Фитопланктон Саратовского водохранилища в 2006-2010 годах

УДК 574.52;

ББК 28.082

Зеленевская Н.А.

ФИТОПЛАНКТОН САРАТОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В 2006-2010 ГОДАХ

Zelenevskaya N.A.

PHYTOPLANKTON OF THE SARATOV RESERVOIR IN 2006-2010

Ключевые слова: Саратовское водохранилище, фитопланктон, динамика,

численность, биомасса, число видов, доминирующие виды.

Keywords: the Saratov reservoir, phytoplankton, dynamics, abundance, biomass, number of species, dominant species.

Аннотация

В работе представлены результаты исследования фитопланктона Саратовского водохранилища в разные по водности годы. Рассмотрена динамика количественных и качественных показателей развития фитопланктона во временном аспекте, прослежены их сезонные изменения, показано распределение альгофлоры по продольной оси водохранилища. Выявлены виды, доминирующие в разные годы и разные сезоны исследования. Проведена оценка степени влияния природных и антропогенных факторов окружающей среды на развитие фитопланктона Саратовского водохранилища.

Abstract

The article presents the results of the study of phytoplankton of the Saratov reservoir in different water years. The author examines the dynamics of the qualitative and quantitative development indicators of the phytoplankton in the temporal aspect, its seasonal changes, the allocation of algal flora along the direct axis of the reservoir. The species, dominating in different periods and seasons, are identified in the study. The author appraises the effect of the natural and anthropogenic factors of environment on the development of phytoplankton of the Saratov reservoir.

Введение

Водохранилища являются природно-техническими водоемами, каждый из которых уникален по своим гидрологическим характеристикам. Водные биоценозы претерпевают значительные изменения в процессе формирования водохранилищ, и процесс этот происходит на протяжении многих лет. Фитопланктон - один из основных элементов водной экосистемы, который адекватно отражает состояние водохранилища в целом. Многолетний мониторинг позволяет проследить, какие именно факторы окружающей среды и в какой степени являются определяющими в сукцессии фитопланктонных сообществ. Кроме того, параметры развития фитопланктона могут служить критерием оценки уровня загрязнения того или иного участка водохранилища.

Цель работы - проследить динамику развития фитопланктона в разные по водности годы и оценить степень влияния природных и антропогенных факторов окружающей среды на развитие фитопланктона Саратовского водохранилища.

Материалы и методы исследования

Исследование фитопланктона проводилось преимущественно на русловой части Саратовского водохранилища весной, летом и осенью в 2006-2010 годах.

За пятилетний период наблюдений отобрано и обработано автором 210 проб на базе лаборатории гидробиологии Филиала «Тольяттинская СГМО» ГУ «Самарский ЦГМС-Р» по стандартным методикам [7]. При оценке степени влияния сточных вод на сообщество

фитопланктона определялись и учитывались значения индексов сапробности Пантле и Букка в модификации Сладечека, видового разнообразия Шеннона, индекс качества, разработанный автором [2, 8-10]. Данные по гидрологическим и гидрохимическим параметрам предоставлены соответствующими отделами Филиала.

Результаты исследования

Саратовское водохранилище образовано в результате перекрытия реки Волга у г. Балаково в 1967 году. При нормальном подпорном уровне (28 м) площадь зеркала водохранилища составляет 1950 км2, объем - 12.87 км3, протяженность - 336,5 км, средняя глубина - 7 м. Саратовское водохранилище отличается от других водохранилищ Волжского каскада тем, что оно предназначено для недельного регулирования стока. В средний по водности год водообмен происходит 19 раз. Уровень воды характеризуется значительными колебаниями в верхней части водохранилища и небольшими - в нижней. Максимальные скорости течения отмечены на участке Зольное - Самара [1, 3].

За период исследования выделялись разные по водности годы: маловодные (2006 и 2010), многоводный (2007) и два года с относительно нормальной водностью (2008 и 2009). Соответственно водообмен варьировал от 15,8 до 21,1. Значения уровня воды были ниже средних многолетних значений в течение всего периода. Часто отмечались превышения температуры воды по отношению к норме, но наиболее значительными они были летом и осенью 2007 года, а также весной и летом 2010 года.

Гидрохимические показатели изменялись незначительно. Среднегодовые значения универсального комплексного индекса загрязненности вод (УКИЗВ) варьировали от 3,36 до 3,85 в пределах 3Б класса («очень загрязненные воды»). По всему водохранилищу отмечались превышения ПДК по меди, фенолам, марганцу, хлорорганическим соединениям, а также часто превышались нормы по БПК и ХПК.

Динамика фитопланктона Саратовского водохранилища по годам была связана преимущественно с изменениями гидрометеорологических факторов. За период исследования среднегодовые значения суммарной численности (1,0-9,17 млн.кл./л) принимали максимальные значения в 2006 году, минимальные - в 2009 году. При этом синезеленые водоросли (СуапвргвеагШа) составляли в среднем за год 78-96% численности (Рис.1).

Рисунок 1 - Среднегодовые значения общей численности фитопланктона

Суммарная биомасса в среднем варьировала от 0,6 до 2,42 мг/л. По среднегодовым значениям биомассы фитопланктона воды Саратовского водохранилища относились преимущественно к категории мезотрофных вод, только в 2006 году (2,42 мг/л) - к категории евтрофных [7]. По биомассе преобладали диатомовые водоросли, процент которых варьировал от 45 до 86 (Рис.2).

Other  Chlorophyta О Bacillari ophyta 0 Cyanophyta

Рисунок 2 - Соотношение среднегодовых значений биомассы фитопланктона

Общее число видов и разновидностей водорослей было наиболее высоким в маловодные годы (2006 и 2010) с максимумом в 2010 году (163), когда повышенные температуры воды способствовали развитию многих нетипичных для русловой части водохранилища видов из отделов Сгур1орЪу1а и Dinophyta. По числу таксонов во все годы исследования преобладали диатомовые водоросли, составляя от 48 до 67%. (Рис.3).

2006 2007 2008 2009 2010

СШэг И Cyanophyta  Chlorophyta в Bacillariophyta

Рисунок 3 - Число видов и разновидностей фитопланктона в разные

годы исследования

Индексы видового сходства Серенсена между альгоценозами разных лет варьировали от 0,55 до 0,68 и свидетельствовали об умеренном изменении видового состава фитопланктона из года в год (Табл.1). При этом 52 таксона водорослей отмечались в течение всего периода исследования: Cyanoprocariota - 6, Bacillaiophyta - 35, Chlorophyta - 8, Euglenophyta - 1, Cryptophyta - 1.

Таблица 1 - Индексы видового сходства Серенсена

Годы 2006 2007 2008 2009 2010

2006 0,68 0,66 0,57 0,61

2007 0,68 0,68 0,65 0,55

2008 0,66 0,68 0,66 0,64

2009 0,57 0,65 0,66 0,62

2010 0,61 0,55 0,64 0,62

Количественные показатели развития фитопланктона, как правило, достигали наиболее высоких значений в летний период. Лишь в 2006 году максимальные значения числа таксонов приходились на весну, а в 2009 году относительно высокие значения численности и биомассы отмечены осенью.

Весной диапазон средних значений численности был невелик, невелики были и сами значения (0,53-0,88 млн.кл./л). Доминировали по численности преимущественно диатомовые водоросли: Stephanodiscus hantzschii Grun. - в течение всего периода исследования по всему водохранилищу; мелкоклеточные виды из рода Stephanodiscus - в 2006 году на речном участке, в 2007 - по всему водохранилищу; Navícula tripunctata v. schizonemoides (Van Heurck) Patr. - в маловодные годы (2006 и 2010), Aulacoseira granulata (Ehr.) Sim. и A. islandica O.Müll. - в 2009 г. по всему водохранилищу; Melosira varians Ag.-в 2008 и 2009 гг. на озерном участке. Иногда в группу доминантов входили синезеленые Phormidium foveolarum (Mont.) - в 2008-2010 гг., Aphanizomenon flos-aquae (Lyngb.) Breb. -в 2008 и 2010 гг., Lyngbya limnetica Lemm. - в 2010 г.

Суммарная биомасса весеннего фитопланктона в среднем варьировала от 0,70 до 3,38 мг/л. Комплекс видов, доминирующих по биомассе, был представлен исключительно диатомовыми водорослями. Stephanodiscus hantzschii выступал в качестве доминанта во все годы, кроме 2009, по всему водохранилищу; Navicula tripunctata v. schizonemoides - во все годы, кроме 2008, на озерном участке водохранилища; Aulacoseira granulata - в 2006 г. на речном, в 2009 и 20010 гг. на речном и озерно-речном участках; A. Islandica - в 2009 г. по всему водохранилищу, в 2010 г. на речном и озерно-речном участках. Спектр видов, доминирующих по биомассе, расширялся за счет развития крупноклеточных видов из диатомовых водорослей. Из них Navicula reinhardtii (Grun.)Cl. регистрировалась в течение всего периода исследования нечасто. Иногда относительно большую долю суммарной биомассы занимали Cymbella affinis Kütz., Surirella ovata Kütz., Cymbella lanceolata (Ehr.) Kirhn., Synedra ulna (Nitzsch) Ehr. var. ulna.

Летом размах средних значений численности был довольно высоким (0,91-27,88 млн.кл./л). Среди доминантов чаще других отмечались: синезеленые Microcystis

aeruginosa Kütz. emend Elenk. в 2006-2007 годах на озерно-речном и озерном участках, в 2010 г. - по всему водохранилищу; Lyngbya limnetica Lemm., Aphanizomenon flos-aquae (Lyngb.) Breb. в течение всего периода по всему водохранилищу; Anabaena flos-aquae f.

aptecariana Elenk. - в 2006 и 2008 гг. по всему водохранилищу. Редко доминировали Aulacoseira granulata из диатомовых и Chlamydomonas monadina Stein var. monadina из зеленых водорослей.

Средние значения биомассы в летний период варьировались согласно изменениям численности и составляли 0,43-3,58 мг/л. По биомассе в роли доминантов выступали указанные выше виды водорослей, доминирующие по численности, за исключением Lyngbya limnetica, с некоторыми изменениями в их процентном соотношении. Microcystis aeruginosa доминировал в 2006 г. на озерно-речном и озерном, в 2007 - на озерно-речном участке, в остальные годы - очень редко; Aphanizomenon flos-aquae - в 2006-2008 гг. по всему водохранилищу; Anabaena flos-aquae f. aptecariana Elenk. - в 2006 и 2008 гг. по всему водохранилищу, в 2007 г. на озерно-речном участке; Aulacoseira granulata из диатомовых - часто в 2007 г., редко в 2008-2009 гг., отсутствовала в маловодные годы. Иногда в состав доминирующего комплекса входили зеленые Chlamydomonas monadina, Chlamydomonas aulata Pasch., Platymonas arnoldii (Prosch-Lavr)Mat.

Осенью средние значения численности варьировали от 0,4 до 1,74 млн.кл./л, причем минимум отмечался в 2008 году, максимум - в 2009, что связано с высокой температурой воды осенью 2009 года и массовым развитием синезеленых. Доминировали преимущественно синезеленые: Aphanizomenon flos-aquae - в 2006, 2007, 2009 годах по всему водохранилищу, в 2010 г. на речном и озерно-речном участках; Microcystis aeruginosa - в 2006 и 2010 гг. на озерно-речном и озерном участках, в 2007 г. по всему водохранилищу, в 2009 г. на речном и озерно-речном участках. Реже относительно высокий процент численности составляли M. pulverea - в 2006 г. по всему водохранилищу; Phormidium foveolarum - в 2006 г. на речном участке, в 2009-2010 гг. по всему водохранилищу. Из диатомовых, входящих иногда в состав доминантов, отмечались Skeletonema subsalsum (A.Cl.) Bethge, Diatoma vulgare var. productum Grun., Aulacoseira granulata. В осенний период 2010 года на озерно-речном и озерном участках водохранилища в составе видов, доминирующих по численности, отмечались Chroomonas acuta Uterm. и Cryptomonas caudata Schiller из криптофитовых.

В биомассе осеннего фитопланктона, которая изменялась в среднем от 0,30 до 1,47 мг/л, синезеленые играли более скромную роль, чем в численности. Aphanizomenon flos-aquae оставался доминирующим по всему водохранилищу только в 2007 году, на озерном участке - в 2008 г., на отдельных станциях - в остальные годы. Другие виды из синезеленых доминировали по биомассе редко: Microcystis aeruginosa - в 2006, 2007, 2009 годах; Anabaena flos-aquae f. aptecariana - в 2006 г. Большую значимость в биомассе приобретали диатомовые водоросли. Aulacoseira granulata доминировала в маловодные 2006 и 2010 годы - на озерном участке, в 2007 и 2007 гг. - редко по всему водохранилищу, в 2008 году - часто по всему водохранилищу. Во все годы исследования лидировала по всему водохранилищу Diatoma vulgare var. productum. Для осени 2010 года характерно доминирование A. islandica на речном и озерно-речном участках и D. vulgare Bory - по всему водохранилищу, нечасто.

Таким образом, спектры видов, доминирующих по численности и по биомассе, несколько различались.

Отмечались некоторые закономерности в динамике количественных показателей развития фитопланктона по продольной оси водохранилища. Весной, как правило, число видов, численность и биомасса увеличивались от речного к озерно-речному участку и снова уменьшались к озерному. Летом и осенью указанная зависимость нарушалась, лишь в отдельные годы сохранялась тенденция к уменьшению значения этих показателей по направлению к озерному участку. Иногда они изменялись в районах сбросов, увеличиваясь или уменьшаясь по сравнению с фоновыми значениями в зависимости от характера загрязняющих веществ. Это определяло экологическую направленность процессов в районах сброса сточных вод. В сообществах фитопланктона на станциях, расположенных ниже городов Тольятти, Самара, Сызрань, преобладали процессы, определяемые как экологический прогресс, признаком которого является увеличение

числа видов и других количественных показателей. Ниже города Хвалынск и в районе города Балаково часто отмечались элементы экологического регресса, связанные с уменьшением числа видов и угнетением развития фитопланктона. Кроме того, по продольной оси водохранилища происходили качественные изменения в сообществе фитопланктона. Об этом свидетельствовал индекс видового сходства Серенсена, значения которого варьировали в широких пределах от 0,1 до 0,79, уменьшаясь при резкой смене условий обитания, главным образом при изменении скорости течения и химического состава вод. В целом наибольшая изменчивость видового состава фитопланктона по оси водохранилища была характерна для осеннего периода, когда индекс видового сходства очень редко превышал значение 0,5.

Индекс видового разнообразия Шеннона, рассчитанный по численности, варьировал в среднем от 1,89 до 2,94 - весной, от 1,74 до 2,58 - летом и от 1,43 до 2,61 - осенью, часто уменьшаясь в районах сбросов сточных вод. Сезонная зависимость выявлена только для индекса Шеннона, рассчитанного по биомассе. Самые высокие средние его значения были летом (2,41-3,1), несколько ниже - осенью (2,13-2,7), самые низкие (1,54-2,57) - весной. Этот индекс почти всегда уменьшался в присутствии загрязняющих веществ. Можно отметить также более высокие его значения в годы с наибольшим количеством обнаруженных видов - в маловодные 2006 и 2010 годы.

В эти же годы отмечалась характерная тенденция в изменениях по продольной оси водохранилища индекса качества (01), отражающего уровень комплексного загрязнения воды. Значение его увеличивалось по направлению к озерному участку, что свидетельствовало о накоплении на этом участке загрязняющих веществ [4-6]. В другие годы такая закономерность прослеживалась только в отдельные сезоны. Кроме того, значение индекса качества иногда увеличивалось не только в районах сбросов сточных вод, но и на фоновых станциях в связи с быстрым распространением загрязняющих веществ по водохранилищу. За период исследования среднегодовые значения индекса варьировали в соответствии с динамикой химического индекса загрязненности вод (УКИЗВ), который изменялся в пределах 3Б-класса («очень загрязненные воды») (Рис.4).

Рисунок 4 - Соотношение среднегодовых значений индекса качества (ОТ) и УКИЗВ

Индекс сапробности претерпевал сезонные изменения, принимая максимальные значения в весенний период. Среднесезонные его значения варьировали: от 2,10 до 2,57 -

весной, от 2,02 до 2,16 - летом и от 2,01 до 2,19 - осенью. При этом размах среднегодовых значений индекса сапробности был незначительным (от 2,12 до 2,25). Согласно этим значениям Саратовское водохранилище можно классифицировать как ß-мезосапробный водоем.

В разные годы исследования при комплексной оценке качества вод по фитопланктону с учетом всех рассчитанных индексов, процент станций с повышенным уровнем загрязнения (выше III класса) варьировал от 52 до 62. Наиболее высокий уровень загрязнения отмечался, как правило, весной и осенью. В распространении загрязняющих веществ по оси водохранилища не всегда прослеживались определенные закономерности в связи с резкой сменой не только гидрохимических, но и гидрологических характеристик. Качество вод водохранилища оценивалось ежегодно в среднем III-IV классом. При этом следует отметить более высокий уровень загрязнения в 2007-2009 годах в пределах указанного класса.

Заключение

Фитопланктон русловой части Саратовского водохранилища в период с 2006 по 2010 годы характеризовался следующими особенностями. Межгодовая динамика количественных показателей развития фитопланктона была обусловлена главным образом изменением климатических и гидрологических факторов, максимальное его развитие отмечалось в маловодном 2006 году. В сезонной динамике количественных показателей прослеживался летний максимум, за исключением 2009 года, когда максимум численности и числа видов отмечался осенью, а биомассы - весной. Воды Саратовского водохранилища в период исследования относились преимущественно к категории мезотрофных вод. Пространственное распределение фитопланктона по продольной оси водохранилища определялось не только гидрологическими факторами, но и воздействием сточных вод. При этом повышенный уровень загрязнения иногда регистрировался и на фоновых станциях, что связано с высоким скоростным режимом Саратовского водохранилища и быстрым распространением загрязняющих веществ. За период исследования Саратовское водохранилище классифицировалось по средним индексам сапробности как ß-мезосапробный водоем. Вместе с тем, комплексная оценка уровня загрязнения вод водохранилища по фитопланктону соответствовала преимущественно III-IV классу, что обусловлено поступлением и накоплением в водоеме не только легкоразлагаемой органики, но и токсических веществ.

Библиографический список

1. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР. Куйбышевское и Саратовское водохранилища / Под ред. В.А. Знаменского и П.Ф. Чигиринского. -Ленинград: Гидрометеоиздат, 1978. - С. 11 - 156.

2. ГОСТ 17.1.3.07-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков.- М., 1982. - 12 с.

3. Елфимов А.В. Саратовское водохранилище. - Сб.работ Куйбышевской ГМО, вып. 5. -Куйбышев, 1968. - С. 123-131.

4. Зеленевская Н.А. Индекс качества для оценки экологического состояния водоемов/ Вестник ВуиТ. Серия «Экология». Вып.3.- Тольятти, ВуиТ, 2003. - С. 105-113.

5. Зеленевская Н.А. Биоиндикация вод саратовского водохранилища по фитопланктону в 2006 году /Сб.трудов II Междунар.конгресса «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов», Тольятти, 24-27 сент. 2009 г. - Тольятти, ТГУ, 2009. - С. 144-151.

6. Зеленевская Н.А. Экологическое состояние Саратовского водохранилища по данным фитопланктона в 2010 году / Современные проблемы водохранилищ и их водосборов. Т.IV. Водная экология: труды Междунар.науч.-практ. конф.(17-20 мая 2011 г., Пермь). - Пермь, 2011. - С. 59-63.

7. Оксиюк О.П., Жданова Г.А., Гусынская С.Л., Головко Т.В. Оценка состояния

водных объектов Украины по гидробиологическим показателям. I. Планктон /

Гидробиол.журн. - 1994. - Т. 30. № 3. - С.24-31.

8. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / Под ред. д-ра биол. наук В.А. Абакумова. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 318 с.

9. Унифицированные методы исследования качества вод. ч. III. Методы

биологического анализа. Приложение 1: Индексы сапробности. - М.: Изд-во СЭВ, 1977. -92 с.

10. Унифицированные методы исследования качества вод, ч. III. Методы

биологического анализа. Приложение 2: Атлас сапробных организмов. - М.: Изд-во СЭВ,

1977. - 228 с.