На берегу океана ощутимо пахнет йодом. Это запах соли, приносимый ветром с акваторий. Однако помимо него, в воздухе присутствуют и различные газы, синтезируемые микроскопическими растениями - фитоплантконом, произрастающим в толще воды.

У этих крошечных растений имеется множество разновидностей. В идеальных условиях фитопланктон, населяющий морские водоемы в огромном количестве, живет всего один или два дня и, погибая, опускается на дно.

Эти одноклеточные, которые еще называют "морской травой", являются центральным звеном в пищевой цепи океана.

Кроме того, живые микроорганизмы играют важную роль в осуществлении постоянного круговорота углерода в природе.

Только благодаря фитопланктону в атмосфере поддерживается тепловой баланс, а уровень кислорода, необходимый для жизни, находится всегда под контролем.

По этой причине ученые-океанографы отводят фитопланктону одно из главных мест среди всех живых организмов.


Фотосинтез фитопланктона и его значение
Для продолжения жизни, развития и роста все живые существа на Земле - растения и животные - нуждаются в энергии и органической пище.

Потребность в энергии растений обеспечивает солнце. В их организме солнечный свет превращается в химическую энергию, и таким образом неорганические вещества становятся органическими.

Этот процесс носит название фотосинтеза. Животные же удовлетворяют свою потребность в энергии, поедая растения или других животных.

Фитопланктон, подобно наземным растениям, содержит особый хлорофилльный пигмент, позволяющий осуществлять фотосинтез.

Как и наземные растения, "морская трава", синтезируя солнечный свет, увеличивает свою массу и служит важным источником питания для обитателей морей и океанов.

Роль фитопланктона в мировом масштабе
Чем больше в морях и океанах будет фитопланктона, тем больше углекислого газа крошечные растения смогут переработать с помощью фотосинтеза.

Ведь именно наличие углекислого газа в атмосфере и объясняет так называемый парниковый эффект.

Таким образом, обильное развитие фитопланктона в водоемах напрямую связано со снижением углекислого газа в атмосфере нашей планеты.

С одной стороны, "морская трава" оказывает воздействие на содержание углекислого газа в воздухе, с другой - состояние окружающей среды обусловливает увеличение или уменьшение биомассы фитопланктона.

Ученые установили, что ее суммарный объем может за день увеличиться в два раза.

Колебания данных о плотности того или иного вида популяции фитопланктона, о районах его распределения, об увеличении или уменьшении массы одноклеточных организмов, а также другие характеристики - яркий показатель изменений условий окружающей среды в ту или иную сторону, так как фитопланктон обладает способностью очень быстро реагировать на внешнее воздействие.

Роль фитопланктона в обеспечении постоянного круговорота серы в природе

Помимо того, что фитопланктон играет важную роль в смягчении климата и в образовании в атмосфере Земли облаков, он еще синтезирует диметилсульфид, входящий в состав серы.

Этот газ со своеобразным запахом на первый взгляд кажется вредным и загрязняющим окружающую среду химическим веществом, но на самом деле его значение в био-гео-химическом круговороте весьма велико.

Наши знания об этом газе помогут понять не только причины изменения климата в мировом масштабе, но и будут способствовать улучшению политики государств в деле сохранения окружающей среды.

Выработка диметилсульфида зависит от совместного существования - симбиоза различных организмов. Некоторые виды фитопланктона, живущего в поверхностных водах океана, синтезируют начальную молекулу диметилсульфида - диметилсульфид пропонад.

Затем бактерии и фитопланктон способствуют превращению диметилсульфид пропонада в диметилсульфид и другие основные вещества. Часть выработанного диметилсульфида поступает из соленой морской воды в атмосферу и, окисляясь, превращается в тропосфере в сульфатный газ.

Этот газ, образующий облако, собирая вокруг себя молекулы воды, становится ядром конденсации водяных паров. Облака участвуют не только в поддержании баланса солнечной энергии, поступающей на Землю, но и в формировании климата и распределении тепла по ее поверхности.

Ученые полагают, что количество диметилсульфида, выделяемого морями и океанами, составляет 50% от всего количества сульфатного газа, поступающего в атмосферу из биологических источников.

В этом и заключается первостепенное значение фитопланктона в деле формирования климата.


Для обеспечения постоянного круговорота серы в природе соединения серы должны через атмосферу поступать из моря на сушу.

95% естественного сульфатного газа, выделяемого акваториями, приходятся на диметилсульфид, который играет роль ядра, конденсирующего водяные пары, а уже затем из облаков соединения серы вместе с дождем проливаются на сушу.


Радиационный баланс также влияет на формирование земного климата. Одна треть излучаемой солнцем радиации, достигающей Земли, отражается обратно облаками, льдом и снегом.

Другие две трети поступают в атмосферу и в основном поглощаются океанами и горами. Позднее эта солнечная энергия превращается в тепло, и часть ее в виде инфракрасных лучей отражается земной поверхностью и морями обратно.

Прогревая атмосферу, эти лучи возвращаются прямо в космос. Если земная поверхность получает больше энергии, чем выделяет, то на земном шаре наступает потепление, а если наоборот теряет больше, чем получает, то наступает похолодание.


Размер облаков и формирующих их мельчайших частиц воды также влияют на изменение климата на Земле. Чем больше ядро конденсации облака, тем меньше будут формирующие его водяные частицы и во столько же раз будет выше плотность облака.

Это также оказывает влияние на поддержание радиоактивного баланса. Таким образом, становится ясно, что диметилсульфид, выполняя свои функции, является важным фактором в круговороте воды в природе, в установлении количества тепла на земном шаре и в образовании облаков.

Другими словами, Высший Творец отвел диметилсульфиду, вырабатываемому фитопланктоном и поступающему в атмосферу, важную роль в формировании климата и в обеспечении постоянства круговорота серы в природе.

Прежде чем создавать модели, точно отражающие влияние человека и естественных источников на химический состав атмосферы и на климат Земли, необходимо осознать в мировом масштабе: от полюсов до тропических морей - участие диметилсульфида в различных химических реакциях.

Как же противоречивы мы, люди, которые вначале своими руками разрушают гармонию, созданную Аллахом, а затем, пользуясь Его законами, пытаются осознать то, что совершили.

Фитопланктон - это класс организмов, встречающийся в больших водоемах и включающий в себя широкий ряд различных подвидов. Это чрезвычайно разнообразная группа, и многообразие этих организмов бросает вызов эволюции и естественному отбору. Согласно общим принципам нехватка ресурсов делает невозможным выживание в экосистеме такого большого количества разных организмов без уничтожения друг друга.

Но так или иначе они существуют. Вот такая загадка.

Микроскопический фитопланктон живет по всему морю, в его освещенной, фотической зоне - до 100 метров в глубину. Кроме того, микроскопические водоросли могут очень быстро расти и размножаться - некоторые виды способны удваивать свою биомассу за день! Поэтому, они - главная морская растительность, основа жизни в море: улавливая солнечный свет, они превращают воду, углекислый газ, и соли морской воды - в свое живое вещество - растут.

На языке экологии это процесс называется первичной продукцией. Зоопланктон поедает фитопланктон - и тоже растет и размножается, это уже вторичная продукция. А затем наступает черед редукции - разложения: все, рождается и живет - умирает, и останки всех планктеров, и вообще всего живого в море - достаются бактериям, населяющим водную толщу.Бактериопланктон разлагает эти останки, возвращая вещество в неорганическое состояние. Это - круговорот веществ в море.

К фитопланктону относятся не только водоросли, но и планктонные фотосинтезирующие бактерии. Это цианобактерии (раньше их еще называли сине-зелеными водорослями, но это настоящие бактерии - прокариоты - в их клетках нет ядер). В Черном море они встречаются, в основном, в прибрежных водах, особенно, в опресненных районах - рядом с устьями рек, много их опресненном и переудобренном Азовском море; многие цианобактерии выделяют токсины.

Все планктонные растения - одноклеточные, вокруг них плавает столько быстрых и ловких хищников - как же им удается уцелеть? Ответ на этот вопрос таков: уцелеть не удается, но продлить существование получается.

Во-первых , большинство растений планктона - подвижны: у них есть жгутики, у кого один, у кого - пара, а у зеленых празинофитов Prasinophyceae - целых четыре (или даже восемь!), и носятся они по своему маленькому миру - не менее шустро, чем простейшие животные.

Во-вторых, очень многие планктонные водоросли имеют внешний скелет - панцирь. Он защитит от мелких инфузорий, но будет бесполезен против челюстей крупных личинок раков. Церациум, например, такой большой - до 400 микрон, его панцирь такой крепкий, что почти никто из зоопланктеров с ним не справится, но планктоядные рыбы съедят и его.

Морской фитопланктон - первичная форма жизни на Земле. Он является основой водной пищевой цепи и присутствует в рационе всех обитателей моря: от зоопланктона до китов. Фитопланктон является идеальной пищей для живых организмов и обладает колоссальной питательной ценностью. В нем содержатся все питательные вещества и микроэлементы, необходимые клеткам организма для нормального протекания обменных процессов. Хорошим доказательством уникальных свойств морского фитопланктона могут служить синие киты. Эти морские гиганты, обладающие огромной силой и выносливостью, живут более ста лет и до последнего дня сохраняют способность размножаться. Рацион китов полностью состоит из планктона, который они поглощают в огромном количестве: от 3 до 8 тонн в день.

Учеными доказано, что морской фитопланктон насыщен витаминами, аминокислотами, антиоксидантами и может использоваться в пищу как богатейший источник минералов, таких как селен, цинк, магний, хром, стронций и др. Он может заменить многие лекарственные препараты и предотвратить множество заболеваний: от диабета до болезни Альцгеймера. Важным преимуществом перед другими биологически активными добавками является микроскопический размер полезных веществ и органическая форма, благодаря чему организм усваивает их быстро и легко.

Однако, при всех неоспоримых достоинствах морского фитопланктона существует одно «но» - он заключен в плотную защитную оболочку, как ядрышко ореха заключено в скорлупу. В процессе эволюции человеческий организм утратил способность расщеплять эту оболочку, поэтому морской фитопланктон не усваивается человеком.

Чтобы человек мог усваивать полезные вещества, содержащиеся в морском фитопланктоне, необходимо было решить непростую задачу: каким-то образом разрушить защитную оболочку, сохранив при этом питательную ценность микроэлементов. С этой задачей блестяще справился Том Харпер, владелец морской фермы по выращиванию моллюсков из Канады. В 2005 году он изобрел новую технологию, позволяющую раскрывать оболочку фитопланктона без использования тепловой обработки, замораживания или применения химикатов. Этот технологический процесс, названный Alpha 3 CMP, был запатентован, но история на этом не закончилась.

Какое-то время спустя основатель компании Forever Green Рон Уильямс вышел на Тома Харпера с предложением о сотрудничестве. Был подписан контракт, согласно которому компания ForeverGreen получила эксклюзивное право на использование в своих продуктах морского фитопланктона, обработанного по технологии Alpha 3 CMP. Таким образом, она является единственной в мире компанией, которая производит продукты, содержащие 100% натуральный и усвояемый человеком морской фитопланктон.

Мальдивы прекрасны сами по себе. Жаркое солнце, ласковое море и бескрайняя береговая линия. Но есть еще одна достопримечательность Мальдив - биолюминесцентный фитопланктон. Уникальные водоросли известны также под названием «красный прилив». Местные жители утверждают, что купание в подобных водах вызывает небольшой дискомфорт, поэтому такая береговая линия чаще всего является безлюдной. С наступлением темноты биолюминесцентный фитопланктон начинает светиться, освещая побережье фантастическим голубым светом. Тайваньский фотограф Will Ho запечатлел это явление.

Светящиеся одноклеточные динофлагелляты запускают свою иллюминацию от движения в толще воды: электрический импульс, возникающий в результате механического стимула, открывает ионные каналы, работа которых и активирует «светящийся» фермент.

Учёным удалось окончательно раскрыть загадку свечения динофлагеллят - морских простейших, составляющих значительную часть пелагического планктона. Некоторые группы этих одноклеточных, такие как ночесветки, обладают способностью к биолюминесценции. Собираясь вместе, они могут быть замечены даже из космоса: огромная океаническая поверхность испускает голубоватый свет.

По мнению учёных, биолюминесцентный аппарат этих простейших работает так. При движении в толще воды механические силы вызывают электроимпульс, который устремляется внутрь клетки, к специальной вакуоли. Эта вакуоль, полый мембранный пузырёк, наполнена протонами. С ней соединены сцинтоллоны - мембранные пузырьки со «светящимся» ферментом люциферазой. Когда к вакуоли приходит электрический импульс, между ней и сцинтиллоном открываются протонные ворота. Ионы водорода перетекают в сцинтиллон и закисляют среду в нём, что делает возможным протекание биолюминесцентной реакции.

Лучше всего свечение этих простейших можно наблюдать в период размножения: число одноклеточных становится таким, что морская вода напоминает молоко - правда, уж слишком ярко-голубого цвета. Впрочем, любоваться динофлагеллятами следует с осторожностью: многие из них вырабатывают опасные для человека и животных токсины, поэтому, когда их становится слишком много, получать эстетическое удовольствие от светящегося прилива будет безопаснее на берегу.

И еще один парадокс:

Ученые были потрясены, обнаружив цветущий фитопланктон под толщей ледяного покрова Арктики. Фитопланктон (Plankton Hazea) был обнаружен у берегов Аляски случайно, когда ученые заметили густую зеленую дымку в воде.

Огромный “зеленый шлейф” фитопланктона простирается более чем на 100 километров вдоль побережья Аляски. ”Наличие фитопланктона в воде может неблагоприятно сказаться на существовании других подводных существ в Чукотском море”, сообщили исследователи 7 июня 2012 года.

«Я работаю в этой области почти 30 лет, и я думал, что меня ничем не удивишь», говорит Кевин Арриго, океанограф-биолог из Стэнфордского университета. Лед плохо пропускает свет, особенно если он лежит толстым слоем, как это и было в Арктике. Снежный покров делает доступ света в глубь невозможным. В этом и состоит парадокс существования фитопланктона в толще льда, поскольку этим микроорганизмам необходим солнечный свет, без которого невозможен фотосинтез.

Теплый воздух способствует таянию снега. Когда снег начинает таять, ледяной покров начинает темнеть, позволяя льду поглощать больше света. Благодаря специальным камерам, опущенным под лед, исследователи обнаружили, что фитопланктон развивается чрезвычайно быстро. Благодаря солнечному свету и постоянному притоку питательных веществ от Берингова пролива, организмы могут процветать на глубине более 50 метров.

Чем это процветание обернется для остальных обитателей подводного мира, пока не ясно. Но Арриго опасается, что, находясь подо льдом, эти микроорганизмы могут усложнить жизнь другим подводным обитателям в этом районе. Чтобы подтвердить или опровергнуть эти опасения, потребуется долго и кропотливо работать, поскольку спутники не могут видеть сквозь лед.

«Нам очень повезло, что мы обнаружили фитопланктон, но мы не знаем, насколько далеко он распространится, и какие последствия это за собой повлечет», говорит Жан-Эрик Тремблей, океанограф-биолог из Университета Лаваля в Квебеке, Канада.

Планктон

В состав планктона входят самые разнообразные организмы. Некоторые из них - личиночные формы бентосных видов, у других жизненный цикл проходит полностью в толще воды, вдали от твердого субстрата. Часть планктона представлена одноклеточными водорослями, способными к фотосинтезу, т.е. превращению диоксида углерода и воды в простые сахара и свободный кислород. Поскольку для осуществления фотосинтеза необходим свет, большинство этих организмов сосредоточено в верхнем слое воды.

Планктонные водоросли относятся к нескольким крупным таксономическим группам, основные из которых - диатомовые водоросли (диатомеи) и динофлагеллаты. Клетки первых покрыты кремнеземным панцирем. В некоторых местах диатомей настолько много, что их мертвые остатки, оседая на дно, образуют особые диатомовые илы, которые за миллионы лет местами превратились в мощные пласты горной породы - диатомита.

Фитопланктон

Диатомеи, динофлагеллаты и другие планктонные водоросли вместе составляют фитопланктон. Как и другие организмы, способные превращать неорганические вещества в органические, т.е. в собственную пищу, они называются автотрофами, что в переводе с греческого значит «самокормящиеся». Вместе с прочими автотрофами, например сухопутными растениями, они объединяются в экологическую группу продуцентов, поскольку являются первым звеном различных пищевых цепей.

Водорослевое цветение. Во многих морях, особенно в умеренной климатической зоне, в определенные сезоны, обычно зимой, вода обогащается минеральными солями, необходимыми для размножения фитопланктона. Когда весной вода прогревается, микроскопические водоросли начинают бурно делиться, взрывообразно увеличивая свою численность, и море становится мутным, а иногда даже окрашивается в несвойственный ему цвет. Это явление называют водорослевым цветением воды. Обычно оно идет на убыль и прекращается по мере истощения запасов необходимых солей: фитопланктонные организмы в массе гибнут и поедаются зоопланктоном, пока вновь не установится временное популяционное равновесие.

Красные приливы. Обычно водорослевое цветение сопровождается возрастанием численности зоопланктона, который, питаясь фитопланктоном, в определенной степени сдерживает рост его массы. Однако временами она увеличивается так быстро, что процесс выходит из-под контроля. Особенно часто это наблюдается при бурном размножении одного из видов динофлагеллат. Морская вода у побережья приобретает окраску и консистенцию томатного супа - отсюда и название «красный прилив». Главное же, что «цветущая» водоросль содержит токсин, опасный для многих рыб и моллюсков. Красные приливы во Флориде, Африке и других регионах приводили к гибели многих сотен тысяч этих животных.

Отравление моллюсками. Некоторые виды фитопланктона содержат нервно-паралитический яд. Двустворчатые моллюски, в частности мидии, питаются фитопланктоном, поэтому в определенные сезоны, как правило в теплые месяцы, поедают и огромные количества «цветущих» токсичных водорослей, накапливая в тканях их яд без видимого вреда для себя. Однако употребление в пищу таких моллюсков может вызвать тяжелое отравление.

Продуктивность. Фитопланктон активно размножается главным образом в прибрежных водах, а чем дальше от берега, тем ниже его продуктивность. Вот почему в открытом океане, особенно в тропиках, вода очень прозрачная и голубая, а у берегов, прежде всего в умеренном поясе, часто желтоватая, зеленоватая или бурого оттенка.

Резкое увеличение концентрации растворенных в воде минеральных солей, необходимых для развития фитопланктона, бывает связано с течениями, которые поднимают эти вещества из придонных слоев или выносят их из эстуариев, где накапливается много остатков мертвых организмов, минерализуемых бактериями. В некоторых участках океана существуют т.н. подъемы воды, или апвеллинги, - своеобразные течения, несущие богатую питательными (биогенными) элементами холодную океаническую воду с огромных глубин к прибрежному мелководью. Апвеллинговые зоны связаны с высокой продуктивностью фито- и зоопланктона, поэтому привлекают большое количество рыбы.

Зоопланктон

Непрерывно делящиеся планктонные водоросли с не меньшей интенсивностью поедаются зоопланктоном, который поддерживает их численность на примерно постоянном уровне. К планктонным животным относятся в основном крошечные рачки, медузы и личинки тысяч видов других морских животных. В зоопланктоне представлено большинство таксономических типов беспозвоночных.

Биоиндикаторы. Как и бентосные животные, зоопланктонные формы могут существовать лишь при определенных уровнях температуры, солености, освещенности и скорости движения воды. Требования некоторых из них к окружающим условиям настолько специфичны, что по присутствию данных организмов можно судить об особенностях морской среды в целом. Такие организмы обычно называют биоиндикаторами.

Хотя большинство зоопланктонных форм в какой-то мере способно активно передвигаться, в целом эти животные пассивно дрейфуют по течению. Однако многие из них при этом совершают ежедневные вертикальные миграции, иногда на расстояние до нескольких сот метров, реагируя на суточные изменения освещенности. Некоторые виды приспособлены к жизни в приповерхностном слое, где освещенность циклически меняется, тогда как другие предпочитают более или менее постоянный полумрак, который находят в дневное время на больших глубинах.

Глубоководный рассеивающий слой. Многие планктонные животные образуют плотные скопления на средних глубинах. Такие скопления впервые были выявлены приборами для измерения глубины - эхолотами: посылаемые ими звуковые волны, явно не дойдя до дна, рассеивались каким-то препятствием. Отсюда возник термин - глубоководный рассеивающий слой (ГРС). Наличие его свидетельствует о том, что большие количества организмов могут жить вдали от фитопланктонных продуцентов.

Зоопланктон вслед за фитопланктоном концентрируется в богатых биогенными веществами прибрежных апвеллинговых зонах. Повышенная численность здесь морских животных, несомненно, является следствием активного размножения водорослей.

Нектон

Нектон - группа активно плавающих организмов, способных противостоять силе течения и перемещаться на значительные расстояния. К Н. относятся рыбы, кальмары, китообразные, ластоногие, водные змеи, черепахи, пингвины. Для нектонных животных характерны обтекаемая форма тела и хорошо развитые органы движения. Н. противопоставляют планктону; промежуточное положение между ними занимает микронектон, представленный животными, способными к ограниченным активным перемещениям: молодь и мелкие виды рыб и кальмаров, крупные креветки, эвфаузиевые рачки и др.

Представители группы нектон обитают в толще воды и способны передвигаться независимо от течения. К ним относится водный клещ. Вообще все водяные клещи отличаются красивой, часто пестрой или яркой окраской. Тело водяных клещей укороченное, не членистое, голова, грудь и брюшко слиты вместе. У предельного края головного конца помещаются расположенные попарно глаза, заключенные в хитиновые капсулы. Ноги у водяных клещей плавательные, покрытые многочисленными волосками.

Слепцова Е.В. 1 Саввина С.Р. 1

Вахрушева А.В. 1 Иванова А.П. 2

1 Муниципальное образовательное бюджетное учреждение средняя общеобразовательная школа №21 городского округа «город Якутск»

2 ИБПК СО РАН

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Городские озера имеют большое экологическое значение для города, так как они являются источником хозяйственно-бытового водоснабжения, средой обитания рыб, а также местом отдыха людей. В связи с ухудшение экологической ситуации в городской среде возникает необходимость проведения наблюдений за гидробиологическим составом водной среды.

Целью работы является выявление видового состава фитопланктона для оценки современного состояния водоема и разработки рекомендаций по улучшению экологической обстановки озера Солдатское.

Гипотеза исследований: можно предположить, что своевременное проведение охранных мероприятий позволит сохранить озеро Солдатское, а также даст возможность создать охранную зону в черте города.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи :

  1. Определить состав фитопланктона.
  2. Выявить виды-индикаторы сапробности.
  3. Оценить современное состояние фитопланктона и разработать рекомендации по улучшению состояния водоема.

Научно-практическая значимость. Материалы данной работы могут служить основой для проведения экологического мониторинга городских водоемов, а также применяться в качестве агитационных материалов, посвященных вопросам облагораживания городских инфраструктур и вопросам бережного отношения к элементам природы.

Глава 1. Фитопланктон водоемов

Водоем как экосистема - это комплекс всех организмов и неживых элементов, в результате взаимодействия которых потоком энергии в данном месте создается стабильная структура и круговорот веществ (Ласуков, 2009).

Основные компоненты водной экосистемы:

1) поступающая энергия от Солнца;

2) климат и физические факторы;

3) неорганические соединения;

4) органические соединения;

5) производители органических соединений, или продуценты (от лат. producentis - создающий) - укорененные, свободноплавающие растения и мельчайшие водоросли (фитопланктон, от греч. phytos - растение, plankton - блуждающий, парящий);

6) потребители первичные, или консументы первичные (от лат. consumo - потребляю), питающиеся растениями - зоопланктон (животный планктон), моллюски, личинки, головастики;

7) потребители вторичные, или консументы вторичные - хищные насекомые и рыбы;

8) детрит (от лат. detritus - истертый) - продукты распада и разложения организмов;

9) разрушители, деструкторы, редуценты (от лат. reducenti s - возвращающий, восстанавливающий), детритофаги (от греч. phagos - пожиратель), сапротрофы (от греч. sapros - гнилой и troph e - питание) - донные бактерии и грибы, личинки, моллюски, черви.

Важным компонентом озерных экосистем являются водоросли планктона (фитопланктон). Фитопланктон является основным продуцентом органического вещества в водоёмах, за счёт которого существует большинство водных животных. Они чутко реагируют на изменения окружающей среды и играют важную биоиндикационную роль. Фитопланктон влияет на развитие беспозвоночных в планктоне (зоопланктон), который в свою очередь является естественным фильтратором и кормовой базой для рыб.

К фитопланктону относятся протококковые водоросли, диатомовые водоросли, динофлагелляты, кокколитофориды, и другие одноклеточные водоросли (часто колониальные), а также цианобактерии. Обитает в фотической зоне водоёмов, населяя толщу воды. Обилие фитопланктона в различных частях водоёмов зависит от количества в поверхностных слоях необходимых для него питательных веществ. Лимитируют в этом отношении главным образом фосфаты, соединения азота, а для некоторых организмов (диатомовые, кремнежгутиковые) и соединения кремния. Поскольку фитопланктоном питаются мелкие планктонные животные, служащие пищей более крупным, районы наибольшего развития фитопланктона характеризуются и обилием зоопланктона и нектона. Значительно меньшее и лишь локальное значение в обогащении поверхностных вод питательными веществами имеет речной сток. Развитие фитопланктона зависит также от интенсивности освещения, что в холодных и умеренных водах обусловливает сезонность в развитии планктона. Зимой, несмотря на обилие питательных веществ, выносимых в поверхностные слои в результате зимнего перемешивания вод, фитопланктона мало из-за недостатка света. Весной начинается быстрое развитие фитопланктона, а вслед за ним и зоопланктона. По мере использования фитопланктоном питательных веществ, а также вследствие выедания его животными количество фитопланктона снова уменьшается. В тропиках состав и количество планктона более или менее постоянны в течение года. Обильное развитие фитопланктона приводит к так называемому «цветению» воды, изменяющему её цвет и уменьшающему прозрачность воды. При «цветении» некоторых видов в воду выделяются токсичные вещества, которые могут вызывать массовую гибель планктонных, нектонных животных, а также вызывать кожные аллергические реакции, коньюктивит и расстройство желудочно-кишечного тракта у людей.

По размерным признакам планктон подразделяется:

1)мегалопланктон (megalos - громадный) - к которым относятся организмы крупнее 20см;

2) макропланктон (makros - крупный) - 2-20 см;

3) мезопланктон (mesos - средний) -0,2-20 мм;

4) микропланктон (mikros - маленький) - 20-200 мкм;

5) нанопланктон (nanos - карликовый) - 2-20 мкм;

6) пикопланктон - 0,2—2 мкм;

7) фемтопланктон (океанические вирусы) - < 0,2 мкм.

Однако границы этих размерных групп не общеприняты. У многих организмов планктона выработались приспособления, облегчающие парение в воде: уменьшающие удельную массу тела (газовые и жировые включения, насыщенность водой и студенистость тканей, истончённость и пористость скелета) и увеличивающие его удельную поверхность (сложные, часто сильно разветвленные выросты, уплощённое тело).

Биомасса фитопланктона варьирует в разных водоёмах и их районах, а также в различные сезоны. В озерах города Якутска биомасса варьирует в пределах 0,255-3,713 мг/л (Иванова, 2000). С глубиной фитопланктон становится менее разнообразным и количество его быстро убывает, максимальные значения на глубине 1-2 прозрачностей. Прозрачность воды в гидрологии и океанологии - это отношение интенсивности света, прошедшего через слой воды, к интенсивности света, входящего в воду. Прозрачность воды - величина, косвенно обозначающая количество взвешенных частиц и коллоидов в воде. Годовая продукция фитопланктона в Мировом океане составляет 550 млрд. т (по оценке советского океанолога В.Г. Богорова), что почти в 10 раз превышает суммарную продукцию всего животного населения океана.

Фитопланктон, особенно озер, в процессе формирования и развития может претерпевать ряд изменений, обусловленных характером экологической среды обитания: особенностями расположения и морфометрии водоема, специфическим химическим составом воды, колебанием уровня, запасом питательных веществ в воде, результатом хозяйственной деятельности человека и др. Это приводит к замене одних видов водорослей другими, более специализированными. В целом общее видовое разнообразие и состав фитопланктона могут служить хорошими экологическими индикаторами. Большую актуальность приобретают сравнительные исследования закономерностей распределения состава, структуры и продуктивности фитопланктона водоемов различных природных зон, создающие основу для разработки их трофического статуса и прогнозирования экологических изменений водных экосистем под влиянием антропогенной нагрузки (Ермолаев, 1989).

Современная систематика водорослей, включает в себя 13 отделов:

Cyanoprokaryota - синезеленые водоросли (цианобактерии);

Euglenophyta - эвгленовые водоросли;

Chrysophyta - хризофитовые водоросли;

Xanthophyta - желтозеленые водоросли;

Eustigmatophyta -эустигматовые водоросли;

Bacillariophyta - диатомовые водоросли;

Dinophyta - динофитовые водоросли;

Cryptophyta - криптофитовые водоросли;

Raphydophyta - рафидофитовые водоросли;

Rhodophyta - красные водоросли;

Phaeophyta - бурые водоросли;

Chlorophyta - зеленые водоросли;

Streptophyta - стрептофитовые водоросли.

Глава 2. Материал и методика гидробиологических исследований

Для выявления современного состава фитопланктона озера Солдатского был проведен отбор проб в летний период 2017 года (23 мая, 21 июня, 12 июля). Пробы воды отбирались с поверхностного горизонта водоема в литорали. Отбор проб осуществлялся на двух станциях: около сквера имени Рыжикова (участок 1) и около ресторана «Панда» (участок 2). Сведения о точках отбора проб приведены в таблице 1 (фото 1 и 2).

Таблица 1

Точки отбора проб воды для изучения фитопланктона

№ пробы п/п

Дата

Название пункта отбора проб

Кач/кол

Объем, процеженной воды (л)

Участок № 1

(около сквера им. Рыжикова)

Участок № 2

Участок № 1

(около сквера им. Рыжикова)

Участок № 2

(около ресторана «Панда и журавль»

Участок № 1

(около сквера им. Рыжикова)

Участок № 2

(около ресторана «Панда и журавль»

ФОТО 1. Отбор проб на участке 1

(около сквера им. Рыжикова)

ФОТО 2. Отбор проб на участке 2

(около кафе «Панда»)

Выбор метода отбора проб фитопланктона зависит от типа водоема, степени развития водорослей, задач исследования, имеющихся в наличии приборов, оборудования и т.п. Применяют различные методы предварительного концентрирования микроорганизмов. Одним из таких методов является фильтрование воды через планктонные сети.

Планктонная сеть состоит из латунного кольца и пришитого к нему конического мешка из мельничного шелкового или капронового сита № 30 (рис. 1). Схема выкройки сетевого конуса для планктонной сети представлена на рисунке2. Узкое выходное отверстие конусовидного мешка плотно прикрепляется к стаканчику, имеющему выводную трубку, закрытую краном или зажимом Мора. На небольших водоемах планктонные пробы можно собирать с берега, забрасывая сеть на тонкой веревке в воду и осторожно вытягивая ее. На крупных водоемах планктонные пробы отбирают с лодки. При этом рекомендуют тянуть планктонную сеть за движущейся лодкой в течение 5-10 минут. Закончив сбор проб планктона, планктонную сеть прополаскивают, опуская ее несколько раз в воду до верхнего кольца, чтобы отмыть водоросли, задержавшиеся на внутренней поверхности сети. Сконцентрированную пробу, находящуюся в стаканчике планктонной сети, сливают через выводную трубку в заранее приготовленную чистую баночку или бутылочку. Перед началом и после окончания сбора пробы необходимо хорошо прополоскать сеть, закончив работу, высушить и положить в специальный чехол. Эти пробы можно изучать в живом и зафиксированном состоянии. Для длительного хранения в пробу добавляют 40% раствор формалина из расчета 2-3 капли на 10 мл.

Для количественного учета фитопланктона производят отбор проб определенного объема. Для этих целей могут быть использованы и сетевые сборы при условии обязательного учета количества отфильтрованной через сеть воды и объема собранной пробы. Обычно отбор проб для количественного учета фитопланктона производят специальными приборами - батометрами разнообразной конструкции. При изучении фитопланктона поверхностных слоев воды пробы отбирают, зачерпывая воду в сосуд определенного объема. В водоемах с бедным фитопланктоном желательно отбирать пробы не менее 1 л параллельно с сетевыми сборами, позволяющими улавливать малочисленные, сравнительно крупные объекты.

В водоемах с богатым фитопланктоном объем количественной пробы можно уменьшить до 0,5 и даже до 0,25 л (например, при «цветении» воды). Мы процеживали 10 л воды с помощью ведра через сеть Апштейна и также фиксировали 40% формалином.

Этикетирование и ведение полевого дневника

Все собранные пробы снабжают этикетками. На этикетках простым карандашом указывают номер пробы, водоем, номер станции, горизонт взятия пробы, объем процеженной воды, если эта проба взята на количественный анализ, дату и фамилию коллектора. Этикетка опускается в посуду с пробой. Эти же данные заносятся в полевой дневник, кроме этого, указывают температуру воздуха и воды, схематический рисунок водоема с указанием станций взятия проб, составляют подробное описание исследуемого водоема и высшей водной растительности и другие сведения (ветер, облачность и др.).

Методы качественного изучения материала

Собранный материал предварительно просматривают под микроскопом в живом состоянии в день сбора, чтобы отметить качественное состояние водорослей до наступления изменений, вызванных хранением живого материала или фиксацией проб (образование репродуктивных клеток, колоний, потеря жгутиков и подвижности и т.д.). В дальнейшем собранный материал продолжают изучать в фиксированном состоянии. Водоросли изучали с помощью световых микроскопов различных марок с использованием разных систем окуляров и объективов в проходящем свете с соблюдением обычных правил микроскопирования.

Для микроскопического изучения водорослей готовят препараты: на предметное стекло наносят каплю исследуемой жидкости и накрывают ее покровным стеклом. При длительном изучении препарата жидкость под покровным стеклом постепенно подсыхает, поэтому следует добавлять ее. Для уменьшения испарения по краям покровного стекла наносят тонкий слой парафина.

Методы измерения размеров водорослей и определения цены деления окуляр-микрометра

При изучении видового состава водорослей измеряют их размеры, являющиеся важными диагностическими признаками. Для измерения микроскопических объектов применяют окуляр-микрометр с измерительной линейкой. Цену деления окуляр-микрометра определяют с помощью объект-микрометра индивидуально для каждого микроскопа и объектива. Объект-микрометр представляет собой предметное стекло с нанесенной на ней линейкой, длина которой равна 1 мм. Линейка поделена на 100 частей, так что каждая часть равняется 0,01 мм или 10 мкм. Для того, чтобы узнать чему при данном увеличении равно одно деление окуляр-линейки, следует установить соответствие между делениями (штрихами) измерительной окуляр-линейки и объект-микрометра. Например: 10 делений окуляр-микрометра совпадают с 5 делениями объект-микрометра (т.е. равно 0,05 мм). Стало быть одно деление окуляр-линейки равняется 0,05 мм: 10 = 0,005 мм = 5 μ (мкм). Такое вычисление нужно произвести для каждого объектива по 3-4 раза, чтобы получить более точную цену деления.

При изучении линейных размеров водорослей желательно проводить измерения возможно большего количества экземпляров (10-100) с последующей статистической обработкой полученных данных. При идентификации водорослей следует добиваться точности определения. Изучая оригинальный материал, необходимо отмечать любые, даже незначительные отклонения от диагнозов в размерах, форме и других морфологических особенностях, фиксировать их в своих описаниях, на рисунках и микрофотографиях.

В практике альгологических исследований все шире используется трансмиссионная и сканирующая электронная микроскопия. Методы подготовки препаратов и изучение описаны в специальной литературе.

Методы количественного учета водорослей

Количественному учету могут подвергаться только количественные пробы фитопланктона. Данные о численности водорослей являются исходными для определения их биомассы и пересчета других количественных показателей (содержание пигментов, белков, жиров, углеводов витаминов, нуклеиновых кислот, зольных элементов, интенсивности дыхания, фотосинтеза и т.д.) на одну клетку или на единицу биомассы. Численность может быть выражена в количестве клеток, ценобиев, колоний, отрезков нитей определенной длины и др.

Подсчет численности водорослей осуществляют на специальных счетных стеклах (разграфленных на полосы и квадраты), на поверхность которых штемпель-пипеткой определенного объема (большей частью 0,1 см 3) наносят каплю воды из тщательно перемешанной исследуемой пробы. Для учета численности водорослей используют и счетные камеры Нажотта объемом 0,01 см 3 , «Учинскую» (0,02 см 3). Кроме того, можно пользоваться камерами, применяемыми для подсчета форменных элементов крови - Горяева, объемом 0,9 мм 3 , Фукса-Розенталя и др. При использовании камер Горяева и Фукс-Розенталя покровное стекло тщательно притирают к боковым поверхностям предметного счетного стекла до появления колец Ньютона, а затем наполняют камеру каплей исследуемой пробы с помощью пипетки. В зависимости от количества организмов в исследуемой пробе можно просчитывать либо все, либо часть дорожек (квадратов) на поверхности счетного стекла. Необходимо обязательно проводить повторные подсчеты нескольких (не менее трех) капель из одной и той же пробы, каждый раз отбирая пипеткой образец для подсчета после тщательного взбалтывания пробы.

При исследовании количественных проб фитопланктона пересчет численности организмов на 1 л воды производят по формуле

N=¾¾¾, где

N - численность (кл/л),

n - среднее число клеток, просчитанных в камере,

V 1 - объем процеженной воды (л),

V 2 - объем пробы (мл),

V 3 - объем камеры (мл).

Количественное содержание водорослей в пробах наиболее полно отражают показатели их биомассы, которые определяют с помощью счетно-объемного, весового, объемного, разнообразных химических (радиоуглеродного, хлорофиллового и др.) методов.

Для определения биомассы счетно-объемным методом необходимо располагать данными об их численности в каждой конкретной пробе для каждого вида отдельно и их средних объемах (для каждого вида из каждой конкретной пробы). Существуют разные методы определения объема тела водорослей. Наиболее точным является стереометрический метод, при использовании которого тело водоросли приравнивается к какому-нибудь геометрическому телу или комбинации таких тел, после чего их объемы вычисляют по известным в геометрии формулам на основании линейных размеров конкретных организмов. Иногда пользуются готовыми, вычисленными ранее средними объемами тела для разных видов водорослей, которые приводятся в работах многих авторов. Биомассу рассчитывают для каждого вида отдельно, а затем данные суммируют. Счетно-объемный метод определения биомассы широко используют в практике гидробиологических исследований при изучении количественных соотношений различных компонентов биоценозов, закономерностей распределения водорослей в различных биотопах одного и того же водоема или в разных водоемах, сезонной и многолетней динамики развития водорослей и др.

Биомассу водорослей определяем по общепринятой методике (Макарова и др., 1970) путем приравнивания отдельных клеток к геометрическим фигурам (рис. 3) с использованием стандартных таблиц (Кузьмин, 1984) и биомассу рассчитываем по формуле:

N - численность клеток в 1 л (кл/л);

W - вес клеток (мг).

При отсутствии стандартных таблиц вычисляем объем и вес клетки (W) по геометрическим формулам (рис. 3): для цилиндра с очень маленькой высотой (В) V = πr 2 h; цилиндра, в основании которого лежит эллипс (А)

V = πabh; куба V = l 3 ; параллелепипеда V = abc;

шара V = — πr 3 ; конуса V = — πr 2 h; эллипсоида V = — πabc;

(c + 2b)ah (c + 2b)ah

клина V = ————; 2 клина V = ————

Всякое приравнивание к фигурам условно, поэтому ошибки возможны и в сторону увеличения, и в сторону уменьшения «истинного» объема клетки. Имея это в виду, необходимо клетку каждого вида по мере возможности приравнивать к той геометрической фигуре, которая наиболее соответствует истинному объему данной клетки. После того, как высчитаем объем по формуле, нужно полученный объем умножить на 10 -9 . Вес измеряется в мг. Для более точного определения биомассы фитопланктона необходимо учитывать слизь, окружающую клетку, а также толщину панциря у диатомей.

При интенсивном развитии водорослей можно пользоваться весовым методом. При этом исследуемую пробу фильтруют через предварительно высушенный и взвешенный бумажный фильтр (параллельно через контрольные фильтры фильтруют дистиллированную воду). Затем фильтры взвешивают и сушат в сушильном шкафу при 100ºС до постоянной массы. На основании полученных данных вычисляют сухую и сырую массы осадка. В дальнейшем путем сжигания фильтров в муфельной печи можно определить содержание органических веществ в осадке. Недостаток этого метода заключается в том, что он дает представление лишь о суммарной массе всех взвешенных в пробе органических веществ, живых организмов и неживых примесей, животного и растительного происхождения. Вклад представителей отдельных таксонов в эту суммарную массу можно лишь приблизительно выразить в массовых долях после подсчета под микроскопом их соотношения в нескольких полях зрения. Наиболее полное представление о биомассе водорослей можно получить, сочетая несколько разных методов исследования.

Метод определения частоты встречаемости

При качественной обработке проб желательно определить частоту встречаемости отдельных видов, пользуясь для этого условными обозначениями. Существуют различные шкалы частоты встречаемости водорослей:

Частота встречаемости вида (h) по шкале Левандера (Levander, 1915) и Остельфельда (Ostenfeld, 1913) в модификации Кузьмина (Кузьмин, 1976) имеет численное выражение от 1 до 6:

rr - очень редко (от 1 до 10 тыс. кл/л) - 1;

r - редко (от 10 тыс. кл/л до 100 тыс. кл/л) - 2;

rc - нередко (от 100 тыс. кл/л до 1 млн. кл/л) - 3;

с - часто (от 1 млн. кл/л до 10 млн. кл/л) - 4;

сс - очень часто (от 10 млн. кл/л до 100 млн. кл/л) - 5;

ссс - масса, «цветение» (от 100 млн. кл/л и более) - 6.

Частота встречаемости вида (h) по шкале Стармаха (Starmach, 1955):

Очень редко (вид присутствует не в каждом препарате);

1 - единично (1-6 экземпляров в препарате);

2 - мало (7-16 экземпляров в препарате);

3 - порядочно (17-30 экземпляров в препарате);

4 - много (31-50 экземпляров в препарате);

5 - очень много, абсолютное преобладание (более 50 экземпляров в препарате).

Использование водорослей для биологического анализа воды

Биологический анализ воды наряду с другими методами используется при оценке состояния водоемов и контроля за качеством воды. Водоросли, благодаря стенотопности многих видов, их высокой чувствительности к условиям окружающей среды, играют важную роль в биологическом анализе воды. Весьма чувствительной к условиям внешней среды является структура фитопланктона. Наряду с численностью, биомассой, обилием видов в качестве показателей загрязнения вод перспективными могут быть индексы видового разнообразия и информационные индексы.

Качество или степень загрязнения воды по составу водорослей оценивают двумя способами: а) по индикаторным организмам; б) по результатам сравнения структуры сообщества на участках с различной степенью загрязнения и на контрольном участке. В первом случае по присутствию или отсутствию индикаторных видов или групп и их относительному количеству, пользуясь заранее разработанными системами индикаторных организмов, относят водоем или его участок к определенному классу вод. Во втором случае заключение делают по результатам сопоставления состава водорослей на разных станциях или участках водоема, в разной мере подверженных загрязнению.

В альгологии применяют систему сапробности вод, оцениваемую степенью их загрязнения органическими веществами и продуктами их распада. Наибольшее признание получили система определения сапробности, предложенная в 1908 г. Р. Кольквитцем и М. Марссоном, и ее последующие модификации. Эти авторы считали, что распад находящегося в составе сточных вод органического вещества носит ступенчатый характер. В связи с этим водоемы или их зоны в зависимости от степени загрязнения органическими веществами подразделяют на поли-, мезо- и олигосапробные.

В полисапробной зоне, находящейся вблизи от места сброса сточных вод, происходит расщепление белков и углеводов в аэробных условиях. Эта зона характеризуется почти полным отсутствием свободного кислорода, наличием в воде неразложившихся белков, значительных количеств сероводорода и диоксида углерода, восстановительным характером биохимических процессов. Число видов водорослей, способных развиваться в этой зоне, сравнительно невелико, но зато они встречаются в массовых количествах.

В мезосапробной зоне загрязнение выражено слабее: неразложившихся белков нет, сероводорода и диоксида углерода немного, кислород присутствует в заметных количествах, однако в воде есть еще такие слабоокисленные азотистые соединения, как аммиак, амино- и амидокислоты. Мезосапробная зона подразделяется на α- и β-мезосапробныеподзоны. В первой встречаются аммиак, амино- и амидокислоты, но уже есть кислород. В этой зоне встречаются синезеленые водоросли родов осцилятория и формидиум. Минерализация органического вещества, в основном, идет за счет аэробного окисления, в частности бактериального. Следующая мезосапробная зона характеризуется присутствием аммиака и продуктов его окисления - азотной и азотистой кислот. Аминокислот нет, сероводород встречается в незначительных количествах, кислорода в воде много, минерализация идет за счет полного окисления органического вещества. Видовое разнообразие водорослей здесь больше, чем в предыдущей подзоне, но численность и биомасса организмов ниже. Наиболее характерными для этой подзоны являются диатомовые водоросли из родов мелозира, диатома, навикула и зеленые из родов космариум, спирогира, кладофора, сценедесмус.

В олигосапробной зоне сероводород отсутствует, диоксида углерода мало, количество кислорода приближается к нормальному насыщению, растворенных органических веществ практически нет. Для этой зоны характерно высокое видовое разнообразие водорослей, но численность и биомасса их не значительны.

Совершенствование системы Р. Кольквитца и М. Марссона шло путем расширения списка и уточнения видов - индикаторов загрязнения, а также переводом качественных оценок в количественные (индекс сапробности по Р.Пантле и Г. Буку). Перечень видов водорослей - индикаторов степени загрязнения водоемов можно найти в специальной литературе (Водоросли-индикаторы…, 2000).

где h - частота встречаемости вида;

s - сапробное значение.

Сапробное значение (s) выражается величинами от 0 до 4 (Pantle, Buck, 1955):

χ (ксеносапробность) - 0;

о (олигосапробность) - 1;

β (β-μезосапробность) - 2;

α (α-μезосапробность) - 3;

р (полисапробность) - 4.

Для переходных зон приняты следующие значения (Sladeček, 1967, 1973):

χ-о (0,4); β-α (2,4);

о-χ (0,6); α-β (2,6);

χ-β (0,8); β-р (2,8);

о-β (1,4); α-р (3,4);

β-о (1,6); р-α (3,6).

Обработка собранного и определенного материала

Полученные результаты определения водорослей оформляют как систематический список. Основными требованиями, предъявляемыми к любой системе передачи информации, в том числе и к научной номенклатуре, являются универсальность, уникальность, стабильность. Этим трем основным требованиям системы связи, используемой таксономистами, соответствует свод правил - Международный кодекс ботанической номенклатуры (МКБН), который был принят на VII Международном ботаническом конгрессе (Стокгольм, 1950 г). Соблюдение правил МКБН обязательны для всех ботаников, нарушение этих положений может привести к нестабильности ботанической номенклатуры

В систематике водорослей различают таксономические группы организмов (таксоны), принятые и в систематике высших растений. Окончание названий всех таксонов одного ранга стандартизировано так:

отдел (divisio), -phyta

класс (classis), -phyceae

порядок (ordo), -ales

семейство (familia), -aceae

вид (species).

Нередко выделяют таксоны внутривидового ранга - подвид (subspecies), разновидность (varietas), форму (forma), а иногда также подкласс (-phycidae), подпорядок (-ineae) и другие категории.

Каждый вид обязательно принадлежит к какому-либо роду, род - к семейству, семейство - к порядку, порядок - к классу, класс - к отделу, отдел - к царству. Вид по определению русского ботаника В.Л. Комарова - это совокупность родственных организмов, характеризующихся определенными только им присущими морфофизиологическими и эколого-географическими особенностями. Для всех особей одного вида характерны общность филогенетического происхождения, одинаковый тип обмена веществ и один и тот же ареал.

Вид имеет название, состоящее из двух слов (принцип бинарной номенклатуры). Например: Anabaenaflos - aquae (Lyngb.)Bréb. Первое слово - название рода, указывает на то, что в природе существует группа родственных видов. Второе слово - видовой эпитет отражает тот признак, который отличает конкретный вид от других видов рода. Название вида обязательно сопровождается фамилией автора, описавшего вид. Фамилии авторов пишутся сокращенно.

С помощью систематического списка водорослей можно выявить структуру фитопланктона, видовое разнообразие семейств и порядков и отделов водорослей. При таксономическом, экологическом и географическом анализе водорослей необходимо указать такие признаки видов, как сапробность, местообитание, кислотность, географическое распространение. Многие признаки указаны в определителях водорослей при описании каждого вида.

Определение водорослей проводилось в Институте биологических проблем криолитозоны СО РАН с использованием отечественных и зарубежных определителей.

Глава 3. Фитопланктон озера Солдатское

3.1. Таксономический состав фитопланктона

Нами найдено в планктоне озера 102 вида, относящихся к 58 родам, 37 семействам, 21 порядку, 14 класса и 9 отделам водорослей (приложение 1). По числу видов преобладали диатомовые (41 вид), зеленые (26) и синезеленые (14) водоросли (табл.2). Малочисленными были стрептофитовые (6 видов), эвгленовые (5), золотистые и желтозеленые (по 4 вида). Единично были встречены эустигматофитовые и динофитовые водоросли. Массовое развитие получили виды синезеленых водорослей рода Oscillatoria , в основном вид Oscillatoriaproboscidea .

Таблица 2

Таксономический спектр водорослей фитопланктона оз. Солдатское

порядков

семейств

Cyanophyta

Euglenophyta

Chrysophyta

Xanthophyta

Eustigmatophyta

Bacillariophyta

Dinophyta

Chlorophyta

Streptophyta

Озеро поделено на 2 неравнозначных участка. По видовому разнообразию выделяется участок №1 в нем найдено 82 вида, а на участке №2 - 63 вида (табл.2). Такое распределение можно объяснить тем, что по гидрохимическим показателям участок №1 менее загрязнен по сравнению с участком №2 (приложение 2). Наличие биогенных элементов вызывает массовое развитие определенных видов и тем самым угнетает развитие остальных. Также значение имеет размер водного зеркала и его зарастание высшей водной растительностью. В нашем озере ряска покрывала участок №2 практически полностью по сравнению с участком №1, тем самым уменьшала поступление солнечного света в толщу воды.

Пробы, взятые в июне при определении визуально отличаются по количеству клеток от проб, отобранных в июле. Уменьшение количества клеток связано с массовым развитием зоопланктона, так как фитопланктон является кормом для них.

3.2. Виды - индикаторы сапробности

Сапробность - комплекс физиолого-биохимических свойств организма, обусловливающий его способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ, то есть с той или иной степенью загрязнения.

Нами в планктоне найдено 59 сапробных видов, что составляет 57,8% от общего числа видов (приложение 1). Сапробные виды с коэффициентом 2 и более составили 44 вида: β-мезосапробов - 30 видов, α-β-мезосапробов - 3 вида, β-α-мезосапробов - 5 видов, α-мезосапробов - 6 видов, р-α - 1 вид. Индекс сапробности рассчитать без количественных показателей невозможно, но по составу этих видов можно сказать, что индекс сапробности будет превышать 2-х, что относит воду к третьему классу чистоты с разрядом слабо загрязненная (Водоросли-индикаторы…, 2000).

Настоящая работа проводилась в комплексе с гидрохимическими и гидробиологическими показателями. На современном этапе, озеро является слаботрансформированным, в водных образцах обнаружены высокие концентрации соединений, указывающих на накопление в воде ряда биогенных и органических соединений. Это привело к массовому развитию синезеленых водорослей, а также зоопланктона.Воды данного водоема могут использоваться для культурно-бытового и рыбохозяйственного видов водопользования только с условием дополнительной очистки.Для сохранения озера необходимо провести следующие виды работ:

  1. механическая очистка территории озера;
  2. контролировать качество воды;
  3. облагораживание прибрежной территории озера;
  4. интродукционная работа.

В результате проведения комплекса работ, улучшится питание озера, повысится качество воды в озере, будет создана на прилегающей к озеру территории благополучная в санитарном и экологическом плане среда, что позволит в перспективе поддерживать озеро в хорошем санитарном состоянии.

для восстановления оз. Солдатского

МЕРОПРИЯТИЕ

РЕАЛИЗАЦИЯ

СРОК

ИСПОЛНИТЕЛИ

Механическая очистка территории озера

Уборка прибрежной и водной акватории от бытового мусора.
Выкос прибрежной и водной растительности.

период интенсивного развития растений
(май-сентябрь 2018-2020 гг)

волонтеры

Контроль за качеством воды

Отбор водных образцов

период открытой воды (май-сентябрь 2017-2020 гг)

Герасименко С.,
Вахрушева А.В.,
Габышева О.И.

Облагораживание прибрежной территории озера

1. Выравнивание и укрепление береговых откосов озера посевом трав по слою растительного грунта с применением георешётки.
2. Формирование зоны отдыха горожан

июнь-август 2019-2020 гг

Губинский округ,
ЖКХ «Губинский»,
волонтеры,
сотрудники ИБПК СО РАН

Интродукционная работа

Внесение биологических объектов для улучшения состояния озерной воды

период открытой воды
(май-сентябрь 2019-2020 гг)

администрация школы №21,
ЖКХ «Губинский»,
сотрудники ИБПК СО РАН

Агитационная работа по сохранению экологического состояния озер

Выступление на конференциях школьного, городского, республиканского уровня

октябрь-январь 2017-2020 гг

ученики школы №21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Фитопланктон озера Солдатского представлен 102 видами, относящимися к 58 родам, 37 семействам, 21 порядку, 14 класса и 9 отделам водорослей. Массовое развитие получили виды синезеленых водорослей рода Oscillatoria , в основном вид Oscillatoriaproboscidea . Участок № 1 богаче в видовом разнообразии в сравнении с участком №2. По видам индикаторам вода озера относится к третьему классу чистоты.

Для сохранения озера необходимо провести механическую очистку территории водоема; облагородить прибрежную территорию и провести интродукционные работы.

Для создания благоприятных условий на данном водоеме необходимо провести восстановительные работы с привлечением общественности, жилищно-коммунальных хозяйств и волонтеров в лице учащихся школы № 21 и жителей округа «Губинский». В будущем мы планируемпродолжить исследование. Мы искренне надеемся, что совместными усилиями создадим красивое место для отдыха горожан.

Список литературы

Водоросли-индикаторы в оценке качества окружающей среды. Часть I. Баринова С.С. Методические аспекты анализа биологического разнообразия водорослей. Часть II. Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Экологические и географические характеристики водорослей-индикаторов. - Москва:ВНИИприроды, 2000. - 150 с.

Водоросли: Справочник / Вассер С.П., Кондратьева Н.В., Масюк Н.П. и др. - Киев: Наук. Думка, 1989. - 608 с.

Ермолаев В.И. Фитопланктон водоемов бассейна озера Сартлан. - Новосибирск: Наука, 1989. - 96 с.

Иванова А.П. Водоросли городских и пригородных озер долины Средней Лены. - автореф. диссер. на соискание уч. степ. канд. биол. наук. - Москва, 2000. - 24 с.

Кузьмин Г.В. Водоросли планктона Шекснинского и сопредельной части Рыбинского водохранилища // Биология, морфология и систематика водных организмов. - Москва: Наука, 1976. - Вып. 31 (34). - С. 3-60

Кузьмин Г.В. Таблицы для вычисления биомассы водорослей. Препринт. - Магадан, 1984. - 48 с.

Ласуков Р.Ю. Обитатели водоемов. Карманный определитель. - Москва: Лесная страна, Изд. 2-е, изм., 2009. - 128 с.

Макарова И.В., Пичкилы А.О. К некоторым вопросам методики вычисления биомассы фитопланктона // Ботан. ж-л. - 1970. - Т. 55, № 10. - С. 1488-1494.

Pantle F., Buck H. Die biologischeüberwachung der Gewasser und die Darstellung der Ergebnisse. Gas.- und Wasserbach. - 1955. - Bd.96, № 18. - S. 1-604.

SladečekV. 1973.System of water quality from biological point of view.Ergebn.limnol. - 7: 1-128.

Приложение 1

Систематический список водорослей озера Солдатского

Водоросли

Участок 1

Участок 2

Мес-тооби-тания

Га-лоб-ность

Са-проб-ность

CYANOPHYTA

Класс Cyanophyceae

Порядок Synechococcales

Семейство Merismopediaceae

Merismopediaglauca (Ehr.) Näg.

Merismopediamajor (Smith) Geitl.

Порядок Chroococcales

Семейство Microcystaceae

Microcystisaeruginosa Kütz. emend. Elenk.

Microcystispulverea f. planctonica (G. W. Smith) Elenk.

Семейство Aphanothecaceae

Aphanothecesaxicola Näg.

Порядок Oscillatoriales

Семейство Oscillatoriaceae

Oscillatoriaacutissima Kuff.

Oscillatoriaamphibia Ag. f. amphibia

Oscillatoriachalybea (Mert.) Gom.

Oscillatoria limosa Ag.

Oscillatoria planctonica Wolosz. много

Oscillatoriaproboscidea Gom. много

Oscillatoriapseudogeminata G. Schmid

Порядок Nostocales

Семейство Aphanizomenonaceae

Aphanizomenonflos-aquae (L.) Ralfs

Семейство Nostocaceae

Anabaena flos-aquae (Lyngb.) Bréb.

EUGLENOPHYTA

Класс Euglenophyceae

Порядок Euglenales

Семейство Euglenaceae

Trachelomonashispida (Perty) Stein emend. Defl.

Euglena granulata var. polymorpha (Dang.) Popova

Euglena hemichromata Skuja

Euglena viridis Ehr.

Phacusstriatus France

продолжение приложения 1

CHRYSOPHYTA

Класс Chrysophyceae

Порядок Chromulinales

Семейство Dinobryonaceae

Dinobryonsociale Ehr.

Класс Synurophyceae

Порядок Synurales

Семейство Synuraceae

Mallomonas denticulate Matv.

Mallomonaslongiseta Lemm.

Mallomonasradiata Conrad

XANTHOPHYTA

Класс Xanthophyceae

Порядок Mischococcales

Семейство Botrydiopsidaceae

Botrydiopsiseriensis Snow

Семейство Pleurochloridaceae

Chloridellaneglecta (Pasch. et Geitl.)

Nephrodiellalunaris Pasch.

Порядок Tribonematales

Семейство Tribonemataceae

Tribonemaaequale Pasch.

EUSTIGMATOPHYTA

Класс Eustigmatophyceae

Порядок Eustigmatales

Семейство Pseudocharaciopsidaceae

Ellipsoidionregulare Pasch.

BACILLARIOPHYTA

КлассCoscinodiscophyceae

Порядок Aulacoseirales

Семейство Aulocosiraceae

Aulocosiraitalica (Kütz.) Simon.

КлассMediophyceae

Порядок Thalassiosirales

Семейство Stephanodiscaceae

Cyclotellameneghiniana Kütz.

Cyclotella sp.

Handmanniacomta (Ehrenb.) Kociolek et Khursevich

КлассBacillariophyceae

Порядок Araphales

Семейство Fragilariaceae

Asterionellaformosa Hassall

Fragilariacapucina Desm.

Fragilariaintermedia Grun.

Ulnaria ulna (Nitzsch) Compère

Семейство Diatomaceae

продолжение приложения 1

Diatoma vulgaris Bory

Семейство Tabellariaceae

Tabellariafenestrata (Lyngb.)Kütz.

Порядок Raphales

Семейство Naviculaceae

Caloneissilicula (Ehr.) Cl.

Hippodontacapitata (Ehrenb.) Lange-Bert., Metzeltin et Witkowski

Naviculacryptocephala Kütz.

Navicula cuspidate f. primigena Dipp.

Naviculadigitoradiata (Greg.) A.S.

Naviculaelginensisvar.cuneata (M. Möller) Lange-Bertalot

Naviculamutica Kütz.

Naviculaoblonga Kütz.

Navicularadiosa Kütz.

Pinnulariagibba var. linearis Hust.

Pinnulariaviridis var. elliptica Meist.

Sellaphoraparapupula Lange-Bert.

Stauroneisphoenicenteron Ehr.

Семейство Achnanthaceae

Achnanthesconspicua A. Mayer

Achnantheslanceolata var. elliptica Cl.

Achnantheslinearis (W. Sm.) Grun.

Cocconeisplacentula Ehr.

Planothidiumlanceolatum (Bréb. ex Kütz.) Lange-Bert.

Семейство Eunotiaceae

Eunotiafaba (Ehr.) Grun.

Семейство Cymbellaceae

Amphora ovalis Kütz.

Cymbellacymbiformis (Ag. ?Kütz.) V.H.

Cymbellaneocistula Krammer

Cymbellatumida (Bréb.) V.H.

Семейство Gomphonemataceae

Gomphonemaacuminatum var. coronatum (Ehr.) W. Sm.

Gomphonemacapitatum Ehrenb.

Gomphonemahelveticum Brun.

Gomphonemaparvulum (Kütz.) Grun.

Семейство Epithemiaceae

Epithemiaadnata (Kütz.) Bréb.

Семейство Nitzschiaceae

Nitzschiaacicularis W. Sm.

Nitzschiapalea (Kütz.) W. Sm.

NitzschiapaleaceaeGrun.

продолжение приложения 1

DINOPHYTA

Класс Dinophyceae

ПорядокGonyaulacales

СемействоCeratiaceae

Ceratiumhirundinella T. furcoides (Lev.) Schröder

CHLOROPHYTA

Класс Chlorophyceae

ПорядокChlamydomonadales

Семейство Chlamydomonadaceae

Chlamydomonas sp.

Порядок Sphaeropleales

Семейство Sphaerocystidaceae

Sphaerocystisplanctonica (Korsch.)

Семейство Hydrodictyaceae

Pediastrumboryanum (Turp.) Menegh.

Pediastrum duplex Meyen var. duplex

Pediastrum tetras (Ehr.) Ralfs

Tetraёdroncaudatum (Corda) Hansg.

Tetraёdron minimum (A. Br.) Hansg.

Семейство Selenastraceae

Monoraphidiumcontortum (Thur.) Kom.-Legn.

Monoraphidiumirregulare (G. M. Smith) Kom.-Legn.

Monoraphidiumkomarkovae Nyg.

Monoraphidiumminutum (Näg.) Kom.-Legn.

Messastrumgracile (Reinsch) T.S. Garcia

Семейство Scenedesmaceae

Coelastrummicroporum Näg.

Crucigeniafenestrata (Schm.) Schm.

Scenedesmusacuminatus (Lagerh.)Chod.

Scenedesmusarcuatus (Lemm.) Lemm.

Scenedesmusellipticus Corda

Scenedesmusfalcatus Chod.

Scenedesmusobliquus (Turp.) Kütz.

Scenedesmusquadricauda (Turp.) Bréb.

Tetrastrumtriangulare (Chod.) Kom.

КлассOedogoniophyceae

Порядок Oedogoniales

Семейство Oedogoniaceae

Oedogonium sp.

окончание приложения 1

КлассTrebouxiophyceae

ПорядокChlorellales

СемействоChlorellaceae

Actinastrumhantzschii Lagerh.

Dictyosphaeriumpulchellum Wood.

Семейство Oocystaceae

Oocystisborgei Snow

Oocystislacustris Chod.

STREPTOPHYTA

KлассZygnematophyceae

Порядок Zygnematales

Семейство Mougeotiaceae

Mougeotia sp.

Порядок Desmidiales

Семейство Closteriaceae

Closteriummoniliferum (Bory) Ehr.

Семейство Desmidiaceae

Staurastrumtetracerum Ralfs

Cosmarium botrytis Menegh.

Cosmariumformosulum Hoff

Cosmarium sp.

Примечание: местообитание: п - планктон, б - бентос, о - обрастатели; галобность : и - индифферент, гл - галофил, гб - галофоб, мзб - мезогалоб.

Приложение 2

Характеристика качества поверхностных вод участка № 1 «СКВЕР»

Характеристика качества поверхностных вод участка № 2 «ПАНДА»

Влияние света и температуры на фитопланктон.

По данным исследований Константинова температура воды и достигающая поверхности водоема солнечная радиация - наиболее важные факторы, определяющие энергетику водорослей и их способность к новообразованию органического вещества (ОВ). Для водорослей как представителей автотрофных организмов свет является фактором первостепенного значения. Он определяет их фотосинтез, рост и развитие. В процессе адаптации к изменению световых условий фотосинтетический аппарат растения настраивается так, чтобы наилучшим образом использовать лучистую энергию.

Константинов доказал, что скорость поглощения солнечной радиации и степень проникновения света в воду зависят от высоты солнца, меняющегося с географической широтой, сезоном года и временем суток, от количества растворенных в воде органических веществ, цветности воды, облачности, состояния поверхности водоема. В отсутствие ветра отражается 5 % падающей радиации на поверхность воды, при легком и сильном ветре - 15 % и 30 % соответственно. Интенсивность света с глубиной убывает. В озерах и водохранилищах с прозрачностью 1-2 м на глубину 1 м проникает не более 5-10 % энергии поступившей радиации, глубже 2 м - 0,015-0,04 Дж/см 2 - мин.

М. Р. Гусев , считает, что сине-зеленые водоросли менее требовательны к свету, чем другие альгологические группы. Свет определяет фотосинтез, рост и развитие водорослей. Потребности в освещенности у разных организмов фитопланктона видоспецифичны. Требовательными к свету считают зеленые и сине-зеленые водоросли. Для осуществления максимального фотосинтеза им требуется в 1,2-2 раза меньше интенсивности солнечной радиации, чем для диатомовых и зеленых водорослей. Кузнецов отмечает, что диатомеи менее требовательны к освещению, избегают яркого поверхностного слоя, обитают на глубине 2-3 м в малопрозрачных водоемах и 15-20 м в прозрачных водах морей. Установлено, что у зеленых 17 водорослей световое насыщение наступает при 5-7 тыс. лк, у диатомовых - при 10-20 тыс. лк, динофлагеллят - 25-30 тыс. лк. Это противоречит факту, что диатомовые водоросли малотребовательны к свету. «Цветение» диатомовых в озерах часто происходит, когда световые условия очень изменчивы, а уровень радиации низкий, например, в течение весеннего или осеннего цикла перемешивания, когда клетки циркулируют по всему водному столбу. Как отмечает В. Н. Гопоненко , световое насыщение наступает у одноклеточных водорослей при 6-8 тыс. лк. В культурах водорослей, выращенных при освещенности 1 тыс. лк световое насыщение наступает у зеленых - при 5-7,5 тыс. лк, у диатомовых - 1-2 тыс. лк, и у перидиниевых - при 25-30 тыс. лк. По данным

Н. П. Калиниченко , для диатомовых водорослей Stephanodis cushantzschii оптимальная освещенность 2,6 тыс. лк при световом дне 12 и 16 час, для Asterionellaformosa - 5 тыс. лк при той же экспозиции.

В период наблюдения за водоемом, верхнее Покровское озеро, проводился замер температуры воды и pH с интервалом каждые 20 дней. Полученные данные представлены в таблице 6, а так же проанализированы и составлены диаграммы по некоторым представителям зеленых и сине-зеленых водорослей, с целью показать в какой сезон они достигают максимальной численности.

Таблица 6 - температурный режим и pH показатель в 2013-2014 год.

Из рисунка 3 видно, что зеленая водоросль (Ankistrodesmus acicularis) преобладает в летний период, что составляет 51 %, тогда как в зимний период ее численность составляет 2 %. Такие показатели связанны с тем, что в летний период средняя температура составила 26,6, что благоприятно сказывается на их развитии.

На рисунке 4 другой представитель зеленой водоросли (Scenedesmus quadricauda) преобладает весной, что составляет 42 %, тогда как в зимний период его численность не превышает 3 %, был обнаружен во все сезоны года.

Рисунок 3 - Численность зеленой водоросли (Ankistrodesmus acicularis) в Покровском озере, 2013 г., (% от общегодового значения)


Рисунок 4 - Численность зеленой водоросли (Scenedesmus quadricauda) в Покровском озере, 2013 г., (% от общегодового значения)

На рисунке 4 представлена численность сине-зеленой водоросли (Microcystis aerugenosa), которая преобладает в летний период, что составляет 70 %, средняя летняя температура воды была 26,6, что является благоприятным условием для ее развития. В зимний период не многочисленна, около 1 %.

На рисунке 5 видно, что сине-зеленой водоросли (Oscillatoria tenui) преобладает в летний период, что составляет 63 %, в зимний период не обнаружена.


Рисунок 5 - Численность сине-зеленой водоросли (Microcystis aerugenosa) в Покровском озере, 2013 г., (% от общегодового значения)


Рисунок 6- Численность сине-зеленой водоросли (Oscillatoria tenuis) в Покровском озере, 2013 г., (% от общегодового значения)

На рисунке 7 представлена диатомовая водоросль (Navicula platystoma), которая достигает максимальной численности в осенний период 48 %, когда средняя осенняя температура воды 17,5 0С, и осенний период 35 %, средняя температура воды весной 13 0С.


Рисунок 7 - Численность диатомовой водоросли (Navicula platystoma) в Покровском озере, 2013 г., (% от общегодового значения)