Новости

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. М.В. Ломоносова
Биологический факультет

На правах, рукописи

САБУРИН Михаил Юрьевич

ФИТОЦЕНОЗЫ ЧЕРНОМОРСКОЙ ЦИСТОЗИРЫ:
СТРУКТУРА, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

03.00.18 - Гидробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук

Москва
2004

Работа выполнена на кафедре гидробиологии Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и в лаборатории прибрежных исследований ВНИРО Минсельхоза РФ

Научный руководитель - доктор биологических наук В.И. Капков

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук А.П. Садчиков
кандидат биологических наук А.С. Куликов

Ведущее учреждение: Московский государственный университет технологии и управления Министерства образования и науки РФ

Защита состоится Защита состоится 28 октября 2004 г. в 15.30 ч. на заседании Диссертационного Совета Д 501.001.55 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, Биологический факультет, ауд. 389.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь Совета Кандидат биологических наук Н.В.Карташева

Введение

Актуальность темы. Черноморская цистозира - главная структурообразующая фитоценоз бурая водоросль и одна из основных продуцентов органического вещества в северо-восточном регионе моря, которая участвует в формировании биоценозов прибрежных экосистем. Занимая сублитораль, цистозира четко и адекватно реагирует на эвтрофирование и загрязнение среды. За последние десятилетия наблюдалось заметное сужение пояса зарослей цистозиры, основная причина которого связана с усилением антропогенной нагрузки на прибрежные морские экосистемы. Анализ этого процесса и оценка современного состояния фитоценозов цистозиры представляют актуальную задачу, решение которой может внести существенный вклад в понимание причин и характер изменения ее фитоценозов. Однако, до последнего времени ощущался недостаток знаний о состоянии, структуре и флористическом составе нарушенных фитоценозов цистозиры. Практически отсутствовала информация о способности цистозиры к регенерации, культивировании на искусственных субстратах и рифах с целью восстановления ее зарослей, которые функционируют как мощные природные биофильтры, аккумулирующие из среды различные химические вещества и способствующие деэвтрофированию прибрежных морских вод.

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение структуры фитоценозов черноморской цистозиры в районе ее наибольшего произрастания, скорости восстановления нарушенных сообществ, а также культивирование водоросли на искусственных субстратах для последующего использования в качестве биофильтров и сырья для водорослевой промышленности. Основные задачи состояли:

1. В оценке состояния климаксовых фитоценозов цистозиры и их флористического состава в северо-восточном районе моря с использованием легководолазного снаряжения.
2. В исследовании регенерационной способности сезонной и многолетней динамики восстановления нарушенных фитоценозов цистозиры.
3. В разработке способов культивирования цистозиры и изучении формирования ее фитоценозов на искусственных субстратах и рифах.
4. В определении содержания в талломе водоросли некоторых поливалентных, в том числе и токсичных тяжелых металлов, и использовании цистозиры в качестве биомонитора загрязнения морской среды.

Научная новизна. Проведены исследования флористического состава, структуры и размерно-весовых характеристик популяций цистозиры и сопутствующих водорослей в ее фитоценозах северовосточного региона моря. Установлено, что структурообразующей фитоценоз и преобладающей по биомассе является цистозира, в то время как функциональными доминантами сообщества чаще оказываются красные, бурые и зеленые водоросли с высокой удельной поверхностью талломов.

Изучена способность цистозиры к регенерации и обнаружено, что восстановление слоевища происходит как за счет роста вегетативных частей - боковых и адвентивных ветвей таллома, так и в результате прорастания зигот. Скорость роста цистозиры при этом и плотность ее популяции выше, чем в климаксовых сообществах.

Впервые показано, что сформировавшиеся на искусственных рифах в течение 3-4 лет фитоценозы цистозиры по структуре и биомассе не отличаются от естественных сообществ этой водоросли. Многоярусность фитоценоза и наличие водорослей с рассеченными нитчатыми талломами обеспечивают функционирование сообщества цистозиры в прибрежных водах как мощного биофильтра.

Впервые определены концентрации тяжелых металлов одновременно в воде, седиментах и в талломе цистозиры, что позволило рассчитать коэффициенты накопления у этой водоросли потенциально опасных токсичных металлов.

Практическое значение работы. Полученные результаты могут быть использованы для оценки состояния фитоценозов цистозиры, их восстановления и рационального промысла в исследуемом регионе. Разработанные способы выращивания цистозиры на искусственных субстратах могут служить основой для совершенствования методов культивирования этой водоросли в северо-восточной части моря. Выявленные особенности накопления цистозирой некоторых тяжелых металлов позволяют рекомендовать ее в качестве индикатора при осуществлении биологического мониторинга прибрежных морских экосистем.

Апробация работы. Результаты работы доложены на Конференции молодых ученых «Оценка и освоение биологических ресурсов океана» (Владивосток, 1988); на Международном симпозиуме по современным проблемам марикультуры (Москва, 1989); на Международной конференции по искусственным рифам (Сан-Диего, США, 1991) ; на коллоквиумах лаборатории прибрежных исследований ВНИРО (1998-2002); на семинарах кафедры гидробиологии Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (2003-2004 гг.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ и 2 сданы в печать.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей материал и методы исследования и 4 главы результатов, заключения, выводов и приложений. Работа содержит 146 страниц, 29 таблиц, 7 рисунков. Список литературы включает 300 работ, из которых 200 на русском языке.

Обзор литературы

В обзоре литературы приводятся данные о запасах и промысловых скоплениях бурых водорослей в океане и окраинных морях России. Рассматриваются вопросы, связанные со строением клеток и тканей бурых водорослей, их фотосинтетической пигментной системы и химического состава. Обращается особое внимание на дифференциацию тканей у водорослей порядка Fucales, как наиболее высокоорганизованных представителей бурых водорослей. Отмечаются характерные черты строения таллома и морфологические особенности роста черноморской цистозиры. Анализируется роль цистозиры как вида-эдификатора, образующего наиболее распространенное в прибрежных водах ассоциации макрофитобентоса, которые определяют основные черты биоценозов сублиторали Черного моря. Подчеркивается значение цистозиры и других водорослей фитоценоза в формировании и функционировании прибрежных морских экосистем.

Район работ, материал и методы исследования

Изучение фитоценозов цистозиры в сублиторальной зоне северовосточного побережья Черного моря проводили в течение 1988-2002 гг. на специально выбранных полигонах с использованием легководолазного снаряжения открытого типа (акваланги АСВ-2, АВМ-5 и АВМ-7) (Рис.1). В работе использовали методику гидроботанических разрезов - трансект, которые прокладывали от уреза воды до границы произрастания водорослевого пояса перпендикулярно берегу. На каждой трансекте обрабатывали 9 станций на глубинах 0,5; 1, 2, 5, 10, 20, 25, 30, 35 м с необходимым числом мерных площадок на каждой станции (Калугина-Гутник, 1975; Возжинская, 1986).

При визуальном описании фитоценозов учитывали характер грунта, структуру фитоценоза, численность и изобатическое распределение водорослей. Мозаичность фитоценозов оценивали по методике, разработанной Т.А. Работновым (1987). Проективное покрытие дна водорослями определяли в процентах как соотношение площади дна, занятой растениями, к общей площади дна, находящегося в поле зрения. Рост цистозиры измеряли на помеченных талломах на различных глубинах в течение двух лет. В каждом поясе растительности и в местах измерения характера распределения водорослей в фитоценозе отбирали качественные и количественные пробы с использованием площадных рамок 0,1 м² и 0,25 м².

В пробах определяли видовой состав водорослей с использованием определителей А.Д.Зиновой (1957; 1967), численность, размерно-возрастной состав, биомассу основных и эпифитных форм.

Качественные и количественные распределения фитобентоса на гидротехнических сооружениях БольшогоУтриша и Анапской бухты исследовали в различные сезоны года на пяти станциях. Эксперименты по изучению роста цистозиры на твердых субстратах проводили с использованием искусственных рифов (ИР) двух типов: сети и дели, наполненные камнями, и насыпной риф из камня-ракушечника. Время экспозиции ИР в море на глубинах 0,5-11 м составляло от 2-х до 33-х месяцев. Отборы проб и их обработку проводили в апреле, июне, сентябре и декабре месяцах .

В опытах «in situ» исследовали скорость зарастания очищенных от цистозиры и других водорослей субстратов, а также характер регенерации стволиков и талломов у двух видов цистозиры Cystoseira crinita Bory и Cystoseira barbata (Good, et Wood.) Ag. На глубине до 1 м очищали скальный грунт площадью 2 - 18 м² от растительности -фитоценоза цистозиры в июне месяце. Затем в апреле, августе и декабре месяцах следующего года измеряли прирост таллома цистозиры и рост других водорослей фитоценоза. Скорость прироста стволика и слоевища наблюдали также на водорослях, вплетенных в тросы-коллекторы, которые устанавливали в толще воды на глубинах 0,5-6,0 м.

Климаксовые фитоценозы цистозиры и характер их восстановления исследовали по следующим основным показателям: видовому составу, проективному покрытию дна (п.п.%), плотности (экз/м ), биомассе (г/м ), длине слоевищ и стволиков цистозиры, ее эпифитов и водорослей нижнего яруса. Определяли и рассчитывали также индексы поверхности популяции цистозиры (ИПП) и поверхности фитоценоза в целом (ИПФ), которые представляют собой площади функционально активных поверхностей талломов, отнесенных к единице массы и определяются как произведение биомассы вида на его удельную поверхность S/W (ИПП) и как сумма индексов поверхностей популяций водорослей, входящих в фитоценоз (ИПФ) (Миничева, 1990).

Воду для анализов на содержание тяжелых металлов брали в местах отбора проб водорослей с поверхностного горизонта и у дна пластиковым батометром емкостью 5 л. Для отделения сестона воду последовательно фильтровали через мембранные фильтры с конечным фильтром 0,23 мкм и фиксировали концентрированной азотной кислотой до 0,5% по объему для предотвращения оседания металлов на стенки сосудов. Пробы хранили на холоду в пластиковых сосудах, предварительно отмытых 25% соляной кислотой.

Пробы грунта отбирали с помощью стратометра с пластиковыми трубками во избежание контакта с металлическими частями прибора. Колонку грунта (10 см) делили на части, отделяли иловую составляющую, сушили и доводили до постоянного веса.

Экстракцию металлов из воды проводили 0,01 М раствором гексаметилдитиокарбамината - гексаметиламмония в метилизобутилкетоне в 4 N уксусно-ацетатном буфере с рН 6,0.При экстрагировании металлов из седиментов использовали модифицированную методику последовательного фракционирования (Капков и др., 1984 ).

Пробы водорослей после определения их видовой принадлежности готовили к анализу методом мокрого озоления с помощью «Digester system-20» фирмы Tecator. Навеску пробы водорослей доводили до постоянного веса при 105°С и 0,5-1,0 г обрабатывали концентрированной HNCb и 30% НаСl- Мокрое озоление пробы проводили по следующей схеме: 20 минут при 30°С, 5 часов при 75°С и 30 минут при 150°С, после чего пробы отфильтровывали через беззольный фильтр и доводили объем пробы бидистиллированной водой до 20 мл ( Капков, Тришина, 1990 ).

Анализ проб на содержание металлов в воде, седиментах и водорослях проводили с помощью атомно-абсорбционных спектрофотометров фирмы «Hitachi» (модель 207) и «Perkin-Elmer» (модель 403) , используя для калибровки стандарты «Sea lettuce» (Капков, Картинцев 1998).