Сравнение состояния фитопланктона озер Увильды и Тургояк

Сравнение состояния фитопланктона озер Увильды и Тургояк

Введение

В южноуральском регионе, исключительно богатом озерами, которых насчитывают, по данным разных авторов, до 20 тыс., статус особо охраняемых природных территорий придан многим гидрологическим объектам. Наиболее уникальные из водных ООПТ — горные глубоководные озера, памятники природы Тургояк и Увильды. Состояние фитопланктона во многом определяет экологическое состояние озер. Для сообществ планктонных микроводорослей характерна циклическая сукцессия, связанная с природными циклами климата, согласно концепции климакса. Изучение состояния биоты в межцикловой климатической динамике в современном обществе, где история естественнонаучных изысканий имеет длительность, меньшую, чем сами циклы, находится в стадии накопления первоначальных сведений.

Сведения о состоянии фитопланктона данных озер относятся к первому в наступившем столетии многоводному циклу озер, характеризующемуся увеличенным поверхностным стоком с водосборных площадей в условиях глобального промышленного воздействия, имевшего место в течение последних 50 лет со времени прошлого многоводного цикла. Поднимался уровень водоемов всех природно-географических зон Южного Урала, независимо от выделенных районов синфазности циклических колебаний увлажнения и преобладающих типов атмосферно-климатической циркуляции. Общепринято, что характер многолетних колебаний уровня озер находится в тесной связи с особенностями атмосферной циркуляции.

Фазы подъема и спада уровня воды, влияющего на смену облика биоты водоема, в том числе и фитопланктона, соответствуют аномальному развитию определенной формы циркуляции атмосферы. Периодичность данного процесса измеряется циклами длиной в столетия и десятилетия. Последний подъем водности озер Южного Урала, сравнимый по величине с наблюдавшимся нами в начале ХХ! в., регистрировался в 1940;е гг.: в 1948 г. глубина воды в затопленных лесах предгорного Зауралья достигла 0,5−2 м, далее последовал спад. Резкий подъем водности на территории Урала и Зауралья прогнозировался с 1986 по 1996 г. и объяснялся возрастанием влияния западной климатической циркуляции, связанной, в свою очередь, с одиннадцатилетним циклом солнечной активности, составляющей половину периода цикличности водного уровня. Однако прогнозируемый период оказался маловодным. Многоводный цикл начался на десятилетие позднее прогнозируемой даты, в 1998 г. Поднятие гидрологического уровня резко усилилось в 1999 г., достигло максимума к 2007 г., в 2009 г. начался резкий спад уровня стояния грунтовых вод. Связь поднятия гидрологического уровня озер с цикличностью атмосферных процессов была очевидна только в начальный период прошедшего многоводного цикла.

Данные и методика. Данные получены в ходе обследования фитопланктона в период открытой воды в течение двух сезонов — 2005 и 2006 г. — одновременно на двух водоемах. Сравнительная пространственно-временная динамика сообществ фитопланктона озер исследовалась с ежемесячной периодичностью с мая до ноября на трех-пяти станциях, расположенных в различных литоральных и пелагической частях акваторий. Для сравнительного исследования взяты данные за два сезона. Пробы отбирали средневзвешенные с помощью автоматического батометра в зависимости от прозрачности воды, определяемой по белому диску Секки, в соответствии с методическими указаниями по сбору и обработке проб фитопланктона. Пробы фитопланктона просматривали живыми с использованием светового микроскопа «Nikon E600»; с применением видеокомплекса микроскопа были документированы альгогруппировки. Водоросли идентифицировали по общепринятым определителям, учитывая при систематической обработке современные представления о классификации таксонов. Подсчет численности проводился по количеству клеток, процесс расчета был автоматизирован с помощью табличного процессора Microsoft Excel 7.0. Применялся расширенный метод анализа водоемов, основанный на методе Пантле-Букка в модификации Зелинки-Марвана с использованием в формуле показателей численности клеток индикаторных видов и величины индикаторной значимости видов. Рассчитанный суммарный индекс характеризовал загрязнение — класс качества по классификационным схемам и типологию водного объекта: степень эвтрофирования, морфологически или природно-зонально обусловленный тип водоема.

Обсуждение результатов. Анализируемый список включает преимущественно водоросли, которые встречаются в количественных пробах осадочного планктона, участвовавших в образовании биомассы фитопланктона в конце много — водного гидрологического цикла. Согласно проведенному обследованию, флора планктонных водорослей оз. Тургояк насчитывала 144 вида, которые относятся к 75 родам, 27 порядкам, 12 классам из 6 систематических отделов водорослей. Выявленный видовой состав фитопланктона оз. Увильды в тот же период насчитывал 167 видов, относящихся к 79 родам, 29 порядкам, 11 классам из 7 систематических отделов водорослей. Водорослей отделов Cryptophyta и Raphidophyta не было обнаружено в водоемах в течение указанного периода.

Таблица 1. Сравнительный таксономический состав фитопланктона озер Тургояк и Увильды в период исследований 2005;2006 гг.

Индекс, характеризующий особенности альгофлор Chlorophyta: Cyanophyta, составил 2,8 в оз. Увильды и 3,2 в оз. Тургояк. Это говорит о близости альгофлоры оз. Увильды к альгофлорам северных широт, а также горных районов умеренных широт, где названный показатель не превышает 3,0. Превышение данной величины индекса, отражающего пропорции планктонной альгофлоры оз. Тургояк, свидетельствует о трансформации планктонной биоты озера в период многоводного гидрологического цикла.

Сравнение количества выявленных видов водорослей в изучаемых озерах показало преобладание числа видов в более обширном и глубоком оз. Увильды, имеющем мелководные обособленные заливы и, как следствие, многообразие местообитаний, которое определяет разнообразие видов. По количеству видов в озерах преобладали диатомовые водоросли — 42 и 40%. Преобладание диатомовых водорослей — характерная черта оли — готрофных озер умеренной зоны. Зеленые водоросли по видовому богатству в озерах стояли на втором месте и составляли 31 и 34% от выявленного состава. По видовому богатству зеленых водорослей в указанный период оз. Увильды превосходило оз. Тургояк. Это свидетельствует о более высоком трофическом статусе оз. Увильды по сравнению с оз. Тургояк. Сине-зеленые водоросли составляли 10 и 11% от общего числа выявленных видов в альгофлоре. Постоянным неблагоприятным признаком в межгодовой динамике видового богатства стало выявление новых видов Cyanophyta в обоих глубоководных озерах. Долевая часть в видовом богатстве сине-зеленых водорослей в оз. Тургояк и Увильды наименьшая среди исследованных озер — свидетельство сохранения сравнительно низкого трофического статуса. Однако данные о количественном развитии Cyanophyta позволяют сделать противоположный вывод — массовое размножение синезеленых водорослей, заметное визуально, мы наблюдали только в Тургояке.

Эколого-географический анализ планктонных альгофлор озер показал преобладание широко распространенных космополитичных видов и наличие группы бореальных и арктоальпийских видов. По отношению к экологическим условиям среды водоросли делятся на несколько групп. По отношению к солености воды водоросли исследуемых озер в основном индифферентны, но в большом количестве встречаются галофилы, единично отмечены галофобы. По отношению к активной реакции среды значительную группу составляют алкалифилы — это виды Aulacosira granilata, Cymatopleura solea, Synedra ulna, S. acus. Ацидофильные виды, представленные чаще единично встречающимися десмидиевыми Closterium, Eunotia, отмечены в альгофлоре; преобладает группа индифферен — тов. Экологический анализ выявленных видов водорослей планктона свидетельствует об отсутствии закисления и засоления. Единичные ацидофильные виды, отмеченные в альгофлоре, говорят о попадании вод с прилегающих болотных массивов в озера.

Эколого-географический анализ выявленных планктонных водорослей за мониторинговый период в целом показал, что основу фитопланктона оз. Увильды, как и оз. Тургояк, составляет комплекс эврибионтных и индифферентных видов, имеющих широкое географическое распространение, что климатически обусловлено и является характерным для пресных водоемов умеренной лесной зоны. Видовой состав фитопланктона исследуемых озер представляют диатомовые, зеленые и сине-зеленые водоросли, заметного количественного развития достигают золотистые, сине-зеленые и зеленые водоросли. Обнаружена неблагоприятная тенденция — рост видового богатства сине-зеленых и вхождение их в доминирующий комплекс.

В составе фитопланктона оз. Увильды и Тургояк истинно планктонные виды составляли 7378% от общего числа видов с известной эколого-географической характеристикой. Оставшаяся доля приходится на случайно планктонные водоросли: бентосные и обрастатели, преимущественно из отдела диатомовых и сине-зеленых. Зарегистрированы редкие экотопические характеристики видов — эпифиты на типично планктонных видах: в оз. Тургояк отмечено массовое развитие колониальных хламидомонад, ведущих эпифитный образ жизни — прикрепленных к диатомовым водорослям. Все планктонные диатомовые водоросли Asterionella formosa в оз. Тургояк в осенний период 2006 г. были покрыты колониями хламидомонад Goniumpectorale. В оз. Увильды наблюдалось массовое попадание эпифитных сине-зеленых водорослей в планктонный экотоп.

В доминирующие комплексы исследуемых озер входили золотистые водоросли Chrysophyta, развивались диатомово — хризофитовые комплексы водорослей, что является признаком олиготрофии.

И в оз. Увильды, и в оз. Тургояк обнаружены нехарактерные для чистых горных озер трансформации облика фитопланктона — летнее и осеннее развитие зеленых вольвоксовых водорослей. Третий, осенний всплеск численности в сезонной динамике может быть характерен для морфометрически олиготрофных горных озер, но вхождение в доминирующий комплекс фитопланктона зеленых вольвоксовых водорослей нетипично для олиготрофии.

Нетипичным в период исследований стало выявленное в водоемах массовое развитие Cyanophyta.

Наибольшая численность в оз. Увильды отмечена в сентябре 2006 — развивался мелкоклеточный колониальный вид Lyngbya limnetica, являющийся эпифитным факультативно-планктонным и попадающий из обрастаний. В рассматриваемый период в оз. Увильды визуально отсутствовало «цветение» планктонными водорослями. Наибольшая за весь период исследований численность сине-зеленых водорослей в оз. Тургояк зарегистрирована 24−28 июля 2005 г. в южной части акватории; она достигала 12 млн клеток в литре, явление наблюдалось кратковременно, к августу ветровое перемешивание привело к снижению численности доминирующего вида Anabaena flos-aquae.

Значительное развитие Chlorophyta Volvocales и Cyanophyta в морфометрически олиготрофных горных озерах, обнаруженное нами в исследуемый период, свидетельствовало о неблагоприятных трофических процессах, протекавших в озерах в период многоводного гидрологического цикла.

Сапробиологический анализ представляет собой метод распознавания образов или классификационную процедуру, когда участки водоемов подразделяются на классы с определенной характеристикой. Каждый индикаторный вид имеет степень экологической приуроченности к биотопам разных типов — индикаторную валентность. При анализе по видовому составу выявленных в гидробиологической пробе индикаторных организмов фитопланктона с помощью математических формул осуществляется отнесение участка водоема к определенному типу с набором характеристик. Ниже приводится сравнительная сезонная динамика величины индекса сапробиологического загрязнения озер.

Величина индекса сапробности в первую половину периода открытой воды в оз. Тургояк в 2006 г. соответствовала а-олигосапробной зоне что указывает на олиготрофное состояние, 2 класс качества «чистая». В оз. Увильды в этот же период наблюдалась другая картина: величина индекса даже в мае была высокой, поскольку в пробу попались трихомы высокосапробной синезеленой водоросли — Oscillatoria agardhii и бентосные виды диатомей, которые в большинстве являются Р-мезосапробами. Суммарная величина индекса сапробности на литоральных станциях достигала 2,48, равнялась в среднем по акватории 1,99 и соответствовала Р-мезосапробной зоне, мезотрофному состоянию и 3 классу качества «умеренно загрязненная».

Начиная со второй половины лета сапробность оз. Тургояк определялась доминирующими сине-зелеными водорослями и низкосапробными видами диатомей, золотистыми водорослями, была на границе а-олигосапробной зоны и Р-мезосапробной, соответствуя пограничному состоянию между олиготрофией и мезотрофией — 2 и 3 классами качества — «чистая» и «умеренно загрязненная». А с остыванием воды осенью сапробиологические показатели улучшились. По сравнению с 2005 в 2006 г. сапробиологическая ситуация в оз. Тургояк, определяемая по видам-индикаторам фитопланктона, также улучшилась: в 2005 г. вода соответствовала Р-мезосапробной зоне большую часть сезона.

В оз. Увильды, наоборот, вторая половина лета характеризовалась более низкими значениями индекса. Мы связываем данное явление с подтоплением берегов и с интенсивной их застройкой рекреационными объектами и, соответственно, возросшей биогенной нагрузкой со стороны подтопляемых прибрежий в период летней рекреации. Сапробность в октябре с остыванием воды в обоих водоемах понижалась и соответствовала а-олигосапробной зоне и 2 классу качества «чистая».

Таким образом, сапробиологический анализ показал, что вода оз. Тургояк соответствовала большую часть периода исследований а-олигосапробной зоне, характеризующейся малым количеством легкоокисляемой органики, и олиготрофному статусу водоема, а вода оз. Увильды, напротив, — Р-мезосапробной зоне и мезотрофному состоянию.

В глубоких стратифицированных озерах Увильды и Тургояк, имеющих статус ООПТ, во второй половине многоводного гидрологического цикла, наблюдавшегося на Южном Урале в 1998;2008 гг., отмечались неблагоприятные явления в развитии фитопланктона, влияющие на качество воды и определяющие общее трофическое состояние водоема: бурное развитие сине-зеленых водорослей Cyanophyta, зеленых водорослей Chlorophyta. Но негативные явления не подавили признака олиготрофии в данных водоемах — развития диатомово-хризофитового планктона: постоянно высоким оставалось развитие диатомовых и золотистых водорослей, а также пропорции альгофлоры, характерные для морфометрически-олиготрофных водоемов — преобладание Bacillariophyta. По характеристике визуального массового развития Cyanophyta оз. Тургояк по сравнению с оз. Увильды находилось в худшем состоянии.

Сравнительная сапробиологическая характеристика озер показала, что оба водоема испытывали антропогенное загрязнение со стороны подтопляемых побережий и соответствовали переходной зоне от а-олигосапробной к Р-мезосапробной. Но оз. Увильды, в отличие от Тургояка, находилось в худшем состоянии и соответствовало Р-мезосапробной зоне на всем протяжении периода открытой воды.

Анализ видового состава фитопланктона, выявленное доминирование определенных групп водорослей, сапробиологический анализ позволили охарактеризовать трофическое состояние водоемов в период многоводного гидрологического цикла как мезотрофное.

фитопланктон озеро сапробность клетка.