Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 История изученности озер Увильдинской зоны 9
Глава 2 Материалы и методы исследования 19
Глава 3 Лимнологическая и гидрохимическая характеристика озер Иткуль, Синара, Силач
3.1 Краткая физико-географическая характеристика района исследований
3.2 Морфометрические и гидрологические характеристики исследуемых озер
3.3 Динамика антропогенного воздействия 37
3.4 Сезонная и многолетняя динамика физико-химических показателей качества воды
Глава 4 Структура и функционирование фитопланктона оз. Иткуль, Синара, Силач
4.1 Таксономическая структура фитопланктона 71
4.2 Эколого-географический анализ фитопланктона 87
4.3 Структурно-функциональные характеристики фитопланктона, их сезонная и многолетняя динамика
Глава 5 Современное экологическое состояние озер. Тенденции изменения качества воды и фитопланктона
Выводы 117
Литература 120
- Материалы и методы исследования
- Морфометрические и гидрологические характеристики исследуемых озер
- Сезонная и многолетняя динамика физико-химических показателей качества воды
- Структурно-функциональные характеристики фитопланктона, их сезонная и многолетняя динамика
Введение к работе
Южный Урал - регион, в котором уровень техногенной нагрузки является одним из самых высоких в Российской Федерации. Различными исследованиями показано, что в этом районе отмечается пониженная устойчивость экосистем к антропогенному воздействию (Александровская и др., 1966а, б, в, 1975; Грандилевская-Дексбах и др., 19706; Эделыптейн и др., 1990; Захаров, 1995, 1997; Кривопалова, 1995; Танаева и др., 1995; Андреева, 1996; Комплексный доклад ..., 1996; Ярушина и др., 1999, 2000, 2001, 2004; Сухарев и др., 2002; Рогозин и др., 2003; Ходоровская и др., 2003; Еремкина и др., 2004). В то же время здесь сосредоточены огромные по своей величине и запасам пресной воды системы озер, имеющие уникальное значение не только для Челябинской области, но и всего Уральского региона. Самой крупной является Увильдинская озерная зона, объединяющая около 55 водоемов в единую водную систему (Се-ментовский, 1951; Андреева и др., 1979).
Изучение озер, входящих в состав этих систем и испытывающих различный уровень антропогенной нагрузки, имеет особую теоретическую и практическую значимость, поскольку выявление особенностей развития гидроэкосистем в условиях антропогенного воздействия в конкретном регионе позволяет в определенной мере приблизиться к практической реализации концепции устойчивого развития экосистем, провозглашенной мировым сообществом и официально поддержанной на национальном уровне.
Актуальность темы. Исследования потоков и взаимосвязей между компонентами водных экосистем - важнейшая задача современной гидробиологии (Алимов, 1996). Озера Увильдинской зоны активно используются в качестве источников хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, для во-доотведения и рекреации, в рыбохозяйственных целях. В связи с этим выявление индикаторных показателей экологического состояния водоемов в условиях антропогенного воздействия является особенно актуальным.
Проведение многолетних наблюдений за изменением структурных и функциональных характеристик водных экосистем, обладающих некоторой суммой сходных параметров (например, расположенных в единой климатологической зоне) и подверженных различной степени антропогенного прессинга, существенно повышает достоверность экологических прогнозов (Иванова, 1997).
Известно, что при повышении скорости эвтрофирования фитопланктон одним из первых реагирует на изменение условий обитания. Многолетние наблюдения за изменением таксономического состава, структуры, динамики и продукционных характеристик планктонных альгоценозов, развивающихся в различных экологических условиях, проводились для водоемов умеренной зоны в других районах России (Петрова, 1990; Трифонова, 1990; Влияние .., 2003). В Уральском регионе многочисленные исследования водорослей в отдельных озерах носят, как правило, кратковременный характер (Ярушина и др., 2004). В связи с чем, анализ многолетней динамики структуры и функциониро-
вания фитопланктона оз. Иткуль, Синара, Силач представляется весьма актуальным.
Цель и задачи исследования - изучение состава, структуры, сезонной и межгодовой динамики альгоценозов трех крупнейших озер северной части Увильдинской зоны (восточный склон Урала) в условиях антропогенного эв-трофирования.
Для достижения цели были определены следующие задачи:
Выявить особенности многолетней динамики гидрохимического режима оз. Иткуль, Синара, Силач.
Выявить видовое богатство фитопланктона исследуемых водоемов и провести его эколого-географический анализ.
Изучить структуру, динамику численности и биомассы водорослей планктона в оз. Иткуль, Синара, Силач.
Определить направление сукцессии альгоценозов в исследуемых озерных экосистемах в условиях антропогенного эвтрофирования.
Защищаемые положения:
В таксономическом и эколого-географическом отношении альгофлора планктона озер северной части Увильдинской зоны и альгофлора водоемов Челябинской области представляют единое флористическое ядро, сформированное зональными условиями.
Фитопланктон озер Иткуль, Синара, Силач характеризуется наибольшим разнообразием представителей зеленых, диатомовых и синезеленых водорослей. Соотношение главных систематических категорий при явном преобладании зеленых и диатомовых водорослей соответствует характеру флористического состава планктона внутренних водоемов умеренной зоны.
Состав и структура альгоценозов исследуемых водоемов отражают современное состояние озерных экосистем и могут служить основой для проведения фитомониторинга (экологического мониторинга). При увеличении антропогенного эвтрофирования озер происходят наиболее существенные изменения структуры фитопланктона, увеличение его численности и биомассы.
Научная новизна. Впервые обобщены данные по гидрохимическому режиму оз. Иткуль, Синара и Силач. Показано, что характер и степень антропогенного воздействия в условиях Южного Урала увеличивают скорость эвтрофирования водоемов, что выражается в изменении структуры альгоценозов, накоплении органического вещества за счет массового развития отдельных видов водорослей, прежде всего, синезеленых. Составлен таксономический список альгофлоры. Проведен сравнительный таксономический и эколого-географический анализ. Дана оценка современного экологического состояния озер по комплексным показателям. Изучены сезонная динамика и особенности развития сообществ водорослей, многолетние изменения количественных показателей. Выявлены особенности сукцессии фитопланктона в исследованных водоемах при антропогенном эвтрофировании. Выявлены взаимосвязи между биотическими и абиотическими факторами на уровне некоторых отделов и видов водорослей. Установлено, что при высоком уровне эвтрофирования в горных озерах Урала снижается индекс видового разнообразия Шеннона.
Практическая значимость. Полученные данные могут служить информационной и методической основой для разработки программ экологического мониторинга озерных экосистем Южного Урала. Результаты изучения многолетней динамики гидрохимического режима оз. Иткуль, Синара, Силач расширяют представления об изменении физико-химических показателей воды в условиях антропогенного эвтрофирования. Данные о таксономическом составе фитопланктона дополняют сведения по биоразнообразию озер Уральского региона и могут использоваться при подготовке сводок региональных флор, определителей. Результаты исследований применяются для характеристики рыбо-хозяйственного фонда и оценки рыбопродуктивности водоемов Челябинской области, формирования информационной базы промыслово-биологических данных и расчета ущерба водным биоресурсам от хозяйственной деятельности.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на II Международной конференции «Актуальные проблемы современной альгологии» (Киев, 1999); научно-производственном совещании «Биология, биотехника разведения и промышленного выращивания сиговых рыб» (Тюмень, 2001); II Международной научной конференции «Озерные экосистемы: Биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (Минск-Нарочь, 2003); Международной конференции «Первичная продукция водных экосистем» (Борок, 2004); Международной конференции «Природное наследие России: изучение, мониторинг, охрана» (Тольятти, 2004), IX школе диатомологов России и стран СНГ (Борок, 2005); Всероссийской научной конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования» (Казань, 2005); Международной конференции «Водная экология на рубеже XXI в.: к 100-летию профессора Г. Г. Винберга» (С.-Петербург, 2005); Международной конференции «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (С.-Петербург, 2006); IX Съезде Гидробиологического об-ва РАН (Тольятти, 2006); III Международной конференции «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (Минск-Нарочь, 2007); II Всероссийской конференции «Водоросли: проблемы таксономии, экологии и использование в мониторинге» (Сыктывкар, 2009) и других научных мероприятиях различного уровня.
Результаты работы вошли в отчеты по темам НИР: «Синарская группа озер (морфология, гидрохимия, гидробиология)» (РФЯЦ-ВНИИТФ. Снежинск, 1991); «Определение эколого-рыбохозяйственного состояния озер Синара, Та-тыш, Ташкуль, Силач и разработка технологии рыбного хозяйства для муниципального предприятия города Снежинска» (СибрыбНИИпроект. Тюмень, 1999); «Разработать рыбоводно-биологическое обоснование по созданию маточного стада пеляди в оз. Иткуль Челябинской области» (УралСибрыбНИИпроект. Екатеринбург, 2001); «Выявление причин, вызывающих цветение водорослей в оз. Синара» (ИЭРиЖ УрО РАН. Екатеринбург, 2002). Полученные данные используются в преподавании курса «Обеспечение компетентности лабораторий, осуществляющих контроль биологическими методами. Подготовка к аккредитации» в Уральском филиале ГОУ ДПО «Академия стандартизации, метрологии и сертификации».
Личный вклад соискателя. Диссертационная работа является результатом многолетних (1991-2006 гг.) исследований водоемов северной части Увильдинской озерной зоны, выполненных автором самостоятельно (обработка гидробиологического материала) и в сотрудничестве с коллективом аналитической лаборатории отдела промышленной экологии РФЯЦ-ВНИИТФ (г. Сне-жинск) под руководством автора (гидрохимический анализ). С 2000 по 2006 гг. гидрохимический и гидробиологический материал обрабатывался автором в лаборатории гидробиологии Уральского филиала ФГУП «Госрыбцентр» -Уральского НИИ водных биоресурсов и аквакультуры (г. Екатеринбург).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, из них две статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и одна коллективная монография.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 179 страницах текста, включая 54 рисунка, 26 таблиц. Список литературы включает 326 отечественных и зарубежных источников.
Благодарности. Выражаю свою глубокую благодарность научному руководителю Маргарите Ивановне Ярушиной за ценные советы по организации исследований и помощь при обработке материалов. Искренне признательна сотрудникам отдела промышленной экологии РФЯЦ-ВНИИТФ, коллегам Уральского филиала ФГУП «Госрыбцентр», Института экологии растений и животных УрО РАН (г. Екатеринбург) за участие и поддержку.
Материалы и методы исследования
После академических экспедиций конца XVIII в. научные исследования в России значительно сокращаются и возобновляются лишь во втором десятилетии XIX столетия. Первый период изучения озер Зауралья знаменуется работой И. Дебу (1837), в которой приводятся краткие сведения об озерах бывшего Троицкого и Челябинского уездов (размеры, садка солей и пр.) и указывается их общее число - 1145. В дальнейшем Урал исследуется лишь в своей южной части и в Зауралье. Эти работы связаны с обследованием соляных озер. По экспедиционным данным, собранным в первой половине XIX в., А. Гумбольдт, Г. Розе, Э. К. Гофман, П. И. Гельмерсен, Э. А. Эверсман и др. ученые (Грандилев-ская-Дексбах и др., 1970а) дают краткое выборочное описание водоемов.
2 этап (70-е годы XIX в. - 1917 г.) - описательный - характеризуется развитием региональных исследований озерного фонда во многих районах России. На Урале эти работы выделяются своей рыбохозяйственной и рыбопромысловой направленностью. Первая подробная характеристика и классификация озер Южного и Среднего Урала дана В. Д. Аленицыным (1874), который в 1871 и в 1873 гг. по поручению Казанского и Санкт-Петербургского обществ естествоиспытателей исследовал около 30 водоемов в Троицком и Челябинском уездах. Им описана гидрографическая сеть, морфометрические и гидрологические особенности, ихтиофауна, высшая растительность и другие характеристики 11 озер, только одно из которых - оз. Аргази - расположено в Увильдинской зоне.
В работе Л. П. Сабанеева (1873) о Зауральских озерах впервые дана обстоятельная характеристика значительной части водоемов Увильдинской зоны, включая Синарскую, Каслинско-Кыштымскую и Ильменскую группы. Впервые автор указывает на горный характер оз. Иткуль, Увильды, Иртяш и др., подробно описывая окружающие ландшафты, морфометрию котловин, сроки установления льда и вскрытия, глубины, состав ихтиофауны и особенности рыбного промысла, кормовую базу и приводит карту с полным списком водных объектов исследованного им в 1870-1871 гг. района. Он отметил зарегулированность этой водной системы, обеспечивающей нужды горнозаводской промышленности. Это практически единственный источник, в котором дано обстоятельное описание оз. Иткуль, Синара, Силач в конце XIX в. В 1871 г. в г. Екатеринбурге, как и в ряде других крупных городов России (Петербург, Харьков и пр.), по инициативе ученых-краеведов организуется Уральское общество любителей естествознания (УОЛЕ), важным направлением в работе которого было изучение водоемов Урала, их фауны и флоры (Макаров, 1930). Однако вплоть до начала XX века изучение озер Уральского края было бессистемным, а сведения о них -отрывочными. По существу, этот период можно охарактеризовать как процесс первоначального географического ознакомления с озерным фондом региона.
Первое десятилетие XX в. отличается, прежде всего, научно-методическим подходом к изучению отдельных процессов в водных экосистемах (физических, химических, биохимических и биологических), что связано, в первую очередь, с практическими запросами. В это время У ОЛЕ проводит исследования озер в рыбохозяйственном и физико-географическом отношении. В Увильдинской зоне Я. Н. Щелкановцевым (1903) наиболее основательно исследуются оз. Тургояк, Кисыкуль, Ильменское. Летом 1907 г. В. Н. Лебедев (1909) тщательно изучил 15 водоемов, большинство из них (оз. Иртяш, Увильды, Су-гомак, Б. Касли, Сунгуль, Силач, Сугомак и др.) расположены в пределах Кас-линско-Кыштымской группы. Под руководством И. В. Кучина, организовавшего специальную комиссию по рыбоводству и рыболовству при УОЛЕ, проводятся комплексные работы, по итогам которых составлено описание 178 кыш-тымских озер и карта распространения рыб (Кучин, 1909, 1916а, б). На оз. Иртяш (1907 г.) и Синара (1912 г.) создаются рыбоводно-ихтиологические лаборатории, а в 1913 г. на оз. Аракуль открывается первый на Урале сиговый рыбо-разводный завод, где наряду с ихтиологическими проводились и гидробиологические исследования. К обработке гидробиологических материалов, собранных в это время, привлекались не только отечественные, но и зарубежные коллеги, у которых мы находим первые сведения о видовом соответственно. составе фито- и зоопланктона озер Увильдинской зоны (Исполатов, 1910; Новиков, 1910а, б; Фурман, Тие-бо, 1910а, б; Bachmann, 1929). При этом только в работах А. В. Новикова и Г. Бахмана приведены списки водорослей из 14 и 54 таксонов (видов, разновидно п стей и форм) Это первые альгологические публикации, по которым мы можем судить о степени развития массовых видов в водоемах Увильдинской зоны.
В 1905, затем в 1912 и 1913 гг. В. Н. Сементовский (1907; 1914а, б) исследовал горные озера Южного Урала, составляющие южную и центральную часть Увильдинской зоны, в том числе Аргази, Б. и М. Миассово, Мисяш, Кун-дравинское и др. Он не только составил подробные батиметрические карты водоемов, геологическое описание котловин и водосборов, гидрографии района, но и дал их классификацию. Здесь же впервые приводится и общее характеристика области горных озер Урала с географическими координатами (6008 -6048 в.д. и 5450 -5658 с.ш.), впоследствии обозначенной М. А. Андреевой с соавт. (1979) Увильдинской озерной зоной.
3 этап (1918 - 1970 гг.) - инвентаризационный. Этот период характеризуется интенсивным и глубоким научным исследованием озер Урала, что вызвано появлением совершенно новых практических запросов. В 1921-1922 гг. в Европе было создано «Международное объединение лимнологов», выработавшее новое методологическое направление. В его основе лежал биолого-экологический принцип, когда водоем рассматривается как единая экологическая система, характеризующаяся совокупностью физических, химических и биологических признаков. Такой подход позволил решать многочисленные вопросы, связанные с таксацией и бонитировкой озер как рыбных угодий. Для составления Водного кадастра СССР проводятся сводно-учетные работы по озерному и прудовому фондам.
Морфометрические и гидрологические характеристики исследуемых озер
Для определения растворенного кислорода отдельные порции воды отбирались батометром сразу в кислородные склянки с фиксацией на месте отбора.
Сгущение проб осуществляли осадочным способом. Подсчет численности производили в камере Нажотта (V = 0.01 см3). Использовали световые микроскопы БИМАМ-Р-11 и «Микмед-2» (увеличение в 640 и 1000 раз). Биомассу рассчитывали по общепринятой методике, исходя из численности и объема клеток каждого таксона (Методика изучения .., 1975; Садчиков, 2003).
Виды, разновидности и формы водорослей идентифицировали по отечественным определителям: «Определитель пресноводных водорослей СССР» (Забелина и др., 1951; Голлербах и др., 1953; Попова, 1955; Матвиенко и др., 1978; Паламарь-Мордвинцева, 1982; Мошкова и др., 1986), «Флора споровых растений СССР» (Косинская, 1952, 1960; Попова, 1966, 1976), «Диатомовый анализ» (1949а, б; 1950), «Краткий определитель ..» (Царенко, 1990), и сводкам зарубежных авторов (Anagnostidis, Komarek, 1985; Ettl, 1983; Krammer et al., 1986, 1988, 1991a,b; Ettl, Giirtner, 1988; Round et al., 1990; Komarek, Anagnostidis, 1999). Для уточнения видового состава дополнительно исследовались диатомовые водоросли. Техническую обработку проб проводили по общепринятой методике (Диатомовые водоросли СССР, 1974) холодным сжиганием в концентрированной серной кислоте с последующим заключением в анилин-формальдегидную среду Эльяшева. Виды определялись в постоянных препаратах при увеличении 1400 с иммерсией. В основу систематического списка положена классификационная система, принятая нами при ревизии флоры водорослей водоемов Челябинской области (Ярушина и др., 2004).
Для определения первичной продукции планктона использовался метод измерения скорости фотосинтеза в воде, заключенной в склянки, в кислородной модификации (Методические рекомендации .., 1981) с суточной экспозицией. Интегральную первичную продукцию рассчитывали как средневзвешенную величину. Флористический анализ фитопланктона проводили с использованием общепринятых показателей, индексов и коэффициентов: пропорций флоры, родового коэффициента (родовой насыщенности видовыми и внутривидовыми таксонами), флористических спектров (Шмидт, 1980), индекса Chlorophyta:Cyanophyta (Гецен, 1985; Комулайнен, 2004; Шабалина, 2009), зависимости Виллиса, коэффициентов общности видового состава Сёренсена (Кс) и флористического сходства Жаккара (Садчиков, 2003; Баринова и др., 2006). При эколого-географической характеристике фитопланктона использовали литературные данные (Баринова и др., 2006). Число таксонов определяли с учетом видов, разновидностей и форм.
Для того чтобы выявить направление сукцессии планктонных комплексов рассчитывали информационный индекс Шеннона (Баринова и др., 2006).
Степень органического загрязнения водоемов оценивали по индексу сапробности (S) методом Пантле-Бука в модификации Сладечека (Садчиков, 2003; Баринова и др., 2006).
При проведении ал ьго логических сборов и отборе проб воды проводилось определение физико-химических параметров водной среды (температуры воды, прозрачности по диску Секки, запаха, цвета). Пробы для гидрохимического анализа отбирались в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000. Исследования выполнялись в аккредитованной лаборатории отдела промышленной экологии РФЯЦ-ВНИИТФ по аттестованным методикам, рекомендованным для экологического мониторинга поверхностных вод в ранге ПНД Ф и РД 52. В пробах воды определялись: водородный показатель (рН), цветность, ХПК, перманганатная окисляемость (ПО), растворенный кислород, БПК5, хлорид-ионы, сульфат-ионы, гидрокарбонат-ионы, ионы аммония, нитрит-ионы, нитрат-ионы, фосфат-ионы, жесткость общая, кальций, магний, натрий и калий (суммарно), железо общее, цинк, кадмий, никель, свинец, хром. Насыщение воды кислородом и суммарное содержание минерального азота и фосфора рассчитывали согласно установленным поправкам и известным эквивалентам (Алекин и др., 1973). Градуировка приборов выполнялась с использованием соответствующих ГСО (государственных стандартных образцов). Коэффициенты регрессии для определения зависимости между оптической плотностью и концентрациями компонентов рассчитывались с помощью программы Statistika 6.0. Внутренний контроль качества количественного химического анализа проводился в соответствии с РМГ 76-2004.
Коэффициенты корреляции между численностью, биомассой фитопланктона и гидрохимическими показателями устанавливали с использованием стандартного программного продукта Excel.
Сезонная и многолетняя динамика физико-химических показателей качества воды
Используя шкалу Карлсона для определения трофического типа водоемов по значению TSI-индекса, можно констатировать, что оз. Иткуль, имевшее в 30-е годы олиготрофный статус, в настоящее время обладает признаками мезотро-фии. В оз. Синара отмечены черты эвтрофного типа, а оз. Силач из эвтрофного уже в начале 90-х гг. XX в. превратилось в гипертрофное (Теоретические вопросы .., 1993). При этом, TSI-индекс в оз. Иткуль увеличился на 14.7 ед., в оз. Синара - на 8.0 ед., в оз. Силач - на 18.0 ед. Таким образом, наиболее высо-кой скоростью эвтрофирования отличается оз. Силач, в оз. Иткуль значительное повышение трофического статуса связано, по-видимому, с интенсивной сра-боткой водоема в маловодный период 1974-1980 гг.
По классификации, предложенной С. П. Китаевым (1984), на современном этапе оз. Иткуль и Синара - оптически мелководные (олигомезофотобат-ные) водоемы с коэффициентом относительной прозрачности 0.36 и 0.33 соответственно. Оз. Силач - оптически очень мелководный (олигофотобатный) водоем с коэффициентом 0.14. Полученные данные сопоставимы со степенью за-растаемости озер макрофитами. По трофобиотической структуре их можно отнести к озерам планктотрофного типа, где ведущую роль в создании автохтонной первичной продукции играет фитопланктон, в кормовой базе для рыб -зоопланктон, а в ихтиоценозе - рыбы-планктофаги (Китаев, 1984). Газовый режим. Известно, что из растворенных газов кислород имеет наиболее важное значение для гидробионтов. Среди многочисленных факторов, определяющих кислородный режим озер, наиболее существенными являются количество и характер органического вещества (накопленного в донных отложениях, растворенного в воде и находящегося во взвешенном состоянии), интенсивность биохимических процессов, температура воды и пр. Сезонная динамика содержания кислорода в воде представлена в табл. 5.
В оз. Иткуль сезонное и вертикальное распределение растворенного кислорода характерно для глубоких озер Восточного склона Урала. В теплые летние месяцы оно отличается неравномерностью. При высоком содержании в поверхностном слое воды, у дна, на глубинах 8.5-10.5 м, кислородный дефицит летом может достигать 40-66 %. Кислородная вертикальная кривая имеет зигзагообразный характер (рис. 6).
Послойное скачкообразное содержание кислорода в водной толще летом связано с динамикой биомассы живого и отмершего планктона, поступлением притоков различной плотности и неодинаковой степенью насыщенности воды кислородом. При осеннем похолодании происходит перемешивание водной массы и насыщение ее кислородом. Перед ледоставом отмечается гомооксида-ция: концентрации кислорода у поверхности и на глубине практически уравни ваются. Зимой содержание кислорода в поверхностных слоях высокое, иногда наблюдается незначительное пересыщение. На дне, в литорали, близкое к полному насыщению. В придонном слое в пелагиали дефицит кислорода может достигать 78 %. Минимальные концентрации в подледный период наблюдаются в марте-апреле, в глубоководной части у дна дефицит иногда составляет 80-100 %. Подобный кислородный режим характерен для олиготрофных озер восточного склона Урала (Выяснение факторов .., 1947).
Кислородный режим оз. Синара аналогичен оз. Иткуль: содержание кислорода в начале зимнего периода довольно значительное практически по всей акватории, насыщение от дна до поверхности близко к полному. Исключением является прибрежный участок озера на северо-востоке, где в водоем поступает вода из прилегающего болота. На прибрежной акватории площадью несколько гектаров отмечен острый дефицит растворенного кислорода (98 %). В конце подледного периода при довольно высоком содержании кислорода в поверхностных слоях, у дна его недостаток достигает 80-100 %. В летнее время наблюдается послойное распределение кислорода по вертикали (рис. 6).
В отличие от оз. Иткуль, в оз. Синара у поверхности вода часто значительно пересыщена кислородом (табл. 5). В придонных слоях интенсивное поглощение кислорода илами приводит к падению его концентрации: на глубине около 10 м дефицит может достигать 50 %, а в ямах — 100 %. Такое явление отмечалось не только зимой, но и летом (Выяснение факторов.., 1947). В период весенней и осенней циркуляции вся водная толща богата кислородом. При сильных ветрах со дна может подниматься детрит, из-за которого насыщение воды снижается на 40-60 %.
Для кислородного режима оз. Синара характерна «пятнистость», т.е. неравномерное распределение кислорода по акватории. Причины этого явления кроются в различии грунтов озера, распространении макрофитов, фитопланктона, характере берегов, гидродинамике водных слоев, поступлении загрязнений и пр. Наиболее ярко она проявляется летом и в конце подледного периода. В придонных слоях, ограниченных изобатами 8.0-9.0 м, содержание кислорода в летние месяцы падает до 6.0 мг/дм3, зимой - до 3.0 мг/дм3. От берега до изобаты 8.0 м средняя концентрация у дна составляет 7.0-12.0 мг/дм3 в течение всего года. Наиболее богаты кислородом курьи Глубокая и Пески с песчаным дном, расположенные в прибойной зоне. Обеднена кислородом Иткульская курья с засплавиненными берегами, принимающая воды р. Шумихи, протекающей по заболоченной территории.
Структурно-функциональные характеристики фитопланктона, их сезонная и многолетняя динамика
Анализ родовой насыщенности видовыми и внутривидовыми таксонами показал, что в условиях антропогенного эвтрофирования увеличивается видовое богатство синезеленых, эвгленовых, криптофитовых, желто-зеленых и зеленых водорослей (рис. 24, 25), снижается - динофитовых.
В целом, насыщенность родов видами в исследованных озерах увеличивается при антропогенном эвтрофировании. В оз. Иткуль родовой коэффициент составляет 2.1, оз. Синара - 2.4, оз. Силач - 2.5, и существенно ниже, чем во флоре водоемов Челябинской области - 3.7.
Роль семейств с одновидовым представителем в изученных альгофлорах значительна и возрастает с увеличением трофического статуса водоема: в оз. Иткуль - 29.5 %, оз. Синара - 30.1 %, оз. Силач - 30.8 %. Доля маловидовых (1-2 вида) родов также существенна: в оз. Иткуль - 62.5 %, оз. Синара - 61.0 %, оз. Силач - 63.7 %. Высокая доля одновидовых семейств и преобладание маловидовых родов в структуре флоры - характерные черты бореальных флор (Гецен и др., 1994; Ярушина и др., 2004; Стерлигова, 2009).
Систематическую структуру флор оз. Иткуль, Синара, Силач анализировали с помощью флористических спектров (Шмидт, 1980) по 10 ведущим таксонам, учитывая долю и порядок расположения семейств и родов в зависимости от их видового богатства. Известно, что ведущие семейства имеют наибольшее диагностическое значение при анализе систематической структуры любой флоры (Малышев, 1972; Юрцев и др., 1978; Гецен, 1985). Семейственные спектры характеризуют индивидуальные особенности исследованных водоемов, отражая, в том числе, и уровень антропогенного воздействия (табл. 18).
Вклад ведущих семейств в альгофлоры исследованных водоемов увеличивается по мере их эвтрофирования: от 42 % в оз. Иткуль, до 46 % в оз. Синара и 48 % - в оз. Силач. В целом семейственные спектры озер аналогичны флоре водоемов Челябинской области (Ярушина и др., 2004). Ведущую позицию везде занимает семейство Scenedesmaceae, роль которого возрастает по мере увеличения трофии водной экосистемы. Индивидуальными чертами изученных флор являются: присутствие в спектре ведущих семейств оз. Иткуль семейства Bacillariaceae, оз. Синара —Naviculaceae, Anabaenaceae, оз. Силач -Microcystidaceae. Следует отметить, что с увеличением трофического статуса водоема в семейственном спектре повышается ранговое место Oocystaceae. Родовые спектры флор водорослей исследованных озер на 80 % идентичны (табл. 19), но различаются ранговыми местами составляющих их родов. Первое место везде принадлежит представители зеленых водорослей из рода Desmodesmus, на второе место по значимости выходят эвгленовые - род Trachelomonas. Спектры родов флор оз. Иткуль, Синара, Силач имеют существенное сходство (70 %) с таковым альгофлоры водоемов Челябинской области (Ярушина и др., 2004), однако значимость составляющих их таксонов различается. Вклад ведущих родов во флору водоемов составляет 26 % в оз. Иткуль, 28 % - в оз. Синара и 25 % - в оз. Силач. По мере увеличения трофического статуса водоема снижается значимость Nitzschia и возрастает -Desmodesmus. В целом влияние зеленых водорослей в родовом спектре увеличивается: 7.5 % - оз. Иткуль, 9.8 % - оз. Синара, 10.9 % - оз. Силач, диатомовых - уменьшается: 6.9 % - оз. Иткуль, 4.9 % - оз. Синара, 3.6 % - оз. Силач.
При флористическом анализе фитопланктона широко используется индекс Chlorophyta : Cyanophyta. Для оз. Иткуль он составил 2.0, для оз. Синара — 2.4, для оз. Силач - 2.8. Сравнение полученных значений с данными для других регионов России показало его близость с северными и горными районами, где это соотношение не превышает 3.0 (Гецен, 1985; Комулайнен, 2004; Судницына, 2008; Шабалина, 2009). Например, для флоры водорослей водоемов и водотоков Псковской области оно равно 2.0, для озер - 1.7. Выявлено, что в условиях Южного Урала при антропогенном эвтрофировании индекс увеличивается.
Общность видового состава фитопланктона в исследованных озерах устанавливали по коэффициентам Сёренсена и Жаккара (флористического сходства), широко применяемым в биологических исследованиях (Садчиков, 2003). Минимальная степень сходства между флорами оз. Иткуль и Силач, максимальная - между водорослями планктона оз. Синара и Силач (табл. 20).
Сезонная динамика видового богатства фитопланктона имеет сходный характер во всех исследованных водоемах (рис. 26). Наибольшее разнообразие выявлено в июле, когда создаются оптимальные температурные условия для его развития. Минимальное число таксонов отмечено в подледный период таксонов отмечено в подледный период (декабре - январе).
Характер многолетней динамики таксономического разнообразия водорослей в общих чертах отражает ход сукцессии, обусловленной процессами эвтрофирования. Известно, что при изменении трофического статуса от олиготрофного к эвтрофному происходит увеличение числа видов, разновидностей и форм, которое начинает постепенно снижаться после достижения экосистемой определенного критического уровня, а в сильно загрязненных гипертрофных водах достигает минимума (Баринова и др., 2006).
