РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ФИТОПЛАНКТОНА

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ФИТОПЛАНКТОНА

ЗЕЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Л.А. Медведева

Зейское водохранилище образовано плотиной одноименной гидроэлектростанции и заполнено в 1974–1980 гг. Площадь водохранилища 2 420 км², объем – 68,4 км³, длина 225 км, наибольшая ширина – 24 км. Водохранилище осуществляет многолетнее регулирование стока, колебания уровня воды достигают 26 м. Водохранилище было создано для нужд энергетики и борьбы с наводнениями.

Исследования водорослей Зейского водохранилища ранее не проводились, поэтому перед нами был поставлен ряд задач: выявить видовой состав фитопланктона водохранилища, оценить количественные характеристики фитопланктона и провести санитарно-биологическую оценку качества воды.

Альгологический материал был собран нами в июне–июле 2004 г. совместно с сотрудниками ИВЭП ДВО РАН и ФГУ "Управление эксплуатации Зейского водохранилища". Было собрано 23 количественные пробы фитопланктона на нескольких створах: у плотины Зейской ГЭС, в центральной части водохранилища, у пос. Бомнак, в приустьевых частях рек Инарогда, Уркан и Мульмуга. Пробы брались батометром с глубин 1 м, 2 м, с середины в данной точке и со дна в данной точке. Объем воды, взятый батометром (2 л), фильтровался через планктонную сеть. Пробы фиксировались 4% формалином. Подсчет количества водорослей производился в счетной камере, биомасса водорослей определялась счетно-объемным методом. При отборе проб измерялись глубина взятия пробы, температура воды, рН и количество растворенного кислорода (табл. 1).

Был охарактеризован видовой состав водорослей в каждой обследованной точке отбора проб и подсчитаны количественные характеристики фитопланктона, то есть численность и биомасса водорослей в каждой точке взятия проб (табл. 1).

На створе № 1, расположенном в одном километре от плотины водохранилища и характеризующемся максимальной глубиной, было взято пять проб: с поверхности, с глубин 2 м, 10 м, 40 м и 80 м. На поверхности воды вегетировали Dinobryon divergens и Asterionella formosa. На глубине двух метров видовой состав водорослей увеличился, появились виды из отдела синезеленых водорослей – Merismopedia tenuissima, зеленых – Dictyosphaerium pulchellum и диатомовая водоросль Aulacoseira sp. На глубине 10 м, также как и на поверхности, доминировали Asterionella formosa и Dinobryon divergens. Такой же состав наблюдался и в середине водной толщи. На дне были найдены только единичные клетки Asterionella. Наибольшая численность водорослей отмечена на глубина двух метров – 158,0 тыс. кл/л. Значения численности постепенно снижаются до 7,0 тыс. кл/л на дне данной точки. Биомасса водорослей невелика и также постепенно уменьшается от 0,044 до 0,004 мг/л от поверхности до дна (табл. 2). Значения индекса сапробности колебались от 1,4 до 1,96.

На створе № 2 при выходе из каньона напротив устья р. Инарогда в составе водорослей как на поверхности, так и на двух метрах глубины доминировали вышеупомянутые Dinobryon divergens и Asterionella formosa. С увеличением глубины на середине (35 м) и дне (69 м) данной точки Dinobryon divergens исчезает и преобладающим видом остается только Asterionella formosa. Значения численности водорослей на поверхности и глубине 2 м относительно велики – 140,2 и 183,8 тыс. кл/л соответственно, а максимальная биомасса отмечена на двух метрах: 0,118 мг/л (табл. 2). Значения индекса сапробности изменялись от 1,23 до 1,58.

Створ № 3 (центральная часть водохранилища) характеризуется практически таким же составом водорослей и его распределением по глубинам. Только на дне данной точки Asterionella formosa отсутствует, а в пробах отмечены единичные виды бентосных водорослей. Значения численности и биомассы водорослей невелики и составляют соответственно от 56,5 тыс. кл/л на поверхности до 8,2 тыс. кл/л на дне и от 0,038 до 0,003 мг/л. Индекс сапробности достигал значений от 0,85 до 1,51.
Таблица 1

Некоторые показатели Зейского водохранилища

На поверхности створа № 6 (приустьевая часть р. Мульмуга) в большом количестве была обнаружена синезеленая водоросль Anabaena flos-aquae, являющаяся одним из возбудителей "цветения" воды в водоемах. На остальных глубинах доминировала вышеназванная Asterionella formosa. Довольно высоки только значения численности водорослей на поверхности за счет плавающей Anabaena flos-aquae – 88,8 тыс. кл/л. Биомасса водорослей практически одинакова с биомассой на других обследованных точках.

К настоящему моменту в фитопланктоне Зейского водохранилища обнаружено 27 видов водорослей двадцати родов из пяти отделов (табл. 2).

Таблица 2

Таксономический состав фитопланктона

Зейского водохранилища

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

Наиболее часто встречающимися видами фитопланктона Зейского водохранилища являются Dinobryon divergens (отдел золотистые) и Asterionella formosa (отдел диатомовые).

Численность и биомасса водорослей наиболее значительны на глубине 2 м, хотя в некоторых случаях их значения наиболее велики на поверхности воды. Такая динамика фитопланктона зависит от степени освещенности водной толщи, так как при сильной освещенности водоросли предпочитают скапливаться немного ниже поверхности воды, а в пасмурную погоду поднимаются к самой поверхности водоема. Такие флуктуации фитопланктона зависят от пигментного состава водорослей, их физиологии и ряда других причин [3].

Нами сделан также анализ качества воды обследованного водохранилища по сапробности водорослей. Преобладают виды олиго- и олиго-бетамезосапробионты, то есть показатели практически чистых и слабо загрязненных вод. Величины индексов сапробности, подсчитанные на обследованных точках, показали значительный разброс значений как по глубинам, так и по акватории водохранилища: от 0,6 до 1,96. Какой-либо закономерности распределения показательных видов не обнаружено.

Полученные значения индексов соответствуют практически в равной степени олигосапробной и бетамезосапробной зонам, II-III классам качества воды – практически чистые и слабо загрязненные воды.

В заключении отметим, что Зейское водохранилище построено несколько десятилетий назад и его водная экосистема давно сформировалась. Комплексы планктонных водорослей водохранилища сложились окончательно и в них доминируют холодолюбивые озерные, широко распространенные, особенно в эвтрофных водоемах, виды. В целом фитопланктон водохранилища характеризуется значительной бедностью видового состава. Численность и биомасса водорослей были очень низки и изменялись в зависимости от глубины взятия проб.

Санитарно-биологический анализ качества воды водохранилища по сапробности водорослей показал, что значения индекса изменяются в довольно широких пределах. Воды водохранилища можно охарактеризовать как практически чистые и слабо загрязненные воды, II-III классов чистоты.

Хотя среди водорослей водохранилища обнаружен вид, способный вызывать "цветение" воды (Anabaena flos-aquae), однако достаточно низкие температуры воды даже в летний период, скорее всего, не позволят водорослям достигнуть массового развития.

Сравнивая качество вод Зейского водохранилища с водами недавно образованного Бурейского, необходимо отметить, что качество воды Зейского водохранилища ниже. По-видимому, ухудшение качества является результатом медленного – при сравнительно низких температурах – разложения органического материала (стволы деревьев, почва), затопленного в свое время водами р. Зея, поэтому необходим постоянный контроль состояния этой водной экосистемы.

1. 
   Водохранилища. – М.: Мысль, 1987. – 325 с.
   
2. 
   Лаврентьева Г.М. Фитопланктон водохранилищ Волжского каскада // Изв. ГосНИОРХ. Т. 114. 1977. – 157 с.
   
3. 
   Саут Р., Уиттик А. Основы альгологии. – М.: Мир, 1990. – 595 с.
   

Определение фотосинтетических пигментов входит в программы по мониторингу пресноводных и морских экосистем.

Количественные данные по первичной продукции лежат в основе трофической классификации водоемов, которая, в свою очередь, служит для рыбохозяйственной типологии водных ресурсов. Благодаря широкому кругу вопросов, решаемых с помощью исследований первичной продукции, эта тематика стала центральным звеном как лимнологии, так и океанологии, и к настоящему времени достигла уровня особой гидробиологической дисциплины [2].

Тема градации водоемов по величинам первичной продукции фитопланктона и содержанию хлорофилла в сестоне широко обсуждается в литературе [1,2,4,5,8]. Впервые с полной определенностью первичная продукция как важнейший критерий трофности водоемов был обоснован и выделен Г.Г. Винбергом [4]. Развитие и современное состояние вопроса о трофической классификации лимнических экосистем по величине первичной продукции планктона и концентрации хлорофилла "а" подробно изложено в научных трудах В.В. Бульоном [1–3], для океанических вод – в работе Г.Г. Кобленц-Мишке и В.И. ведерникова [5].

Наряду с определением трофического статуса лимнических экосистем, где основу первичной продукции составляют водоросли планктона, значительный научный и практический интерес представляет типология речных экосистем [8].

По международным нормам оценки трофического статуса и классов качества вод по концентрации хлорофилла "а" для водной толщи, согласно "Единым критериям качества природных вод", принятым странами СЭВ в 1982 г., принято выделять шесть классов качества вод в соответствии с трофическим статусом водных объектов (Сиренко, 1988). В соответствии с данными нормами шестибальная шкала разработана и предложена нами для оценки трофического статуса и классов качества вод по величине первичной продукции для озерных и планктонных экосистем бассейна Амура, а также и по содержанию хлорофилла "а" в сообществах водорослей перифитона, населяющих гравийно-галечный субстрат водотоков горного и предгорного типа (табл. 1) [10,11]. Первичная продукция может быть выражена как в единицах кислорода, так и углерода.

Таким образом, представленная система классификации позволяет нам определить и отметить тенденцию изменения трофического состояния исследуемых водных экосистем.

Бассейн р. Бурея и Бурейское водохранилище. Материалы по определению фотосинтетических пигментов водотоков бассейна р. Бурея за летний период 2003 г. представлены в таблице 2. Обследование водотоков совпало с прохождением летнего паводка.

Необходимо отметить, что существенным фактором, определяющим степень развития водорослей в водотоках, является их гидрологический режим, обусловленный конкретными климатическими условиями на водосборной площади. Регулирующая роль паводка в развитии сообществ перифитона для горных рек Северной Америки, Канады, Японии, а также для Нижнего Амура отмечается в ряде работ [8,12]. При частых паводках в водных объектах поддерживается низкий уровень развития водорослей, а его максимум устанавливается в период межени. Влияние гидрологического фактора отчетливо проявляется и по нашим данным. Так, например, после прохождения мощного паводка в июне 1993 г. концентрация хлорофилла "а" в реках Бурея, Ургал и Чегдомын не превышала 1 мг/м². Только после установления меженного режима началось формирование сообществ перифитона в вышеперечисленных реках. В сентябре на незагрязненных участках водотоков она достигала 15–33 мг/м².

Трофический статус водных объектов и классы качества воды по содержанию

хлорофилла "а" в фитопланктоне и водорослях перифитона

Характеристика трофического статуса водного объекта
Олиготрофный	Мезотрофный	Слабо евтрофный	Сильно евтрофный	Политрофный	Гипертрофный
Класс качества вод
I	II	III	IV	V	VI
Очень чистые	Чистые	Умеренно загрязненные	Загрязненные	Грязные	Очень грязные
Первичная продукция г О2/м2 сутки
до 1.22	1.23–2.22	2.23–3.47	3.48–5.20	5.21–6.40	>6.40
Концентрация хлорофилла "а" в водорослях фитопланктона, мг/м3
до 3	4–8	9–15	16–30	31–60	> 60
Концентрация хлорофилла "а" в водорослях перифитона (водотоки), мг/м2
до 15	16–30	31–45	46–65	66–80	> 80

Во время межени наиболее высокие концентрации хлорофилла "а" в перифитоне отмечаются на участках водотоков, которые подвержены антропогенному воздействию. Так, проведенные нами ранее исследования в Республике Саха (Якутия) показали, что среди водотоков Лено-Индигирской водной системы максимальная концентрация хлорофилла "а" (до 130 мг/м²) была отмечена в р. Верхняя Нерюнгри, в которую сбрасывались шахтные воды угледобывающего комбината г. Нерюнгри. В р. Куранах, выше деятельности золотодобывающего прииска "Ленинский", концентрация хлорофилла "а" составляла около 4 мг/м², а после сброса в нее отработанных вод этого предприятия хлорофилльная масса водорослей возросла до 63 мг/м² [8]. В р. Левый Ул, после сброса хозяйственно-бытовых сточных вод со станции биологической очистки пос. Многовершинный, содержание хлорофилла "а" достигало 537 мг/м² при фоновых концентрациях около 30 мг/м². В р. Бирсалали, ее левобережном притоке, содержание хлорофилла "а" закономерно увеличивалось от верховьев к устью – от 24 до 62 мг/м² – вследствие поступления дренажных, богатых органическим веществом вод из хвостохранилища горнообогатительного комбината "Многовершинный" [7]. Подобная ситуация отмечается и на водотоках Японии. На участках рек, испытывающих влияние хозяйственно-бытовых сточных вод населенных пунктов, вода имеет белесый оттенок. В устьевой части р. Сагами, например, концентрация хлорофилла в перифитоне составляла 99–130 мг/м². В водотоках окрестностей г. Осака на умеренно и сильно загрязняемых участках рек Нуи, Иши, Кино она составляла соответственно 58, 133, и 105 мг/м². Значительное превышение биомассы водорослей перифитона на загрязняемых участках рек свидетельствует о стимулирующем влиянии техногенных вод на интенсивность биообрастания.

Результаты по мониторингу фотосинтетических пигментов в водотоках бассейна р. Бурея представлены в таблице 2.

Как следует из табл. 2, минимальное содержание хлорофилла "а" 0,03–0,64 мг/м² отмечается в основном русле р. Бурея как выше, так и ниже плотины БГЭС. По данному показателю р. Бурея характеризуется как олиготрофный водный объект. Класс качества вод – I. По концентрации хлорофилла "а" до 15 мг/м² к олиготрофному типу относятся реки Ниман, Нимакан, Дубликан, Ягдынья, Эльганджа, руч. Малый Ерик, верховье р. Чегдомын. К мезотрофным водным объектам и II классу качества вод относятся р. Ургал, р. Туюн, в среднем течении – р. Чегдомын. Максимальное содержание хлорофилла "а" отмечено в устьевой части р. Чегдомын – 52,6 мг/м², ниже влияния хозяйственно-бытовых сточных вод пос. Чегдомын.

Наблюдения за динамикой фотосинтетических пигментов в Бурейском водохранилище ведутся с момента наполнения водохранилища на 5 постоянных створах. Первый створ расположен в 200 м выше плотины. Расстояние от левого до правого берега 760 м. Отбор проб воды осуществлялся на 3-х вертикалях. Вертикаль № 1 расположена на удалении 0,25, вторая – на удалении 0,5, третья – на удалении 0,75 от левого берега. На каждой вертикали отбиралось по 3 пробы – дно, середина, поверхность.
Таблица 2

Содержание хлорофилла "а" (С хл "а") в перифитоне водотоков бассейна р. Бурея

Второй створ на водохранилище расположен выше плотины на удалении 8 км. Номера вертикалей и схема отбора проб аналогична 1-му створу. Третий створ расположен у м/п Сектагли. Четвертый – в устье р. Тырма. Пятый – в 0,5 км выше устья р. Тырма. На 3–5 створах отбор проб осуществляется у дна, с середины и с поверхности водного объекта.

При зарегулировании водного стока р. Бурея в 2003 г. в Бурейском водохранилище основными первичными продуцентами органического вещества, как и во всех внутренних водоемах, явились водоросли фитопланктона. При достаточно высоком водообмене Бурейского водохранилища нами прогнозировались невысокие величины сырой биомассы фитопланктона (от 1,0 до 2,5 г/м³ при содержании хлорофилла "а" до 5 мг/м³). Прогнозные характеристики подтверждаются данными мониторинга за 2003–2004 гг. Содержание хлорофилла "а" в водной толще водотоков реки Бурея в современных условиях не превышает 0,7 мг/м³, обычно – 0,0–0,5 мг/м³.

В июне 2003 г. содержание хлорофилла "а" на обследованных створах в среднем составляло 0,7 ± 0,91 мг/м³ при максимальном значении 3,79 мг/м³ на первом створе в поверхностном горизонте. В июле 1,16 ± 1,17 мг/м³, при максимуме 3,82 мг/м³ на 1 створе у поверхности. В августе – 1,16 ± 0,61 мг/м³, при максимуме в поверхностном горизонте на створе 2. В октябре – 0,16 ± 0,18 мг/м³, при максимуме 0,7 мг/м³ у дна на 2 створе. В марте 2004 г., в период ледостава, среднее значение содержания хлорофилла "а" составило 0,65 ± 0,60 мг/м³ при максимуме 2,6 мг/м³ на станции 2 в придонном горизонте. В июле 0,97 ± 0,68 мг/м³, при максимуме 3,34 мг/м³ на створе 1 у поверхности. В августе – 0,14 ± 0,14 мг/м³, при максимальном значении 0,60 мг/м³. В сентябре – 0,53 ± 0,60 мг/м³, при максимальном значении 2,59 мг/м³ в заливе р. Талакан. В октябре при форсированном наборе уровня воды до отметки 224 м содержание хлорофилла "а" составляло 0,16 ± 0,07 мг/м³ при максимальном значении 0,31 мг/м³.

Таким образом, на стадии формирования Бурейского водохранилища его водные массы по содержанию хлорофилла "а" можно отнести к олиготрофному типу и I классу качества вод.

Бассейн р. Зея и Зейское водохранилище. В дальневосточном регионе в качестве аналога Бурейскому водохранилищу принимается Зейское.

На предмет содержания фотосинтетических пигментов в перифитоне обследование водотоков в бассейне р. Зея проведены в июне 2004 г. (табл. 3).

Содержание хлорофилла "а" (Схл "а") в перифитоне водотоков бассейна р.Зея

Как следует из представленных данных, основные водотоки бассейна р. Зея по трофическому статусу относятся к категории олиготрофных. Исключение составляет р. Зея – ниже плотины Зейского водохранилища, где содержание хлорофилла "а" в перифитоне характеризует участок реки как слабо-евтрофный (III класс качества вод).

По нашим первичным данным, в летний период 1994 г. содержание хлорофилла "а" поверхностных слоях Зейского водохранилища выражалось максимальными величинами – от 3,50 до 4,64 мг/м³ . При обследовании водной акватории Зейского водохранилища в июле 2004 г. от плотины до пос. Бомнак (верхний бьеф) среднее содержание хлорофилла "а" в водной толще составляло 1,16 ± 0,69 мг/м³, при максимальном значении у плотины на поверхности водоема 2,49 мг/м³.

Представленные выше материалы по содержанию хлорофилла "а" в планктоне Бурейского и Зейского водохранилищ в целом характеризуют рассматриваемые водные экосистемы как олиготрофные. При имеющемся количестве первичных продуцентов потенциальная рыбопродуктивность водохранилищ может составлять от 0,5 до 2,0 кг/га [11], в то время как возможный вылов рыбы в водных объектах составляет до 30 % от их рыбопродуктивности.

При низкой продуктивности формируемой водной экосистемы Бурейского водохранилища нецелесообразно строительство рыбозащитных сооружений на постоянных водоводах Бурейской ГЭС.
Литература
1. Бульон В.В. Первичная продукция планктона внутренних водоемов. – Л.: Наука, 1983. – 150 с.

2. Бульон В.В. Первичная продукция планктона и классификация озер // Продукционно-гидробиологические исследования водных экосистем. Л.: Наука, 1987. С. 45–51.

3. Бульон В.В. Закономерности первичной продукции в лимнических экосистемах. – СПб.: Наука, 1994. – 222 с.

4. Винберг Г.Г. Первичная продукция водоемов. – Минск: Изд-во АН БССР, 1960. – 329 с.

5. Кобленц-Мишке О.И., Ведерников В.И. Первичная продукция // Океанология. Биология океана. Т. 2. Биологическая продуктивность океана. М.: Наука, 1977. С. 183–209.

6. Сиротский С.Е. Значение первичной продукции в оценке состояния водной экосистемы реки Амур // Биогеохимическая экспертиза состояния окружающей среды. Владивосток: Дальнаука, 1993. С. 49–69.

7. Сиротский С.Е. Методические аспекты расчета первичной продукции фитопланктона на основе светового фактора для условий бассейна р. Амур // Биогеохимические и экологические оценки техногенных экосистем бассейна реки Амур. Владивосток: Дальнаука, 1994. С.82–97.

8. Сиротский С.Е., Медведева Л.А. Пигментные характеристики водорослей перифитона водотоков Дальнего Востока // Биогеохимические и экологические исследования природных и техногенных экосистем Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 1995. С. 86–96.

9. Сиротский С.Е. Причины критических ситиуаций в бассейне реки Амур в контексте евтрофирования водной экосистемы // Исследования водных и экологических проблем Приамурья . Владивосток-Хабаровск: Дальнаука, 1999. С.162–164.

10. Сиротский С.Е. К вопросу о трофической классификации водоемов и водотоков на основании величин первичной продукции и концентрации хлорофилла "а" // Биогеохимические и гидроэкологические исследования на Дальнем Востоке. Владивосток: Дальнаука, 1998. С. 77–83.

11. Сиротский С.Е., Богатов В. В. Методические рекомендации по оценке ущерба рыбному хозяйству на основе данных о первичной продукции в водотоках и водоемах // Геохимические и биогеохимические процессы в экосистемах Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 1999. Вып. 9. С. 129–152.

12. Tominaga H, Ichimura S. Ecological studies on the organic matter production in a mountain river ecosystem // Bot. Mag. Tokio, 1966. Vol. 73. P.815–829.