видов; 48,2% от общего числа), Chlorophyta (60; 26,3%) и Cyanophyta (34; 14,9%). Данные отделы представлены 3 (21,4% от общего числа классов), 4 (28,6%) и 1 (0,4%) классами; 15 (39,5% от общего числа порядков), 11 (29,0%) и 4 (11,4%) порядками; 35 (58,3% от общего числа семейств), 19 (31,7%) и 7 (11,7%) семействами; 35 (35,4% от общего числа родов), 33 (33,3%) и 15 (15,2%) родами соответственно. Меньшим числом видов характеризуются отделы Euglenophyta (10 видов; 4,4%), включающий 1 класс (7,1%), 1 порядок (2,6%), 2 семейства (3,3%), 4 рода (4,0%), Ochrophyta (9; 3,9%) с 3 классами (21,4%), 4 порядками (10,5%), 8 семействами (13,3%), 8 родами (8,1%), Dinophyta (3; 1,3%), представленный 1 классом (0,4%), 2 порядками (5,3%), 2 семействами (3,3%), 2 родами (2,0%), Cryptophyta (2; 0,9%), включающий 1 класс (0,4%); 1 порядок (2,6%), 1 семейство (1,7%) и 1 род (1,0%) (рис. 1).

Рисунок 1 – Таксономическое распределение водорослей Воронежского водохранилища

При анализе морфологических особенностей водорослей установлено, что подавляющее число видов обладают одноклеточными и колониальными типами организации таллома, в меньшей степени – многоклеточными. По структуре таллома водоросли характеризуются шаровидными (коккоидными), грушевидными (монадными) и нитчатыми (трихальными) формами.

Для многих таксонов характерно наличие жгутиковых стадий и хлоропластов с пиреноидами, отличающихся своим строением. Количество хлоропластов может варьировать от 1 до нескольких. Расположение пиреноида в хроматофорах в клетках является важным диагностическим признаком при определении некоторых видов из отделов Euglenophyta и Chlorophyta.

При сравнении видов из отдела Bacillariophyta обнаружено, что основным отличием в строении таллома водорослей этой группы является форма панциря, характер расположения створок панциря, центрального и терминальных узелков. Другим важным признаком выступает наличие или отсутствие центрального шва, расположенного на брюшной стороне.

Обнаруженные водоросли отличаются способом расселения и распространения. У одних видов стенки таллома (одноклеточные, многоклеточные, колониальные формы) ослизняются, у других – присутствует в циклах развития жгутиковые клетки (зооспоры).

При анализе физико-биохимических свойств сапробионтов установлено, что выявленные виды водорослей Воронежского водохранилища относятся к 15 экологическим группам (рис. 2).

Рисунок 2 – Распределение видов водорослей-сапробионтов Воронежского водохранилища

Наибольшее число выявленных видов относилось к группам β-мезосапробионтов (74; 32,5%), ксеносапробионтов (51; 22,4%), олиго-β-мезосапробионтов (29; 12,7%), ксено-олигосапробионтов (14; 6,2%), олиго-сапробионтов, α-мезосапробионтов, α-β-мезосапробионтов (10; 4,4%). Меньшим числом видов представлены группы олиго-β-сапробионтов (9; 3,9%), β-α-олигосапробионтов, β-α-мезосапробионтов (6; 2,6%), олиго-ксеносапробионтов (4; 1,8%), β-мезо-олигосапробионтов (2; 0,9%), олиго-α-мезосапробионтов, поли-α-мезосапробионтов, β-сапробионтов (1; 0,4%).

При анализе экологических групп водорослей было отмечено, что большинство видов относится к планктонным организмам (116 видов; 50,9% от общего числа видов), бентосным (62; 27,2%) и «перифитонным» (50; 21,9%) (рис. 3).

Рисунок 3 – Экологические группы водорослей Воронежского водохранилища

В результате альгологического обследования прибрежно-водной территории Воронежского водохранилища установлено, что некоторые из выявленных водорослей (виды из родов Microcystis, Oscillatoria, Tribonema и др.) вызывают «цветение» водоемов, что губительно влияет на жизнь и существование в водной среде живых организмов. «Цветение» воды, главным образом, связано с 3 основными причинами. Во-первых, за время существования водохранилища произошли значительные изменения в его характеристиках. На мелководьях интенсивно развивается водная растительность, которая в процессе жизнедеятельности фильтрует и утилизирует различные химические вещества, которые, накапливаясь в продуктах разложения, приводят к вторичному загрязнению. Во-вторых, одним из негативных антропогенных факторов, влияющих на состояние акватории, является сброс неочищенных сточных и ливневых вод. Также водоемом как местом сброса стоков пользуются некоторые предприятия. К тому же на активность водной растительности (и как следствие – на чистоту воды и запах) влияет температура, повышение которой приводит к усилению «цветения». Жара усиливает эвтрофикацию водоема. В результате в Воронежском водохранилище прогрессирует недостаток кислорода и развитие болезнетворной микрофлоры, что способствует чрезмерному росту водной растительности, в том числе видов сине-зеленых, зеленых и желто-зеленых водорослей – загрязнителей водной территории.

Заключение

Наибольший вклад в видовое разнообразие Воронежского водохранилища вносят представители водорослей из отделов Bacillariophyta и Chlorophyta, относящиеся к β-мезосапробионтам, ксеносапробионтам, олиго-β-мезосапробионтам, планктонным и бентосным экологическим группам.

К наиболее перспективным мероприятиям по улучшению качества воды Воронежского водохранилища относятся грамотный и системный подход снижения загрязненности водохранилища, разработка эффективных методов регуляции качества воды, снижение доли антропогенной нагрузки на водоем, увеличение количества водной фауны, разработка альтернативных безопасных методов улучшения состояния водной акватории.

Детальный анализ видового состава и морфолого-экологических особенностей водорослей позволит дать более полную альгологическую картину Воронежского водохранилища.

About the authors

Gavriil Mikhailovich Melkumov

Author for correspondence.
Email: agaricbim86@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Botany and Mycology Department

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1 - Taxonomic distribution of algae in the Voronezh reservoir

Download (66KB)

Indexing metadata

3. Figure 2 - Distribution of saprobiont algae species of the Voronezh reservoir

Download (35KB)

Indexing metadata

4. Figure 3 - Ecological groups of algae of the Voronezh reservoir

Download (15KB)

Indexing metadata