Влияние антропогенных факторов на экосистему протоки р. Енисей в черте города Красноярска

В районе ст. 3 и 3а минерализация по сравнению со ст. 2 снижается и возвращается к значениям, характерным для реки (рис. 3), а температура воды в результате поступления подогретых вод ТЭЦ достоверно повышается (рис. 2). Литературные данные о влиянии теплового загрязнения на водные экосистемы противоречивы - описаны случаи как увеличения, так и снижения таксономического разнообразия и количественных показателей бентосных и планктонных сообществ под влиянием повышения температуры среды в результате сброса подогретых вод (например, Zargar, Ghosh, 2006; Czerniawski et al., 2013; Ruzickova et al., 2017; Nashaat et al., 2019). В Абаканской протоке на ст. 3 не обнаружено достоверных отличий биомассы планктона и бентоса, а также первичной продукции от ст. 2 (рис. 4-6). Однако следует отметить тенденцию к снижению на этой станции биомассы зоопланктона, перифитона и ВПП. Вероятно, планктонные и бентосные организмы на этом участке угнетены какими-либо физическими (например, высокой температурой из-за сброса теплых вод) или химическими (сброс загрязненных вод) факторами. Действительно, на ст. 3 наблюдается достоверное возрастание индексов сапробности, рассчитанных по численности перифитона, зоопланктона и зообентоса, что свидетельствует об увеличении органической нагрузки (рис. 7). На рост макрофитов данный фактор существенного воздействия, судя по всему, не оказывал (рис. 8). Хотя в обрастаниях камней прибрежной зоны на этом участке Spirogyra sp. была встречена только в июне и июле 2018 г., и ее биомасса была гораздо ниже, чем на ст. 2, однако на поверхности воды скопления этих зеленых водорослей присутствовали постоянно (рис. 8).

Видовой состав фитои зоопланктона на ст. 3 существенно не изменился. Характерной особенностью перифитона ст. 3 было увеличение доли цианопрокариот и появление среди доминирующих видов O. limosa - обитателя стоячих или медленно текущих вод, богатых биогенами. В то же время видовая структура зообентоса значительно изменяется: в биомассу основной вклад начинают вносить пиявки и моллюски, а в доминирующем комплексе встречаются личинки хирономид (рис. 6, табл. 5). Эти изменения, вероятно, вызваны, с одной стороны, повышением температуры воды, а с другой - появлением плотных зарослей макрофитов.

На станции 4, расположенной ниже рыбоводных садков, количественные показатели рассматриваемых звеньев экосистемы достоверно не изменяются (рис. 4-6). В то же время возрастает видовое богатство (число таксонов) зоопланктона, а также таксономическое разнообразие (индекс Шеннона) зоопланктона и зообентоса (рис. 7, табл. 4). Очевидно, что, как и на ст. 3, повышение температуры воды на этом участке приводит к удлинению вегетационного сезона по сравнению с рекой и ст. 2, а относительно небольшая глубина и высокая подводная освещенность способствуют интенсивному росту спирогиры и высшей водной растительности. Именно активный фотосинтез макрофитов и спирогиры в нижней части протоки, вероятно, является причиной возрастания концентрации кислорода в воде ст. 4 (рис. 2). Достоверное повышение величины pH воды на ст. 4 также косвенно подтверждает высокую интенсивность фотосинтеза. Известно, что в результате интенсивного фотосинтеза в донных матах спирогиры образуются пузырьки кислорода, на которых они всплывают в толщу воды (Berry, Lembi, 2000). Таким образом, небольшая глубина протоки и высокая придонная освещенность способствуют не только росту донных макроводорослей, но и их переходу к метафитонной стадии вегетации. Плотные заросли макрофитов, вероятно, способствуют изменению типа грунта - ранее было показано, что растения задерживают взвешенные частицы, что приводит к заиливанию донных отложений (French, Chambers, 1996). Массовое развитие высшей растительности и увеличение разнообразия типов грунта в свою очередь увеличивает разнообразие экологических ниш для бентосных и фитофильных животных, что приводит к максимальному видовому разнообразию на этом участке зоопланктона и зообентоса. Величины индексов сапробности, рассчитанных по численности перифитона и зоопланктона, на этой станции достоверно уменьшались, а индекс сапробности по зообентосу не отличался от ст. 3, но тоже имел тенденцию к уменьшению. Это свидетельствует о снижении органического загрязнения на ст. 4, что также может благоприятно повлиять на видовое разнообразие беспозвоночных.

Известно, что эксплуатация аквакультурного хозяйства приводит к увеличению биогенной нагрузки на водоем в результате разложения не съеденных кормов и физиологических выделений рыб: в воде возрастает содержание растворенного углерода, азота и фосфора, однако основными компонентами обычно являются аммоний и мочевина (Podemski, Blanchfield, 2006; Ruiz-Zarzuela et al., 2009; Mavraganis et al., 2017). В Абаканской протоке на ст. 4, расположенной ниже по течению от рыборазводного хозяйства, не было достоверных отличий по содержанию в воде форм азота по сравнению со ст. 3 (рис. 2). Хотя, в отсутствие стокового течения, само понятие «ниже по течению» в данном случае утрачивает свой истинный гидродинамический смысл. Отсутствие различий может объясняться также высокой скоростью потребления азота первичными продуцентами. Известно, что фоновая концентрация лимитирующего рост фактора всегда находится на одном и том же уровне и не зависит от его концентрации во входном потоке (принцип аутостабилизации) (Дегерменджи и др., 1979). В то же время очевидна тенденция к увеличению в протоке (ст. 2-4) по сравнению с рекой (ст. 1) количества азота, связанного в биомассе перифитона, метафитонных матов и высшей водной растительности (рис. 9), что предполагает увеличение азотной нагрузки на участке протоки, расположенном ниже дамбы, на котором нет стокового течения, и, вероятно, происходит лишь ветровое перемешивание (ст. 2-4).

Заключение

Таким образом, основным фактором, вызывающим перестройку сообщества Абаканской протоки, является уменьшение ее проточности вследствие малой пропускной способности дренажных труб, расположенных в дамбе. Именно на ст. 2 происходят основные изменения структурных и количественных показателей всех компонентов экосистемы. На нижележащих станциях повышение температуры и биогенной нагрузки только способствует более интенсивному развитию высшей растительности и макроводорослей, что, в свою очередь, приводит к постепенному изменению видового состава и увеличению таксономического разнообразия беспозвоночных животных. За исключением проточности, другие исследованные факторы - тепловое, биогенное и органическое загрязнение - в связи с гидрологическими особенностями изученного участка, а именно отсутствием на нем стокового течения, очевидно, действовали на экосистему в комплексе, и их специфические эффекты в явном виде не проявлялись.

Однако увеличение проточности как наиболее очевидная мера борьбы с массовым ростом Spirogyra sp. неизбежно приведет к снижению температуры воды и потере протокой ее рекреационных свойств. Поэтому дальнейшим направлением данных исследований должно стать создание математической модели экосистемы Абаканской протоки для поиска оптимального баланса между проточностью и качеством воды, с одной стороны, и сохранением рекреационных качеств протоки - с другой.

Список литературы / References

1. Алимов А. Ф., Богатов В. В., Голубков С. М. (2013) Продукционная гидробиология. СПб., Наука, 343 с. [Alimov A. F., Bogatov V. V., Golubkov S. M. (2013) Production hydrobiology. Saint Petersburg, Nauka, 343 p. (in Russian)]

2. Андрианова А. В. (2013) Динамика развития енисейского зообентоса в нижнем бьефе Красноярской ГЭС. Вестник Томского государственного университета. Биология, 1: 74-88 [Andrianova A. V. (2013) Dynamics of Yenisei zoobenthos evolution in the downstream of Krasnoyarsk hydroelectric power station. Tomsk State University Journal of Biology [Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Biologiya], 1: 74-88 (in Russian)]

3. Анищенко О. В. (2008) Влияние гидрофизических факторов на флуоресцентные характеристики фитопланктона в поверхностном слое малого эвтрофного водохранилища Бугач. Сибирский экологический журнал, 2: 303-313 [Anishchenko O. V. (2008) Effect of hydrophysical factors on the fluorescence characteristics of phytoplankton in the surface layer of a small eutrophic water reservoir Bugach. Contemporary Problems of Ecology [Sibirskii ekologicheskii zhurnal], 2: 303-313 (in Russian)]

4. Анищенко О. В., Гладышев М. И., Кравчук Е. С., Калачева Г С., Грибовская И. В. (2010) Оценка антропогенного загрязнения р. Енисей по содержанию металлов в основных компонентах экосистемы на участках, расположенных выше и ниже г. Красноярска. Журнал Сибирского федерального университета. Биология, 3(1): 82-98 [Anishchenko O. V., Gladyshev M. I., Kravchuk E. S., Kalacheva G. S., Gribovskaya I. V. (2010) Assessment of the Yenisei river anthropogenic pollution by metals concentrations in the main ecosystem compartments upstream and downstream Krasnoyarsk city (Russia). Journal of Siberian Federal University. Biology [Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Biologiya], 3(1): 82-98 (in Russian)]

5. Баринова С. С., Медведева Л. А., Анисимова О. В. (2000) Водоросли-индикаторы в оценке качества окружающей среды. Москва, ВНИИприроды, 150 с. [Barinova S. S., Medvedeva L. A., Anisimova O. V. (2000) Algae as indicators of environmental quality. Moscow, All-Russian Scientific Research Institute for Environmental Protection, 150 p. (in Russian)]

6. Водоросли. Справочник (1989) Вассер С. П. (ред.) Киев, Наукова думка, 608 с. [Algae. Reference book. (1989) Vasser S. P. (Ed.) Kiev, Naukova dumka, 608 p. (in Russian)]

7. ГОСТ 33045-2014. Межгосударственный стандарт. Вода. Методы определения азотсодержащих веществ. (2015) Москва, Стандартинформ, 20 c. [GOST 33045-2014. Interstate standard. Water. Nitrogen-containing substances measurement methods. (2015) Moscow, Standartinform, 20 p. (in Russian)]

8. Грезе В. Н. (1964) Биологический сток реки Енисея в районе Красноярска. Рыбное хозяйство Восточной Сибири. Труды Сибирского отделения ГосНИОРХ. Т. VIII. Красноярск, c. 67-109 [Greze V. N. (1964) Biological sink of the Yenisei River near the city of Krasnoyarsk. Fishery of the Eastern Siberia. Proceedings of Siberian Branch of the State Research Institute of Lake and River Fisheries. Vol. 8. Krasnoyarsk, p. 67-109 (in Russian)]

9. Дегерменджи А. Г., Печуркин Н. С., Шкидченко А. Н. (1979) Аутостабилизация контролирующих рост факторов в биологических системах. Новосибирск, Наука [Degermendzhy A. G., Pechurkin N. S., Shkidchenko A. N. (1979) Autostabilization of growth-controlling factors in biological systems. Novosibirsk, Nauka (in Russian)]

10. Дубовская О. П., Гладышев М. И., Махутова О. Н. (2004) Сток лимнического зоопланктона через высоконапорную плотину и его судьба в реке с быстрым течением (на примере плотины Красноярской ГЭС на р. Енисей). Журнал общей биологии, 65(1): 81-93 [Dubovskaya O. P., Gladyshev M. I., Makhutova O. N. (2004) Limnetic zooplankton passing through a high-head dam and their fate in a river with high current velocity (case of the Krasnoyarsk hydroelectric power station on the Yenisey river). Journal of General Biology [Zhurnal obshchei biologii], 65(1): 81-93 (in Russian)]

11. Дубовская О. П. (2009) Не связанная с хищниками смертность планктонных ракообразных, ее возможные причины (обзор литературы). Журнал общей биологии, 70(2): 168-192 [Dubovskaya O. P. (2009) Non-predatory mortality of the crustacean zooplankton, and its possible causes (a review). Journal of General Biology [Zhurnal obshchei biologii], 70(2): 168-192 (in Russian)]

12. Катанская В. М. (1981) Высшая водная растительность континентальных водоемов СССР. Методы изучения. Л., Наука, 187 с. [Katanskaya V. M. (1981) Higher aquatic vegetation of continental water bodies of USSR. Research methods. Leningrad, Nauka, 187 p. (in Russian)]

13. Макрушин А. В. (1974) Биологический анализ качества вод. Винберг Г. Г. (ред.) Л., Наука, 60 с. [Makrushin A. V. (1974) Biological analysis of water quality. Vinberg G. G. (ed.) Leningrad, Nauka, 60 p. (in Russian)]

14. Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов (1975) М., Наука, 242 с. [Methods of studying biogeocenoses of inland water bodies (1975) Moscow, Nauka, 242 p. (in Russian)]

15. РД 52.24.382-2006. Массовая концентрация фосфатов и полифосфатов в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом (2006) Ростов-на-Дону, ГУ «Гидрохимический институт», 27 c. [RD52.24.382-2006. Mass concentration ofphosphates and polyphosphates in water. Procedure of measurement by photometric method (2006) Rostov-on-Don, Institute of Hydrochemistry, 27 p. (in Russian)]

16. РД 52.24.387-2006. Массовая концентрация фосфора общего в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом после окисления персульфатом калия (2006) Ростовна-Дону, ГУ «Гидрохимический институт», 26 c. [RD52.24.387-2006. Mass concentration of total phosphorus in water. Procedure for measurement by photometric method after oxidation by potassium persulfate (2006) Rostov-on-Don, Institute of Hydrochemistry, 26 p. (in Russian)]

17. РД 52.24.309-2011. Организация и проведение режимных наблюдений за состоянием и загрязнением поверхностных вод суши (утв. Росгидрометом 25.10.2011). Электронный ресурс: www. consultant.ru [RD52.24.309-2011. Organization and conduct of monitoring of surface waters condition and pollution (Approved by Federal Service for Hydrometeorology and Environmental Monitoring 25.10.2011). Online resource: www.consultant.ru (in Russian)]

18. РД 52.24.380-2017. Массовая концентрация нитратного азота в водах. Методика измерений фотометрическим методом с реактивом Грисса после восстановления в кадмиевом редукторе (2017) Ростов-на-Дону, 30 c. [RD52.24.380-2017. Mass concentration of nitrate nitrogen in water. Measurement technique by photometric method with Griess reagent after reduction in cadmium reducer (2017) Rostov-on-Don, 30 p.]

19. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем (1992) СПб., Гидрометеоиздат, 318 с. [Guidelines for hydrobiological monitoring of freshwater ecosystems (1992) Saint Petersburg, Gidrometeoizdat, 318 p. (in Russian)]

20. Унифицированные методы исследования качества вод. Часть III. Методы биологического анализа вод. Приложение 2. Атлас сапробных организмов. (1977) М., СЭВ, 227 с. [Unified methods of water quality assessment. Part III. Methods of biological water analysis. Supplement 2. Atlas of saprobic organisms. (1977) Moscow, SEV, 227 p. (in Russian)]

21. Alberty M.S, Germineaud C., Sprintall J., Ganachaud A., Cravatte S. (2017) SPICE mooring data report: description and quality control. UC San Diego, Scripps Institution of Oceanography. Retrieved from https://escholarship.org/uc/item/6xd149s8

22. Anishchenko O. V., Gladyshev M. I., Kravchuk E. S., Ivanova E. A., Gribovskaya I. V., Sushchik N. N. (2010) Seasonal variations of metal concentrations in periphyton and taxonomic composition of the algal community at a Yenisei River littoral site. Central European Journal of Biology, 5(1): 125-134

23. Berry H. A., Lembi C. A. (2000) Effects of temperature and irradiance on the seasonal variation of a Spirogyra (Chlorophyta) population in a midwestern lake (U.S.A.). Journal of Phycology, 36: 841-851

24. Bunn S. E., Arthington A. H. (2002) Basic principles and ecological consequences of altered flow regimes for aquatic biodiversity. Environmental Management, 30(4): 492-507

25. Burford M. A., Carey C. C., Hamilton D. P., Huisman J., Paerl H. W., Wood S. A., Wulff A. (2020) Perspective: Advancing the research agenda for improving understanding of cyanobacteria in a future of global change. Harmful Algae, 91: 101601

26. Czerniawski R., Pilecka-Rapacz M., Domagala J. (2013) Zooplankton communities of inter-connected sections of lower River Oder (NW Poland). Central European Journal of Biology, 8(1): 18-29

27. French T D., Chambers P A. (1996) Habitat partitioning in riverine macrophyte communities. Freshwater Biology, 36(3): 509-520

28. Gaevsky N. A., Kolmakov V. I., Popelnitsky V. A., Gold V M., Dubovskaya O. P (2000) Evaluation of the effect of light intensity on the measurement of the photosynthetic rate in plankton microalgae by the chlorophyll fluorescence method. Russian Journal of Plant Physiology, 47(6): 820-825

29. Gladyshev M. I., Gubelit Y. I. (2019) Green tides: new consequences of the eutrophication of natural waters (invited review). Contemporary Problems of Ecology, 12(2): 109-125

30. Gladyshev M. I., Sushchik N. N., Kolmakova A. A., Kalachova G. S., Kravchuk E. S., Ivanova E. A., Makhutova O. N. (2007) Seasonal correlations of elemental and ю-3 PUFA composition of seston and dominant phytoplankton species in a eutrophic Siberian Reservoir. Aquatic Ecology, 41: 9-23

31. Kelley D. E. (2018) Oceanographic analysis with R. New York, Springer-Verlag

32. Kirk J. T.O. (2010) Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. UK, Cambridge University Press, 649 p.

33. Kolmakov V. I., Anishchenko O. V., Ivanova E. A., Gladyshev M. I., Sushchik N. N. (2008) Estimation of periphytic microalgae gross primary production with DCMU-fluorescence method in Yenisei River (Siberia, Russia). Journal of AppliedPhycology, 20: 289-297

34. Mavraganis T., Thorarensen H., Tsoumani M., Nathanailides C. (2017) On the environmental impact of freshwater fish farms in Greece and in Iceland. Annual Research & Review in Biology, 13(1): 1-7

35. Nashaat M. R., Merhoon K. A., Salman S. K., Abbas E. K., Ali E. H. (2019) Impact of Al-Rasheed Power Plant effluents on phytoplankton biodiversity in Tigris River, Southern Baghdad. Journal of Physics: Conference Series, 1234(1): 012064

36. Nusch E. A. (1980) Comparison of different methods for chlorophyll and phaeopigment determination. Archiv fur Hydrobiologie, 14: 14-36

37. Podemski C. L., Blanchfield P J. (2006) Overview of the environmental impacts of Canadian freshwater aquaculture. A scientific review of the potential environmental effects of aquaculture in aquatic ecosystems. Canadian Technical Report of Fisheries and Aquatic Sciences, 2450: 30-79

38. Poff N. L., Zimmerman J. K.H. (2010) Ecological responses to altered flow regimes: a literature review to inform the science and management of environmental flows. Freshwater Biology, 55: 194-205

39. Ponomareva Yu.A., Ivanova E. A. (2016) Ratio between living and dead cells and the size structure of the Yenisei River phytoplankton downstream of the Krasnoyarsk Hydroelectric Power Station. Contemporary Problems of Ecology, 9(5): 582-589

40. Ruiz-Zarzuela I., Halaihel N., Balcazar J. L., Ortega C., Vendrell D., Perez T., Alonso J. L., de Blas I. (2009) Effect of fish farming on the water quality of rivers in northeast Spain. Water Science and Technology, 60(3): 663-671

41. Ruzickova S., Weissova V., Uher B., Helesic J. (2017) Macroinvertebrate herbivores and epilithon algae community of a stream affected by mineralized heated mining water inflow. Annales de LimnologieInternational Journal of Limnology, 53: 189-201

42. Schultz J. G.E., Kovatch J. J., Anneken E. M. (2013) Bacterial diversity in a large, temperate, heavily modified river, as determined by pyrosequencing. Aquatic Microbial Ecology, 70: 169-179

43. Sladecek V. (1973) System of water quality from biological point of view. Archiv fur Hydrobiologie, 7: 1-218

44. Sondergaard M., Jeppesen E. (2007) Anthropogenic impacts on lake and stream ecosystems, and approaches to restoration. Journal of Applied Ecology, 44: 1089-1094

45. Sushchik N. N., Gladyshev M. I., Kravchuk E. S., Ivanova E. A., Ageev A. V., Kalachova G. S. (2007) Seasonal dynamics of long-chain polyunsaturated fatty acids in littoral benthos in the upper Yenisei river. Aquatic Ecology, 41: 349-365

46. Tolomeev A. P., Anishchenko O. V., Kravchuk E. S., Kolmakova O. V., Glushchenko L. A., Makhutova O. N., Kolmakova A. A., Kolmakov V. I., Trusova M. Yu., Sushchik N. N., Gladyshev M. I. (2014) Component elements of the carbon cycle in the middle and lower Yenisei River. Contemporary Problems of Ecology, 7(4): 489-500

47. Walseng B., Hessen D. O., Halvorsen G., Schartau A. K. (2006) Major contribution from littoral crustaceans to zooplankton species richness in lakes. Limnology Oceanography, 51(6): 2600-2606

48. Wang F., Maberly S. C., Wang B., Liang X. (2018) Effects of dams on riverine biogeochemical cycling and ecology. Inland Waters, 8(2): 130-140

49. Wegl R. (1983) Index fur die Limnosaprobitat. Wasser undAbwasser. B. 26. 175 p.

50. Zargar S., Ghosh T. K. (2006) Influence of cooling water discharges from Kaiga nuclear power plant on selected indices applied to plankton population of Kadra reservoir. Journal of Environmental Biology, 27(2): 191-198

Размещено на Allbest.ru