Фитопланктон Нижний Оби, Обской и Гыданской Губ летом 2015 года

Согласно Европейской Рамочной водной директиве фитопланктон является одним из четырех биологический объектов, используемых при определении экологического статуса водных объектов и оценке качества их воды [1]. В речных системах значимость фитопланктона в качестве индикатора возрастает от малых к большим и крупным, т.к. именно в таких водных артериях фитопланктон в большей степени состоит из истинно планктонных организмов («продукта» самой реки) в отличие от малых водотоков, где в толще воды присутствуют в основном случайные представители бентоса и обрастаний, сносимые течением с береговых местообитаний.

Река Обь - одна из крупнейших рек Сибири, протянувшаяся от слияния рек Бии и Катуни до Обской губы Карского моря. По своей длине (3650 км) и величине водосборного бассейна (2990 тыс. км2), а также среднему многолетнему расходу воды в устье (12700 м3с) Обь относится к крупнейшим речным системам [2]. По характеру речной сети, условиям питания и формирования водного режима Обь делится на три участка верхний (до устья Томи - около 1020 км), средний (до устья Иртыша - около 1500 км) и нижний (до Обской губы - около 1160 км) [3]. При впадении в Карское море река образует уникальный эстуарий - Обскую губу длиной более 800 км, шириной от 30 до 80 км, глубиной до 25 м. На западе Обская губа ограничена полуостровом Ямал, а на востоке - Гыданским полуостровом, у северного берега которого расположена Гыданская губа длина -около 200 км, ширина - до 62 км и глубина - 5-8 м. Фитопланктон р. Оби, его качественный и количественный состав, а также сток были объектом внимания альгологов на протяжении многих лет.
К середине 1960-х гг. М.С. Куксн сделала первоначальный обзор изученности альгофлоры реки в целом, в т.ч. Нижней Оби (Н. Оби), начиная от пос. Перегребного, где река делится на два рукава, и Обской губы [4]. Водорослевое население арктической широтной зоны, куда попадает река Обь в нижнем течении, Обская губа вместе с водоемами водосборного бассейна было охарактеризовано Т.Г. Поповой [5], которая отмечала, что Арктика с ее вечной мерзлотой, суровым климатом, слабым химическим, но сильным физическим (морозным) выветриваем пород, малой солевой концентрацией вод, длинной полярной ночью и коротким полярным летом является своеобразной зоной. Низкие температуры воды обусловливают слабую интенсивность круговорота веществ. Выводы о составе фитопланктона в нижнем течении Оби и южном участке Обской губы, его численном содержании, распределении слагающих его видов по акватории и вертикали, фотосинтетической активности были сделаны А.В. Солоневской [6] по сборам 1966 г. В планктоне русла Оби и Обской губы на тот момент автором было обнаружено 192 вида и разновидности водорослей при преобладании диатомовых водорослей (83 вида). В 1990-е и 2000-е гг. интерес к изучению водорослей планктона Оби и Обской и Гыданских губ возрос ввиду масштабного освоения газовых и нефтяных месторождений на севере Западной Сибири.
Цель работы - изучение фитопланктона Н. Оби, Обской и Гыданской губ, оценка трофического уровня и качества воды в период максимального прогрева воды 2015 г.
Материалы и методики исследования
Пробы фитопланктона были отобраны в поверхностном слое Н. Оби (от г. Салехарда и ниже, станции 2-8), Обской (ст. 9-28) и Гыданской (ст. 29-38) губ с 22 по 27 июля 2015 г. Координаты точек отбора приведены в таблице 1. Пробы объемом от 60-100 мл до 1 л профильтровали через мембранные фильтры с диаметром пор около 1 мкм, зафиксировали 40 %-ным формалином. Дальнейшую обработку проводили по стандартным гидробиологическим методикам [7]. Температура воздуха в период отбора в Н. Оби колебалась в пределах 15-25 °С, Обской губе - 13-20 и Гыбанской губе - 13-16 °С. По литературным данным температура воды р. Оби сильно подвержена изменениям по годам. Так у Салехарда средняя температура июля может варьировать от 15,1 до 18,1°С [8]. Для оценки качества воды был рассчитан индекс сапробности по численности методом Пантле и Букка в модификации Сладечека [9-10]. Для оценки разнообразия сообщества был вычислен индекс разнообразия сообщества Шеннона-Уивера, для оценки вы-ровненности распределения клеток водорослей в сообществе применяли индекс Пиелу, рассчитанный по индексу Шеннона и числу видов [11]. Оценка сходства видового состава фитопланктона различных участков реки и водохранилища была сделана на основе мер включения [12]. Отобрано и обработано 38 количественных проб фитопланктона.

Результаты исследования и их обсуждение
В фитопланктоне обследованных участков Н. Оби и Обской и Гыданской губ выявлено 130 видов (138 таксонов, считая номенклатурный тип вида) из семи отделов при наибольшем разнообразии диатомовых (48,5 %) и зеленых (33,9 %) водорослей (рис. 1). Цианобак-терии и золотистые водоросли занимали третье и четвертое ранговые места - 6,9 и 6,2 %, соответственно. Доля крипто-фитовых и эвгленовых водорослей в общем количестве видов была еще менее значима - 3,1 и 1,5%, соответственно. Динофитовые были представлены неопределенным до вида представителем рода Peridinium.
При лидирующей позиции диатомовых и зеленых соотношение их в общем составе фитопланктона и абсолютное число видов было отличное. Наиболее разнообразным был фитопланктон Обской губы - 83 вида водорослей при почти равном числе видов диатомей (36 видов, или 43,4 %) и зеленых (34 вида, или 41,0 %) водорослей. Менее разнообразный планктон был представлен в Гыданской губе (62 вида) и Н. Оби (58 видов), причем число видов диатомовых водорослей в Гыданской губе было значительно больше (40 видов), чем зеленых (12 видов), и они составляли 64,5 и 19,4 %, соответственно, в то время, как в Н. Оби диатомей было 27 видов, а зеленых - 18, доля диатомей при этом составила 46,6, зеленых - 31,0 %. Доля криптофитовых увеличивалась в фитопланктоне от Н. Оби к Гыданской губе. В отличие от сибирских рек, для европейских водотоков в их нижнем течении, протекающих по территориям с более мягким климатом и впадающим в Атлантический океан, отмечают неоспоримое преимущество в летнем планктоне зеленых водорослей [13].
Сравнение таксономического состава фитопланктона Н. Оби и Обской и
Гыданской губ с использованием мер включения и построением ориентированного мультиграфа (рис. 2) показало, что состав фитопланктона Обской губы, как более разнообразный, имеет и более оригинальный характер - в его состав водоросли планктона Н. Оби и Гыдан-ской губ включены на 60-79 %, в то время как между собой водоросли этих двух пространственно удаленных участков включены лишь на 40-59 %, также как водоросли Обской губы входят в состав фитопланктона Н. Оби и Гыданской губы.
Количественные показатели фитопланктона в целом для изученного массива проб из Н. Оби, Обской и Гыдан-ской губ изменялись в значительных пределах численность - 83,3-5763,5 тыс.кл.л при среднем значении 1289,5±220,8 тыс.кл.л, биомасса - 0,035-2,739 гм при среднем значении 0,649±0,101 гм3 (табл. 1). Были отмечены существенные отличия в численности и биомассе фитопланктона для обследованных участков. Численность фитопланктона Н. Оби колебалась в пределах 83,3-1179,7 тыс.кл.л при среднем значении 363,2±147,5 тыс.кл.л, биомасса - 0,035-0,485 гм3 при среднем значении 0,148±0,060 гм3 (рис. 3).

 

Рис. 1. Число видов в фитопланктоне в целом и по обследованным участкам, 22-27 июля 2015 г.

В Обской губе изменения численности фитопланктона отмечены в еще больших пределах - от 189,0 до 5763,5 тыс.кл.л при среднем значении 1931,5±334,2 тыс.кл.л, биомассы - 0,091-2,739 гм при среднем значении 0,892±0,154 гм3, в Гыданской губе, напротив, диапазон изменения количественных показателей фитопланктона значительно меньше - 225,91202,8 тыс.кл.л при среднем значении 589,8±113,7 тыс.кл.л и 0,164-1,445 гм3 при среднем значении 0,492±0,119 гм , соответственно. Таким образом, фитопланктон Обской губы был более разнообразным по составу и по обилию.

Среди доминантов фитопланктона и по численности, и по биомассе в основном на всех обследованных станциях отмечены диатомовые водоросли (см. табл. 1). Их частота доминирования по численности составила 97,4 %, по биомассе - 94,7 %, причем эти показатели для Aulacoseira granulata (Ehr.) Sim., более частого абсолютного доминанта фитопланктона, были 92,1 и 63,2 %, соответственно. Только на ст. 38 доминировала по численности цианобактерия Dolichospermum flosaquae (Bréb. ex Born. & Flah.) Wacklin, Hoffmann & Komárek. В качестве содоминантов в доминантном комплексе по численности были отмечены такие диатомовые, как Aulacoseira distans (Ehr.) Sim., A. ambigua (Grun.) Sim., Melosira varians Ag., Stephanodiscus hantzschii Grun., Fragilariforma virescens (Ralfs) Williams & Round, Thalassiosira baltica (Grun.) Ostenfeld, Cyclostephanos dubius (Hust.) Round, Asterionella formosa Hass., Achnanthidium minutissimum (Kütz.) Czarnecki; цианобактерии Leptolyngbya tenuis (Gomont) Anagnostidis & Komárek, Chroococcus minutus (Kütz.) Nägeli, Microcystis pulverea (Wood) Forti, Aphani-zomenon flosaquae Ralfs ex Bornet & Flah., Snowella lacustris (Chod.) Komárek & Hindák; золотистые Chrysococcus ru-fescens Klebs; зеленые Lemmermannia triangularis (Chod.) Bock & Krienitz, Bi-

nuclearia lauterbornii (Schmidle) Prosch-kina-Lavrenko. Состав доминантов и со-доминантов по биомассе фитопланктона был еще более разнообразный (см. табл. 1). В Обской и Гыданской губах присутствовали как пресноводно-солоноватоводные виды, так были отмечены и морские, которые входили даже в число доминантов и содоминан-тов, например, Thalassiosira baltica и Surirella striatula Turpin. Ранее, электронно-микроскопическое изучение проб летнего фитопланктона Н. Оби и Обской губы показало присутствие таких видов, как A. granulata, A. granulata var. angustissima (O.Müll.) Sim., A. ambigua, A. subarctica (O.Müll.) Haw. и A. islandica (O.Müll.) Sim. [14]. Пресноводные виды Aulacoseira - A. islandica, A. subarctica, A. ambigue, а также морские формы, такие как Thalassiosira baltica. Они были отмечены и в фитопланктоне Гыданской губы в сентябре 2009 г. [15].

По величине индекса сапробности вода исследованных участков Н. Оби, Обской губы и Гыданской не выходит за пределы Р-мезосапробной зоны (до 2,50).

Рис. 2. Ориентированный мультиграф бинарных отношений на множестве описаний видового состава фитопланктона Нижней Оби, Обской и Гыданской губ, 22-27 июля 2015 г.

Отмечены незначительные отличия в величине индекса сапробности для разных участков - выше индекс в Обской губе, ниже - в Н. Оби и Гыданской губе (табл. 2, рис. 4). Сходная тенденция выявлена и для индекса разнообразия Шеннона-Уивера. В речных экосистемах высокое разнообразие фитопланктона поддерживается за счет боковой приточности, которая в Обской губе, вероятно, более выражена, ведь примерно на середине в нее впадает Та-зовская губа с разнообразным и обильным фитопланктоном. Кроме того, и индекс выровненности видов в сообществе, индекс Пиелу, также максимальный отмечен в Обской губе. Теоретически величина этого индекса изменяется от 0 до 1. Чем выше его значение, тем сообщество характеризуется более равным обилием всех видов. Таким образом, в толще воды Обской губы существует развитое сообщество водорослей с преобладанием истинно планктонных видов и значительным одновременным вкладом нескольких видов в численность и биомассу планктона.

По комплексной классификации поверхностных вод [16] трофность Н. Оби оценивается как олиготрофная (биомасса до 0,485 гм3), Обской губы - олиго-мезо-эвтрофная (до 2,739 гм3) и Гыданскаой губы - олиго-мезотрофная (до 1,445 гм3) (табл. 3). Ранее при обследовании экосистемы Обской и Тазовской губ в период открытой воды с 2002 по 2008 гг. Н.А. Гаевский с соавт. [17] охарактеризовали ее как мезотрофно-эвтрофную, причем как отмечали исследователи, аналогичные оценки могли быть сделаны и при анализе результатов определения биомассы водорослей в 1960 г. [18] и 19802002 гг. [19-21]. При этом Н.А. Гаевский с соавт. предложили изменить критерии для каждой из зон трофности в сторону увеличения (табл. 4).

Рис. 3. Численность (К, млн кл.л), биомасса (В, гм ) и число выявленных таксонов в фитопланктоне Нижней Оби, Обской и Гыданской губ, 22-27 июля 2015 г.

Таблица 2

Индексы для фитопланктона Нижней Оби, Обской и Гыданской губ, 22-27 июля 2015 г.

Согласно нашим данным статус обследованных участков Н. Оби, Обской и Тазовской губ (в месте соединения с Обской губой) в 2015 г. по такой градации остается олиго-мезо-мезотрофным. Следует отметить, что трофность Обской губы выше, остальных обследованных участков - ниже. По данным И.В. Томб-ерга с соавт. [15] биомасса фитопланктона в более опресненной части Гыданской губы не превышала 0,9 гм3, тогда как в смешанной зоне пресноводно-морских вод изменялась в пределах 0,0070,012 гм3, что позволяет оценить троф-ность исследуемого водотока в осенний период как наиболее низкую - оли-готрофную, что во многом согласуется и с нашими данными. В целом максимум развития фитопланктона в реках Евразии, текущих на север, обычно приходится на август - начало сентября. Несмотря на особенности сбора и подготовки материала в 2015 г. трофность участков Н. Оби, Обской и Гыданской губ по биомассе фитопланктона, по нашему мнению, вполне может соответствовать действительному состоянию экосистемы реки и эстуарных зон в период летнего нагревания, но еще не максимального развития фитопланктона.

По комплексной экологической классификации поверхностных вод, принятой в России - пять классов качества и девять категорий [16], вода Н. Оби, Обской и Гыданской губ по характеристикам фитопланктона относится к классу «слегка загрязненная», по европейской 6-ти-классовой системе

[24] она является «умеренно загрязненной» (см. табл. 3). По большинству гидрохимических показателей вода южной части Обской губы также соответствует разряду «достаточно чистая», только по содержанию железа общего и перманга-натной окисляемости - «слабо загрязненная» из-за высокого природного фона железа в Обском бассейне [25].

Метод экологических модификаций [23] позволяет охарактеризовать изменения в экосистеме реки, которые, возможно, имели место в течение последних нескольких лет. При этом выделяются следующие инвариантные состояния водных экосистем, соответствующие разным уровням антропогенного загрязнения фоновое - возможны перестройки структуры, не ведущие к ее усложнению или упрощению; состояние экологического прогресса - выражается в увеличении разнообразия биоценоза, в частности, в увеличении общего числа видов, в уменьшении энтропии, в усложнении межвидовых отношений, в увеличении пространственно-временной гетерогенности, в усложнении временной структуры и пищевых цепей и т.д.; состояние экологического регресса - характеризуется уменьшением разнообразия и пространственно-временной гетерогенности, увеличением энтропии, упрощением межвидовых отношений, сезонных модуляций, трофических цепей; состояние метаболического регресса - соответствует снижению активности биоценоза по сумме всех процессов утилизации вещества и энергии.

Рис. 4. Индексы для фитопланктона Нижней Оби, Обской и Гыданской губ,

22-27 июля 2015 г.

Соответствие показателей по фитопланктону классам качества воды в российской (5 классов)

и европейской (6 классов) оценочных системах

Таблица 3

 

 

Примечание характеристики для фитопланктона Н. Оби, Обской и Гыданской губ выделены серым; сапробиологическая оценка (класс качества воды, биомасса, трофический статус) проведена по [16]); индексы сапробности и разнообразия, сапробный статус и кризисная зона - [22]; теория экологических модификаций - [23].

Таблица 4

Критерии классификации и категории трофности вод Обско-Тазовской устьевой области по биомассе фитопланктона (гм ) по разным авторам

Состояния экосистемы соответствуют классам качества воды, а также кризисным зонам по С.С. Бариновой с соавт. [22] (см. табл. 3). В настоящее время состояние Н. Оби, Обской и Гы-данской губ можно отнести к стадии «экологического прогресса» и изменения, которые могут происходить в экосистеме реки, будут обратимыми.

Заключение

В фитопланктоне Н. Оби, Обской и Гыданской губ в июле 2015 г. выявлено 130 видов (138 таксонов, считая номенклатурный тип вида) из семи отделов при наибольшем разнообразии диатомовых (48,5 %) и зеленых (33,9 %) во-ции поверхностных вод [16] по биомассе фитопланктона трофность Н. Оби оценивается как олиготрофная, Обской губы - олиго-мезо-эвтрофная и Гы-данскаой губы - олиго-мезотрофная. По индексу сапробности санитарно-биологическое состояние исследованных водотоков можно определить класс качества воды - III, разряд качества - 3 а (достаточно чистая) или 3б (слегка загрязненная), зона органического загрязнения - Р-мезосапробная. В целом состояние Н. Обь, Обская и Гыданская губы находятся в состоянии «экологического прогресса», и изменения, которые могут происходить в водных экосистемах, будут обратимыми. дорослей. По комплексной классифика-

Е.Ю. Митрофанова

Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.