• ЗАКАЗАТЬ ХЛОРЕЛЛУ
• ВОДА
• ЖИВОТНОВОДСТВО
• ТИЛАПИЯ
• НАУКА
• О компании
• Галерея
• Вопрос-Ответ /
  Консультация онлайн
• Наши заказчики
• Отзывы

• English version
• Новости
• Прайс-лист
• Пресса о нас...
• Отчеты
• Контакты
• Материалы

К ВОПРОСУ О ТАКСОНОМИЧЕСКОМ СОСТАВЕ ФИТОПЛАНКТОНА И КАЧЕСТВЕ ВОДЫ ЛЕНЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА И НИЖНЕТАГИЛЬСКОГО ГОРОДСКОГО ПРУДА

Е.Е. Марченко*, В.В. Кульнев**, Г.А. Анциферова**,
Н.Г. Тарасова***, Т.В. Еремкина****, Б. В. Михайлов *****
abt-vrn@yandex.ru
ООО НПО «Альгобиотехнология», г. Воронеж*
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», г. Воронеж**
Институт экологии Волжского бассейна Российской академии наук,
г. Тольятти***
Институт комплексного использования и охраны водных ресурсов
(ФГУП РосНИИВХ), г. Екатеринбург****
ОАО ЕВРАЗ «Нижнетагильский металлургический комбинат»*****

Аннотация

Фитопланктон Леневского водохранилища насчитывает 154 таксона, Нижнетагильского городского пруда – 520 таксонов рангом ниже рода. Преобладающими группами являются диатомовые и зеленые водоросли. Наибольшее число видов принадлежит родам Scenedesmus, Nitzschia, Trachelomonas. Рассмотрены возможные причины значительных отличий результатов исследования флоры микроводорослей 2011 и 2014 года Леневского водохранилища. Отмечена тенденция к увеличению общего видового разнообразия водорослей Нижнетагильского городского пруда. Зафиксирована слабая и умеренная обратная корреляция между видовым разнообразием и величиной индекса загрязнения воды, рассчитанной по данным многолетнего мониторинга.

Ключевые слова: фитопланктон, видовое разнообразие, химический состав воды, загрязнение, водохранилище, мониторинг, Свердловская область.

Введение

Леневское водохранилище и Нижнетагильский городской пруд, как и многие водоемы Свердловской области, находятся под сильным антропогенным прессингом и являются весьма загрязненными. Основной источник загрязнения Нижнетагильского городского пруда – река Малая Кушва, в которую сбрасываются хозяйственно-бытовые стоки жилого массива Дзержинского района города, промышленные стоки Уралвагонзавода и Нижнетагильского металлургического комбината. Кроме того, пруд принимает в себя воды каскадного с ним Леневского водохранилища, испытывающего загрязнение тяжелыми металлами (медь, цинк) в результате поступления шахтных вод с заброшенного Левихинского рудника [9].

С 2010 по 2014 – на Нижнетагильском городском пруду, а в 2011 и 2014 годах Леневского водохранилища осуществлялась биологическая реабилитация методом коррекции альгоценоза.

Несмотря на особое экологическое состояние водоемов и на то, что они являются водными объектами многоцелевого использования, данные о флоре микроводорослей и гидрохимическом составе незначительные [12, 14,15,17].

В ходе проводимых исследований отбирались пробы воды для гидрохимического анализа и для качественной и количественной оценки фитопланктона из Нижнетагильского городского пруда на протяжении 2010-2014 гг., из Леневского водохранилища – в 2011 и 2014 гг. Отбор проб воды производился в соответствии с рядом нормативных документов [2,3,4,10,11].

На акватории Леневского водохранилища гидрохимические пробы отбирались с апреля по октябрь в 2011 году, а в 2014 году с июня по сентябрь в трех точках, привязанных к верховьям, и в двух точках, характеризующих низовья водоема. Общий объем обработанного материала составляет 55 проб.

В период с 2010 по 2014 год гидрохимические пробы отбирались на всей акватории Нижнетагильского городского пруда, в трех точках мониторинга. Всего отобрано и проанализировано 105 проб.

Общий объем обработанного материала фитопланктона по Леневскому водохранилищу составил 16 проб (Табл.1).

Таблица 1 – график сбора проб фитопланктона Леневского водохранилища

Общий объем обработанного материала фитопланктона нижнетагильского городского пруда составил 56 проб фитопланктона (Табл. 2), что позволяет выявить систематический и экологический состав сообщества низших водорослей и проследить особенности их развития.

Таблица 2 – график сбора проб фитопланктона Нижнетагильского городского пруда

Примечание. *В июне пробы отбирались дважды: в начале и в конце месяца.

Для получения усреднения данных пробы отбирались на разном – от 20 до 500 м – расстоянии от берега.

Для учета встречаемости микроскопических водорослей применялась шкала, которая рассчитывает баллы, исходя из полученных значений процентного содержания отдельных таксонов. Значения обилия переводились в балльную шкалу Кордэ [5].

Аналитическая обработка гидрохимических данных проводилась с использованием индекса загрязнения воды (ИЗВ).

Определение наличия зависимости между показателями фитопланктона и уровнем загрязненности воды использован коэффициент корреляции Пирсона (r).

Результаты исследования и их анализ

Комплексная характеристика эколого-гидрохимического состояния Леневского водохранилища представлена на рисунке 1 (А – Г).

Рис. 1 – динамика изменения ИЗВ Леневского водохранилища в 2011, 2014 гг.

В 2011 году снижение индекса загрязнения воды отмечено в августе. В 2014 году резкое снижение ИЗВ наблюдалось в июле, менее выраженное в августе. В сентябре 2014 года тенденция не сохранилась из-за максимально высоких значений индекса загрязнения воды, обусловленных завершением сброса части воды из Леневского водохранилища.

Самые высокие значения ИЗВ (Таблица 3) выявлены в 2012 году, что обусловлено, скорее всего, влиянием залповых значений в отдельных точках.

Таблица 3 – значения индекса загрязнения воды Нижнетагильского городского пруда в 2010 – 2014 гг.

Наиболее низкие значения ИЗВ характерны для июля и августа. Межсезонное (июнь, сентябрь) увеличение индекса объясняется повышенным стоком поверхностных вод (талые воды, обильные осадки) в водоемы, в связи с чем их загрязненность возрастает.

В каждой точке наблюдения прослеживается тенденция на снижение ИЗВ, за исключением низовьев водоема в сентябре. Более или менее отчетливое снижение ИЗВ прослеживается с 2010 по 2013 гг. Из общей картины выпадают значения некоторых точек 2012 и 2014 годов. Причиной относительно высоких значений 2014 года является сброс воды в связи ремонтом плотины, так как в меньшем объеме воды находится большая концентрация поллютантов. Явной причины, обусловливающей залповые значения в 2012 году не обнаружено. Сентябрьское повышение ИЗВ в 2014 году возможно обусловлено спуском водоема в 2014 году в связи с ремонтом плотины.

Ведущими поллютантами в обоих водоемах являются сидерофильные и халькофильные тяжелые металлы, нефтепродукты и, в меньшей степени, биогенные компоненты.

На фоне значительного вклада в ухудшение качества воды тяжелых металлов и нефтепродуктов имеет место снижение концентрации прочих поллютантов, что, скорее всего, обусловлено интенсивным расходом кислорода (этот вывод сделан по увеличению значений ХПК и БПК), генерируемого большой биомассой фотосинтезирующих хлорококковых водорослей [6, 7].

Отсюда следует, что проведение биологической реабилитации водоемов методом коррекции альгоценоза интенсифицирует процессы самоочищения, приводя к улучшению качества воды по санитарно-гигиеническим параметрам. Это особенно важно для Уральского региона, в котором водоснабжение населения осужествляется преимущественно из поверхностных водоисточников.

Таким образом, самая неблагоприятная эколого-гидрохимическая ситуация складывается в низовьях обоих водоемов. Поэтому при продолжении биореабилитационных работ следует увеличить объем суспензии хлореллы, вселяемой в эту часть водоемов.

На настоящий момент фитопланктон Леневского водохранилища насчитывает 154 таксона рангом ниже рода (в том числе 149 видам). В составе фитопланктона Нижнетагильского городского пруда зарегистрировано 520 таксонов рангом ниже рода (491 вид, их подвиды, вариации и формы). Роль отделов в формировании видового состава альгоценозов неравноценна (Табл. 4).

Таблица 4 – видовое разнообразие отделов фитопланктона

В целом преобладающими группами являются диатомовые и зеленые водоросли, что типично для водоемов умеренной зоны, для зоны смешанных лесов Западной Сибири. Вторыми по видовому разнообразию являются цианобактерии и эвгленовые. Водоросли других отделов не играют заметной роли в структуре фитопланктона, они не создают высокой численности и представлены небольшим количеством видов.

В спектр пяти рангов ведущих родов альгофлоры обоих водоемов по видовому разнообразию вошли представители пяти отделов: Chlorophyta, Bacillariophyta, Euglenophyta, Cryptophyta и Chrysophyta (Табл.5).

Таблица 5 – спектр ведущих родов микроводорослей

Общими чертами альгофлоры двух водохранилищ являются следующие: наиболее богатыми в видовом отношении среди зеленых водорослей является род Scenedesmus (Табл. 4), среди диатомовых наибольшим числом видов представлены роды Nitzschia и Synedra, среди эвгленовых – роды Trachelomonas и Euglena. Ранговое положение родов практически соответствует вкладу отделов, к которым они относятся, в суммарное видовое разнообразие альгофлоры. Ведущее положение зеленых водорослей как на уровне отделов, так и в родовом спектре свидетельствует об относительно невысокой степени эвтрофикации. Это подчёркивает срединное положение в спектре таких родов эвгленовых, как Trachelomonas и Euglena, ранговое положение которых прямо пропорционально отражает степень органического загрязнения.

По относительному обилию среди видов фитопланктона было выделено шесть групп, из которых три с максимальными балльными характеристиками («5», «7» и «9») были включены в комплекс доминирующих видов (Табл.6).

Таблица 6 – динамика видов доминирующего комплекса

Примечание. Плюсами отмечено наличие вида в пробах периода с относительной численностью менее 10% от суммарной численности в пробе.

Доминирующий комплекс фитопланктона Леневского водохранилища составляют восемь видов из трех таксонов: цианобактерий, диатомовых и эвгленовых водорослей. Наиболее постоянным компонентом комплекса является вид диатомовых Synedra tabulata, предпочитающий ?-мезосапробные воды. Следует отметить, что среди преобладающих по численности видов он предпочитает самые загрязненные воды

В Нижнетагильском городском пруду 26 видов из шести крупных таксонов микроводорослей преодолевали 10%-ный порог от суммарной численности фитопланктона в пробах одного месяца. Один вид – Synedra acus – представлен двумя доминирующими вариациями. Большинство видов комплекса (13 видов) являются представителями диатомовых водорослей. Небольшое число видов принадлежит цианобактериям (семь видов), зеленым (три вида), золотистым (два вида) и эвгленовым водорослям (один вид). По сапробной характеристике большинство видов являются ?-мезосапробными и олиго-?-мезосапробными.

Судя по сумме частот доминирования, в фитопланктоне обоих водоемов наибольшее число видов-доминантов регистрируется в июне и августе (Табл.5). В мае, июне среди доминантов встречаются и ?-мезосапробные виды. Тогда как в июле и августе они либо отсутствуют, либо доля от общего числа видов-доминантов крайне низка. Это объясняется сезонным колебанием уровня загрязненности водоемов.

Изучение динамики показателей общего разнообразия видов фитопланктона (Рис.2) позволяют сделать ряд выводов.

Рис. 2 – динамика видового разнообразия планктонной альгофлоры Леневского водохранилища

Результаты изучения альгофлоры Леневского водохранилища двух лет значительно отличаются. Практически на порядок отличается число обнаруживаемых видов. Индекс неопределенности (Шеннона) в 2011 в среднем за месяц меньше единицы (Рис.23), а в июльской пробе, взятой в низовьях водохранилища, даже равен нулю, так как обнаружен всего один вид Synedra tenera. Значительно выше индекс в последний год исследований. В июне 2014 года снижение Н` обусловлено массовым развитием небольшого числа видов, например, таких как цианобактерий Geitlerinema amphibia, Limnotrix planctonica и вида диатомовых Synedra tabulata, на долю которых в сумме приходится около 75% от общей численности фитопланктона. В августе 2014 года около 56,5% от общего обилия приходится на цианобактерии Geitlerinema amphibi, Microcystis aeruginosa, Planktolyngbya limnetica и ту же, что и в июне, диатомовую водоросль Synedra tabulata.

Различные результаты двух лет исследования флоры микроводорослей Леневского водохранилища могут объясняться рядом причин: естественными колебаниями численности, столь характерными для мелких и быстро размножающихся организмов, таких как большинство видов фитопланктона, охватом разных этапов процессов самоочищения водохранилища, различными временными промежутки с момента сброса загрязненных вод с рудника или иных источников до забора проб [8], интенсивностью вселения зеленой водоросли Chlorella vulgaris ИФР-111 [6,7].

Общее видовое разнообразие водорослей Нижнетагильского городского пруда, регистрируемых одновременно, возрастает с 2010 по 2013 года, сохраняясь на достигнутом уровне в 2014 году (Рис.3).

Рис. 3 – динамика видового разнообразия планктонной альгофлоры Нижнетагильского городского пруда

Наибольшее число видов приходится в основном на пробы летнего периода: на начало лета (2012 и 2013 гг.), на конец лета (2010 и 2011 гг.). Динамика числа видов фитопланктона в 2014 году отличается наличием двух максимумов: первый пик зафиксирован для конца мая, второй для середины лета (Рис.3), что, вероятно, является следствием влияния температуры: снижение температур в июле [13] повлекло за собой снижение численности, а, соответственно, и вероятности обнаружения в пробе летних теплолюбивых видов. Также понижением значений температур в 2014 году по сравнению с двумя предыдущими годами можно объяснить стагнацию числа видов в этом году.

Наименьшее число видов зарегистрировано в 2011 году, что, возможно, является следствием аномально жаркого лета 2010 г, в течение которого большинство фоновых видов не смогло оставить для обычного возобновления достаточное количество спор (акинет, гетероцист и т.п.).

Альгофлора Леневского водохранилища отличается большей численностью Staurastrum tetracerum Ralfs в июле и S. chaetoceros (Schrod.) G.M. Smith в августе. Развитие этих водорослей обусловлено их способностью к активной вегетации в ацидофильных условиях [16], характерных для водохранилища в связи с попаданием в него кислых вод заброшенных рудников [8,9]. Влиянием кислых вод Леневского водохранилища можно объяснить многочисленность ацидофильного олиго-?-мезосапротрофного вида Staurastrum gracile Ralfs во флоре Нижнетагильского городского пруда, причем в основном в низовьях водохранилища (точка отбора №1), в месте впадения реки Тагил, принимающей воды Леневского водохранилища.

Таким образом, за исследуемый период состояние водоемов в целом улучшается. При сопоставлении результатов гидрохимических и фитопланктонных исследований для большинства из них зафиксирована слабая и умеренная обратная корреляция между числом видов, реже индексом Шеннона, и величиной ИЗВ. Наиболее отличительные показатели как по фитопланктону, так и по индексу загрязненности воды в 2012 году; значения корреляции между показателями видового богатства и ИЗВ положительные.

Литература
1. Vinebrooke R.D, Graham M.D. Periphyton assemblages as indicators of recovery in acidified Canadian Shield lakes // Can. J. Fish. Aquat. Sci. – 1997. – 54, № 7. – P. 1557–1568.
2. ГОСТ 17.1.3.07-82 Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков.
3. ГОСТ 17.1.3.07-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков.
4. ГОСТ Р 51592-2000. «Вода. Общие требования к отбору проб»;
5. Кордэ Н. В. Методика биологического изучения донных отложений озер (полевая работа и биологический анализ)// Жизнь пресноводных вод СССР. - М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1956, Т4, ч 1. – С. 383-413.
6. Отчет о проведенных работах по биологической реабилитации Леневского водохранилища в 2014 году методом коррекции альгоценоза с целью снижения концентрации загрязняющих веществ// ООО НПО «Альгобиотехнология», г. Воронеж, 2014 г
7. Отчет о проведенных работах по биологической реабилитации Нижнетагильского городского пруда в 2014 году методом коррекции альгоценоза с целью снижения концентрации загрязняющих веществ// ООО НПО «Альгобиотехнология», г. Воронеж, 2014 г.
8. Оценка влияния затопленных медноколчеданных рудников на водные объекты Среднего Урала Л.С. Рыбникова, П.А. Рыбников, О.В. Тютков //Водное хозяйство России. – № 6, 2014. – С. 77-91 с.
9. Проблемы инженерной защиты гидросферы при отработке и ликвидации рудников среднего Урала (на примере Левихинского рудника) /Л.С. Рыбникова, А.Л. Фельдман, П.А. Рыбников //Водное хозяйство России.– №2, 2011. – С. 58-71.
10. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем/ Под ред. В. А. Абакумова. - СПб.: Гидрометеоиздат. 1992. – 284 с.
11. Садчиков А.П. Методы изучения пресноводного фитопланктона. – М.: Университет и школа. 2003. – 157 с.
12. Техногенное воздействие горнодобывающих предприятий Урала на состояние гидросферы / Л.С. Рыбникова //Водное хозяйство России. – № 1, 2012. – С.74-91.
13. Погода и климат Екатеринбурга и Свердловской области. Путь доступа: http://www.meteonova.ru/klimat/66/Sverdlovskaya%20Oblast/
14. Водохранилища Урала. Справочник. ЦБНТИ Минводхоза СССР, Москва, 1988. – 195 с.
15. Водные ресурсы Свердловской области / Под науч. ред. Н. Б. Прохоровой; ФГУП РосНИИВХ. – Екатеринбург, 2004 – С. 128-130.
16. France R.L., YungY.-K., Welbourn P.M. Identification of metaphytic Zygnemataceaen algae in acid-sensitive Canadian Shield Lakes // Algol. Stud. – 1992. – 66. – P. 99 –103.
17. Степень изученности видового состава водорослей некоторых водоемов Среднего и Южного Урала / Еремкина Т. В., Ярушина М. И./ Материалы II всероссийской конференции (Сыктывкар, 5-9 октября 2009 г.). – Сыктывкар: Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 2009. – С. 186-189. – Режим доступа: http://ib.komisc.ru/add/conf/algo_2009/, свободный.