|
 |
|
по Материалам XVI Международной научной конференции диатомологов «Диатомовые водоросли: морфология, систематика, флористика, экология, палеогеография, биостратиграфия», посвященной 90-летию со дня рождения З.И. Глезер 19 - 24 августа 2019 г. Перспективные направления исследований диатомовых водорослей в Арктике
Денисов Д.Б., Косова А.Л. Dmitrii B. Denisov, Anna L. Kosova
Институт проблем промышленной экологии Севера – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр РАН» (Апатиты, Россия)
УДК 551.312:556.55
Проведены масштабные исследования диатомовых сообществ, а также диатомовых комплексов донных отложений озер в Евро-Арктическом регионе. Показана высокая эффективность биоиндикации качества вод и состояния экосистем на основе диатомей при решении задач оценки качества вод и нормирования антропогенной нагрузки на водные ресурсы высоких широт. Диатомовые комплексы из озерных седиментов разнотипных водных экосистем отражают современное потепление климата Арктики и последствия аэротехногенного загрязнения. Инструментом для интегральной оценки состояния экосистем и качества вод могут служить диатомовые комплексы поверхностных (0–1 см) слоев озерных отложений. Получена информация о таксономическом разнообразии диатомей Зеленого пояса Фенноскандии на территории Мурманской области. Ключевые слова: диатомовые водоросли; биоиндикация; Арктика; пресноводные экосистемы; загрязнение; изменения климата.
Поддержание качества вод на требуемом уровне является приоритетной стратегической задачей обеспечения экологической безопасности в Арктике. Это приобретает особую актуальность в свете резко меняющихся климатических условий, наиболее ярко выраженных в арктическом регионе, что требует их адекватной оценки и разработки мероприятий по снижению негативных последствий. Освоение Арктики, развитие промышленности и рациональное использование природных ресурсов требует знаний о долговременных климатических трендах, с целью разработки адаптаций к возможным изменениям. В этой связи наиболее перспективными направлениями исследований водных экосистем являются палеоэкологические исследования, а также биоиндикация качества вод и экологическое нормирование. Одним из наиболее востребованных биоиндикаторов при реализации этих направлений являются диатомовые водоросли. Диатомовые водоросли в составе альгоценозов, а также диатомовые комплексы донных отложений озер являются важнейшими индикаторами качества среды в целом, и представляют собой наиболее информативные маркеры состояния и развития водных экосистем. Арктические диатомеи крайне чувствительны ко всем изменениям факторов среды, включая динамику климатической системы и антропогенную нагрузку. В условиях высоких широт диатомовые водоросли, как правило, доминируют по численности, биомассе и таксономическому разнообразию. Они находятся в самом начале трофических цепей, определяя структурно-функциональную организацию водных экосистем. Евро-Арктический регион является одним из ключевых для палеоэкологических исследований — оценки исторической динамики окружающей среды, глобального и регионального климата: во-первых, высокоширотное географическое положение и зависимость от арктических воздушных масс определяет особую чувствительность водных экосистем к любым изменениям климатической системы; во-вторых, на территории сосредоточен мощный промышленный комплекс, оказывающий долговременное трансформирующие влияние на условия формирования качества вод, включая трофическую и токсическую нагрузку; и, в-третьих, наличие огромного количества разнотипных малых озер предоставляет широкий спектр выбора объектов исследований в зависимости от поставленных задач. К настоящему времени накоплено большое количество данных об историческом развитии экосистем разнотипных озер Евро-Арктического региона в голоцене. Наиболее резкие изменения параметров водных экосистем различных ландшафтов оказались характерны для современного периода (XX – начало XXI веков), что объясняется как усилением антропогенного фактора, так и глобальными процессами изменения окружающей природной среды и климата (Денисов и др., 2015; Косова и др., 2018). Диатомовый анализ колонки донных отложений (ДО) оз. Раббватн (Северная Норвегия) позволил оценить характер изменений окружающей среды и климата в последние столетия. Возраст седиментов был определен на основе модели CRS (Constant Rate of Supply): верхние 17 см формировались в течение последних ста лет. Начиная с глубины отложений 10 см (1939 г. – ввод в эксплуатацию комбината «Печенганикель») произошли изменения условий аккумуляции элементов: резко снизилась концентрация щелочных и щелочноземельных металлов, цинка, железа и марганца, что, очевидно, объясняется поступлением в озеро кислотообразующих соединений. С 60-х годов XX века вновь началось их накопление. Также с 1939 г. в отложениях стали активно накапливаться тяжелые металлы, как результат аэротехногенного загрязнения территории. Выявлены особенности естественной исторической динамики аккумуляции элементов в донных отложениях в «доиндустриальный» период. Было показано (Ruhland et al., 2015), что реакцией диатомовых комплексов в донных отложениях арктических озер на потепление климата является увеличение доли планктонных таксонов Cyclotella s.l. с одновременным снижением доли толстопанцирных таксонов рода Aulacoseira и бентосных представителей порядка Fragilariales. В оз. Раббватн наблюдается иная картина: примерно с 1939 года началось снижение относительной численности Cyclotella s.l. и увеличение доли мелкоклеточных Aulacoseira ssp. Вероятно, это результат загрязнения озера выбросами комбината «Печенганикель», в условиях которого изменились гидрохимические условия формирования качества вод. Основным показателем современного потепления климата следует считать увеличение общей численности диатомей в осадках, которое выросло на порядок в современных слоях отложений по сравнению с доиндустриальными. Проведены масштабные исследования современных диатомовых комплексов донных отложений и показана их высокая эффективность при решении задач оценки качества вод и нормирования антропогенной нагрузки на водные ресурсы региона. Так, оценка качества вод крупнейшего субарктического оз. Имандра по гидробиологическим и гидрохимическим показателям затруднена в силу практической невозможности синхронизировать время отбора проб в различных участках акватории. Сравнительно короткое «гидробиологическое лето» в условиях субарктики определяет значительную вариативность гидробиологических показателей, что особенно ярко проявляется в сообществах фитопланктона. Поэтому в качестве основного индикатора условий формирования качества вод и состояния экосистемы целесообразно использовать диатомовые комплексы (ДК) поверхностных слоев ДО, содержащие интегральную информацию о видовом составе и структуре диатомовых сообществ за последние годы, что позволяет корректно провести сравнительный анализ состояния водной среды в различных участках акватории. Для оз. Имандра были определены диатомовые – индикаторы качества вод и состояния экосистемы, которые можно использовать для задач регионального мониторинга. Относительная численность планктонных диатомовых Stephanodiscus alpinus Hust. и S. minutulus (Kütz.) Cleve et Möller может служить надежным индикатором антропогенных преобразований оз. Имандра, связанных, в первую очередь, с поступлением биогенных элементов, а также другими видами загрязнения. Доля Cyclotella radiosa (Grun.) Lemm. и Pantocsekiella comensis (Grun.) Kiss et E. Ács, напротив, указывает на отсутствие интенсивного загрязнения акватории. Очевидные перспективы использования ДК поверхностных ДО для задач регионального мониторинга состояния водных экосистем определяют необходимость исследований таксономического разнообразия диатомовой флоры арктических пресных вод. Были получены новые данные о диатомовой флоре (класс Centrophyceae) оз. Имандра (Генкал, Денисов, 2016; Denisov, Genkal, 2018). Проведена ревизия видового состава и выявлены новые для флоры таксоны, в том числе один – новый для России. Обобщены данные многолетних исследований водорослей Зеленого Пояса Фенноскандии (ЗПФ) на территории Мурманской области (Кожин и др., 2019). Формирование и развитие водорослевых сообществ в пределах ЗПФ происходит под влиянием антропогенной нагрузки, связанной, преимущественно, с деятельностью предприятий АО «Кольская ГМК». Другим значимым фактором являются глобальные и региональные климатические изменения, наиболее ярко проявляющиеся в высоких широтах. Всего в пределах ЗПФ было изучено 26 озер и 7 водотоков, выявлено 311 таксонов диатомовых водорослей рангом ниже рода. Было показано, что среди крупных таксономических категорий наибольшим видовым богатством характеризуются Bacillariophyta. В составе фитопланктона разнотипных озер водосборной территории озерно-речной системы р. Паз, относящейся к Мурманской области (2012–2015 гг.), типичными представителями были: Aulacoseira alpigena (Grun.) Kramm. и Asterionella formosa Hass. Наиболее разнообразным оказался диатомовый перифитон: 229 таксонов рангом ниже рода. Массовые виды: Tabellaria fenestrata (Lyngb.) Kütz., T. flocculosa, Brachysira brebissonii Ross, B. vitrea (Grun.) Ross, B. zellensis (Grun.) Round et Mann, B. styriaca (Grun.) Ross, Denticula tenuis Kütz., Frustulia rhomboides (Ehrb.) De Toni, Achnanthidium minutissimum (Kütz.) Czarnecki. Диатомовые сообщества исследованных озер представлены видами, характерными для низко минерализованных, олиготрофных водоемов, с нейтральной или слабокислой реакцией среды. В настоящее время таксономическое разнообразие ДК ДО изученных на территории ЗПФ озер во многом определяется интенсивностью антропогенной нагрузки, что подтверждает зависимость (r = -0,77) индекса разнообразия Шеннона-Уивера (H’) от коэффициента загрязнения медью — приоритетного загрязнителя исследованного района. При этом «доиндустриальные» диатомовые комплексы такой зависимости не обнаруживают (r = 0,09). В озерах с высокими коэффициентами загрязнения по Cu, Ni, Cd отмечается резкая смена доминирующих видов диатомей на фоне общего уменьшения видового богатства и таксономического разнообразия. Так, долговременная эвтрофикация вод озерно-речной системы Паз, а также интенсификация этих процессов в последние годы, проявляется не только в условиях антропогенного загрязнения, но и приобретает глобальный характер. Происходят радикальные перестройки структурно-функциональных характеристик альгоценозов, изменение направления и скорости сукцессий, как результат взаимозависимого действия целого комплекса регулирующих факторов, из которых наиболее значимыми являются антропогенные, в настоящее время усиленные аномальной динамикой региональной климатической системы. Динамика биологического разнообразия водных организмов Арктической зоны РФ является одним из базовых критериев оценки состояния экосистем региона на фоне общемировых тенденций сокращения биоразнообразия. Многие ценные биологические ресурсы в настоящее время находятся под угрозой резкого сокращения численности. Наряду с этим отмечается появление чуждых, не типичных для Арктики гидробионтов, явления биологических инвазий. Следует принять во внимание глобальный характер наблюдаемых экосистемных изменений, при которых радикально меняются структуры сообществ, что требует принципиально новых регионально-ориентированных схем оценки водных биологических ресурсов, в первую очередь, для водоемов пищевого и промышленного использования. Оценка видового состава и структуры сообществ диатомовых водорослей, населяющих экстремальные местообитания, развивающиеся при высоком уровне загрязнения, токсичных и биогенных элементов позволит определить пределы экологической толерантности видов, что поможет в разработке новых систем биоиндикации.
Работа выполнена в рамках государственного задания Института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, а также при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ Арктика (проект № 18-05-60125). Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 1.06.2019
Об авторах Денисов Дмитрий Борисович – Dmitrii B. Denisov кандидат биологических наук proffessuir@gmail.com Косова Анна Львовна – Anna L. Kosova ведущий инженер, Институт проблем промышленной экологии Севера – обособленное подразделение ФИЦ «Кольский научный центр РАН», Апатиты, Россия (Institute of the North industrial environmental problems – Subdivision of Federal research center «Kola Science Center RAS», Russia, Apatity) kosova@inep.ksc.ru Корреспондентский адрес: 184209, Мурманская область, г. Апатиты, Академический городок, 14а. Телефон: (81555) 79776.
ССЫЛКА: Денисов Д.Б., Косова А.Л. Перспективные направления исследований диатомовых водорослей в Арктике // Вопросы современной альгологии. 2019. № 2 (20). С. 45–49. URL: http://algology.ru/1490 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-45-49
При перепечатке ссылка на сайт обязательна
Perspective of the diatom research in the Arctic Dmitrii B. Denisov, Anna L. Kosova Institute of the North industrial environmental problems KSC RAS (Apatity, Russia)
Large-scale diatom communities and diatom complexes of lake sediments researches in the Euro-Arctic region have been carried out. The high efficiency of bioindication of water quality and the state of ecosystems based on diatoms have been shown for the water quality assessment and anthropogenic loads rationing on water resources of high latitudes. Diatom assemblages from lake sediments of different types of aquatic ecosystems reflect the present-day warming of the Arctic climate and the effects of aerotechnogenic pollution. Diatom assemblages of surface (0–1 cm) layers of lake sediments could well serve for the integral assessment of the state of ecosystems and water quality. Diatoms diversity of the Green Belt of Fennoscandia in the territory of the Murmansk region has been investigated. Key words: diatoms; bioindication; Arctic, freshwaters; pollution; climatic changes.
References
Authors Denisov Dmitrii B. eLIBRARY Author ID - 158478. Institute of the North industrial environmental problems KSC RAS (Apatity, Russia) proffessuir@gmail.com Kosova Anna L. Institute of the North industrial environmental problems KSC RAS (Apatity, Russia) kosova@inep.ksc.ru
ARTICLE LINK: Denisov D.B., Kosova A.L. Perspective of the diatom research in the Arctic. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2019. № 2 (20). P. 45–49. URL: http://algology.ru/1490 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-45-49 When reprinting a link to the site is required
Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
На ГЛАВНУЮ
|
|
|
 | | ||
|
| ||