QUALITATIVE COMPOSITION OF PLANKTONIC ORGANISMS OF KARAKOL LAKE UNDER THE INFLUENCE OF MAN-MADE FACTORS
Abstract and keywords
Abstract (English):
The population of man-made body of water – lake Karacol (Kazakhstan) under the influence of thermal waste treatment, which led to the loss of indigenous population of the Middle Caspian in the pond is studied. It is found that the population is qualitatively poor. Planktonic organisms are mainly represented with Dictyosphaerium pulchellum Wood, Oocystis composite Pr.-Lavr. sp. nov. and Merismopedia minima G. Beck of phytoplankton, as well as Calanipeda aquae-dulcis Kritsch 1873, Heterocope caspia and other forms of zooplankton.

Keywords:
hydrochemistry, zooplankton, qualitative composition, lake Karakol, man-made factors, phytoplankton
Text
Введение Как известно, видовой состав планктонных организмов иногда дает более полную информацию о состоянии экосистемы водоема, чем значения их количественного развития [1]. Фитопланктон является источником, дающим начало любой биологической активности в различных водоемах. Кроме того, фитопланктон формирует основу всех водных пищевых цепей. Роль зоопланктона также очень велика благодаря тому, что он является в своем роде проводником энергии, поступающей в водоем [2]. Озеро Караколь по своему происхождению является техногенной экосистемой, созданной за счет сбросных термальных вод тепловой электростанции в аридной зоне степей, переходящих в пустыню. Водоем создан на естественном рельефе (впадине) и ограничен полосой дюнных песков от Каспийского моря [3]. Озеро имеет связь с морем в районе сбросного канала, благодаря чему в техноэкосистему проникли различные гидробионты из естественной экосистемы – планктонные организмы, бентос, макрофиты и рыба [4]. В результате в озере создались благоприятные условия для гнездования, отдыха и зимовки перелетных птиц. Многие из них включены в Красную книгу Республики Казахстан и Международную Красную книгу, что, в свою очередь, определило статус озера как особо охраняемой природной территории. Антропогенный характер образования озера в значительной степени отличает его от Каспийского моря по ряду гидрохимических показателей, в том числе по солености воды, что является важнейшим фактором, стимулирующий круговорот макро- и микроэлементов в этой экосистеме [3, 5]. Целью наших исследований являлся химико-биологический анализ, в частности определение влияния гидрохимических показателей воды на качественный состав планктонных организмов водной техногенной экосистемы – озера Караколь. Материалы и методы исследований Материалом для исследований послужили пробы воды и пробы фито- и зоопланктона в весенне-летний период 2009–2011 гг. В ходе исследований использовались стандартные полевые методы – сбор фитопланктона был произведен батиметрическим способом. Зоопланктон отбирали сетью Апштейна (диаметр входного отверстия 25 см, газ № 58). Пробы планктона фиксировались 40 %-м концентрированным формалином. Стандартную камеральную обработку собранного материала проводили в лабораторных условиях счетным методом Гензена в камере Богорова [2, 6–7]. Идентификацию организмов проводили с помощью определителей [8–10]. Гидрохимический анализ проводился стандартными методами [11–14]. Статистическая и графическая обработка выполнена согласно общепринятым методам с использованием компьютерной программы Excel 2003 для Windows [15]. Результаты исследования Гидрохимический анализ. Исследования гидрохимического состава воды оз. Караколь показали, что соленость воды составила от 13,20 до 13,62 ‰ при среднем значении 13,19 ± 0,2 ‰. Значение водородного показателя (рН) играет значительную роль в процессах превращения различных форм элементов в водоеме. Согласно существующей классификации, вода озера относится к рассолам со слабощелочной реакцией, pH составил в среднем 8,04 ± 0,019. Температурный показатель составил 23,67 ± 0,333 °С (рис. 1). Показатели содержания кислорода были невысокими – вcего 2,667 ± 0,219 мг/л. Рис. 1. Средние значения некоторых гидрохимических показателей в оз. Караколь Содержание биогенных элементов в значительной степени обусловливает биологическую продуктивность водоема. По результатам исследований содержание аммонийного азота в воде озера не превышало установленный норматив (ПДК = 0,4) и составило 0,06 ± 0,015 мг/л. Концентрация нитратного (NO3) и нитритного (NO2) азота составила 0,9 ± 0,1 и 0,005 ± 0,001 мг/л соответственно, что также не превышало ПДК (рис. 2). Рис. 2. Содержание биогенных веществ в оз. Караколь: КОУАВО – коэффициент относительной утилизации азота водными организмами Содержание соединений фосфора в водоеме отмечалось на уровне 0,123 ± 0,035 мг/л, что является нормой для мезотрофных водоемов. В морских водах, где реакция всегда щелочная, железа (Fe) мало, причем оно присутствует главным образом в коллоидной форме, в виде гидрата окиси железа. Концентрация общего железа в воде составляла 0,027 ± 0,003 мг/л. Концентрация свинца в воде оз. Караколь составляла 0,035–0,039 мг/дм3, т. е. превышала ПДК в 6,5 раза. Аналогично вели себя хром и медь: концентрация хрома в водах составила 0,120–0,127 мг/дм3 (1,8 ПДК), концентрация меди – в среднем 0,027 мг/дм3, превысив ПДК в 5,4 раза. Максимальная концентрация цинка в период исследований составляла 0,043 мг/дм3, что очень близко к ПДК = 0,05 (рис. 3). Рис. 3. Содержание металлов в оз. Караколь Фитопланктон оз. Караколь отличается от планктонных фитоценозов Среднего Каспия с нормальной соленостью (12,80–12,85 ‰) своей относительной бедностью морскими элементами и значительным разнообразием солоноватоводных элементов. В основном фитопланктон был представлен диатомовыми (Bacillariophyta), синезелеными (Cyanophyta) и зелеными (Chlorophyta) водорослями (табл. 1). Наибольшим видовым разнообразием характеризовались диатомовые водоросли, которые были представлены родами Gomphonema, Navicula, Diatoma Grun. и Nitzsсhia Hass. Таблица 1 Таксономический спектр фитопланктона оз. Караколь ОтделКоличество классовподрядовсемействродов Bacillariophyta2224 Cyanophyta1133 Chlorophyta1134 Зеленые водоросли были представлены в период исследования двумя видами – Dictyosphaerium pulchellum Wood, 1893 и Oocystis composite Pr.-Lavr. sp. nov. (рис. 4) из родов диктиосфериум (Dictyosphaerium Näg.) и ооцистис (Oocystis Näg.), а также водорослями, относящимися к сем. Chlorellaceae Brunnthaler, 1913 и р. Euglena Ehrenberg, 1830. Диктиосфериум красивый (Dictyosphaerium pulchellum Wood) – это планктонный вид с широкой географией распространения, пресноводный (0,12–0,78 ‰), развивающийся при температуре 15,7–25,4 ºС. В Среднем Каспии встречается единично. Ооцистис сложный (Oocystis composite Pr.-Lavr. sp. nov.) – пресноводно-солоноватоводный (3,5–10 ‰) планктонный вид, живущий при температуре 18–25 ºС. Синезеленые (Cyanophyta) водоросли представлены 1 классом, 1 порядком, 3 семействами, 3 родами: Microcystis Kütz., Gloeocapsa (Kütz.) Hollerb. Emend и Merismopedia (Meyen) Elenk. emend. Род мерисмопедия был представлен одним малоизученным видом – мерисмопедией наименьшей (Merismopedia minima G. Beck), относящейся к донно-планктонной экологической группе. Этот вид по распространению – космополит, галофильный обитатель обрастаний и по своему отношению к рН – алкалифил + алкалибионт. а б Рис. 4. Внешний вид зеленых водорослей оз. Караколь: а – диктиосфериум красивый (Dictyosphaerium pulchellum Wood: 1, 3 – колонии; 2 – клетки; 4 – образование автоспор; 5 – молодая колония; 7–9 – шиповатая форма; б – ооцистис сложный (Oocystis composite Pr.-Lavr. sp. nov.: 12 – цинобии; 13 – синценобии Отметим, что ведущим был комплекс диатомовых водорослей, включающий 4 вида, которые играют значительную роль в формировании фитопланктона. По мнению К. А. Гусевой, для развития и размножения водорослей оптимальными являются следующие дозы: нитратный азот – 2–5 мг/л; 0,01–0,4 мг/л и 0,1–2,0 мг/л, аммиачный – 0,2–0,5 мг/л; 0,02–0,05 и 0,06–0,2 мг/л для зеленых, диатомовых и синезеленых водорослей соответственно. Железо для развития водорослей требуется в весьма небольших количествах. Особенно требовательны к железу диатомовые водоросли, менее требовательны синезеленые [16]. Вредные вещества, поступающие в водоемы в результате человеческой деятельности, могут как подавлять, так и стимулировать рост водорослей, причем в последнем случае сами водоросли становятся источником беспокойства [17]. Так, изучение альгофлор в местах влияния рудничных вод показывает, что металлы снижают как разнообразие, так и продуктивность сообществ, за исключением синезеленых и диатомовых водорослей, которые в целом менее устойчивы, чем представители Chlorophyceae. Согласно P. L. Foster [18], воды, загрязненные медью и свинцом, могут приводить к тому, что видовой состав определяется уровнем загрязнения, а не конкретным металлом. P. J. Say и B. A. Whitton [19] относят Nitzschia к типичным представителям альгофлоры водоемов, загрязненных цинком. Для водорослей более ядовитой является медь. Наиболее чувствительны к меди синезеленые [20]. Синезеленые водоросли весьма чувствительны также к кобальту (Со), его содержание в синезеленых в 50 раз выше, чем в других растениях [21]. Следует отметить, что разнообразие фитопланктона, как правило, уменьшается в техногенных экосистемах (водоемах-охладителях), в которых температура воды выше температуры воды естественных источников. Гидрохимические условия, сложившиеся в оз. Караколь, не позволяют развиваться в нем водорослям, требовательным к определенным химическим элементам, что позволяет нам характеризовать планктонный фитоценоз как качественно бедный. Зоопланктон. Как уже было отмечено выше, одной из основных составляющих водных экосистем является зоопланктонное сообщество. Зоопланктонные организмы чувствительны к изменения среды обитания. Смена видового состава планктонного сообщества, изменение ареала и другие факторы являются хорошими показателями экологического состояния водных экосистем [22]. Основными факторами, определяющими качественное развитие компонентов биоты водоема-охладителя атомной электростанции, являются тип водоема, источник водного питания, термическое, радионуклидное и токсическое загрязнение, а также эвтрофирование и сапробизация. Наибольшее воздействие на зоопланктон оказывает повышение температуры воды, причиной которого является сбрасывание в водоем вод, подогретых при охлаждении агрегатов электростанции. Это воздействие проявляется в стимулировании или ингибировании развития сообщества и, как следствие, в изменении хода межгодовой и, особенно, межсезонной динамики [23, 24]. Первоначальные исследования зоопланктона весной 2009 г. показали его качественную бедность, были зарегистрированы представители двух отрядов ракообразных – Copepoda и Ostracoda, из простейших – представители подкласса Foraminifera и класса Oligochaeta. Показатели развития зоопланктонного сообщества в 2010 г. не имели серьезных отличий от таковых в 2009 г. Летом 2011 г. зоопланктофауна оз. Караколь была представлена в основном небольшим количеством видов из отряда веслоногих (Copepoda), относящихся к трем подотрядам – Calanoida, Cyclopoida и Harpacticoida. Подотряд Calanoida в зоопланктоне водоема представлен формами, относящимися к семействам Temoridae и Pseudodiaptomidae G. O. Sars. Веслоногие раки были представлены единственным видом из семейства Pseudodiaptomidae G. O. Sars – эвритермным Calanipeda aquae-dulcis (Kritsch, 1873), а семейство Temoridae – прибрежным, эвригалинным пелагическим видом – Heterocope caspia (G. O. Sars, 1897). Особенности экологии C. aquae-dulcis (обитание в нестабильных внутренних водоёмах, распреснённых в Черноморско-Азово-Каспийском бассейне, гиперсолёных водах Адриатики) предполагают высокую устойчивость этого вида к изменению солёности (широкоэвригалинный осмоконформер), что позволяет использовать его в качестве модельного объекта эколого-физиологических исследований [25]. Согласно [26, 27], каланипеды питаются клетками диатомовых водорослей, а в отдельные периоды могут питаться преимущественно бактериями, детритом и вполне могут обеспечивать свои потребности в пище. H. caspia по своей биологии является теплолюбивым и автохтонным видом, питающимся фильтрационным способом. Другой подотряд – Cyclopoida представлен в основном личиночными стадиями, за исключением половозрелых форм семейства Cyclopidae. Данное семейство в планктоне оз. Караколь было представлено эндемиком Каспийского моря, эвригалинным и эвритермным видом Halicyclops sarsi Akatova и Cyclops sp. Данные представители циклопов обладают высокой стойкостью к дефициту кислорода в воде, кислой среде и многим другим факторам, неблагоприятным для остальных морских и пресноводных организмов. Гарпактициды (подотряд Harpacticoida) были представлены полностью личиночными формами. Простейшие характеризуются средним качественным разнообразием инфузорий и фораминифер. В планктоне встречались также пелагические личинки донных животных. Инфузории были представлены морскими тинтиннидами – альгофагом Codanella relicta (forma typica) Minkiewitsch и микрофагом Tintinnopsis mitra Grimm [28], широко распространенными в открытой части Каспийского моря. Фораминиферы были представлены Ammonia beccarii (L.) subsp. caspica Shchedrina subsp. n. Было зафиксировано также присутствие личинок усоногих ракообразных Balanus improvisus Darwin, насекомых Chironomidae и теплолюбивых коловраток из р. Brachionus Pallas. Заключение По результатам исследований можно сделать вывод, что время взятия проб и своеобразный режим техноэкосистемы полузамкнутого типа обусловили качественную бедность планктонных организмов. Альгоценоз оз. Караколь был представлен диатомовыми, синезелеными и зелеными водорослями. Наиболее разнообразным был видовой состав диатомовых (Bacillariophyta). За диатомеями Chlorophyta и Cyanophyta. Основными факторами, влияющими на длительность развития и выживаемость копепод, являются температура (21 ± 1,5 °С), количественные и качественные характеристики питания [29, 30], т. к. при сильном прогреве (более 6 °С [31]) и в присутствии различных химических веществ в водоемах наблюдаются значительные нарушения биологического режима: вытесняются холодолюбивые формы организмов, снижается продуктивность фауны и флоры, сокращается видовой состав фито- и зоопланктона.
References

1. Transkiy V. I. Fitosanitarnaya diagnostika v integrirovannoy zaschite zernovyh kul'tur / V. I. Transkiy // Sbornik metodicheskih rekomendaciy po zaschite rasteniy / pod red. K. V. Novozhilova. SPb.: VIZR, 1998. S. 5–55.

2. Metodicheskie rekomendacii po sboru i obrabotke materialov pri gidrobiologicheskih issledovaniyah na presnovodnyh vodoemah. Zooplankton i ego produkciya / pod red. G. G. Vinberga, G. M. Lavrent'eva. Leningrad: GosNIORH, 1982. 33 s.

3. Karapun M. Yu. Gidrohimicheskaya harakteristika ozera Karakol' (Kazahstan) / M. Yu. Karapun // Estestvennye nauki. 2011. № 1 (34). S. 59–64.

4. Zaycev V. F. Bioraznoobrazie ozera Karakol' / V. F. Zaycev, O. V. Obuhova, M. Yu. Karapun, T. D. Bisekenov // Problemy sohraneniya i racional'nogo ispol'zovaniya bioraznoobraziya Prikaspiya i sopredel'nyh regionov. VII zaoch. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Elista, 2010. S. 68–70.

5. Golubkina N. A. Selenovyy status ozera Karakol', Kazahstan / N. A. Golubkina, M. Yu. Karapun, V. F. Zaycev // Problemy biogeohimii i geohimicheskoy ekologii. 2012. № 2 (19). S. 3–10.

6. Rukovodstvo po metodam gidrobiologicheskogo analiza poverhnostnyh vod i donnyh otlozheniy // Pod red. V. A. Abakumova. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1983. 239 s.

7. Zvyagincev A. Yu. Morskie tehnoekosistemy energeticheskih stanciy / A. Yu. Zvyagincev, A. V. Moschenko. Vladivostok: Dal'nauka, 2010. S. 25–29.

8. Proshkina-Lavrenko A. I. Vodorosli planktona Kaspiyskogo morya / A. I. Proshkina-Lavrenko, I. V. Makarova. Leningrad: Nauka, 1968. 295 s.

9. Atlas bespozvonochnyh Kaspiyskogo morya / pod red. Ya. A. Birshteyna, L. G. Vinogradova, N. N. Kondakova, M. S. Kun, T. V. Astahovoy, N. N. Romanovoy. M.: Pisch. prom-st', 1968. 414 s.

10. Opredelitel' presnovodnyh bespozvonochnyh Rossii i sopredel'nyh territoriy. T. 2. Rakoobraznye / pod red. S. Ya. Calolihina. SPb., 1995. 628 s.

11. GOST 17.1.5.05-85. Obschie trebovaniya k otboru prob poverhnostnyh i morskih vod, l'da i atmosfernyh osadkov. M., 1985. 13 s.

12. Kontrol' himicheskih i biologicheskih parametrov okruzhayuschey sredy // Pod. red. L. K. Isaeva. SPb.: Ekol.-analit. inform. centr «Soyuz», 1988. 896 s.

13. Metodika vypolneniya izmereniy massovyh koncentraciy alyuminiya, bariya, berilliya, vanadiya, zheleza, kadmiya, kobal'ta, litiya, marganca, medi, molibdena, mysh'yaka, nikelya, olova, svinca, selena, stronciya, titana, hroma, cinka v prirodnyh i stochnyh vodah metodom atomno-absorbcionnoy spektroskopii s pol'zovaniem atomno-absorbcionnogo spektrometra s elektrotermicheskoy atomizaciey «MGA-915». PND F 14.1:2.253-09. M., 2009. 35 s.

14. Andrianov V. A. Ocenka kachestvennogo sostoyaniya landshaftov Severnogo Prikaspiya s ispol'zovaniem spektral'nyh metodov analiza: monogr. / V. A. Andrianov, E. G. Bulatkina, G. I. Sakirko, V. A. Plakitin. Astrahan': izd. Sorokin R. V., 2012. 240 s.

15. Lakin G. F. Biometriya: uchebnoe posobie dlya vuzov / G. F. Lakin. M.: Vyssh. shk., 1990. 352 s.

16. Guseva K. A. «Cvetenie» vody, ego prichiny, prognoz i mery bor'by s nim / K. A. Guseva // Tr. Vsesoyuz. gidrobiol. o-va. 1952. T. IV. S. 3–92.

17. Saut R. Osnovy al'gologii / R. Saut, A. Uittik. M.: Mir, 1990. S. 431–442.

18. Foster P. L. Species associations and metal contents of algae from rivers polluted by heavy metals / P. L. Foster Freshwater Biol. 1982. N 12. R. 17–39.

19. Say P. J. Chemistry and benthic algae of a zinc polluted stream in the northern Pennines / P. J. Say, B. A. Whitton. Brir. Phycol. J. 1978. N 13. P. 206.

20. Kiselev I. A. Plankton morey i kontinental'nyh vodoemov. Ch. 2. Raspredelenie, sezonnaya dinamika, pitanie i znachenie / I. A. Kiselev. L.: Nauka, 1980. 440 s.

21. Sirenko L. A. Sinezelenye – druz'ya ili vragi? / L. A. Sirenko // Izvestiya. 1975. № 154. S. 3.

22. Zaycev V. F. Modelirovanie dinamiki populyacii nekotoryh vidov gidrobiontov Kaspiyskogo morya v svyazi s predstoyaschim osvoeniem neftegazovyh mestorozhdeniy / V. F. Zaycev, S. V. Shipulin, R. A. Tarasova, A. K. Shahmanova // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un ta. 2006. № 6 (35). S. 223–229.

23. Polivannaya M. F. Zooplankton vodoemov-ohladiteley teplovyh elektrostanciy Ukrainy / M. F. Polivannaya, O. A. Sergeeva // Gidrohimiya i gidrobiologiya vodoemov-ohladiteley teplovyh elektrostanciy SSSR. Kiev: Nauk. dumka, 1971. S. 188–206.

24. Morduhay-Boltovskoy F. D. Problema vliyaniya teplovyh i atomnyh elektrostanciy na gidrobiologicheskiy rezhim vodoemov (obzor) / F. D. Morduhay-Boltovskoy // Ekologiya organizmov vodoemov-ohladiteley: Tr. In-ta biol. vnutr. vod. 1975. Vyp. 27 (30). S. 7–69.

25. Gubareva E. S. Solenostnaya tolerantnost' kopepod Calanipeda aquaedulcis i Arctodiaptomus salinus (Calanoida, Copepoda) / E. S. Gubareva, L. S. Svetlichnyy // Mors'kiy ekologichniy zhurnal. 2011. T. H, № 4. S. 32–39.

26. Gon'ko A. F. Materialy o pitanii Calanipeda aquae-dulcis (Crustacea, Calanoida) v Azovskom more / A. F. Gon'ko // Tr. AzNIIRH. 1963. Vyp. 6. S. 3–5.

27. Polyanina A. A. Vidy-vselency v Kaspii i ih rol' v ekosisteme morya / A. A. Polyanina. Astrahan': Izd-vo KaspNIRH, 2007. S. 27–29.

28. Bryanceva Yu. V. Raschet ob'emov kletok mikrovodorosley i planktonnyh infuzoriy Chernogo morya / Yu. V. Bryanceva, A. V. Kurilov. Sevastopol': InBYuM, 2003. 20 s.

29. Cook K. B. Naupliar development times and survival of the copepods Calanus helgolandicus and Calanus finmarchicus in relation to food and temperature / K. B. Cook, A. Bunker, Hay et al. // J. Plank. Res. 2007. 9. R. 757–767.

30. Wiggert J. D. A modelling study of developmental stage and environmental variability effects on copepod for-aging / J. D. Wiggert, E. E. Hofmann, G-A. Paffenhofer // ICES J. Mar. Sci. 2008. 65. R. 379–398.

31. Volkova I. V. Ocenka kachestva vody vodoemov rybohozyaystvennogo naznacheniya s pomosch'yu gidrobiontov: ucheb. posobie / I. V. Volkova, T. S. Ershova, S. V. Shipulin. M.: Kolos, 2009. 351 s.


Login or Create
* Forgot password?