Состояние фитопланктона Ижевского пруда в районе водозабора МУП города Ижевска «Ижводоканал» в 2002-2005 годах

_ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА_17

БИОЛОГИЯ 2006. №10

УДК 504.064:001.8

Н.А. Иванова, Л.А. Шарипова

СОСТОЯНИЕ ФИТОПЛАНКТОНА ИЖЕВСКОГО ПРУДА В РАЙОНЕ ВОДОЗАБОРА МУП ГОРОДА ИЖЕВСКА «ИЖВОДОКАНАЛ» В 20022005 ГОДАХ

Дается характеристика состояния фитопланктона Ижевского пруда в районе водозабора в 2003-2005 гг. Видовой состав водорослей характеризуется с точки зрения до-минантов и индикаторной значимости. Приведена динамика общей численности фитопланктона и численности сине-зеленых водорослей по годам. Определена зона са-пробности.

Ключевые слова: фитопланктон, сине-зеленые водоросли, индикаторные организмы, индекс сапробности, зоны сапробности.

Фитопланктон играет основную роль в образовании органического вещества в водоеме, и развитие его в конечном итоге определяет биологическую продуктивность и качество воды. Фитопланктон, являясь первичным звеном в трофической цепи, наиболее быстро реагирует на изменение условий среды и, в частности, на антропогенное эвтрофирование. Многие организмы, встречающиеся в водоемах, являются хорошими индикаторами условий обитания, так как для своего развития они требуют строго определенных значений экологических факторов. Зная состав и динамику обилия таких видов-индикаторов, можно оценить по их наличию и количественному развитию качество воды водоема и его экологическое состояние.

Задачей настоящих исследований является изучение видового состава фитопланктона, его численности и, в конечном итоге, выявление процессов эвтрофирования и оценка антропогенного воздействия на пруд по состоянию фитопланктона. Учитывая, что пруд является источником питьевого водоснабжения, состояние фитопланктона остается одним из важных показателей, поскольку фитопланктон существенно влияет на качество воды. Массовое развитие фитопланктона приводит к повышению окисляемости, мутности и цветности воды. При отмирании водорослей в воду поступают как токсины, содержащиеся в клетках, так и другие вещества, которые могут существенно ухудшать потребительские свойства воды, придавая ей различные запахи и привкусы. Также происходит ее насыщение соединениями азота, фосфора и серы [1].

Материалы и методика исследований

Материалом для данной работы послужили 350 проб фитопланктона, отобранных в Ижевском пруду с 2002 по 2005 г. с постоянной точки, находящейся на глубине 2,5-3 м, на расстоянии 25 м от берега. Исследования проводились во все сезоны с разной периодичностью. В вегетационный период (с апреля по октябрь) пробы отбирались в зависимости от состояния видового

и количественного состава 3-5 раз в неделю. В периоды роста численности фитопланктона или смены доминантов (в периоды депрессии фитопланктона) пробы воды отбирались ежедневно. Ежегодно с ноября по апрель пробы воды отбирались два раза в месяц.

Исследование видового состава фитопланктона Ижевского пруда в районе водозабора обобщается впервые.

В ходе исследований определялись количественный и качественный состав: виды и их численность, группы и их численность, общая численность фитопланктона. Также были высчитаны индексы сапробности и определены зоны сапробности.

Исследования проводились по методическим документам, разработанным для служб Госкомгидромета и предназначенным для комплексной оценки экологического состояния природных водоемов [2; 3]. Водоросли идентифицировались по определителям и справочникам, как отечественным, так и зарубежным [4-18]. При этом учитывались многие публикации и проводились консультации по определению видового состава прудового сообщества в аналитическом центре контроля качества воды «РОСА» г. Москва, на кафедре гидробиологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и в Институте биологии Коми НЦ УрО РАН.

Результаты и их обсуждение

Видовой состав фитопланктона в районе водозабора весь период оставался разнообразным. В результате исследований было идентифицировано более 250 видов и внутривидовых таксонов. Наибольшим разнообразием отличались представители зеленых водорослей (107 видов и внутривидовых таксонов). Из них чаще встречаются представители родов Scenedesmus (около 20 видов и внутривидовых таксонов), Pediastrum (7), Oocystis (6), Tetraedron (5), Monoraphidium (6) и др. Из диатомовых водорослей (всего 74 вида и внутривидовых таксона) можно отметить род Aulacoseira (8 видов и внутривидовых таксонов), Asterionella (1), Diatoma (2), Stephanodiscus (3), Navicula (16), Fragilaria (7), Synedra (5), Nitzschia (7). Из 32 идентифицированных видов и внутривидовых таксонов сине-зеленых водорослей доминирующими видами в разные годы анализируемого периода являлись: Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs, Microcystis aeruginosa Kutz. emend. Elenk., Microcystis pul-verea f. incerta (Lemm.) Elenk., Merismopedia tenuissima Lemm., Oscillatoria Agardhii Gom., Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Breb, Woronichinia compacta (Lemm.) Komarek et Hind., Woronichinia naegeliana (Ung.) Elenk. Из других групп водорослей определено 9 видов пиррофитовых, 20 - эвгленовых, 8 -золотистых, 1 - желто-зеленых.

В таблице приведены сравнительные данные минимальных, максимальных и средних значений общей численности фитопланктона и численности сине-зеленых водорослей за вегетационные периоды (с 1 апреля по 31 октября) с 2002 по 2005 гг. 2002 год характеризовался наиболее слабым развитием фитопланктона за весь исследуемый период. После вспышки численности Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs в конце лета 2003 г. средние значения общей численности фитопланктона выросли в 4-5 раз по сравнению

с 2002 г., а средние значения численности сине-зеленых - в 11-16 раз. Увеличение роли сине-зеленых водорослей и повышение общей численности водорослей косвенно указывают на поступление в водоем биогенов и, следовательно, на продолжающееся эвтрофирование водоема. Что касается сравнения между собой 2003, 2004 и 2005 гг., то статистические показатели этих годов стабильно высокие и ровные. Небольшое снижение средних и максимальных значений в 2004 г., возможно, объясняется тем, что в том году доминировал и определял общую численность и численность сине-зеленых водорослей Microcystis aeruginosa Kutz. emend. Elenk., тогда как в другие годы сукцессия в водоеме шла с доминированием Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs.

Минимальные, максимальные и средние значения общей численности фитопланктона и численности сине-зеленых водорослей в месте водозабора на СПВ «Пруд-Ижевск»

Общая численность фитопланкто- Численность сине-зеленых водорос-

Год на, тыс. кл./мл лей, тыс. кл./мл

MIN за MAX за Среднее за MIN за MAX за Среднее за

период период период период период период

2002 0,2 22,6 7,6 0 8,5 2,4

2003 0,2 153,3 43,1 0 150,7 38,9

2004 0,4 109,3 31,1 0,3 103,8 25,8

2005 0,5 135,5 38,8 0,4 132,4 35,5

Ниже рассмотрим посезонное и погодичное изменение видового и количественного состава. Поскольку весенний период (март-апрель) характеризуется максимальным содержанием биогенов, но еще низкими температурами, активным перемешиванием водных масс и не сильной, но достаточной солнечной радиацией, первыми в 2002 г. начинали вегетацию диатомовые из родов Aulacoseira и Diatoma. Ежегодный весенний пик развития диатомовых был представлен следующими видами: Stephanodiscus dubius (Fricke) Hust., Aulacoseira granulata (Ehr.) Simonsen, Aulacoseira italica (Ehr.) Kutz., Aulacoseira granulata var. curvata Grun. и др. Летом те же виды присутствовали, но занимали подчиненное положение вместе с представителями родов Fragil-laria и Synedra.

Летний период 2002 г. характеризовался развитием представителей сине-зеленых Merismopedia tenuissima Lemm., Woronichinia compacta (Lemm.) Komarek et Hind., Woronichinia naegeliana (Ung.) Elenk. Что касается представителей зеленых водорослей (чаще всего это были роды Scenedesmus, Pedias-trum, Oocystis, Monoraphidium, Tetrastrum, Tetraedron, Dictyosphaerium), в среднем в середине лета их численность была постоянной - 30-40 % (максимум до 55%) от общей численности фитопланктона.

Вегетационный период 2003 г. начинался подобно предыдущему году, но летний подъем численности сине-зеленых к августу не закончился, а продолжился, и середина августа 2003 г. охарактеризовалась резким ростом

общей численности фитопланктона за счет массового развития представителей сине-зеленых водорослей родов Merismopedia, Anabaena, Aphanizomenon и, в меньшей степени, рода Woronichinia. Максимальная общая численность фитопланктона в сентябре (и в 2003 г. в целом) достигала 153,3 тыс. кл./мл, в основном, за счет вышеперечисленных сине-зеленых водорослей, численность которых составила 150,7 тыс. кл./мл. В течение всего периода осеннего цветения водоема процент сине-зеленых водорослей составлял 96-98% от общей численности фитопланктона (рис.).

Рис. Общая численность фитопланктона и численность сине-зеленых водорослей в 2002-2003 гг.: прямой линией обозначена общая численность фитопланктона; пунктирной линией - численность сине-зеленых водорослей

В этот период отмечался запах, характеризуемый как «запах дуста». Проведенные анализы воды показали наличие геосмина - продукта жизнедеятельности некоторых цианобактерий, в данном случае - Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs и, возможно, Anabaena Lemmermannii Canabeus. Продолжительная теплая осень 2003 г. и как следствие, продолжительное цветение пруда обусловили накопление большого количества органического вещества. Это, возможно, и послужило причиной появления в конце апреля 2004 г. запаха геосмина, затем мощного развития представителя сине-зеленых водорослей (что не характерно для весеннего периода) Oscillatoria Agardhii Gom. При этом численность фитопланктона достигала 61 тыс. кл./мл, из них 42 тыс. кл./мл приходилось на сине-зеленые водоросли. В первых числах мая на фоне цветения Oscillatoria Agardhii Gom. отмечалось очень короткое по длительности интенсивное цветение диатомовых. Оно большей частью было представлено центрической диатомеей - Stephanodiscus dubius (Fricke) Hust.,

численность которой достигала 15-16 тыс. кл./мл, что составило 60% от общей численности фитопланктона, при этом на долю сине-зеленых приходилось до 25%. Но, уже начиная с середины мая и до конца 2004 г., преобладающими видами были различные виды цианобактерий.

С середины июля 2004 г. до марта 2005 г. одним из основных доминирующих видов был Microcystis aeruginosa Kutz. emend. Elenk.

В летне-осенний период 2004 г. общая численность фитопланктона была стабильно высокой - в среднем 31,1 тыс. кл./мл. В начале августа отмечался непродолжительный по времени пик общей численности фитопланктона - 109,3 тыс. кл./мл (это максимальный показатель за год).

Microcystis aeruginosa Kutz.emend.Elenk успешно зимует в вегетативном состоянии, поэтому он был отмечен во всех зимних пробах, за счет чего общая численность фитопланктона с ноября 2004 г. до марта 2005 г. была заметно выше, чем в предыдущие годы. С наступлением весны численность Microcystis aeruginosa Kutz. emend. Elenk. быстро увеличилась. Весеннее развитие диатомовых в 2005 г. характеризовалось большим разнообразием видов и отсутствием среди них монодоминанта. В начале лета отмечалась высокая численность Microcystis aeruginosa (до 20 тыс. кл./мл), а также относительно высокая численность другого представителя этого рода - Microcystis pulverea f. incerta (Lemm.) Elenk.

В конце июня произошла смена доминантов и, в конечном итоге, к августу доминировали Aphanizomenon flos-aquae (L.)Ralfs и Oscillatoria Agardhii Gom., что привело к появлению запаха в воде. В целом вегетационный период характеризовался преобладанием сине-зеленых водорослей, составляющих в среднем 70-96 % от общей численности фитопланктона. Доминирующими видами и субдоминантами практически весь вегетационный период являлись представители сине-зеленых (11 видов и внутривидовых таксонов) и только c 16 по 23 сентября доминантом являлся представитель диатомовых - Aulaco-seira granulata (Ehr.) Simonsen. Таким образом, начиная с середины 2003 г., произошли резкие изменения фитопланктонного сообщества Ижевского пруда в точке водозабора. Особенно это касается общей численности фитопланктона и численности сине-зеленых водорослей. Внезапное увеличение в августе 2003 г. численности Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs (т.е. «вспышка» вида) свидетельствует о нарушении стабильности экосистемы и может служить показателем начальной стадии эвтрофирования [19].

Что касается биоиндикаторных организмов исследуемого сообщества водоема в районе водозабора [20; 21], то из 250 видов и внутривидовых таксонов водорослей определенную индикаторную значимость (т.е. являются водорослями-индикаторами органического загрязнения) имеют 146 таксонов, из них a-мезосапробами являются 17 (6,8% от общего числа видов и внутривидовых таксонов), р- мезосапробами - 110 (44%), олигосапробами - 19 (7,6%).

Обработка количественных результатов анализов также свидетельствует о том, что пруд в точке водозабора находился на средней стадии загрязнения воды органическими веществами. Это показывает оценка полученных

результатов методом индикаторных организмов Пантле и Букка в модификации Сладечека. Подсчет индексов сапробности и определение зон сапробно-сти проводился ежемесячно в период активного развития водорослей (с мая по октябрь) и дополнительно в периоды смены видового состава. Значения индексов сапробности с 2003 по 2005 гг. изменялись с 1,67 до 2,28 и входили в интервал 1,51-2,5, что соответствует ß-мезосапробной зоне. Максимальное значение индекса сапробности в исследуемый период незначительно превышает максимальное значение этого показателя для большинства водоемов заповедников или приравненных к ним по степени охраны водных объектов, таких, как водохранилища питьевого назначения, для которых этот индекс колеблется от 0 до 2,2 [22].

«Цветение» воды сине-зелеными водорослями отмечается не только в водоемах нашего региона, но и во многих других, где благоприятные природно-климатические условия способствуют их массовому развитию. Виды, вызвавшие цветение Ижевского пруда в 2003-2005 гг. относятся к эврибионт-ным видам, которые в массе развиваются в водоемах независимо от их размеров, типов или географического положения [23].

Выводы

1. Результаты исследований фитопланктона показывают, что с 2003 по 2005 гг. в Ижевском пруду в месте водозабора по численности преобладали сине-зеленые водоросли. Практически все виды-доминанты, вызывавшие цветение, относятся к сине-зеленым водорослям и являются эврибионтными видами.

2. Внезапное увеличение численности Aphanizomenon flos-aquae (L.) Ralfs в августе 2003 г. свидетельствовало о нарушении стабильности экосистемы. Высокая общая численность фитопланктона, обусловленная высокой численностью вышеперечисленных видов цианобактерий на протяжении последующего времени, дает основание предполагать наличие процессов эв-трофирования (т.е. поступления в водоем биогенов и, как следствие, рост численности водорослей в водоеме [24]).

3. Определение сапробности методом индикаторных организмов Пантле и Букка в модификации Сладечека позволило отнести исследуемую зону к ß-мезосапробным водам. Оценка степени загрязнения вод по индикаторным организмам также позволяет отнести район водозабора к среднеза-грязненным водам.

Благодарности

За предоставленную возможность провести исследования на базе Центральной лаборатории, за проявленное понимание и содействие в отборе проб, а также за содействие в техническом и программном обеспечении, благодарим директора МУП г. Ижевска «Ижводоканал» А. Г. Задоянного и начальника Центральной лаборатории МУП г. Ижевска «Ижводоканал» В. В. Власову.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лукин В. Б., Кашкарова Г. П., Басихин П. В. Унификация гидробиологического контроля качества воды в лабораториях МГУП «Мосводоканал» // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. № 7. С. 9-13.

2. Абакумов В. А. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 239 с.

3. Абакумов В. А. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем. Л.: Гидрометеоиздат, 1992. 318 с.

4. Забелина М. М., Киселев И. А., Прошкина-Лавренко А. И., Шешукова В. С. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 4. Диатомовые водоросли. М.: Сов. наука, 1951. 620 с.

5. Голлербах М. М., Косинская Е. К., Полянский В. И. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 2. Сине-зеленые водоросли. М.: Сов. наука, 1953. 652 с.

6. Попова Т. Г. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 7. Эвгле-новые водоросли. М.: Советская наука, 1955. 282 с.

7. Дедусенко-Щеголева И. Т., Голлербах М. М. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 5. Желто-зеленые водоросли. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1962. 272 с.

8. Кондратьева Н. В., Коваленко О. В. Краткий определитель видов токсических сине-зеленых водорослей. Киев: Наук. думка, 1975. 80 с.

9. Паламарь-Мордвинцева Г. M. Определитель пресноводных водорослей СССР. Зеленые водоросли. Класс Коньюгаты. Порядок Десмидиевые. Л.: Наука, 1982. 620 с.

10. Фауна аэротенков. Атлас. Л.: Наука, 1984. 263 с.

11. Мошкова И. А., Голлербах М. М. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 10. Зеленые водоросли. Класс Улотриксовые. Л.: Наука, 1986. 360 с.

12. Царенко П. М. Краткий определитель хлорококковых водорослей Украинской ССР. Киев: Наук. думка, 1990. 208 с.

13. Ветрова З. И.. Флора водорослей континентальных водоемов Украины. Эвг-ленофитовые водоросли. Киев: Наук. думка, 1993. 260 с.

14. Рундина Л. А. Зигнемовые водоросли России (Chlorophyta: Zygnematophyceae, Zygnematales). СПб.: Наука, 1998. 351с.

15. Анисимова О. В., Романова О. Л., Танченко Е. М. Атлас водорослей водоемов Звенигородской биологической станции им. С.Н.Скадовского: Учеб. пособие к летней практике. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004. 132 с.

16. Komarek J., Fott B. Chlorophyceae (Grünalgen). Ordnung Chlorococcales // Das phytoplankton des Süsswassers. Systematik und Biologie. Bd. 14. Teil 7. Hf. 1. Stuttgart, 1983. 1044 S.

17. Krammer K., Lange-Bertalot H., Fischer G. Süsswasserflora von Mitteleuropa. Bacillariophyceae. Jena, Stuttgart, Lubeck, Ulm, 1991. Vol. 1. 876 p.; Vol. 2. 611 p.; Vol. 3. 576 p.; Vol. 4. 436 p.

18. Komarek J., Anagnostidis K. Süsswasserflora von Mitteleuropa: Cyanoprokaryota 1. Teil: Chroococcales. Jena; Stuttgart; Lübeck; Ulm, 1998. Bd. 19/1. 548 p.

19. Садчиков А. П. Методы изучения пресноводного фитопланктона. М.: Университет и школа, 2003. 157 с.

20. Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 3. Методы биологического анализа вод. Индикаторы сапробности. М.: СЭВ, 1977. 92 с.

21. Унифицированные методы исследования качества вод. Ч. 3. Методы биологического анализа вод. Атлас сапробных организмов. М.: СЭВ, 1977. 228 с.

22. Баринова, С. С., Медведева, Л.А., Анисимова, О.В. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. Тель-Авив: РШеБЗШШо, 2006. 498 с.

23. Богданов Н. И. Биологические основы предотвращения «цветения» Пензенского водохранилища сине-зелеными водорослями. Пенза: РИО ПГСХА, 2004. 70 с.

24. Хендерсон-Саллерс Б., Маркленд Х. Умирающие озера: причины и контроль антропогенного эвтрофирования. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 278 с.

Поступила в редакцию 27.09.06

N. A. Ivanova, L. A. Sharipova

The annual changes of algae population in the region of the waterworks of the Izhevsk pond in the period from 2002 to 2005

The aim of this survey was to study the annual changes of algae population of one of the regions of the Izhevsk pond in the period from 2002 to 2005. The comparison of the common amount of phytoplankton and the species composition is made, and the level of organic pollution of this region of the pond is defined.

Иванова Наталья Александровна Шарипова Лидия Анатольевна МУП г. Ижевска «Ижводоканал». 426000, Россия, г. Ижевск, ул. Красногеройская, 21 E-mail: ina@ivk.udm.net