Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

SEASONAL DYNAMICS OF PHYTOPLANKTON NUMBER IN ECOSYSTEM OF KUBAN RIVER OF KRASNODAR REGION

Research article
Krivorotov S.B.
Bukareva O.V.
Ulyanov V.S.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.65.002
Issue: № 11 (65), 2017
Published:
2017/11/18
PDF

Криворотов С.Б.1, Букарева О.В.2, Ульянов В.С.3

1Профессор, доктор биологических наук, 2ORCID:0000-0003-1161-9717, кандидат биологических наук, 3Профессор, кандидат сельскохозяйственных наук, 1,2Кубанский государственный университет, 3Кубанский государственный аграрный университет

СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ ФИТОПЛАНКТОНА ЭКОСИСТЕМЫ РЕКИ КУБАНЬ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

Аннотация

В результате проведённых исследований установлен видовой состав и изучена сезонная динамика численности фитопланктонных водорослей экосистемы реки Кубань Краснодарского края. Установлено, что наибольшая численность в осенне-весенний периоды 2009–2012 гг. характерна для планктонных водорослей из отделов Bacillariophyta, Chlorophyta и Cyanophyta. В летний период выявлено резкое увеличение численности представителей Chlorophyta и Cyanophyta и сокращение численности микроводорослей из отдела Bacillariophyta.

Ключевые слова: фитопланктон, экосистема реки Кубань, численность, сезонная динамика.

Krivorotov S.B.1, Bukareva O.V.2, Ulyanov V.S.3

1Professor, PhD in Biology, 2ORCID:0000-0003-1161-9717, PhD in Biology, 3Professor, PhD in Agriculture, 1,2Kuban State University, 3Kuban State Agrarian University

SEASONAL DYNAMICS OF PHYTOPLANKTON NUMBER IN ECOSYSTEM OF KUBAN RIVER OF KRASNODAR REGION

Abstract

As a result of the researches the species composition is established and the seasonal dynamics of the phytoplankton algae population of the Kuban river ecosystem of the Krasnodar Region is studied. It was found that the largest number in the autumn-spring periods of 2009-2012 is typical for plankton algae from the Bacillariophyta, Chlorophyta and Cyanophyta divisions. During the summer period, a sharp increase in the number of representatives of Chlorophyta and Cyanophyta and a decrease in the number of microalgae from the Bacillariophyta division were detected.

Keywords: phytoplankton, Kuban river ecosystem, abundance, seasonal dynamics.

Важным направлением современной экологии является изучение организации и функционирования планктонных сообществ, основным компонентом которых является фитопланктон. Взаимодействие фито- и зоопланктона определяет эффективность превращения вещества и энергии в гидроэкосистемах, оказывает влияние на продуктивность водоёма и качество воды. В гидроэкосистеме фитопланктон является продуцентом органического вещества и активным участником самоочищения водоёма.

Фитопланктонные сообщества развиваются с сезонной периодичностью в зависимости от различных экологических факторов. Прирост биомассы микроводорослей до определённого момента происходит пропорционально количеству поглощаемого света. Зелёные водоросли и цианобактерии наиболее интенсивно размножаются при круглосуточном освещении, диатомовые – при более коротком фотопериоде. Начало вегетации планктонных водорослей в марте–апреле связано с повышением температуры воды. Для диатомовых характерен низкий температурный оптимум, для зелёных и цианобактерий – более высокий. Поэтому в весенний и осенний периоды при температуре воды от 4 до 15 °С в водоёмах доминируют диатомовые водоросли. Уменьшение прозрачности воды, вызываемое минеральными взвесями, снижает интенсивность развития фитопланктона, особенно цианобактерий. Менее чувствительны к изменению прозрачности диатомовые и протококковые водоросли. Зелёные водоросли и цианобактерии менее требовательны к содержанию в воде нитратов, фосфатов и силикатов, чем диатомовые и протококковые [10, С. 98–102].

Материалом для написания данной работы послужили пробы фитопланктона в количестве 745 штук, которые отбирались ежемесячно (с марта по ноябрь) 2009–2012 гг. в разных участках экосистемы реки Кубань Краснодарского края. При проведении исследований путём комбинирования, систематического и случайного методов отбирались пробы на участках, расположенных в разных частях водной экосистемы.

Пробы воды отбирали пластиковым сосудом объёмом 1,5 л, одновременно термометром измеряли температуру воды.

На мелководных участках водоёма глубина нижнего горизонта отбора проб являлась максимальной глубиной. На глубоководных участках – это нижняя граница фотического слоя [8, С. 48].

Отбор проб для выявления видового состава фитопланктона проводили по общепринятой методике [6, С. 12–56]; [8, С. 47–49]. Идентификацию видового состава планктонных водорослей проводили по общепринятым методикам [1, С. 8–93]; [3, С. 184–195]; [7, С. 88–91]; [9, С. 60–152].

В результате проведённых исследований выявлен видовой состав фитопланктона экосистемы реки Кубань, который включает 674 вида микроводорослей (с учётом внутривидовых форм), относящихся к 152 родам и 8 отделам [2, С. 8–12].

Наибольшее видовое разнообразие характерно для диатомовых водорослей Bacillariophyta (229 видов из 41 рода) и зелёных Chlorophyta (221 вид из 53 родов). Минимальное количество родов и видов отмечено для золотистых водорослей Chrysophyta (6 родов и 9 видов), криптофитовых Cryptophyta (4 рода, 8 видов), динофитовых Dinophyta (6 родов и 11 видов), жёлтозелёных Xanthophyta (6 родов, 10 видов). Промежуточное положение занимают цианобактерии Cyanophyta (138 видов из 32 родов), эвгленовые Euglenophyta (48 видов из 4 родов) [5, С. 81–85].

На протяжении всего периода исследования изучалась сезонная динамика численности фитопланктонных водорослей по отделам: осенний период 2009–2012 гг., весенний и летний периоды 2010–2012 гг. (табл. 1).

 

Таблица 1 – Сезонная динамика численности фитопланктона экосистемы р. Кубань

27-12-2017 15-15-59  

Численный состав Cyanophyta в осенний период соответствовал значению 18,45 млн. кл./л (22,34%) в 2009 г. и 18,76 млн. кл./л (22,82%) в 2012 г.; максимальная численность цианобактерий была отмечена в 2011 г. и составила 20,41 млн. кл./л (24,86%), а минимальная в 2010 г. – 16,99 млн. кл./л (20,98%). Численный состав Chrysophyta колебался в пределах от 0,29 млн. кл./л (0,35%) в 2011 г. до 0,98 млн. кл./л (1,21%) в 2010 г., а в 2009 г. и в 2012 г. численность Chrysophyta составила 0,87 (1,05%) и 0,75 (0,91%) млн. кл./л соответственно. Максимальной численности Bacillariophyta достигли в 2009 г. 29,18 млн. кл./л (35,31%), минимальной в 2011 г. – 26,14 млн. кл./л (31,84%); в 2010 и в 2012 гг. численность этих водорослей составляла 28,97 (35,78%) и 28,18 (34,28%) млн. кл./л соответственно. Максимальная численность Xanthophyta наблюдалась в 2010 г. – 2,81 млн. кл./л (3,47%), минимальная в 2011 г. – 1,94 млн. кл./л (2,36%); в 2009 и в 2012 гг. численность этих микроводорослей составила 2,12 млн. кл./л (2,56%) и 2,46 млн. кл./л (2,99%) соответственно. В 2009 и в 2012 гг. численность Cryptophyta была 0,11 млн. кл./л (0,14%) – минимальное значение, максимальное значение составило 0,72 млн. кл./л (0,89%) в 2010 г.; численность этих фитоплактонных водорослей в 2011 г. была 0,46 млн. кл./л (0,56%). Численность Dinophyta колебалась в пределах от 1,46 млн. кл./л (1,77 %)  (минимальное значение) в 2009 г. до 2,74 млн. кл./л (4,23%) (максимальное значение) в 2012 г.; численность этих водорослей в 2010 и в 2011 гг. составила соответственно 2,17 млн. кл./л (2,68%) и 1,81 млн. кл./л (2,20%). Численный состав фитопланктонных водорослей отдела Chlorophyta находился в пределах от 20,87 млн. кл./л (25,25%) в 2009 г. (минимальное значение) до 22,07 млн. кл./л (26,85%) в 2012 г. (максимальное значение); в 2010 и в 2011 гг. численность этих водорослей составила 21,24 млн. кл./л (26,23%) и 21,98 млн. кл./л (26,77%) соответственно. Минимальное значение численности Euglenophyta было отмечено в 2010 г. (7,09 млн. кл./л, 8,76%), максимальное – в 2009 г. (9,52 млн. кл./л, 11,52%); численность этих водорослей в остальные годы составила 7,14 млн. кл./л (8,69%) в 2011 г. и  9,08 млн. кл./л (11,06%) в 2012 г.

Изучение численности фитопланктонных водорослей экосистемы р. Кубань в весенний период проводилось в 2010–2012 гг. Минимальное значение численности представителей Cyanophyta в весенний период составило 16,61 млн. кл./л (20,77%) в 2011 г., в 2012 г. численный состав этих водорослей показал максимальное значение 19,78 млн. кл./л (23,47%); а в 2010 г. численность была 17,01 млн. кл./л (21,12%). Численный состав Chrysophyta во все исследуемые годы находился на уровне 0,76 млн. кл./л (0,94% в 2010 г., 0,95% в 2011 г., 0,90% в 2012 г.). Максимальной численности Bacillariophyta достигли в 2011 г. (29,18 млн. кл./л, 36,49%), минимальной в 2012 г. (27,89 млн. кл./л, 33,02%). В 2010 г. их численность составляла 29,09 млн. кл./л (36,12%). Максимальная численность Xanthophyta наблюдалась в 2012 г. – 2,36 млн. кл./л (2,79%), минимальная в 2010 г. – 1,99 млн. кл./л (2,47%); в 2011 г. численность этих видов микроводорослей составила 2,03 млн. кл./л (2,54%). В 2010 г. численность Cryptophyta была 0,21 млн. кл./л – 0,26% (минимальное значение), максимальная численность этих водорослей составила 0,64 млн. кл./л (0,76%) в 2012 г.; численность этих фитопланктонных водорослей в 2011 г. составила 0,47 млн. кл./л (0,59%). В весенний период численность Dinophyta колебалась в пределах от 1,46 млн. кл./л (1,81%) в 2010 г. до 2,03 млн. кл./л (2,54%) в 2011 г. Численность этих водорослей в 2012 г. составила 1,98 млн. кл./л (2,34 %). Численный состав фитопланктонных водорослей отдела Chlorophyta находился в пределах от 20,99 млн. кл./л (26,06%) в 2010 г. до 21,98 млн. кл./л  (26,02%) в 2012 г.; в 2011 г. численность этих водорослей составила 21,75 млн. кл./л (27,19%). Минимальная численность Euglenophyta была отмечена в 2011 г. (7,14 млн. кл./л – 8,93%), максимальная – в 2012 г. (9,08 млн. кл./л – 10,75%); численность этих водорослей в 2010 г. находилась в пределах 9,03 млн. кл./л (11,21%).

В летний период максимальная численность Cyanophyta была отмечена в 2012 г. (29,80 млн. кл./л, 28,35%), минимальная в 2010 г. (26,15 млн. кл./л, 25,69%); в 2011 г. численность цианобактерий составила 28,12 млн. кл./л (26,82%). Численный состав Chrysophyta в летний период колебался от минимального значения 0,62 млн. кл./л (0,61%) в 2010 г. до максимального значения 0,91 млн. кл./л (0,87%) в 2011 г.; численность этих микроводорослей в 2012 г. составила 0,76 млн. кл./л (0,72%). Численный состав водорослей из отдела Bacillariophyta в летний период находился на уровне от 16,54 млн. кл./л (16,25%) в 2010 г. до 18,42 млн. кл./л (17,56%) в 2011 г.; численность диатомовых водорослей в 2012 г. составляла 18,07 млн. кл./л (17,19%). По нашим данным численность Xanthophyta в летний период колебалась в пределах от 2,10 млн. кл./л (2,00%) в 2011 г. до 1,82 млн. кл./л (1,73%) в 2012 г.; в 2010 г. численность этих водорослей составила 1,91 млн. кл./л (1,88%). В 2010 и в 2011 гг. численность Cryptophyta была одинаковой 0,76 млн. кл./л (0,75%); в 2012 г. она составила 0,43 млн. кл./л (0,41%). Численность Dinophyta находилась на уровне 1,47 млн. кл./л (1,40%) в 2011 г.; минимальное значение численности этих водорослей было отмечено в 2010 г. (1,25 млн. кл./л, 1,22%), а максимальное в 2012 г. (1,67 млн. кл./л, 1,59%). Численный состав фитопланктонных водорослей отдела Chlorophyta находился в пределах от 41,60 млн. кл./л (40,86%) в 2010 г. (минимальное значение) до 45,30 млн. кл./л (43,19%) в 2012 г. (максимальное значение); в 2011 г. численность этих водорослей составила 45,00 млн. кл./л (42,91%). Минимальное значение численности Euglenophyta было отмечено в 2012 г. (7,26 млн. кл./л, 6,91%), максимальное в 2010 г. (12,98 млн. кл./л, 12,74%); численность эвгленовых в 2011 г. составила 8,08 млн. кл./л (7,72%).

Таким образом, наибольшая численность в осенне-весенний периоды 2009–2012 гг. в экосистеме реки Кубань характерна для планктонных водорослей из отделов Bacillariophyta, Chlorophyta и Cyanophyta. В летний период резко увеличилась численность планктонных водорослей из отделов Chlorophyta и Cyanophyta и почти в полтора раза сократилась численность микроводорослей из отдела Bacillariophyta.

В настоящее время уровень численности, а, следовательно, и биомассы фитопланктона экосистемы реки Кубань определяется действием антропогенных факторов: плотностью населения и характером загрязнения, что приводит к обеднению фитопланктона на одних участках гидроэкосистемы, а в других, наоборот, к значительному повышению его продуктивности [4, С. 75–78]. Изменения численности планктонных водорослей происходят в результате сброса в водоём токсичных веществ, биогенов, содержащихся в сточных водах промышленных предприятий, а так же при обогащении водоёма биогенными минеральными или органическими веществами, содержащимися в высоких концентрациях в водах, смываемых с сельскохозяйственных территорий, из населённых пунктов (бытовые стоки).

Список литературы / References

  1. Воловик С.П. Флора водных и прибрежноводных экосистем Азово-Черноморского бассейна / С.П. Воловик, И.Г. Корпакова, Д.Ф.Афанасьев и др. – Краснодар: АзНИИРХ, 2008. – 275 с.
  2. Дорошенко Я.А. К изучению альгофлоры реки Кубань / Я.А.Дорошенко, С.Б. Криворотов // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. – Краснодар, 2011. – С. 8–13.
  3. Голлербах М.М. Определитель пресноводных водорослей СССР. В 14 вып. Вып. 1. Общая часть / М.М. Голлербах, В.И. Полянский. – М.: Советская наука, 1951. – 200 с.
  4. Криворотов С.Б. Биомасса и численный состав фитопланктонных водорослей экосистемы р. Кубань / С.Б. Криворотов, Я.А. Уварова // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2013. – №40. – С. 75–78.
  5. Криворотов С.Б. Таксономический состав и пространственное распределение фитопланктонных водорослей экосистемы реки Кубань / С.Б.Криворотов, Я.А. Уварова // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2013. – №41. – С. 81–85.
  6. Кузнецов С.И. Методы изучения водных микроорганизмов / С.И.Кузнецов, Г.А. Дубинина. – М.: Наука, 1989. – 230 с.
  7. Москул Г.А. Видовой состав фитопланктона, зоопланктона и зообентоса Краснодарского водохранилища / Г.А Москул, Н.Г. Москул // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. – Краснодар, 2005. – С. 88–94.
  8. Садчиков А.П. Методы изучения пресноводного фитопланктона / А.П. Садчиков. – М.: Университет и школа, 2003. – 157 с.
  9. Фанян Г.Г. Альгофлора рисовых полей Кубани / Г.Г. Фанян, А.Х.Шеуджен, В.Г. Власов и др. – Майкоп: ГУРИПП «Адыгея», 2001. – 580 с.
  10. Bothe H. Nitrogen Fixation // The Biology of Cyanobacteria. – Blackwell Sci. Publ., Oxford, 1982. – P. 87–104.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Volovik S.P. Flora vodnyh i pribrezhnovodnyh jekosistem Azovo-Chernomorskogo bassejna [Flora of water and coastal water ecosystems of the Azov-Black Sea basin] / S.P. Volovik, I.G. Korpakova, D.F. Afanas'ev and others. – Krasnodar: AzNIIRH, 2008. – 275 p. [in Russian]
  2. Doroshenko Ja.A. K izucheniju al'goflory reki Kuban' / Ja.A. Doroshenko, S.B. Krivorotov [To the study of algal flora of the Kuban River]// Aktual'nye voprosy jekologii i ohrany prirody jekosistem juzhnyh regionov Rossii i sopredel'nyh territorij [Topical issues of ecology and nature protection of ecosystems in southern regions of Russia and adjacent territories]. – Krasnodar, 2011. – P. 8–13. [in Russian]
  3. Gollerbah M.M. Opredelitel' presnovodnyh vodoroslej SSSR. V 14 vyp. Vyp. 1. Obshhaja chast' [The determinant of freshwater algae of the USSR. In 14 h the Vol. 1. Сommon part] / M.M. Gollerbah, V.I. Poljanskij. – M.: Sovetskaja nauka, 1951. – 200 p. [in Russian]
  4. Krivorotov S.B. Biomassa i chislennyj sostav fitoplanktonnyh vodoroslej jekosistemy r. Kuban' [Biomass and numerical composition of phytoplankton algae of the Kuban River ecosystem] / S.B. Krivorotov, Ja.A. Uvarova // Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Proceedings of the Kuban State Agrarian University]. – 2013. – №40. – P. 75–78. [in Russian]
  5. Krivorotov S.B. Taksonomicheskij sostav i prostranstvennoe raspredelenie fitoplanktonnyh vodoroslej jekosistemy reki Kuban' [Taxonomic composition and spatial distribution of phytoplankton algae of the Kuban River ecosystem] / S.B. Krivorotov, Ja.A. Uvarova // Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Proceedings of the Kuban State Agrarian University]. – 2013. – №41. – P. 81–85. [in Russian]
  6. Kuznecov S.I. Metody izuchenija vodnyh mikroorganizmov [Methods for studying aquatic microorganisms] / S.I. Kuznecov, G.A. Dubinina. – M.: Nauka, 1989. – 230 p. [in Russian]
  7. Moskul G.A. Vidovoj sostav fitoplanktona, zooplanktona i zoobentosa Krasnodarskogo vodohranilishha [Species composition of phytoplankton, zooplankton and zoobenthos of the Krasnodar reservoir] / G.A Moskul, N.G. Moskul // Aktual'nye voprosy jekologii i ohrany prirody jekosistem juzhnyh regionov Rossii i sopredel'nyh territorij [Topical issues of ecology and nature protection of ecosystems in southern regions of Russia and adjacent territories]. – Krasnodar, 2005. – P. 88–94. [in Russian]
  8. Sadchikov A.P. Metody izuchenija presnovodnogo fitoplanktona [Methods of studying freshwater phytoplankton] / A.P. Sadchikov. – M.: Universitet i shkola, 2003. – 157 p. [in Russian]
  9. Fanjan G.G. Al'goflora risovyh polej Kubani [Algal flora of rice fields of the Kuban] / G.G. Fanjan, A.H. Sheudzhen, V.G. Vlasov and others. – Majkop: GURIPP «Adygeja», 2001. – 580 p. [in Russian]
  10. Bothe H. Nitrogen Fixation // The Biology of Cyanobacteria. – Blackwell Sci. Publ., Oxford, 1982. – P. 87–104.