Phytoplankton and ecological state of Dolgoe Lake (Pskov Region)

Full Text

Введение

Проблема качества воды является одной из главных проблем, с которой человечество сталкивается в XXI веке [1]. Увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду ведет к изменениям глобального обмена потоков вещества и энергии, что выражается в ухудшении состояния водных экосистем [2–6].

О нарушении стабильности экосистемы и начальной стадии эвтрофирования водоема может свидетельствовать резкий рост численности одного из доминантов [7]. Под влиянием процессов эвтрофирования ухудшается качество вод, поэтому возникает необходимость прогнозирования возможных изменений в водных экосистемах. Длительный мониторинг водного объекта позволяет проследить основные тенденции изменений, связанных с эвтрофированием, а также обеспечивает прогноз изменений состояния водных экосистем [8].

Фитопланктон – важнейший компонент гидросферы, являющийся продуцентом органического вещества и первым звеном пищевых цепей. Планктонные водоросли производят и выделяют в окружающую среду различные химические соединения и биологически активные вещества, оказывая воздействие на формирование качества природных вод и их органолептические свойства. Водорослевые сообщества чутко реагируют на все происходящие изменения: формируются новые адаптационные механизмы, меняются продукционные характеристики сообществ и экологические предпочтения отдельных видов. Это приобретает определяющее значение для биоиндикации качества среды и задач гидроэкологического мониторинга [9–14].

Биоиндикационные методы на основе видового состава и обилия водорослей представляют интегральную оценку результатов всех процессов, протекающих в водном объекте. Преимуществом фототрофов является то, что они первыми в трофической цепи реагируют на загрязнители, не успевая их в значительной степени накапливать [15; 16].

Озеро Долгое – озеро в Псковской области, которое в настоящее время подвергается значительному антропогенному воздействию вследствие активной вырубки лесных насаждений вокруг него и угрозы возникновения почвенной эрозии. Близость населенных пунктов и туристическая доступность повлияли на механическое загрязнение водоема различным типом мусора – от органического до бытового. Сильно сказывается на водоеме рыболовный промысел с использованием сетей и моторных лодок местными жителями.

Цель настоящей работы заключалась в исследовании видового состава и количественных характеристик планктонных водорослей, а также в оценке качества воды озера Долгое по показателям фитопланктона.

Материалы и методы исследования

Озеро Долгое расположено в Цапельской волости Струго-Красненского района Псковской области, в 1,5 км к северо-востоку от д. Заборье. Это малое непроточное озеро с площадью 15 га и максимальной глубиной 5,1 м [17; 18].

Отбор гидробиологического материала проводился в летний период (июль) 2017–2020 гг. на пяти равномерно расположенных по акватории озера станциях (рис. 1).

Рисунок 1 – Карта станций отбора проб фитопланктона в озере Долгое

Пробы фитопланктона отбирались пластиковыми емкостями (0,5 л) с поверхностного горизонта (0,3–0,5 м), фиксировались 40%-м формалином и концентрировались осадочным методом [19]. Организмы идентифицировались под микроскопом Carl Zeiss Axio Lab. A1. с помощью определителей, указанных в предыдущих работах [20]. При выделении отделов и уточнении видовых названий водорослей опирались на систему международного сайта AlgaeBase [21]. Анализ сходства видового богатства фитопланктона в разные годы исследования проводился с использованием индекса Сьеренсена–Чекановского [22]. Количественный учет микроводорослей велся в камере Нажотта объемом 0,05 см³. Пересчет численности клеток водорослей на литр производился по общепринятой формуле [19]. Доминантами считались виды, численность которых превышала 10% от общей численности водорослей, субдоминантами – 5%. Биомасса клеток вычислялась счетным объемно-весовым методом. Индекс сапробности рассчитывался согласно методу Пантле–Букк в модификации Сладечека [23]. Вычислялся индекс трофности Милиус [24] и по интегральной эколого-санитарной классификации качества поверхностных вод устанавливался класс чистоты воды [25]. Информацию об экологических особенностях микроводорослей брались из ряда монографий [15; 26].

Параллельно с отбором проб в озере измерялись температура водным термометром и pH воды портативным pH-метром. Максимальное значение температуры зафиксировано в июле 2018 и 2020 гг. (+21,0°C), минимальное – в июле 2017 г. (+18,0°C). pH воды в зависимости от года исследования изменялась от 7,7 до 8,3, но оставалась слабощелочной.

Результаты и обсуждение

За исследуемый период в озере Долгое обнаружено 156 таксонов фитопланктона рангом ниже рода из 8 отделов: Chlorophyta, Bacillariophyta, Cyanobacteria, Charophyta, Ochrophyta, Dinophyta, Euglenophyta, Cryptophyta (табл. 1).

По представленности видами доминировали отделы Chlorophyta и Bacillariophyta, включающие по 45 видовых таксонов. Зеленые водоросли включали 35 родов, большинство из которых являлось монотипическими (77,2%) и содержали всего по одному видовому таксону. На битипические роды, содержащие по 2 вида, приходилось 17,1%, политипические (3 и более видов) – 5,7%. Наибольшим числом видов представлены роды Monoraphidium Komarkova-Legnerova и Oocystis Nägeli ex A. Braun (по 3 вида). Среди диатомовых водорослей зарегистрировано 27 родов. Доля родов, представленных одним видом, составляла 59,3%, двумя – 25,9%. На политипические роды приходилось 14,8% от общего числа, из которых отмечены Diatoma Bory и Gomphonema Ehrenberg (по 3 вида), Fragilaria Lyngbye (4) и Navicula Bory (5).

Далее по насыщенности видами следовали отделы Cyanobacteria (17 видов) и Charophyta (16), содержащие 11 и 9 родов соответственно. Среди политипических родов отмечены Aphanocapsa C. Nägeli (3) из цианобактерий, а также Elakatothrix Wille (3) и Cosmarium Corda ex Ralfs (4) из харовых.

На указанные выше отделы в видовом отношении приходилось в совокупности 78,8% от общего числа видов фитопланктона.

Вклад остальных систематических групп в общее видовое разнообразие озера Долгое был значительно меньше и составил в общей сложности 21,2% (табл. 1).

Видовое разнообразие фитопланктона было наиболее богато в 2017 г. (94 вида) [27], наименее – в 2018 г. (48) [28]. Основу флористического комплекса во все годы исследования, кроме 2020 г., составляли представители отделов Chlorophyta (24,5–35,4%) и Bacillariophyta (21,1–40,4%). В июле 2020 г. вклад в видовое богатство кроме зеленых водорослей (32,8%) вносили цианобактерии (15,6%) (табл. 1).

Анализ флористического сходства фитопланктонных сообществ озера Долгое в 2017–2020 гг. с помощью индекса Сьеренсена–Чекановского показал (табл. 3), что наиболее близкими по видовому составу являлись сообщества микроводорослей в 2017 г. и 2020 г. (Ксч = 60%), наименее – в 2018 г. и 2019 г., а также в 2018 г. и 2020 г. (Ксч = 39%). Общими для всех четырех исследуемых летних сезонов были 26 видовых и внутривидовых таксонов фитопланктона.

Количественный анализ фитопланктона показал значительные колебания численности и биомассы микроводорослей в зависимости от года исследования. Минимальные значения численности водорослей отмечены в 2020 г., максимальные – в 2019 г.: 1,3 млн кл./л и 32,9 млн кл./л соответственно (табл. 2).

В количественном отношении доминирующий комплекс фитопланктона в исследованный период формировали цианобактерии и зеленые водоросли (табл. 3). Во все годы, кроме 2020 г., в фитопланктоне среди доминант встречалась цианобактерия Merismopedia minima G. Beck, (10,8–90,7%). Из зеленых водорослей по численности превалировала Crucigenia tetrapedia (Kirchner) Kuntze (9,3–16,7%). В 2020 г. заметный вклад в общую численность также вносили представители Ochrophyta (Dinobryon bavaricum Imhof) и Charophyta (Cosmarium sp.).

Таблица 1 – Таксономический состав летнего фитопланктона озера Долгое (2017–2020 гг.)

Таблица 2 – Количественные показатели фитопланктона, индексы трофности и сапробности озера Долгое (2017–2020 гг.)

Таблица 3 – Доминанты и субдоминанты фитопланктона озера Долгое (2017–2020 гг.)

Средние показатели биомассы фитопланктона в зависимости от года исследования лежали в пределах 0,15–0,45 мг/л (табл. 2). Основной вклад в биомассу вносили крупноклеточные диатомовые водоросли.

Средний индекс трофности составил 30,45, что соответствует олиготрофному типу водоема (табл. 2).

Согласно эколого-географическому анализу в озере Долгое на долю широко распространенных форм водорослей в зависимости от года и сезона исследования приходилось 56,3–60,0%. На бореальные виды приходилось 4,2–6,3% микроводорослей. В группу планктонных водорослей входило 10,4–71,9%, планктонно-бентосных – 23,2–28,0%. Максимум донных форм микроводорослей было зарегистрировано в 2018 г. и составило 58,3%. За все время мониторинга выявлено до 6,3% обитателей обрастаний. По отношению к фактору солености индифферентные формы составляли 46,9–54,7%. На долю галофилов приходилось 6,3–12,5%, галофобов – 1,6–4,2%. По отношению к фактору кислотности среды алкалифилы и алкалибионты составляли 7,8–21,7%, индифферентные – 6,25–14,1%, ацидофилы – 1,6–6,3%. В данной группе большой процент микроводорослей данных не имел (60,8–76,6%).

Сапробиологический анализ показал, что во все годы наблюдений превалировали бета-мезосапробные виды (39,5–43,8% от числа видов с известной характеристикой). На олигосапробионтов приходилось 12,6–23,7%, бета-олиго-мезосапробные виды – 12,5–21,1%. Другие виды-индикаторы сапробности встречались в меньшем количестве. Индекс сапробности по Пантле–Букк изменялся от 1,80 в 2020 г. до 1,98 – в 2018 г. (табл. 2).

Заключение

Таким образом, флористический комплекс озера Долгое в целом характеризовался как хлорофитово-диатомовый. Показатели численности и биомассы фитопланктона в зависимости от года исследования варьировали от 1,3 млн кл./л до 32,9 млн кл./л и от 0,15 мг/л до 0,45 мг/л соответственно. Исходя из эколого-географической характеристики, в акватории превалировали широко распространенные пресноводные планктонные формы микроводорослей, предпочитающие слабощелочную реакцию среды. Среднее значение индекса трофности Милиус озера составил 30,45, что указывает на олиготрофный тип водоема. Среднее значение индекса сапробности по Пантле–Букк составило 1,89, что свидетельствует об умеренном загрязнении вод озера (III класс качества).

About the authors

Tatiana Viktorovna Drozdenko

Email: tboichuk@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Botany and Plant Ecology Department, senior researcher of Integrated Environmental Research Laboratory

Irina Vladimirovna Kek

Author for correspondence.
Email: fedorovairina1996@yandex.ru

junior researcher of Integrated Environmental Research Laboratory

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1 – Map of phytoplankton sampling stations in Lake Long

Download (593KB)

Indexing metadata