ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФИТОПЛАНКТОН КАК ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГРУППИРОВКА ВОДОРОСЛЕЙ
ГЛАВА 2. РОЛЬ ФИТОПЛАНКТОНА В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ РЕЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ
ГЛАВА 3. ФИТОПЛАНКТОН, КАК ИСТОЧНИК ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАФИТОНА
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ СОСТАВА ПРОБ РЕКИ СВИСЛОЧЬ В ПЕРИОД ДРИФТА МЕТАФИТОНА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
В водных экосистемах растения выполняют ряд жизненно важных, тесно связанных между собой экологических средообразующих и средозащитных функций: фильтрационную, окислительную, аккумуляционную, детоксикационную, биоцидную, которые не только формируют и определяют качество вод в водоемах, но и оказывают влияние на накопление и круговорот химических элементов в биоте и донных отложениях [3].
Прибрежно-водные растения – это не только пищевой компонент для живых организмов различного таксономического ранга, но и среда их обитания. Видовое разнообразие животных в зарослях макрофитов значительно выше, чем в открытой части водоема. Велики также численность и биомасса планктонных и бентосных организмов. Растения являются поверхностью для развития перифитона, кроме того, они связаны между собой трофическими и метаболическими взаимоотношениями. Растения определяют газовый состав воды, что оказывает непосредственное влияние на многие группы животных. В зарослях водных растений рыбы разных видов (лещ, сазан, окунь, щука, карась золотой, карась серебряный, вобла, язь, плотва, верховка, уклейка, белоглазка, густера, линь, вьюн, голец, шиповка, ротан и др.) мечут икру. Здесь же происходит нагул молоди и взрослых особей, которые питаются различными водорослями, беспозвоночными, обитающими в зарослях водной растительности, и находят укрытия от хищников [2].
Богатые растительными остатками донные отложения представляют собой питательную среду для бентосных организмов. Донные животные являются одной из наиболее многочисленных групп организмов, имеющих большое экологическое и хозяйственное значение. Они потребляют органическое вещество, принимают участие в самоочищении водоемов, составляют основу питания большинства видов рыб и водоплавающих птиц.
Сообщества растений играют существенную роль в жизни зоопланктона и других водных организмов. В их зарослях формируются благоприятные
ГЛАВА 1. ФИТОПЛАНКТОН КАК ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГРУППИРОВКА ВОДОРОСЛЕЙ
Фитопланктон – совокупность мелких, преимущественно микроскопических водорослей, свободно плавающих в толще воды. Это основная экологическая группа водорослей, продуцирующая первичное органическое вещество, без которого невозможно представить все живое в водоеме. В процессе эволюции планктонные водоросли выработали ряд приспособлений, позволяющих им достаточно долгое время находиться в воде во взвешенном состоянии. У планктонных водорослей, не имеющих жгутиков, увеличение плавучести достигается в значительной мере соответствующей формой тела и наличием разнообразных выростов и придатков, щетинок, роговых отростков, перепонок и др. Иные формы планктонных водорослей представлены плоскими или полыми колониями, которые обильно выделяют слизь. Многие водоросли накапливают в клетках вещества с удельным весом меньше единицы (например, жир, масло) либо образуют газовые вакуоли. Одна из особенностей планктонных водорослей, позволяющих им существовать в толще воды во взвешенном состоянии, – мелкие размеры тела. Благодаря мелким размерам, а, следовательно, и небольшой массе, планктонные водоросли не так быстро опускаются на дно водоема.
Планктонные водоросли обитают в самых разнообразных водоемах от озер, водохранилищ до небольших луж. Типичный фитопланктон особенно характерен для крупных водоемов.
В зависимости от размеров, фитопланктонные водоросли подразделяются на мезо-, микро- и нанопланктонные [11].
К мезопланктонным фитопланктерам относят водоросли, размером 1-5 мм. Это немногочисленная группа колониальных организмов (Sphaeronostoc kihlmani и др.). Водоросли с размером тела от 50 мкм до 1 мм относятся к группе микропланктонных организмов. Нанопланктонные организмы имеют
ГЛАВА 2. РОЛЬ ФИТОПЛАНКТОНА В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ РЕЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Растительный мир водоемов представлен фитопланктоном, микробентосом и высшими водными растениями. В загрязненных водоемах процессы окисления органических соединений идут весьма интенсивно. Основные поставщики кислорода, расходуемого на окисление органических веществ бактериями, – водные растения. По данным Т.Н. Сивко и В.Г. Кондратюк (1972), проводившим наблюдения за фотосинтетической аэрацией рек Днепра, Березины и Сожа, при температуре воды в реках 21,4-22,8°С поступление кислорода в воду колебалось в широких пределах, но всегда было связано со степенью загрязненности реки. На незагрязненных участках фитопланктон развивался слабо, в нем преобладали диатомовые водоросли и фотосинтетическая аэрация в водах Днепра составляла 0,3-1,2 мг О2/л·сут, а водах Березины – 0,6-0,9 мг О2/л·сут. На участках рек, загрязненных сточными водами, фитопланктон развивался более обильно [8].
Помимо диатомовых, развивались зеленые одноклеточные водоросли (Chlorella, Scenedesmus, Ankistrodesmus и др.). Фотосинтетическая аэрация составила на Днепре (ниже спуска сточных вод Могилева) 9-13,2 мг О2/л·сут, на Березине (ниже впадения р. Свислочь, в которую поступают стоки Минска) – 7-8,9 мг О2/л·сут, на Соже (в створе и ниже Гомеля) – 3-5 мг О2/л·сут.
Фитобентос играет очень большую роль на мелководьях и в искусственных каналах, в которых стенки часто покрываются сплошным ковром нитчатых водорослей. На более глубоких участках водоемов роль фитобентоса невелика, так как рост водорослей ограничивается недостатком света [8].
Водоросли способны непосредственно усваивать простые органические соединения и тем самым участвовать в процессах самоочищения водоема.
ГЛАВА 3. ФИТОПЛАНКТОН, КАК ИСТОЧНИК ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАФИТОНА
В разные периоды вегетационного сезона в водоемах и водотоках наблюдается дрифт (снос по течению) метафитона. Метафитон является временной формой существования прикрепленных и планктонных сообществ [10]. Основными структурообразующими компонентами метафитона являются водоросли, бактерии, детрит, а также беспозвоночные и водные гифомицеты [2].
Существует два механизма формирования метафитона: 1) агрегация планктона в результате волновой деятельности с участием механизмов пенообразования; 2) отрыв от субстрата и поднятие на поверхность эпибентоса, а счет подъемной силы пузырей кислорода, выделяющегося в процессе фотосинтеза [3]. Это явление – результат естественного функционирования водных экосистем. Обычно дрифт метафитона непродолжителен, наблюдается в небольших количествах, но в последние годы это явление в некоторых водотоках Беларуси приобрело массовый характер, что вызвало серьезные экологические последствия: ухудшение качества воды, пространственный перенос загрязняющих веществ в водных экосистемах, снижение рекреационного потенциала.
В силу своей аккумулирующей способности метафитон в отношении широкого спектра загрязняющих веществ его дрифт (снос по течению) является механизмом пространственного перераспределения загрязнений.
Метафитон оказывает многовекторное воздействие на функционировние речной экосистемы, влияя на кислородный и биогенный режим водотока, проникновение солнечной радиации в толщу воды, свойства поверхностной пленки, биоразнообразие в водной массе и др.
Несмотря на масштабность и экологическую значимость, формирование и дрифт метафитона до настоящего времени изучены чрезвычайно слабо.
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ СОСТАВ ПРОБ РЕКИ СВИСЛОЧЬ В ПЕРИОД ДРИФТА МЕТАФИТОНА
Место и организация исследования.
Работа выполнена на примере городского участка р. Свислочь (в районе пос. Вязье) в апреле-мае 2017 г.
Сбор метафитона проводили на прямом участке реки (район пос. Вязье), следующем непосредственно на мелководье, где, как правило, размещается зона интенсивного формирования метафитона.
Преобладающие грунты на мелководье – песок и песок заиленный, значительно развита высшая водная растительность (доминируют Potamogeton pectinatus L. и P. friesii Rupr.).
Глубина реки в месте сбора метафитона 1,4 м, ширина русла 22 м.
Методы исследования.
Дрейфующий метафитон в 2017 г. собирали с помощью специальной сети, сконструированной по типу нейстонного трала. Основные параметры сети: входное отверстие прямоугольного сечения шириной 60 см, высотой – 20 см, длина конуса – 100 см; размер ячеи – 0,5 мм. Для сбора метафитона поверхность воды драгировали сетью, протягивая через поперечное сечение реки (в четырех повторностях).
Зная размеры входного отверстия сети и ширину реки, рассчитывали площадь поверхности, с которой собирали метафитон. Количество метафитона рассчитывали на 1м 2 поверхности реки.
Одновременно измеряли температуру, концентрацию растворенного в воде кислорода и уровень воды в реке.
Метафитон собирали с помощью рыболовного подъемника площадью 1 м 2, поверх сети которого прикрепляли полотно крупноячеистого мельничного газа (размер ячеи 0,5 мм). Пробы отбирали с моста в 10 точках вдоль сечения реки, расстояние между которыми составляло примерно 2 м.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ специальной литературы по теме курсовой работы позволил нам сделать следующие выводы:
В основе формирования метафитона лежат два механизма – отрыв от дна эпибентосных водорослево-бактериальных матов и подъем на поверхность реки и агрегирование планктона.
В зависимости от условий внешней среды механизмы могут действовать как независимо, так и сопряженно.
Установлена тенденция изменения структуры водорослевых сообществ метафитона в пространстве и во времени: а) в верховье реки в метафитоне преобладают донные и перифитонные виды, вниз по течению возрастает значимость истинно планктонных видов; б) в начале и в конце вегетационного сезона для метафитона характерно подавляющее доминирование диатомовых водорослей, в середине вегетационного сезона возрастает значимость других отделов водорослей.
На поверхность Свислочи массово всплывают фрагменты биообрастаний дна – метафитоном. Согласно многолетним наблюдениям экологов, формирование и дрифт метафитона регулярно начинаются в Свислочи в конце апреля – начале мая и продолжаются до начала июня. В этот период интенсивность фотосинтеза в водных растениях настолько высока, что выделяющийся кислород не успевает растворяться и образует на поверхности и в толще биообрастаний пузыри, которые придают метафитону плавучесть.
Полученные в ходе нашего исследования результаты, указывают на то, что:
– дрифт метафитона в суточном цикле тесно коррелирует с величиной суммарной солнечной радиации, поступающей на единицу водной поверхности (R = 0,762), температурой воды (R = 0,781), концентрацией
1. Адамович, Б.В. Структурно-функциональная характеристика фито- и зоопланктона Днепра на территории Беларуси: Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук / Б.В.Адамович. – Мн., 2000. – 22 с.
2. Бульон, В.В. Зависимость скорости ассимиляции фосфора планктонными водорослями и бактериями от трофических условий в озерах / В.В. Бульон // Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды. – Минск, 2000. – С. 40-44.
3. Дрифт метафитона в реке Неман: состав и возможные источники формирования / А. П. Остапеня [и др.] // Актуальные проблемы экологии: материалы I Междунар. науч. конф., Гродно, 6-8 окт. 2005 г.: в 2 ч. / Гр. гос. ун-т им. Я. Купалы; редкол.: Н. П. Канунникова [и др.]. – Гродно, 2005. – Ч. 2. – С. 122-125.
4. Жузе, А.П. Методика исследования / А.П. Жузе, А.И. Прокшина-Лавренко, В.С. Шешукова-Порецкая // Диатомовые водоросли СССР: ископаемые и современные / З.И. Глезер [и др.]; под ред. З.И. Глезер [и др.]. – Л.: Наука, 1974. – Т. 1. – С. 50-79.
5. Изместьева, Л.Р Методы исследования фитопланктона / Л.Р. Изместьева – М. : Новосибирск: Наука, 1992. – 30 с.
6. Макаревич, Т.А., Остапеня, А.П. Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды: Материалы Междунар. науч. конф. – Минск, 2000. – С. 226.
7. Макаревич, Т.А., Остапеня, А.П., Дубко, Д.В., Жуков, Т.В., Ковалевская, Р.З., Макаревич, Т.А., Остапеня, А.П., Савич, И.В. Актуальные проблема современной альгологии: Тез. докл. III Междунар. конф. – Харьков, 2005. – С. 87.
8. Никитина, Л.В. Итоги и перспективы гидроэкологических исследований: Материалы Междунар. конф. – Минск, 1999. – С. 147.
9. Остапеня, А.П., Макаревич, Т.А., Савич, И.В., Деренговская, Р.А., Никитина, Л.В. // Актуальные проблемы экологии: Мат. I Междунар. конф. – Гродно, 2005. – С. 122
10. Остапеня, А.П. Механизмы формирования метафитона в реках / А.П. Остапеня, Т.А. Макаревич // Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера: сб. материалов IV (XXVII) Междунар. конф., Вологда, 5-10 декабря 2005 г.: в 2 ч. / Волог. гос. пед. ун-т, Науч. Центр эволюц. экологии, Волог. лаборатория ФГНУ ГосНИОРХ, Волог. отдел. ГБО РАН, НП Науч. центр эколог. исследований. – Вологда, 2005. – Ч. 2. – С. 48-50.
11. Петрова Н.А. Сукцессии фитопланктона при антропогенном эвтрофировании больших озер / Н.А. Петрова. – Л.: 1990. – 199 с.
12. Пырина, И.Л. Методические вопросы изучения первичной продукции планктона внутренних водоёмов – М.: Гидрометиздат, 1993. – 132 с.
13. Садчиков, А.П. Методы изучения пресноводного фитопланктона / А.П. Садчинков / Методическое руководство – М.: Университет и школа, 2003. – 157 с.
14. Сиренко, Л.А. Растительность и бактериальное население Днепра и его водохранилищ / Л.А.Сиренко, И.Л.Корелякова, Л.Е.Михайленко. – Киев: Наукова думка, 1989. – 232 с.
15. Состояние природной среды Беларуси // Экологический бюллетень 2004 г. / Под ред. В.Ф.Логинова. – Мн.: Минсктиппроект, 2005. – 285 с.
16. Wetzel, R.G. Limnology. 2nd Edition. – Saunders College Publishing, Philadelphia, 1983a. – 858 p.
