Новости

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени М.В. Ломоносова
Биологический факультет

На правах, рукописи

Баженова Ольга Прокопьевна

МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА ФИТОПЛАНКТОНА
БАССЕЙНА РЕКИ ИРТЫШ
(СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ)

03.00.16-Экология

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук

Москва, 2005

Диссертационная работа выполнена на кафедре экологии и биологии ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет»

Научный консультант:
     доктор биологических наук, профессор Н.И. Андреев

Официальные оппоненты:
     доктор биологических наук, профессор В.А. Абакумов
     заслуженный деятель науки PC (Якутия), доктор биологических наук, профессор И.И. Васильева-Кралина
     доктор биологических наук Н.Г. Булгаков

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем СО РАН

Защита состоится 24 ноября 2005 г. в 15³⁰ ч на заседании диссертационного совета Д. 501.001.55 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Московском Государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет, ауд. 389.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке биологического факультета МГУ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Важнейшими экологическими проблемами современности являются загрязнение и эвтрофирование поверхностных вод, служащих основным, а иногда и единственным источником водоснабжения населения и промышленности. Иртыш - одна из немногих трансграничных рек Сибири - испытывает тяжелый антропогенный пресс из-за загрязнения сточными водами промышленных комплексов Республики Казахстан и Сибири и зарегулирования верхнего течения каскадом водохранилищ - Бухтарминским, Усть-Каменогорским и Щульбинским. Поскольку долина Иртыша издавна является территорией интенсивного земледелия, огромное влияние на экосистему реки оказывают стоки с сельскохозяйственных угодий, животноводческих комплексов, продукты эрозии почв и неочищенные сточные воды множества населенных пунктов. Водосборная площадь бассейна Иртыша в пределах Республики Казахстан подвержена значительному техногенному загрязнению тяжелыми металлами (Панин, 2000; Колодин и др., 2004), что создает серьезную угрозу здоровью населения.

В сложившейся ситуации контроль состояния экосистемы Иртыша и качества его вод является весьма важной задачей. Проводимый на Иртыше в рамках Единой государственной системы экологического мониторинга контроль качества воды по химическим показателям (Деманова и др., 2004), несомненно, имеет большое значение, но недостаточен для выявления направления процессов, происходящих в экосистеме реки. Наиболее полное представление о состоянии экосистемы Иртыша может дать сочетание химического и биологического мониторинга. Одним из преимуществ биомониторинга является то, что сообщества водных организмов не только реагируют на большое разнообразие различных факторов, определяющих качество воды, но и суммируют эффект смешанных загрязнений, что недоступно химическому контролю (Федоров, 1974; Абакумов и др., 1991; Семин, 2001).

Видное место при проведении биомониторинга принадлежит исследованиям фитопланктона - первого звена трофической цепи, во многом определяющего функционирование водных экосистем и качество их вод. Фитопланктон является не только основным продуцентом органического вещества в водоемах, но и важным фактором формирования качества воды. Исследования фитопланктона позволяют познать процессы самоочищения вод и решить многие вопросы рациональной эксплуатации водоемов. Фитопланктону принадлежит ведущая роль в индикации природных модификаций пресноводных экосистем, антропогенное воздействие на которые вызывает как эвтрофирующий, так и регрессирующий эффекты (Абакумов, 1991). Видовой состав, структура и обилие фитопланктона являются важнейшими показателями, позволяющими оценить трофический уровень и санитарное состояние водных объектов, определить их экологическое состояние в целом и выявить направление происходящих в них процессов. Полученные при биомониторинге данные необходимы для планирования и проведения природоохранных мероприятий в водных бассейнах, особенно большое значение они имеют для трансграничных рек, таких как Иртыш.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось исследование современного состояния фитопланктона верхнеиртышских водохранилищ и Среднего Иртыша, оценка качества воды по фитопланктону и определение направления и характера изменений экосистем водохранилищ и реки в условиях зарегулированного стока.

В соответствии с целью исследования были поставлены задачи:

• изучить видовой состав и структуру фитопланктона;
• установить характер пространственного распределения фитопланктона, сезонную и межгодовую динамику его обилия в водохранилищах и на исследуемом участке реки;
• определить современный трофический статус экосистем Верхнего и Среднего Иртыша по показателям фитопланктона;
• определить закономерности формирования и направление изменений фитопланктона Верхнего и Среднего Иртыша в условиях повышенного антропогенного воздействия;
• разработать методику проведения, определить пункты и сроки наблюдений за фитопланктоном для формирования банка данных по биомониторингу Среднего Иртыша.

Основные защищаемые положения.

1. Видовой состав и сукцессия фитопланктона Бухтарминского водохранилища обусловлены рядом факторов естественного и антропогенного происхождения. К числу первых относятся приоритетное влияяние альгофлоры озера Зайсан, вошедшего в состав водоема, и существенные различия гидролого-морфометрических характеристик его частей, в совокупности обусловившие инверсность пространственнойструктуры фитопланктона.

2. Сочетание естественных причин и недостатков в регулировании водного режима стимулировали развитие эвтрофирования Бухтарминского водохранилища В настоящее время его экосистема находится в состоянии экологической модуляции, выражающейся в перестройке экологической структуры.

3. Средний Иртыш - незарегулированный участок реки – подвержен эвтрофированию.

4. Нерациональный подход к регулированию водного режима Иртыша стимулирует процесс эвтрофирования и загрязнения органическими веществами его водохранилищ и ведет к состоянию антропогенного экологического напряжения речной экосистемы.

Научная новизна. Впервые обобщены материалы многолетних исследований фитопланктона Верхнего и Среднего Иртыша. Составлен систематический список цианобактерий и водорослей, включающий 8 отделов, 13 классов, 22 порядка, 56 семейств, 347 видов, 401 разновидность и форму (включая номенклатурный тип вида) и содержащий сведения об эколого-географических особенностях видов и их обилии в экосистемах верхнеиртышских водохранилищ и среднего течения реки. Найдены 249 видовых и внутривидовых таксонов, новых для фитопланктона Иртыша, в том числе для Бухтарминского водохранилища - 73, для Среднего Иртыша- 176.

По результатам многолетних исследований фитопланктона Бухтарминского водохранилища установлено, что его экосистема находится в состоянии экологической модуляции, выражающейся в перестройке экологической структуры, не приводящей к её усложнению или упрощению. Возрастающее загрязнение водоема органическими веществами, вследствие прогрессирующего эвтрофирования и резких колебаний уровня воды, представляет угрозу деградации его экосистемы.

Впервые проведено исследование фитопланктона Шульбинского водохранилища, определен его видовой состав и структура, выявлены доминирующие виды летнего фитопланктона. По показателям обилия фитопланктона установлен трофический статус водохранилища.

Впервые проведены систематические исследования фитопланктона Среднего Иртыша в условиях зарегулированного стока и повышенного антропогенного воздействия. Впервые изучены сезонная и межгодовая динамика, характер пространственного распределения численности и биомассы фитопланктона. Показаны изменения видового состава, структуры и обилия фитопланктона Среднего Иртыша в результате усиления антропогенного воздействия. На основании полученных данных определен современный трофический статус реки. Установлено, что Средний Иртыш подвержен эвтрофированию, а его экосистема находится в состоянии антропогенного экологического напряжения.

Впервые для Верхнего и Среднего Иртыша дана сравнительная оценка сапробности его вод. Составлен список водорослей и цианобактерий - индикаторов сапробности и проанализированы сезонные и межгодовые флюктуации уровня сапробности обследованной акватории.

Практическая значимость. Исследования автора проводились в рамках государственных тем «Разработка биологических основ повышения рыбной продуктивности и рациональной эксплуатации рыбных запасов Бухтарминского водохранилища» (1973-1977 гг.) и «Разработка рекомендаций по рациональному рыбохозяйственному использованию Бухтарминского водохранилища в условиях изменившегося водного режима» (1978-1980 гг.). Результаты диссертационной работы ежегодно входили в отчеты Алтайского отделения КазНИИРХ (г. Усть-Каменогорск) и использовались для разработки рекомендаций по повышению рыбной продуктивности и рациональному использованию рыбных ресурсов Бухтарминского водохранилища. В 2003-2004 гг. материалы исследований фитопланктона Бухтарминского и Шульбинского водохранилищ вошли в отчет Алтайского филиала научно-производственного Центра рыбного хозяйства (НПЦ РХ) по теме «Экологический мониторинг, разработка путей сохранения биоразнообразия и устойчивого использования ресурсов рыбопромысловых водоемов трансграничных бассейнов» и использовались для обоснования Предложений к Правительству Республики Казахстан по регулированию государственной политики в области использования биоресурсов трансграничной реки Иртыш.

В 1998, 2000 и 2003 гг. при исследовании автором фитопланктона Среднего Иртыша (в пределах Омской области) по заданию Главного Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды по Омской области совместно с Омским Центром по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения окружающей среды (ЦМС-Р) разработана сеть пунктов наблюдения и установлены сроки сбора данных для биомониторинга экосистемы реки. Для решения практических задач биомониторинга проведена оценка информативности ряда структурных показателей фитопланктона и даны рекомендации по их применению. Материалы исследований вошли в «Доклад о состоянии окружающей природной среды Омской области» (1998 и 2000 гг.).

Полученные данные о фитопланктоне Верхнего и Среднего Иртыша используются для решения практических задач рационального использования и охраны его вод. Проведенные исследования позволяют оценить качество вод Иртыша, установить современное состояние и прогнозировать изменения его экосистемы. Информация о состоянии фитопланктона Верхнего и Среднего Иртыша стала решающим фактором для включения в резолюцию Международной научно-практической конференции (Омск, 2004) рекомендаций о введении в систему мониторинга, осуществляемого в бассейне реки, методов биоиндикации по фитопланктону.

Данные по видовому составу фитопланктона могут использоваться при уточнении содержания определителей водорослей Сибири (в части распространения и местонахождения отдельных видов).

Материалы диссертации используются при подготовке специалистов в Омском государственном аграрном университете в лекционных курсах «Экология», «Методы экологических исследований», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и дипломных работах.

Имеются два акта о практическом внедрении результатов работы.

Апробация. Материалы и результаты работы обсуждались на научно-практических, всероссийских и международных конференциях: «Биологические основы рыбного хозяйства республик Средней Азии и Казахстана (Алма-Ата, 1978; Чолпон-Ата, 1981; Ташкент, 1983); «Диатомовые водоросли - индикаторы изменений окружающей среды и климата» (Иркутск, 1993); «Природа и природопользование на рубеже XXI века» (Омск, 1999); «Природа, природопользование и природообустройство Омского Прииртышья» (Омск, 2001); «Экология и жизнь» (Великий Новгород, 2000); «Современные проблемы гидробиологии Сибири» (Томск, 2001); Общественные слушания «Чистая вода Прииртышья» (Омск, 1999, 2001, 2003, 2004); «Проблемы управления и рационального использования водных ресурсов бассейна реки Иртыш» (Омск, 2004); «Проблемы и перспективы мелиорации и водного хозяйства Западной Сибири в современных социально-экономических условиях» (Омск, 2004); «Проблемы загрязнения реки Иртыш» (Омск, 2004).

Личный вклад соискателя. В основу работы положены сборы фитопланктона Бухтарминского водохранилища, лично собранные и обработанные автором в годы работы в Алтайском отделении КазНИИРХ (1973-1980 гг.), а также сборы фитопланктона Бухтарминского и Шуль-бинского водохранилищ, отобранные сотрудниками Восточно-Казахстанского Центра по гидрометеорологии и охране окружающей среды (1990-1991 гг.), Алтайского филиала НПЦ РХ (2002-2003 гг.) и любезно предоставленные автору для обработки. Пробы фитопланктона Среднего Иртыша в пределах Омской области (1998-2003 гг.) собраны и обработаны лично автором.

Работа выполнялась автором в Алтайском отделении КазНИИРХ (1973-1980 гг.), Восточно-Казахстанском госуниверситете (1980-1998 гг.) и Омском государственном аграрном университете (1998-2005 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 36 работ, из них 17 в соавторстве.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, восьми глав, выводов, списка цитированной литературы и приложений. Диссертация изложена на 318 страницах машинописного текста, включает 22 рисунка, 59 таблиц, 5 приложений. Список литературы содержит 443 наименования, из них 24 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту д-ру биол. наук, профессору Н.И. Андрееву и д-ру биол. наук, профессору С.И. Андреевой за постоянную поддержку в выполнении работы. Автор выражает искреннюю признательность за помощь в организации работ для сбора материалов диссертации сотрудникам Алтайского филиала НГЩ РХ и директору Е.В. Куликову, начальнику гидрологической станции г. Омска А.К. Юнгу, начальнику Омского ЦМС-Р О.В. Демановой и её заместителю Н.В. Ивановой.