ANALYSIS OF PRODUCTIVITY OF SPONGE (SPONGILLIDAE) GROWING IN WATER BODIES OF THE VOLGA RIVER DURING REGRESSION OF THE CASPIAN SEA
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Biology, Professor; Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
3.
Astrakhan State University of Architecture and Civil Engineering
Type:
Article
Pages:
from 57
to 65
Status:
Published
Received:
05.06.2019
Accepted:
25.06.2019
Published:
25.06.2019
Subject area:
UDK 639.27/.29
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Language:
Russian
Keywords:
the Caspian Sea, sea level, freshwater body, sponge colonies, ground, watercourse, freshwater sponge, the Volga delta, commercial volume
Abstract (English):
The article describes the habitat, systematics and species of freshwater sponge ( Badiaga spongia fluviatilis ) inhabiting water bodies of Russia. There have been characterized the hydrological features of water bodies - sponges’ habitats, and their ecological function has been characterized. In freshwater bodies of the central Russia there occur two most common and numerous types of sponges - lake badiaga ( Spongilla lacustris ) and river badiaga ( Ephydatia fluviatilis ) presenting a valuable raw material for the pharmaceutical and cosmetic industry. The attention is focused on the fact that sponge colonies can reach the commercial volumes only in the floodplain waters and the delta of the Volga River. Retrospective data on volumes of sponge fishery in the Astrakhan region suggest the reason for decreasing sponge productivity and volume of the sponge industry: a lack of reclamation works in small rivers in the Volga delta. There has been given a comparative analysis of the data on microscopic studies of sponge structure caught on experimental zones in the water bodies of the Astrakhan region and the information found in the scientific literature. Characteristics of soils where significant sponge plantations were found are analyzed. It has been stated that in the watercourses of the Astrakhan region there prevail species of lake sponge ( Spongilla lacustris ), whose biomass should increase tenfold taking into account the cyclicity of the regression processes of the Caspian Sea, carrying out complex ameliorative works on the waterways of the Volga and development of agriculture and livestock breeding. It has been recommended to prepare a scientific and production base for the rational and effective development of the potential of this natural resource for pharmaceutical and cosmetic purposes.
The article describes the habitat, systematics and species of freshwater sponge ( Badiaga spongia fluviatilis ) inhabiting water bodies of Russia. There have been characterized the hydrological features of water bodies - sponges’ habitats, and their ecological function has been characterized. In freshwater bodies of the central Russia there occur two most common and numerous types of sponges - lake badiaga ( Spongilla lacustris ) and river badiaga ( Ephydatia fluviatilis ) presenting a valuable raw material for the pharmaceutical and cosmetic industry. The attention is focused on the fact that sponge colonies can reach the commercial volumes only in the floodplain waters and the delta of the Volga River. Retrospective data on volumes of sponge fishery in the Astrakhan region suggest the reason for decreasing sponge productivity and volume of the sponge industry: a lack of reclamation works in small rivers in the Volga delta. There has been given a comparative analysis of the data on microscopic studies of sponge structure caught on experimental zones in the water bodies of the Astrakhan region and the information found in the scientific literature. Characteristics of soils where significant sponge plantations were found are analyzed. It has been stated that in the watercourses of the Astrakhan region there prevail species of lake sponge ( Spongilla lacustris ), whose biomass should increase tenfold taking into account the cyclicity of the regression processes of the Caspian Sea, carrying out complex ameliorative works on the waterways of the Volga and development of agriculture and livestock breeding. It has been recommended to prepare a scientific and production base for the rational and effective development of the potential of this natural resource for pharmaceutical and cosmetic purposes.
Keywords:
the Caspian Sea, sea level, freshwater body, sponge colonies, ground, watercourse, freshwater sponge, the Volga delta, commercial volume
the Caspian Sea, sea level, freshwater body, sponge colonies, ground, watercourse, freshwater sponge, the Volga delta, commercial volume
Ареал обитания пресноводных губок семейства бадяг охватывает умеренный пояс Евразии и Индостан [1]. В водоемах России обитает около 20 видов пресноводных губок - бадяг [2]. Местом обитания являются участки рек со слабым течением или карьеры с чистой водой. Колонии вида приурочены к определенным типам погруженных предметов, образуют наросты на водных растениях. Губка бадяга - биофильтратор, питается микроорганизмами и остатками органических веществ. В пресных водоемах средней полосы России наиболее распространенными и многочисленными являются два вида бадяг - бадяга озерная, или обыкновенная (Spongilla lacustris), и бадяга речная, или эфидатия (Ephydatia fluviatilis), которые являются ценным сырьем в фармацевтике и косметологии. Эти два вида губок незначительно отличаются друг от друга по внешнему виду и местообитанию [3]. В Астраханской области оба вида бадяги встречаются во всех водоемах - как проточных, так и отшнурованных. При благоприятных условиях в определенное время года (лето) они образуют большие колонии и на достаточно большой акватории, что позволяло производить ее промышленный отлов [4]. Промысел бадяги в Астраханской области начался в 1960 г. и достигал в начале 80-х гг. 20 в. 172 т в год. С середины 1980-х гг. начался резкий спад заготовки бадяги из-за сокращения ареала произрастания и ее урожайности. В 1985-1990 гг. добыча составляла 30 т, в 1990-1995 гг. - 23 т, в 1995-2000 гг. - 12 т. В 2000-2005 гг. бадяга не добывалась. Ученые предполагают, что данная динамика была обусловлена двумя причинами: во-первых, уменьшением взвешенного и растворенного органического вещества в районах ее обитания; во-вторых, заилением и зарастанием мест ее обитания ввиду полного отсутствия мелиоративных работ (выкоса растительности, дноуглубления) на малых реках дельты Волги [5]. Систематические наблюдения за уровнем Каспийского моря с 1837 г. показывают, что со второй половины XIX в. средние годовые значения уровня Каспия находились в диапазоне отметок от -26 до -25,5 абс. м и имели некоторую тенденцию к снижению. В период с 1929 по 1941 г. уровень моря резко снизился (почти на 2 м - от -25,88 до -27,84 абс. м). В последующие годы уровень продолжал падать и, снизившись приблизительно на 1,2 м, достиг в 1977 г. самой низкой за период наблюдений отметки -29,01 абс. м. Затем уровень моря начал быстро повышаться и, поднявшись к 1995 г. на 2,35 м, достиг отметки -26,66 абс. м. В последующие четыре года средний уровень моря снизился почти на 30 см. Его средние отметки составили -26,80 в 1996 г., -26,95 в 1997 г., -26,94 в 1998 г. и -27,00 абс. м в 1999 г. [6]. По расчетам геофизиков из России, США, Франции и Азербайджана, с 1996 г. (т. е. уже 20 лет) уровень воды в самом большом озере планеты падает на 6,72 см в год. Исторический минимум пока не достигнут: он пришелся на 1977 г. (29,01 м ниже уровня моря). За последние 20 лет Каспий стал на 1,4 м мельче; до рекорда - еще метр [7]. Принимая во внимание расчеты геофизиков и планы правительства России по ликвидации экологической угрозы водным объектам Волжского бассейна, а также развитие сельского хозяйства [8, 9], можно предположить, что продуктивность бадяги в ближайшее десятилетие будет увеличиваться. Целью исследовательской работы является определение видового состава губок в пойме и дельте р. Волги и наличия участков с промышленными объемами бадяги в условиях регрессии Каспийского моря в целях планирования объемов ее вылова для фармацевтической и косметологической промышленности. Материал и методы исследований Исследовательские работы проводились с третьей декады июля по третью декаду августа. При проведении исследований определяли характер грунта, скорость течения, температуру воды и воздуха, влажность. Для проведения исследований было выделено три стационара: 1) участок в устье р. Большой Ашулук, перед слиянием с р. Ахтубой в районе с. Лапас Харабалинского района Астраханской области, который расположен в зоне Волго-Ахтубинской поймы. Протяженность участка 500 м, ширина 10-20 м, глубина 1,5-2,5 м, скорость течения 1-2 м/с; 2) участок р. Широкая, 5 км ниже по течению от с. Яблонка Володарского района Астраханской области, расположенный в центральной зоне дельты в границах водно-болотного угодья «Дельта реки Волга», имеющего международное значение. Участок протяженностью 3 000 м, шириной 50-150 м, глубиной 1-3 м. Скорость течения 1-2 м/с; 3) протока Главная в районе с. Яр-Базар Лиманского района Астраханской области, который расположен в зоне западных подстепных ильменей в границах водно-болотного угодья «Дельта реки Волга». Участок протяженностью 500 м, шириной 100-150 м и глубиной 1,5-2 м. Скорость течения 1-2 м/с. Температура воздуха ночью опускалась до 13 оС, днем повышалась до 35 оС. В основном были ясные, солнечные дни с небольшой (2-4 м/с) скоростью ветра. Температура воды в первые 10 дней исследований повышалась с 24 до 26 оС, а к концу августа снизилась до 24 оС. Состав дна исследуемых водотоков в основном представлен тяжелосуглинистой и глинистой почвой с тонким, пылевато-иловатым осадком малой мощности [10]. Фауна беспозвоночных в основном представлена брюхоногими и двустворчатыми моллюсками. Сбор губки в водоеме осуществлялся ручным методом. Использовалась надувная резиновая лодка типа Apache на веслах, маска с трубкой, сачок, пластиковый ящик. Сбор производился в дневное время, при ясной погоде, температуре воздуха 26-35 оС и температуре воды 24-26 оС. С использованием маски для подводного плавания в относительно прозрачной воде определяли места скопления бадяги или произрастания большой колонии (куста). Руками или при помощи сачка осуществляли подъем губки из толщи воды. На лодке образцы доставляли на берег. Для просушивания губку размещали в специально подготовленном месте с учетом предотвращения соприкосновения с землей, наличия солнца и минимального влияния ветра. Фото кремнеземных игл бадяги производилось с помощью микроскопа «Микромед-2» ОК-10, ОБ-10 и ОБ-40 с фотонасадкой SONI DSC-W7, имеющей трехкратный оптический зум. В данной работе представлены экземпляры губок, которые были подняты из водоема с пресной водой, поэтому они являются представителем класса Demospongiae - обыкновенные губки. Класс Demospongiae систематизирован на два подкласса, объединяющих 14 отрядов, которые охватывают примерно 88 семейств с 500 родами и более 6 000 описанных видов [11]. В эту крупную группу включены губки, скелет которых состоит из двуокиси кремния с примесью рогового вещества, образованного органическим соединением - спонгином, которое вырабатывается некоторыми клетками губок. Встречаются и отдельные виды, называемые настоящими роговыми губками, скелет которых не содержит соединений кремния, а сложен только из рогового вещества. Они образуют колонии, одиночные особи встречаются значительно реже. Могут обитать и на мелководье, и на значительной глубине. Некоторые из представителей класса Demospongiae обитают в пресных водоемах, в том числе в водоемах Астраханской области, однако в подавляющем большинстве они встречаются в морях и относятся к морским животным. Результаты и обсуждение Был изучен тип строения ирригационной системы, который оказался лейконоидным, жгутиковые камеры были мелкие, имели округлую, сферическую, полусферическую, удлиненную или разветвленную форму. Такой тип строения губок называется аскон (рис. 1). Аскон Сикон Лейкон Рис. 1. Тип строения губок: аскон, сикон, лейкон [10] По нашему мнению, пресноводные губки, обнаруженные в данных исследованиях, являются эндемиками определенных мест поймы и дельты Волги, встречаются лишь в пресных водоемах некоторых районов Астраханской области, образующих уникальный ареал. Выловленные из воды губки имели вид мелконоздреватой массы серовато-белого, желтоватого или различных оттенков зеленого цвета, иногда очень яркого. Зеленый цвет бадяги был особенно заметен в том случае, если она росла на хорошо освещенных солнцем местах. Эта окраска зависела от присутствия в теле губки сожительствующих с ней одноклеточных водорослей - хлореллы (Chlorella) и плеврококка (Pleurococcus). Считается, что это симбиоз между губкой и водорослями. Но, по-видимому, настоящего симбиоза здесь нет, т. к., по нашим наблюдениям, водоросли в конце концов захватываются амебоцитами губки и перевариваются. В проточных водоемах Астраханской области обнаружено два вида бадяг - бадяга озерная, или обыкновенная (Spongilla lacustris), и бадяга речная, или эфидатия (Ephydatia fluviatilis). Эти два вида губок незначительно отличались друг от друга (по внешнему виду и местообитаниям). Вид обнаруженной в результате поиска озерной бадяги в районе с. Яр-Базар изображен на рис. 2. Рис. 2. Колония озерной бадяги биомассой 600 г на ракушечных грунтах с. Яр-Базар Отдельные крупные кусты бадяги с биомассой 2-4 кг отмечались в местах слияния боковых проток с основным руслом и представлены на рис. 3. Рис. 3. Колония озерной бадяги биомассой 3 кг на корневищах тростника На рис. 4 представлена бадяга кустистая с длиной побега до 30 см, куст широкий, цвет зеленоватый за счет водорослей. Рис. 4. Куст озерной губки, поднятый из водотока в районе с. Яр-Базар Вид обнаруженной в районе с. Лапас озерной (обыкновенной) бадяги представлен на рис. 5-8. На рис. 5 куст губки желтоватого цвета, вследствие произрастания на песчаном дне водотока. Рис. 5. Бадяга из водотока с песчаным дном и зарослями водной растительности Рис. 6. Небольшой куст губки На рис. 7 видны крупные геммулы размером около 0,5 мм. Рис. 7. Высушенный куст губки бадяги с геммулами На рис. 8 представлена бадяга, собранная в зарослях водной растительности на грунте с иловыми отложениями. Рис. 8. Бадяга, произраставшая на грунте с иловыми отложениями Иглы минерального скелета бадяги весьма разнообразны и подчас причудливы: имеют вид двусторонне заостренных игл, одно-, трех-, четырех- и даже шестилучевых булав, якорьков, шариков, звезд микроскопических размеров (рис. 9). Рис. 9. Вид игл обыкновенной губки бадяги Фотографии кремнеземных игл бадяги из обнаруженных в ходе исследования образцов представлены на рис. 10. а б в г д е ж з Рис. 10. Кремнеземные иглы губки бадяги, обнаруженной в водоемах с. Яр-Базар (а-д), с. Лапас (е-з) Фотографии сделаны при увеличении в 200 раз. Они объясняют принадлежность данных экземпляров к систематической группе отряда Haplosclerida, семейства Spongillidae. Представленные формы игл имеют характеристики, идентичные описанным в литературе. На фотографиях видны двусторонне заостренные иглы с различным количеством булав. Также видны пластины с различным количеством сторон. Проведенные в данной работе таксономические исследования показали, что губка бадяга озерная, или обыкновенная (Spongilla lacustris), обитает в пойме и дельте р. Волги, а также в протоках западных подстепных ильменей, создавая участки, имеющие промысловое значение по своим запасам. Данная работа подтверждает исследования, проведенные ранее Е. А. Сокольской [10]. Ареал обитания губки бадяги в Астраханской области охватывает Волго-Ахтубинскую пойму, дельту с зоной западных подстепных ильменей и авандельту р. Волги. Как отмечалось выше, бадяга способна произрастать в различных водоемах, однако промысловые участки строго ограничены: в определенных местах (в основном на малых реках) колонии вырастают до промысловых объемов. Промысловые участки - это участки реки со слабым течением. Дно должно быть покрыто ракушей и заилено не более чем на 3-5 см. Глубина произрастания - от 1,5 до 3 м. Участки произрастания губки обычно лишены зарослей высшей водной растительности, здесь бадяга кустистая, кусты кораллообразной формы. Цвет колоний - ярко зеленый, в более глубоких местах темнее. На глубинах более 3 м колонии бадяги светло-коричневого или грязно-коричневого цвета, форма колоний кораллообразная или плотная шарообразная [5]. Все это соответствует условиям произрастания на водотоке в районе с. Яр-Базар, с. Лапас, с. Яблонка (р. Широкая). Учитывая цикличность процессов регрессии и трансгрессии Каспийского моря, осуществление на государственном уровне мелиоративных мероприятий в Волжском бассейне, развитие сельского хозяйства (в том числе и животноводческих комплексов на территории Астраханской области [12]), можно прогнозировать увеличение объема биомассы пресноводной губки бадяги, подлежащей промыслу, в десятки раз. Заключение С учетом приведенного описания двух видов губок семейства Spongillidae, обитающих в водоемах Астраханской области, морфометрических данных, фотоснимков кустов и кремнеземных игл губки бадяги, представленные образцы губки принадлежат к виду Бадяга обыкновенная (озерная) - Spongilla lacustris. Период с последней декады июля по сентябрь является самым благоприятным периодом для роста биомассы губки, когда образуются участки с общим объемом, подлежащим промыслу. Принимая во внимание возникновение как природных, так и антропогенных факторов, влияющих на гидрологию и гидрохимию водотоков Астраханской области в том же ключе, что и в 70-х гг. XX в., возможно прогнозировать значительное увеличение промысловых объемов бадяги. Для освоения и рационального, полноценного и экономически эффективного использования данного природного ресурса рекомендуется подготовить как научно-исследовательскую базу, так и производственные мощности фармацевтической и косметологической промышленности.
1. Bol'shaya rossiyskaya enciklopediya: v 30 t. M.: Bol'shaya rossiyskaya enciklopediya, 2005. T. 2: Ankiloz - Banka. S. 644.
2. Zhurnal o zhivotnyh nashey planety. URL: http://animalregister.net/g/gubka-badyaga.html/ (data obrascheniya: 05.01.19).
3. Bogolyubov A. S., Kravchenko M. V. Komp'yuternyy opredelitel' presnovodnyh bespozvonochnyh Rossii. URL: http://ecosystema.ru/ecoshop/kompyuternye-opredeliteli/kompyuternyj-opredelitel-vodnih-bespozvonochih (data obrascheniya: 05.01.2019).
4. Sokol'skiy A. F., Pilipenko V. N., Sokol'skaya E. A. Ekologo-biologicheskie osnovy racional'nogo prirodopol'zovaniya v zapadnyh podstepnyh il'menyah del'ty Volgi. Astrahan': Volga, 2005. 128 s.
5. Sokol'skaya E. A. Sovremennoe sostoyanie biologicheskoy produktivnosti zapadnyh podstepnyh il'meney del'ty Volgi: avtoref. dis. … kand. biol. nauk. Mahachkala, 2006. 26 s.
6. Mihaylov V. N. Zagadki Kaspiyskogo morya. URL: http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/980.html/ (data obrascheniya 05.01.2019).
7. Vysohnet li Kaspiyskoe more? URL: https://www.popmech.ru/ science/384692-vysohnet-li-kaspiyskoe-more/ (data obrascheniya: 05.01.2019).
8. Sohranenie i predotvraschenie zagryazneniya reki Volgi: pasport prioritetnogo proekta (utv. prezidiumom Soveta pri Prezidente RF po strategicheskomu razvitiyu i prioritetnym proektam (protokol ot 30 avgusta 2017 g. № 9)). URL: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/71681514/ (data obrascheniya: 05.01.2019).
9. O gosudarstvennoy programme razvitiya sel'skogo hozyaystva i regulirovaniya rynkov sel'skohozyaystvennoy produkcii, syr'ya i prodovol'stviya: Postanovlenie Pravitel'stva ot 14 iyulya 2012 g. № 717. URL: https://base.garant.ru/70210644/ (data obrascheniya: 08.01.2019).
10. Zhuzhneva I. V. Pochvy zapadnoy chasti nizov'ev del'ty Volgi // Tr. Astrahan. zapovednika. Astrahan': Volga, 2009. Vyp. 14. S. 13-28.
11. Tip Gubki // Foksford. Uchebnik. URL: https://foxford.ru/wiki/biologiya/tip-gubki/ (data obrascheniya: 05.01.2019).
12. Galkin A. N. Itogi razvitiya agropromyshlennogo kompleksa Astrahanskoy oblasti v 2017 godu obsudili na rasshirennom zasedanii. URL: www.astrobl.ru/news/103535/ (data obrascheniya: 08.01.2019).
