Фитопланктон малых урбанизированных водоемов естественного происхождения (на примере ва- сильевских озер, Самарская область): Многолетняя динамика показателей количественного развития

DOI: 10.24411/9999-010A-2019-10066

Е.С. КРИВИНА, Н.Г. ТАРАСОВА

Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти, Россия

ФИТОПЛАНКТОН МАЛЫХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ВОДОЕМОВ

ЕСТЕСТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ВАСИЛЬЕВСКИХ ОЗЕР, САМАРСКАЯ ОБЛАСТЬ): МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОЛИЧЕСТВЕННОГО РАЗВИТИЯ

Малые водоемы урбанизированных территорий имеют большое экологическое значение и эстетическую ценность. При этом они испытывают антропогенную нагрузку, в результате чего нарушаются циклы их естественного функционирования (Kleeberg, 2003).

В XX в. в ряде водоемов Европы было отмечено массовое развитие нитчатых без-гетероцистных форм синезеленых водорослей, ранее относимых к роду Oscillatoria (плактотрихетовый или Б1-тип). Такое состояние озер называют «осциллаториевой» болезнью, развитие которой связывают с нарастающим антропогенным эвтрофирова-нием. При этом, несмотря на прогрессивную экспансию синезеленых водорослей S1-типа в водоемах умеренной зоны, данных по развитию фитопланктона в озерах планк-тотрихетового типа, особенно в переходный период, немного (Лященко, 2001; Kleeberg, 2003; Сиделев, Бабаназарова, 2011).

В данной работе рассмотрены сезонные и многолетние изменения показателей количественного развития фитопланктона малых урбанизированных водоемов естественного происхождения на примере трех Васильевских озер (Бол. Васильевское, Прудовиков, Восьмерка).

Сама система Васильевских озер расположена на северо-восточной границе г. о. Тольятти. Происхождение озер различно. За исключением оз. Бол. Васильевское, все они возникли в 1950-1960-е гг. Их происхождение в основном связано со строительством автодорог и/или затоплением естественных понижений рельефа грунтовыми водами после заполнения Куйбышевского водохранилища.

На экологическое состояние водоемов оказывают влияние деятельность предприятий северного промышленного узла г. Тольятти, садоводческих кооперативов и дач, поставляющих в них биогенные элементы. Два водоема системы подвергались техногенной эксплуатации до 1996 г. (оз. Шламонакопительное и оз. Отстойник). До 1987 г. на территории водосбора озер находилась городская свалка. Все водоемы соединены единым водоносным горизонтом, что способствовало их загрязнению и деградации экосистем данных озер (Протисты и бактерии..., 2009).

Изучение их экосистем проводилось сотрудниками ИЭВБ РАН в конце ХХ в. (Протисты и бактерии., 2009), а после - с 2013 г. в связи с мероприятиями по «биологической реабилитации», приводящимися на оз. Бол. Васильевское (Горбунов, 2014, 2017; Кривина, 2016, 2017, 2018; Кривина, Тарасова, 2017а,б).

Материалом для работы послужили альгологические пробы, отобранные в оз. Бол. Васильевское, оз. Прудовиков, оз. Восьмерка в открытой пелагической зоне по стандартным гидробиологическим методикам в период с мая по октябрь в 1991-1992 гг. и 2001 г., с июня по октябрь в 2013 г. и с апреля по ноябрь 2014 г. Всего было отобрано и обработано около 300 альгологических проб.

Существенные изменения от 1991 г. к 2014 г. отмечались в химическом составе воды и уровне минерализации. Так минерализация возросла в 1,75 раза (в среднем с 254 мг/л до 445 мг/л), а класс гидрохимического состава воды изменился от кальций-гидрокарбонатного класса в 1991-1992 гг. к натрий-гидрокарбонатному (содовому) в

© 2019 Кривина Елена Сергеевна, pepelisa@yandex.ru; Тарасова Наталья Геннадьевна, tnatag@mail.ru

оз. Бол. Васильевское и оз. Прудовиков и натрий-сульфатному в оз. Восьмерка в 20132014 гг. Изменилось также и концентрации биогенных элементов и их соотношение. Так в оз. Бол. Васильевское и в оз. Прудовиков от 1991 г. к 2014 г. отмечался процесс снижения содержания фосфора на фоне увеличения концентраций азота, особенно его аммонийной формы (табл. 1). В результате к 2014 г. в исследованных водоемах произошла смена биогенного элемента, лимитирующего развитие фитопланктона с азота на фосфор (Горбунов, 2014, 2017).

Таблица 1. Содержание биогенных элементов в поверхностном горизонте исследуемых водоемов с 1991 г. по 2014 г.

Водоем Год NH4+, мгЖл №бщ, мгЖл Рмин, мг/л Робщ, мг/л N : P

1991-1992 гг. 0,490 2,685 0,042 0,451 6

оз. Бол. Васильевское 2001 г. 0,540 3,050 0,043 0,392 8

2013-14 гг. 0,722 4,595 0,049 0,338 14

1991-1992 гг. 0,400 1,290 0,015 0,150 9

оз. Прудовиков 2001 г. 0,920 2,180 0,021 0,130 18

2013-2014 гг. 1,130 3,980 0,027 0,114 35

1991-1992 гг. 0,504 1,960 0,055 0,195 10

оз. Восьмерка 2001 г. 0,840 3,110 0,070 0,210 15

2013-2014 гг. 1,235 3,548 0,040 0,221 16

Многолетняя динамика показателей количественного развития водорослей представлена на рис. 1. Во всех исследованных водоемах с течением времени произошло увеличение численности и биомассы фитопланктона. Уровень органического загрязнения озер, рассчитанный по биомассе фитопланктона, также возрос от 1990-х к 2014 г.

Анализ сезонной и многолетней динамики численности и биомассы фитопланктона исследованных водоемов показал, что от 1991 г. к 2014 г. по мере роста уровня трофности вод, увеличивалась относительная доля синезеленых водорослей в их формировании. Активная вегетация представителей этого отдела водорослей становится все более растянута во времени. При этом в формировании численности и биомассы синезеленых водорослей увеличивается роль представителей, относимых ранее к р. Os-cillatoria (Б1-тип). Их вклад в показатели общей численности фитопланктона к 2014 г. возрос в среднем с 22% до 61%, биомассы - с 3 до 29%. Доля представителей родов Microcystis (M-тип) и Anabaena, Aphanizomenon (Н1-тип) снизилась, соответственно, с 52% до 22% от общей численности и с 30% до 18% от общей биомассы. Эта закономерность проявляется на фоне увеличения концентрации азота (особенно его аммонийной формы) (Rs=0,77-0,92) и соотношения общего азота и фосфора (Rs=0,79-0,95).

Обычно сезонная и межгодовая динамика биомассы сообществ планктонных организмов в водоемах представляется в виде многовершинных ломаных линий. Наибольшие и наименьшие значения биомассы, не обеспеченные продукционными возможностями отдельных видов не следует принимать при этом во внимание (Алимов, 2001). Сезонные или многолетние изменения структурных и функциональных характеристик экосистем в определенной степени отражают поведение системы в конкретных условиях. В общем виде такие изменения могут быть выражены через вариабельность динамики биомассы (ВДБ).

ВДБ возрастает по мере увеличения продуктивности водоемов и снижения размера особей в сообществах гидробионтов - она более высокая в сообществах фитопланктона и низкая в сообществах донных животных, наименьшие ее значения следует ожидать в ихтиоценозах водоемов (Алимов, 2000; Корнева, 2015).

А) Б)

Рис 1. Многолетняя динамика средних значений численности (А) и биомассы (Б) фитопланктона Васильевских озер в 1991-2014 гг. Обозначения: Б.В. - оз. Бол. Васильевское; Пр. - оз. Прудовиков; В. - оз. Восьмерка: I - 1991-1992 гг.; II - 2001 г.; III - 2013-2014 гг.

Показатель вариабельность динамики биомассы фитопланктона, рассчитывается как отношение минимального и максимального ее значения в течение вегетационного сезона (Алимов, 2000). В исследованных водоемах она изменялась в пределах от 4 до 12 раз (рис. 2). В оз. Бол. Васильевское и в оз. Прудовиков вариабельность динамики биомассы фитопланктона снижалась от начального периода исследования к конечному. Стабилизация происходила за счет увеличения значений минимальной биомассы в течение вегетационного сезона и повышения этого показателя в летне-осенний период, поэтому говорить об увеличении устойчивости экосистемы в данном случае мы не мо -жем. (Алимов, 2000; Ивантер, Коросов, 2010; Сиделев, Бабанозарова, 2011). В оз. Восьмерка с течение времени отмечалось нарастание вариабельности динамики биомассы, что свидетельствует о повышению уровня трофности водоема.

Рис. 2. Многолетняя динамика вариабельности биомассы фитопланктона фитопланктона Васильевских озер в 1991-2014 гг. Обозначения: А) Б.В. - оз. Бол. Васильевское; Пр. - оз. Прудовиков; В. - оз. Восьмерка

1991-92 гг. 2001 г. "2013-14 гг.

Рис. 3. Многолетняя динамика дисперсии средней за вегетационный сезон биомассы фитопланктона Васильевских озер в 1991-2014 гг. Обозначения: Б. В. - оз. Бол. Васильевское; Пр. - оз. Прудовиков; В. - оз. Восьмерка.

Высокие значения вариабельности динамики биомассы сопровождалось ростом во времени дисперсии средней за вегетационный период биомассы (рис. 3), что позволяет говорить об увеличении варьирования этого признака и свидетельствует о снижении структурной и функциональной устойчивости экосистемы (Алимов, 2000; Ивантер, Коросов, 2010).

Таким образом, во всех исследованных водоемах с течением времени произошло увеличение показателей количественного развития фитопланктона. Соответственно, уровень органического загрязнения озер, рассчитанный по биомассе фитопланктона, увеличился от 1990-х к 2014 г. В исследованных водоемах доля синезеленых водорослей в формировании показателей количественного развития фитопланктона повышалась, при снижении таковой диатомовых и зеленых. Также во всех изученных озерах отмечалось увеличение роли водорослей «осциллаториевого» комплекса Б1-типа в формировании общей численности и биомассы фитопланктона. Эта закономерность проявлялась на фоне увеличения концентраций азота и его аммонийной формы и роста соотношения азота к фосфору.

Значения вариабельности динамики биомассы и уровня дисперсии, а также характер их изменений от 1991 г. к 2014 г. свидетельствует о снижении устойчивости фито-планктонного сообщества от 1990-х к 2014 г. вследствие загрязнения и антропогенного эвфтрофирования.

Список литературы

Алимов А.Ф. Элементы теории функционирования водных экосистем. СПб., 2000. 147 с.

Горбунов М.Ю., Уманская М.В., Краснова Е.С. Современное экологическое состояние озера Большое Васильевское // Изв. Самар. НЦ РАН. 2014. Т.16, №1. С.183-187.

Горбунов М.Ю., Уманская М.В., Краснова Е.С. Современное экологическое состояние некоторых пригородных озер системы Васильевских озер, г. Тольятти: Гидрохимический режим озер в 20132015 гг. // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2017. Т. 26, №1. С. 28-40.

Ивантер Э.В., Коросов А.В. Элементарная биометрия: уч. пос. Петрозаводск, 2010. 104 с.

Корнева Л. Г. Фитопланктон водохранилищ бассейна Волги. Кострома, 2015. 284 с.

Кривина Е.С. Таксономический состав фитопланктона оз. Восьмерка (г. Тольятти, Самарская область) // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2017. Т. 26, № 1. С. 41-54.

Кривина Е.С. Таксономический состав фитопланктона оз. Прудовиков// Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2016. Т. 25, № 4. С. 177-190.

Кривина Е.С. Трансформация фитопланктона малых водоемов урбанизированных территорий в

условиях изменения антропогенной нагрузки: Автореф... дис. кан. биол. наук. Тольятти, 2018. 20 с.

Кривина Е.С., Тарасова Н.Г. Трансформация альгофлоры техногенных озер (на примере г. Тольятти) // Вода и экология: проблемы и решения. СПб: СПбГАСУ, 2017а. №3 (71). С. 13-34.

Кривина Е.С., Тарасова Н.Г. Особенности распределения планктонных водорослей в стратифицированном водоеме (на примере оз. Прудовиков, г.о. Тольятти) // Вода: химия и экология. 2017б, № 9. С. 55-63.

Ляшенко О.А. Развитие Planktotrix agardhii (Cyanophyta) в водоемах бассейна Верхней Волги // Бот. журн. 2001. Т. 56, № 7. С. 61-65.

Протисты и бактерии озер Самарской области / Под ред. д.б.н. В.В. Жарикова. Тольятти, 2009. 240 с.

Сиделев С.И., Бабаназарова О.В. Экология и сукцессия фитопланктона в озерах планктотрихе-тового типа (на примере озера Неро, Япославская область, Россия) // Водоросли: таксономия, экология, использование в мониторинге. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. С. 212-216.

Kleeberg A. Re-assessment of Wundsch's (1940) "H2S-Oscülatoria-lake"type using the eutrophic lake Scharmützel (Brandenburg, NE Germany) as an example // Hydrobiologia. 2003. № 501. Pp. 1-5.