![]() |
![]() |
![]() |
с международным участием «Водоросли: проблемы таксономии и экологии, использование в мониторинге и биотехнологии» (12–18 сентября 2022, Москва, Россия) Анализ долговременных трансформаций в структуре диатомовых комплексов и фитопланктонных ассоциаций в Рыбинском и Иваньковском водохранилищах
Разумовский В. Л. Vikenty L. Razumovskiy
Институт водных проблем РАН (Москва, Россия)
УДК 574.5
В работе обсуждены перспективы применения новой концепции комплексного мониторинга (НККМ) на примере Рыбинского и Иваньковского водохранилищ. НККМ подразумевает совмещение изучения фитопланктона, которое традиционно проводится на акватории водохранилищ при биомониторинге, и послойного анализа диатомовых комплексов из накопившихся донных отложений (ДО). При сопоставлении структуры фитопланктона и диатомовых комплексов в работе применяется метод графического анализа (МГА). Конечным результатом применения НККМ должна стать более объективная и полная информация о долговременных геоэкологических изменениях, происходящих в водохранилищах. Ключевые слова: комплексный мониторинг; фитопланктон; диатомовые; донные отложения
Введение Основная цель проведенных исследований состояла во внедрении более объективных методов оценки возможных негативных трансформаций, происходящих в водохранилищах, в первую очередь под воздействием многолетней антропогенной нагрузки. Это подразумевает формирование новых долговременных рядов наблюдений с момента создания водохранилищ, а также анализ и переосмысление существующих экологических рисков. В 2017–2019 гг. была сформулирована новая концепция комплексного мониторинга (НККМ). Новизна предлагаемого подхода исследований состояла в совмещении двух традиционных для разных дисциплин методов: анализа колонок (ДО), который ранее применялся только при палеореконструкциях, и изучения фитопланктона, который традиционно проводится на акватории водохранилищ при биомониторинге (Разумовский, Шелехова, 2021; Разумовский, Чермных, 2021; Разумовский и др., 2021).
Материалы и методы Структуру и объем первичного материала составили 186 фитопланктонных проб, отобранных на акваториях Иваньковского и Рыбинского водохранилища и 147 образцов из 3 колонок донных отложений (ДО), отобранных в обоих водохранилищах. Отбор проб проводился в 2017–2019 гг. Колонки ДО из Иваньковского водохранилища были отобраны в районе Перетрусовского залива, а также между малыми островами и западной оконечностью о. Грабиловка (далее – Острова). Колонка ДО из Рыбинского водохранилищабыла отобрана в районе Коприно (рис. 1). Пробы на Иваньковском водохранилище отбирались на 5 створах, а на Рыбинском водохранилище в 5 пунктах постоянного мониторинга (рис. 1). Рис. 1. Карта-схема Иваньковского и Рыбинского водохранилища. Латинскими цифрами обозначены створы мониторинга: I – Шошинский плес, II – Верхневолжский плес,
Отбор проб, подсчет и идентификация видового состава фитопланктона проводились по общепринятым методикам (Руководство …, 1992). Образцы на диатомовый анализ отбирали из колонок ДО по традиционной методике (Полякова, 2010), с интервалом 1 см. Обработка, изготовление постоянных препаратов, подсчет створок и идентификациюдиатомей осуществляли по стандартным методикам (Давыдова, 1985; Renberg, 1990). Кроме традиционных форм гидробиологических и биоиндикационных исследований был применен метод графического анализа (МГА) (Разумовский, Моисеенко, 2009). МГА был многократно описан в литературе, и в этой работе излагается только его краткое содержание (Разумовский, 2012; Разумовский, Гололобова, 2014; Разумовский, Шумакова, 2014; Разумовский и др., 2018). МГА состоит из нескольких этапов. На первом этапе для всех идентифицированных в пробе таксонов (видового и более низкого ранга) рассчитывается их относительная численность в процентах. После этого строится исходный график или гистограмма. По оси абсцисс откладывается число идентифицированных таксонов, а по оси ординат – их относительная численность. При этом таксоны ранжируются по показателю относительной численности в сторону его уменьшения. Были установлены три исходных классификационных типа графиков: экспоненциальный, логистический и линейный (рис. 2). Они соответствуют основным нециклическим формам зависимостей, которые возникают в экосистемах при их ответных реакциях на внешнее воздействие (Шитиков и др., 2005). Первые два типа графиков отражают, в той или иной степени, исходные, прижизненные таксономические пропорции в диатомовых комплексах. Третий тип распределения таксономических пропорций (линейный) соответствует переотложенным комплексам. Рис. 2. Основные типы распределения таксономических пропорций
Следующий этап графического анализа подразумевает построение для полученных гистограмм результирующих линий (рис. 3). При переходе в логарифмическую размерность по обеим осям результирующие линии приобретают очертания прямых линий (рис. 3 в, г).
Рис. 3. Методика графического анализа таксономических пропорций в линейной (а, б)
Если анализируется совокупность гистограмм, характеризующих таксономические пропорции, то совокупность результирующих линий образует в логарифмической системе координат определенную генерацию. Было выявлено (классифицировано) три типа генераций (рис. 4). Два типа генераций имеют единый центр локализации (рис. 4 а, б). Третий тип генерации состоит из параллельно-расположенных результирующих линий (рис. 4 в). Его построение возможно только в случае анализа доминирующей и сопутствующей группы таксонов, которые, как правило, составляют не менее 2/3 от комплекса. Ранее было установлено, что наличие единого центра локализации подразумевает воздействие на водную экосистему извне (рис. 4 а, б). Образование генерации параллельных результирующих линий подразумевает изменение состояния самой гидросреды (глубины, температуры, проточности водоема и др.) (рис. 4 в).
Рис. 4. Три основных типа сценариев трансформации таксономических пропорций:
При анализе первичного массива данных и построении графиков, характеризующих таксономические пропорции в фитопланктонных комплексах, был использован ряд методологических приемов, позволивших наиболее объективно описать их пространственно-временные трансформации (Разумовский и др., 2018).
Результаты и обсуждение Традиционно, основным информационным полем при графическом анализе является процентная доля каждого из идентифицированных таксонов. В фитопланктонных пробах Иваньковского водохранилища было идентифицировано более 150 низших таксонов (видов, вариететов и форм). Полученные пропорции, при анализе процентной доли идентифицированных таксонов в фитопланктонных комплексах, позволили установить соответствие протекающим изменениям (трансформациям) по двум из трех, ранее установленным сценариям. На акватории Иваньковского водохранилища происходит чередование первого и третьего сценария. Первый сценарий подразумевает образование «пучка» результирующих линий (генераций) с единым центром локализации. Третий сценарий подразумевает образование генерации результирующих линий без единого центра локализации. В этом случае результирующие линии располагаются фактически параллельно. Ранее было установлено, что отсутствие единого центра локализации результирующих линий обусловлено изменениями параметров в самой среде обитания (Разумовский, Моисеенко, 2009; Разумовский, Гололобова, 2014). Для Иваньковского водохранилища образование генераций этого типа связано с регулярным понижением уровня воды (сбросами) в водохранилище, которые вызваны запланированными водорасходами. Следует отметить, что на протяжении всего периода исследований (биомониторинга) наблюдались только два типа вышеупомянутых генераций. При этом на Шошинском и Верхневолжском створе наблюдалось только параллельное расположение результирующих линий. Наиболее выраженное образование генераций с центром локализации соответствует створам в зоне наиболее интенсивного антропогенного воздействия: у д. Карачарово и г. Конаково. Обоснованность этих заключений можно продемонстрировать, приведя изображения построенных генераций в 2017 г. (рис. 5). Аналогичные сценарии трансформации результирующих линий с образованием той или иной генерации наблюдались также в 2018–2019 гг. Проведенный на протяжении трех лет мониторинг позволил констатировать обратимость негативных трансформаций, которые наблюдаются на створах Средневолжского плеса у д. Карачарово и г. Конаково (рис. 5 в, г). Ежегодно повторяется следующий, нижеописанный, сценарий. В целом, Иваньковское водохранилище является высокопроточным водоемом. Кроме того, на его акватории проводятся регулярные запланированные сбросы воды. Эти процессы приводят к более чем десятикратному обновлению вод и формированию на всех створах генерации результирующих линий по третьему сценарию трансформации (рис. 4 в; рис. 5 в, г). Однако, начиная с июля, в меженный период, негативные трансформации начинают преобладать на створах Средневолжского плеса (рис. 4 а; рис. 5 в, г). Только в сентябре, в конце вегетационного периода, компенсационные процессы обновления вод позволяют таксономической структуре фитопланктонных комплексов вернуться к первому сценарию трансформации. Следующей задачей, которую планируется разрешить, является выяснение, насколько данные процессы обратимости негативных трансформаций прослеживаются во времени. Иначе говоря, наблюдаются ли долговременные процессы интенсификации негативных трансформаций. Данную работу планируется провести при помощи анализа таксономической структуры диатомовых комплексов из колонок ДО, уже отобранных или запланированных для отбора.
Рис. 5. Сценарии трансформации таксономической структуры фитопланктонных комплексов
В фитопланктонных пробах Рыбинского водохранилища было идентифицировано более 200 низших таксонов (видов, вариететов и форм). Для акватории Рыбинского водохранилища установлены все три основных сценария трансформации таксономических пропорций в фитопланктонных ассоциациях из водной толщи. Два сценария (первый и третий) были охарактеризованы на примере Иваньковского водохранилища. Второй из выделенных сценариев трансформации, так же, как и первый сценарий, подразумевает образование «пучка» результирующих линий. На начальном этапе трансформации это выражается в форме веерообразного «разворота» вокруг некой общей области или центра локализации. Присутствие всех трех сценариев трансформации свидетельствует о значительной вариативности экосистемы Рыбинского водохранилища. По размерам и гидрологическому режиму Рыбинское водохранилище относится к категории более крупных и сложных экосистем, чем Иваньковское водохранилище. Это требует не только правильной идентификации выявленных сценариев трансформации, но и правильной трактовки их перехода от одного сценария к другому. В первую очередь следует обратить внимание на неоднородность гидродинамического режима на акватории Рыбинского водохранилища. Его юго-восточная часть имеет непосредственное отношение к прохождению через акваторию водохранилища волжских вод (Молога и Коприно). Центральная часть водохранилища с точки зрения гидродинамического режима наиболее стационарна (Средний двор). Наконец, его северо-восточная, прибрежная зона находится под воздействием многочисленных малых водотоков и активного антропогенного воздействия (Наволок, Измайлово). Ранее было установлено, что для крупных и достаточно стационарных структур озерного типа характерно присутствие второго сценария трансформации, выраженного в веерообразном развороте вокруг единого центра локализации (Разумовский, Моисеенко, 2009, Разумовский, 2012). Упомянутый сценарий трансформации характерен для пунктов мониторинга Молога и Брейтово (рис. 6 б, в). Кроме того, для этих пунктов характерен переход к первому сценарию, также с единым центром локализации. В пункте Коприно наблюдается чередование первого и третьего сценария трансформации таксономической структуры фитопланктонных комплексов (рис. 6а). Это в значительной степени напоминает сценарии трансформации на Иваньковском водохранилище в районе Средневолжского плеса (д. Карачарово и г. Конаково) (рис. 5 в, г). Предположительно, наименее благополучная обстановка наблюдается в пунктах Наволок и Измайлово (рис. 6г, д). В этих пунктах мониторинга отмечен только первый сценарий трансформации и два центра локализации. Однако эти центры смещены незначительно, чтобы трактовать происходящие процессы как переход ко второму, более сложному сценарию трансформации. Более сложная и мозаичная картина, которая была констатирована на акватории Рыбинского водохранилища, потребовала дальнейших наблюдений. Они были продолжены в 2021–2022 гг., но полученные результаты пока окончательно не обработаны.
Рис. 6. Сценарии трансформации таксономической структуры фитопланктонных комплексов в Рыбинском водохранилище на 5 пунктах мониторинга: Коприно (а), Молога (б), Средний Двор (в), Наволок (г), Измайлово (д)
Анализ таксономической структуры диатомовых комплексов из колонок ДО, отобранных на акватории Иваньковского водохранилища, не выявил по очертаниям построенных гистограмм признаков переотложения. Все построенные гистограммы имеют плавные пропорциональные очертания логистического, экспоненциального или смешанного (экспоненциально-логистического) типа (рис. 2 а, б). Рис. 7. Таксономическая структура диатомовых комплексов из колонок ДО в Иваньковском водохранилище из Перетрусовского залива (а) и из р-на Островов (б)
Диатомовые комплексы были также изучены из колонки ДО, отобраннойна акватории Рыбинского водохранилища в районе Коприно (рис. 8). Рис. 8. Таксономическая структура диатомовых комплексов из колонки ДО в Рыбинском водохранилище из р-на Коприно
Анализ в линейной системе координат позволил сделать вывод, что все полученные гистограммы имеют пропорциональные очертания, преимущественно экспоненциального характера распределения (рис. 2 а). Ни в одном из интервалов колонки ДО выраженных процессов переотложения выявлено не было. Это позволило в дальнейшем проводить достоверные неореконструкции по отобранным колонкам из Иваньковского и Рыбинского водохранилищ. Разработанная НККМ с применением инновационных методов биоиндикации позволилаболее объективно оценить экологическую ситуацию на акватории водохранилищ и процессы долговременных трансформаций их экосистем (Разумовский, 2021; Разумовский и др., 2021; Разумовский, Чермных, 2021; Разумовский, Шелехова, 2021). Однако, при реализации исходной версии НККМ были обнаружены и отобраны колонки ДО только в зонах локальной седиментации. Уже после выполнения вышеупомянутых работ был сформулирован новый алгоритм исследований. Он подразумевает поиск зон интегральной седиментации на акваториях водохранилищ, для дальнейшей работы на них. Это стало возможным после обнаружения озер, затопленных при создании Иваньковского и Рыбинского водохранилищ. Очевидно, что образовавшийся морфометрический рельеф дна определяет зону месторасположения реликтовых озер, как зону интегральной седиментации в сформировавшихся водохранилищах. Более того, зона накопления ДО в условии сформированного водохранилища может быть достоверно распознана и выделена по диатомовому анализу при сравнении с теми осадками, которые образовались в затопленных озерах до создания водохранилища. Это даст возможность восстановить непрерывность ряда данных биомониторинга и химического состава вод на протяжении всего существования водохранилищ.
Заключение В 2022–2023 гг. планируются дальнейшие исследования на основе усовершенствованной стратегии НККМ в тех участках водохранилищ, где предположительно располагаются затопленные палеоозера. В результате ожидается получениеновых сведенийо долговременных трансформациях, происходящих в водохранилищах под воздействием антропогенных нагрузок и природных изменений. Это даст возможность выработать оптимальную стратегию водопользования и природоохранных мероприятий. На основе проведенных исследований будет сформулирован обоснованный прогноз, подразумевающий анализ живых и неживых компонентов водохранилищ как единой совместно-функционирующей гидроэкологической системы.
Работа выполнена в рамках Госзадания ИВП РАН тема № 0147-2019-0004. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 17.06.2022
Об авторе Разумовский Викентий Львович – Vikenty L. Razumovskiy кандадит географических наук nethaon@mail.ru Корреспондентский адрес: 119333, Россия, г. Москва, ул. Губкина, 3, ИВП РАН; тел. (499)135-54-56.
ССЫЛКА: Разумовский В.Л. Анализ долговременных трансформаций в структуре диатомовых комплексов и фитопланктонных ассоциаций в Рыбинском и Иваньковском водохранилищах // Вопросы современной альгологии. 2022. № 3 (30). С. 24–34. URL: http://algology.ru/1830 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2022-3(30)-24-34 EDN – TIVOQL
Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
Long-term transformations analysis of the structure of diatom complexes and phytoplancton associactions from Rybinsk and Ivankovsky reservoirs Vikenty L. Razumovsky Water Problems Institute of RAS (Moscow, Russia) The paper discusses the prospects of applying the new concept of integrated monitoring (NCIM) on the example of the Rybinsk and Ivankovo reservoirs. NCIM implies a joint study of phytoplankton, which is traditionally carried out in the water area of reservoirs during biomonitoring and layer-by-layer analysis of diatom complexes from accumulated bottom sediments. When comparing the structure of phytoplankton and diatom complexes, the work presents the results of the graphical analysis method application. The end result of the application of the NCIM should be more objective and complete data about long-term geoecological changes occurring in reservoirs. Key words: integrated monitoring; phytoplankton; diatom; bottom sediments
References
Razumovsky Vikenty L. Orcid ID – https://orcid.org/0000-0001-7093-5360 Water Problems Institute of RAS, Moscow, Russia nethaon@mail.ru
ARTICLE LINK: Razumovsky V.L. Long-term transformations analysis of the structure of diatom complexes and phytoplancton associactions from Rybinsk and Ivankovsky reservoirs. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2022. № 3 (30). P. 24–34. URL: http://algology.ru/1830 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2022-3(30)-24-34 EDN – TIVOQL
На ГЛАВНУЮ
К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ![]() |
![]() |
|
![]() | ![]() | ||
|
|