Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1.Краткаи характеристика исследуемых водохранилищ 7
1.1.1, Горьковское водохранилище 7
1.1.2. Чебоксарское водохранилище 8
1.2.Гидробиологнческая изученность исследуемых водохранилищ (краткий обзор) 8
1.2.1. Горьковское водохранилище 8
1.2.2. Чебоксарское водохранилище 10
1.3. Опыт применения теории экологических модификаций для оценки состояния пресноводных биоценозов 14
1.4. Влияние магнитного поля Земли на биоту 20
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 23
2.1. Исходные материалы 23
2.1.1 Фитопланктон 26
2.1.2. Зоопланктон 26
2.1.3. Макрозообентос 27
2.1.4. Геофизические данные 28
2.2. Методики оценки экологического состояния биоценозов водохранилищ 29
2.3. Корреляционный анализ 31
Глава 3. АНАЛИЗ МНОГОЛЕТНЕЙ ДИНАМИКИ ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 34
3.1. Анализ по показателям фитопланктона 34
3.1.1. Горьковское водохранилище (12 створов) 34
3.1.2, Чебоксарское водохранилище (15 створов) 42
3.2. Анализ по показателям зооплапктона 53
3.2.1. Горьковское водохранилище (12 створов) 53
3.2.2. Чебоксарское водохранилище (15 створов) 63
3.3 Анализ по показателям зообентоса 75
3.3.1. Горьковское водохранилище (12 створов) 75
3.3.2. Чебоксарское водохранилище( 15 створов) 83
3.4 Анализ корреляций между характеристиками структуры биоценоза. Характеристика экологических модификаций 91
3.4.1. Горьковское водохранилище 91
3.4.2. Чебоксарское водохранилище 99
3.5. Обобщение результатов корреляционного анализа гидробиологических данных. Количество случаев корреляций разной силы 110
3.5.1.Горьковское водохранилище ПО
3.5.1.1. Фитопланктон 110
3.5.1.2. Зоопланктон Ill
3.5.1.3. Зообентос 112
3.5.2. Чебоксарское водохранилище 114
3.5.2.1. Фитопланктон 114
3.5.2.2. Зоопланктон 114
3.5.2.3. Зообентос 116
Глава 4. АНАЛИЗ КОРРЕЛЯЦИЙ ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ИНДЕКСОВ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ 119
4.1. Фитопланктон 121
4.2. Зоопланктон 127
4.3. Зообентос 133
Глава 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ 140
5.1. Горьковское водохранилище 140
5.1.1. Фитопланктон 140
5.1.2. Зоопланктон 145
5.1.3. Зообентос 150
5.2. Чебоксарское водохранилище 155
5.2.1. Фитопланктон 155
5.2.2. Зоопланктон 160
5.2.3. Зообентос 165
ВЫВОДЫ 170
ЛИТЕРАТУРА 172
ПРИЛОЖЕНИЯ 180
Чебоксарское водохранилище
Биота Чебоксарского водохранилища изучена относительно слабо. Исследования фитопланктона Волги (1978- 1980гг.) в районе затопления Чебоксарского водохранилища проводились А.Г.Охапкиным [Охапкин, 1984]. Он также выделил три участка в исследованном районе. Флористический состав водорослей и распределение их биомассы ниже плотины Горьковской ГЭС определялись в основном влиянием стока Горьковского водохранилища. Ниже впадения Оки фитопланктон Волги изменялся: увеличивалось как видовое разнообразие, так и общая биомасса водорослей, что проявлялось особенно сильно вдоль правого берега. Вниз по течению различия окского и волжского потоков постепенно сглаживалось. В зависимости от расходов Оки и попусков Горьковского водохранилища различия фитопланктона вдоль правого берега прослеживалось до района Кадницы - Фокино. Фитопланктон Волги от устья Суры до Чебоксар более однороден по поперечной оси реки, чем до устья Суры. Здесь проявляется влияние других притоков Волги - Суры, Ветлуги [Охапкин, 1994].
Охапкиным А.Г. установлено, что в фитопланктоне на участке будущего Чебоксарского водохранилища преобладали диатомовые водоросли, наблюдалась высокая видовая насыщенность растительного планктона, максимальная биомасса отмечена в летний период. Летом диатомовым сопутствовали синезеленые (особенно в верховьях рассматриваемого участка Волги) и хлорококковые водоросли. Как и ранее, отмечена тенденция к увеличению средних значений биомассы от плотины Горьковской ГЭС к Чебоксарам. Наименьшими показателями средней за вегетационный период биомассы характеризовался район Волги до устья Оки (1,10 мг/л), второй район (до устья Суры) значительно более продуктивен (5,27 мг/л) и максимальная средневегетационная биомасса зарегистрирована в третьем районе Волги (6,1 мг/л). Намечающееся снижение средней за вегетационный период биомассы в сравнении с данными 1969 - 1972 гг., по-видимому, обусловлено тем, что период 1978-1980 гг. характеризовался повышенной водностью и довольно низкой летней температурой воды. Преобладание в планктоне индикаторов высоких степеней трофности (виды рода Stephanodiscus), увеличение разнообразия и значения хлорококковых, заметная роль синезеленых водорослей и высокие продукционные показатели планктона свидетельствуют о значительном антропогенном влиянии на экосистему Волги в исследованном районе.
Состояние зоо планктонного сообщества на незарегулированном участке р.Волги от плотины Горьковской ГЭС до г.Чебоксары в 1976-80гг. описывается в работах Г.В, Шургановой [1983, 1984], А.С. Константинова [1984], Ф.Д. Мордухай-Болтовского [1982].
Данные по зоопланктону Волги в районе строящейся Чебоксарской ГЭС получила экспедиция кафедры зоологии позвоночных Казанского Государственного Университета (1971г. 1974-1975гг.) [Лукин, 1980].
Численность и биомасса в русловых участках придаточных водоемов были более высокими, чем в русле р.Волги, за счет развития ракообразных, главным образом, ветвистоусых.
В 1980г. в зоопланктоне исследованных водоемов преобладали организмы-индикаторы с олиго-бетта-мезосапробной степенью. Индексы Пантле-Букка колебались в придаточных водоемах от 1,00 до 1,60 (залив Каракоте), от 1,50 до 1,60 (в Кувшинковской воложке), а в Волге от 2,10 до 2,20, т.е. воды относились к категории бета-мезосапробных (или загрязненных с уклоном в более чистые воды). Эти данные совпадали с данными Г.В. Шургановой и М.А. Кузнецова [1983], характеризовавших трассу Чебоксарского водохранилища как умеренно загрязненную.
С 1982 года - формирование зоопланктона вступило в третью стадию, оно сопровождалось уменьшением видового разнообразия - исчезновением видов, свойственных пойменным водоемам, и появлением однородного состава, включающего в основном виды эврибнонтпых. Отмечено, что строительство Чебоксарской ГЭС в первые годы не оказало существенного влияния на ведущие формы зоопланктона [Шурганова, Кузнецова, 1983].
Следует подчеркнуть, что до ввода в действие Чебоксарской ГЭС разница в составе зоопланктона Волги и ее придаточных водоемов была выражена более резко [Шурганова, Кузнецова, 1983].
По мнению И.К. Ривьер и А.И. Баканова при эксплуатации Чебоксарского водохранилища изменится зоопланктон Волжского плеса Куйбышевского водохранилища - зоопланктон будет представлять собой сток из приплотинного участка Чебоксарского гидроузла. Авторы считают, что проявится фактор "ненадежности", который будет выражен в обеднении и перестройке зоопланктона в верховье водохранилища при зарегулировании участков выше по течению [Ривьер, Баканов, 1984],
По данным кафедры зоологии позвоночных КГУ за 1982-1983гт. [Кузнецов, 1986] видно, что произошли некоторые сокращения видового состава зоопланктона, его резкое количественное обеднение в поверхностных водах русловой части при одновременном значительном увеличении показателей в придонных слоях и в пойме.
До создания Чебоксарского водохранилища А.С. Константиновым проводились исследования речной части Куйбышевского водохранилища, которые показали, что наиболее разнообразным зообентос был в мелководной зоне (с глубинами до 5 м), занимающей свыше 40% площади дна водоема, где доминировали олигохеты, хирономиды, высшие ракообразные и моллюски [Константинов, 1984],
Исследованию донной фауны Волги, в месте будущего водохранилища посвящена работа Р.А. Шахматовой, Ю.Н. Разгуловой, А.А.Кравченко [1984]. По структуре донных биоценозов, видовому составу и главным образом по количественному развитию донной фауны авторы разделяют район Волги в месте образования Чебоксарского водохранилища на три участка: первый - от потины Горьковской ГЭС до устья Оки, второй - от г. Горького до устья Суры и третий — от Васильсурска до Чебоксар. На участке от плотины Горьковской ГЭС до устья р.Оки влияние Горьковского водохранилища сказывается в повышенных скоростях течения и пониженной температуре воды в правобережье реки. В левобережье преобладают песчаные грунты с различной степенью заиления. Отмечено, что численность и биомасса донных организмов подвержены годовым флюктуациям, но в среднем в аспекте многолетней динамики все же отчетливо прослеживается тенденция к закономерному снижению численности и биомассы зообентоса на этом участке по сравнению с двумя другими обследованными участками.
На обследованном участке Волги, который в настоящее время стал ложем нового Чебоксарского водохранилища, донная фауна испытывает значительное антропогенное воздействие. Определенное влияние на зообентос оказывает биосток Горьковского водохранилища притоки Волги и пойменные водоемы, и затоны [Шахматова, Разгулова, Кравченко, 1984].
По данным Р.А. Шахматовой, Н.С. Тухсановой, В.М. Преснякова [1984] видовой состав и количество показателей донной фауны в значительной степени зависит от характера грунта.
Горьковское водохранилище (12 створов)
Данные по фитопланктону в створе выше города Кострома имеются за период с 1988 по 1993г., по трем месяцам ежегодно - май, июль, октябрь.
Индекс сапробности изменяется по сезонам. Максимальный индекс зарегистрирован весной 1988 г. - 2,57, минимальный - осенью 1990г. - 1,75. Среднегодовой индекс за изученный период изменялся в диапазоне от 1,89 (1989 г.) до 2,34 (1988 г.) (Приложение 1).
Число видов фитопланктона имело как сезонные, так и среднегодовые изменения. Максимальное число видов отмечалось в весенне-летний период. Максимальное число видов зарегистрировано в июле 1989г. - 38, минимальное - в октябре 1992г. - 9. Среднегодовые изменения составили диапазон от 20 (1988 г.) до 35 видов (1989 г.). Весной наибольшее число видов было у диатомовых, летом и осенью - у зеленых, реже у диатомовых водорослей.
Численность фитопланктона претерпевала как сезонные, так и годовые изменения. Максимальная численность была в весенне-летний период (за исключением 1990г. и 1991гг., когда весной наблюдали минимальную численность). Среднегодовая численность изменялась в диапазоне от 3,01 Ш3 клУмл (1993г.) до 13,8 103 кл/мл (1989г.). Максимальная численность весной была у диатомовых водорослей, летом и осенью - у синезеленых, реже у диатомовых.
Биомасса изменялась как по сезонам, так и по годам. Максимальная биомасса отмечалась весной (за исключением 1990г., когда максимальная биомасса была осенью - за счет диатомовых водорослей). Максимум биомассы зарегистрирован весной 1988 г. - 16,58 мг/л, минимум - осенью того же года - 0,27 мг/л. Среднегодовая биомасса изменялась в диапазоне от 1,89 - в 1989 г., до 2,34 мг/л - в 1988 г. Весной наибольшая биомасса была у диатомовых, летом и осенью - у синезеленых, реже у диатомовых водорослей (Приложение 2).
Данные по фитопланктону в створе ниже города Кострома имеются за период с 1988 по 1993г., по трем месяцам ежегодно - май, июль, октябрь. В каждом месяце данные представлены по двум вертикалям 0,2,0,5. Индекс сапробности имел как сезонные изменения, так и годовые. Не выявлено четкой закономерности изменения индекса сапробности по сезонам. Максимальные значения этого показателя были как в весенние и летние, так и осенние месяцы. Максимальный индекс сапробности - 2,57 - зарегистрирован весной 1988г., минимальный - 1,85 — осенью 1990 г. Максимальный среднегодовой индекс сапробности зарегистрирован в 1988г. - 2,29, минимальный - в 1990г. - 1,96 (Приложение 1).
Число видов фитопланктона имело изменения по сезонам. Так, максимальное число видов за изученный период отмечалось в летние месяцы (за исключением 1991г., когда максимум пришелся на весну). Летом 1989г. зарегистрировано максимальное число видов - 45 (вертикаль 0,2), 39 (вертикаль 0,5). Минимальное число видов было в октябре 1992г. - 10. Среднегодовые значения числа видов в течение изученного периода изменялись незначительно от 23 (в 1991г.) до 31 (в 1989г.). Максимальное число видов в весенний период было у диатомовых водорослей, летом и осенью - у зеленых, и в меньшей степени у диатомовых.
Численность фитопланктона изменялась как по годам, так и по сезонам. Максимальная численность регистрировалась в весенний период - на вертикали 0,5, в летний - на вертикали 0,2, однако в 1989г. и 1991г. максимум пришелся на осень на обеих вертикалях. Среднегодовая численность изменялась в диапазоне от 4,33 103 кл/мл (1990г.) до 14,13 103 кл/мл (1991г.). Весной максимальная численность была у диатомовых водорослей, летом у зеленых и синезеленых, осенью - у синезеленых.
Биомасса изменялась по сезонам и годам. Максимальная биомасса была весной (за исключением 1989 г. и 1990 г., когда максимум пришелся на осень). Среднегодовая биомасса изменялась незначительно - в диапазоне от 2,76 мг/л (1993г.) до 6,53 мг/л (1992г.) (Приложение 2).
Данные по фитопланктону в створе выше города Кинешма имеются за период с 1988г. по 1993г. по трем месяцам ежегодно (май, июль, октябрь).
В этом интервале времени в значениях индекса сапробности наблюдаются изменения сезонного характера, с невыраженной закономерностью. Так, максимальные значения этого показателя отмечались в 1988, 1990 и 1993гг. в мае, в 1992 - в июле, 1989, в 1991 - в октябре. Также отмечалось изменчивость по годам, с незначительной тенденцией к увеличению среднегодовых значений. Наибольший среднегодовой индекс сапробности зарегистрирован в 1993г. (2,36), а минимальный - в 1989г. (1,93). В целом состояние водохранилища выше г.Кинешма можно характеризовать как мезотрофное 09-мезосапробное) (Приложение I).
Число видов за изученный период претерпевало, как сезонные изменения, так и изменения среднегодовых значений в течение изученного периода. Так, минимальное среднегодовое число видов было отмечено в 1988г. - 21, а максимальное в 1989г. - 28. Наибольшее число видов в весенний, летний и осенний периоды зарегистрировано у диатомовых и зеленых водорослей.
Численность фитопланктона в пробах была всегда выше осенью (за исключением 1991 года, когда максимальной численность была летом), В 1988г. наблюдалась максимальная среднегодовая численность - 13,4 103 кл/мл (в октябре этого года зарегистрирована максимальная численность за весь период наблюдений - 33,9 103 кл/мл). В весенние месяцы максимальная численность была у диатомовых водорослей, летом - у зеленых (в 1991г. - синезеленых), осенью - у синезеленых.
Максимальная биомасса в этом створе зарегистрирована в 1989г - 6,7 мг/л, минимальная - в 1992 (2,33 мг/л). Максимальная биомасса была в мае 1989г. - 17,1 мг/л, минимальная в октябре 1992г - 0,49 мг/л. Основной вклад весной и летом был у диатомовых водорослей, осенью - у диатомовых и сине-зеленых (Приложение 2).
Данные по фитопланктону в створе выше города Кинешма имеются за период с 1988г. по 1993г. за три месяца ежегодно (май, июль, октябрь).
В этом интервале времени в значениях индекса сапробности наблюдаются изменения сезонного характера. Так, максимальные значения этого показателя отмечаются в 1988, 1990г. и 1993г. в мае, в 1992 - июле, в 1989, 1991, 1992 - в октябре. Также отмечалось изменчивость по годам. Максимальный среднегодовой индекс сапробности зарегистрирован в 1988г. (2,20), а минимальный - в 1989г. (1,85). В целом состояние водохранилища ниже города Кинешма можно характеризовать как мезотрофное (р-мезосапробное) (Приложение 1).
Число видов за изученный период претерпевало как сезонные изменения, так и среднегодовые. Так, минимальное среднегодовое число видов было отмечено в 1993г. - 21, а максимальное в 1988, 1990, 1991г. - 26. Наибольшее число видов в весенний период зарегистрировано у диатомовых водорослей, летний и осенний - у зеленых водорослей.
Фитопланктон
Выявлена синфазность между значениями интенсивностью фотосинтеза и индексами геомагнитной активности, которая в 1991, 1994-1998гг. проявляется более отчетливо, чем в другие годы, и противофазность в значениях деструкции органического вещества и К-индексом, аа-индексом, отчетливо выраженной в 1992г., 1993г. и 1994г. (Рис.4.2./Приложение 4).
Статистически достоверных связей между К-индексом и показателям продукции и деструкции не обнаружено, хотя последние хорошо коррелируют с температурой и прозрачностью воды. Таким образом, влияние ГМП на гидробиологические процессы, скорее всего не прямое (непосредственно на организмы), а опосредованное, через изменение абиотических параметров водохранилища.
Для определения степени влияния геомагнитного поля Земли на характеристики биоценоза рассчитывалась коэффициенты корреляции между гидробиологическими показателями трех сообществ (фитопланктона, зоопланктона и зообентоса) и индексами геомагнитной активности.
Синфазность между значениями численности, биомассы фитопланктона и К-индексом наблюдали лишь в отдельные годы: 1989, 1994-1996. В остальные годы (1988,1990,1992,1993гг.) наблюдали противофазность этих показателей (Рис.4.3).
Наибольшие положительные значения корреляций биомассы и К-индекса отмечали у криптофитовых и синезеленых водорослей. У криптофитовых водорослей максимальная корреляция отмечается в 1993-1994гт. (0,83; 0,81), у синезеленых в 1991, 1993-1994гг. (0,85; 0,62; 0,65), у зеленых в 1991г. (0,66), у диатомовых в 1995г. (0,74). Положительная корреляция К-индекса и численности организмов также наблюдается лишь в отдельные годы, которые обычно совпадают с годами положительной корреляции биомассы и К-индекса. (Таблица 4.4.).
При этом преимущественно наблюдается синфазность в значениях численности, биомассы различных групп организмов и К-индекса (Рис.4.4-4.7).
Корреляция со значениями аа-индекса рассчитывалась по гидробиологическим данным, полученным как в месяц наблюдения, так и со смещениями от I до 5 месяцев относительно сроков наблюдения аа-индекса, иначе говоря, показатели геомагнитной активности сравнивались с биологическими показателями, регистрируемыми как в тот же месяц наблюдения, так и в последующие месяцы наблюдений.
