Состояние планктонных сообществ северного каспия и влияние среды обитания на их развитие
На правах рукописи
Саркисян Нина Алексеевна
Состояние планктонных сообществ Северного Каспия
и влияние среды обитания на их развитие
Специальность: 03.02.10 - гидробиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Астрахань – 2013
Работа выполнена на кафедре гидробиологии и общей экологии ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»
| Научный руководитель: | Заслуженный деятель науки РФ, доктор сельско-хозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой гидробиологии и общей экологии ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» Зайцев Вячеслав Федорович |
| Официальные оппоненты: | Курочкина Татьяна Федоровна доктор биологических наук, профессор кафедры экологии, природопользования, землеустройства и безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет» Абдуллаев Хизри Тинамагомедович кандидат биологических наук, доцент кафедры ихтиологии биологического факультета ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет» |
| Ведущая организация: | Каспийский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук |
Защита состоится «27» декабря 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.307.001.05 при Астраханском государственном техническом университете по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, главный корпус, ауд. 313.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного технического университета по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16.
Отзывы на автореферат диссертации просим направлять по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, ФГБОУ ВПО «АГТУ», диссертационный совет Д.307.001.05, тел./факс (8512) 54-91-03, e-mail: [email protected]
Автореферат разослан «___» ноября 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета, кандидат биологических наук Мелякина Эльвира Ивановна
общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Каспийское море за всю свою историю неоднократно меняло свои размеры, испытало смену фаз опреснения и осолонения. Длительная изолированность Каспийского моря позволила сохраниться автохтонной каспийской флоре и фауне, и в то же время в водоеме постоянно регистрируется появление новых, иногда нежелательных видов.
Северный Каспий является мелководной акваторией Каспийского моря, характеризуется высокой продуктивностью и является местом нагула ихтиофауны. Развитию кормовой базы способствуют благоприятные гидролого-гидрохимические условия. Средняя глубина в этой части моря составляет около 5 м, а на границе со Средним Каспием – около 25–30 м. (Тарасов, 1955; Осадчих, 1963 и др., Научные основы.., 1998). В Северном Каспии отмечается обилие флоры и фауны и высокое разнообразие биоты по сравнению с другими частями Каспийского моря.
Планктонные сообщества чутко реагируют на любые изменения среды обитания, вызванные как антропогенным воздействием, так и естественными причинами. В современный период акватория Северного Каспия испытывает интенсивную антропогенную нагрузку, в значительной мере связанную с освоением месторождений углеводородного сырья. Нефтяные компании, лицензионные участки которых расположены в Северном Каспии, берут на себя обязательства реализовать весь комплекс превентивных мер, направленных на минимизацию воздействия на окружающую среду. Тем не менее, при реализации проектов по освоению морских месторождений возможны негативные воздействия на биотические компоненты. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, связанные с ретроспективной оценкой степени влияния на биоту антропогенного воздействия различной направленности. Вместе с тем, особенности изменения планктонных сообществ экосистемы Северного Каспия непосредственно связаны с современным гидролого-гидрохимическим режимом, обусловливая значимость исследований.
Целью данной работы является изучение основных особенностей планктонных сообществ в западной части Северного Каспия в районе месторождения им. Ю. Корчагина и роль среды обитания на уровень их развития.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- установить особенности гидролого-гидрохимических условий западной части Северного Каспия и выявить их сезонную и межгодовую изменчивость;
- определить характеристику видового разнообразия фито- и зоопланктонных организмов;
- изучить многолетнюю сезонную динамику фито- и зоопланктонных организмов исследуемой акватории;
- определить особенности первичного продуцирования органического вещества;
- оценить степень влияния абиотических факторов морской среды на развитие фито- и зоопланктона.
Научная новизна и теоретическая значимость. Работа направлена на решение теоретических проблем продукционной гидробиологии, связанных с формированием и функционированием планктонных сообществ в районе Северного Каспия. Впервые дана оценка влияния факторов морской среды на качественное состояние и количественное развитие планктонных сообществ в период освоения месторождений углеводородного сырья и его добычи в западной части Каспийского моря. Проанализированы материалы комплексных экологических исследований в районе месторождения им. Ю. Корчагина.
Впервые на основе систематизированных и обобщенных многолетних данных определены особенности развития планктонных организмов в условиях пространственно-временной динамики температуры, солености воды и биогенных элементов (фосфора, азота, кремния). Установлены зависимости между температурой, соленостью воды, содержанием кремния и численностью фитопланктона. Дана оценка уровня развития планктонных сообществ от объема речного стока на основе анализа динамики значений индексов и метрик видового разнообразия.
Практическая значимость работы связана с использованием результатов динамики фито- и зоопланктона Северного Каспия в районе месторождения им. Ю. Корчагина при освоении углеводородного сырья и оценки воздействия на окружающую среду. Полученные в работе характеристики температуры, солености, биогенных веществ в морской воде и их воздействие на планктонные сообщества могут быть использованы при разработке природоохранных мероприятий. Полученные количественные зависимости между продукционными показателями и факторами среды могут использоваться в прогностических целях. Результаты исследований переданы соответствующим проектным и производственным организациям.
Личный вклад автора. Диссертационная работа основана на материалах многолетних исследований, проанализированных автором. Автором сформулирована проблема, поставлены задачи, проведены статистические расчеты, проанализированы результаты исследования, сформулированы выводы и обобщения. Доля личного участия автора в совместных публикациях пропорциональна числу авторов.
Основные положения, выносимые на защиту. Район месторождения им. Ю. Корчагина является одним из продуктивных районов Северного Каспия, характеризующийся высоким разнообразием планктонных сообществ.
Уровень развития планктонных сообществ формируется в условиях воздействия комплекса факторов, главным из которых является объем речного стока и, как следствие, изменение гидрохимических условий среды обитания гидробионтов, выявленные в период освоения месторождения и предшествующее время. Выявлены зависимости между количественными показателями развития планктонных организмов с температурой, соленостью, прозрачностью воды и величиной волжского стока. Показатели продуктивности фитопланктона (численность, биомасса, содержание хлорофилла, скорость фотосинтеза) изменяются в соответствии с изменением проточности, за счет поступления органических и биогенных веществ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах, включает 30 рисунков и 17 таблиц. Состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка литературы.
Апробация результатов и публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации. Результаты исследования докладывались на 10-й конференции по проблеме нефтегазоносности Черного, Азовского, Каспийского и других морей, ЮФО, С-КФО и других регионов (Геленджик, 3-6 июня 2013 г.), на конференции, посвященной IV Всероссийскому съезду по охране окружающей среды (октябрь, 2013) и на конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета.
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Внимание многих исследователей всегда привлекали вопросы, касающиеся изменений, происходящих в составе сообществ Каспийского моря, в том числе и планктонных, особенно в связи с резкими изменениями гидролого-гидрохимического режима моря. В данной главе дана краткая история изучения фито- и зоопланктона за вековой период в Северном Каспии, который в течение истекшего столетия испытывал существенные изменения и антропогенное воздействие.
Значительный вклад в изучение фитопланктона Северного Каспия внесли А.А. Остроумов (1905), Н.Л. Чугунов (1921), Л.Н. Бенинг (1937), И.А. Киселев (1940), П.И. Усачев (1938, 1947, 1948), В.Д. Левшакова (1963, 1965, 1967, 1968, 1970, 1971, 1972), А.И. Прошкина-Лавренко и И.В. Макарова (1968), Л.А. Красноперова (1967,1968), А.Г. Ардабьева (2000). Большое значение в изучении зоопланктона Северного Каспия имели работы А.А. Остроумова (1905), Н.Л. Чугунова (1921), А.П. Кусморской (1936), Л.А. Лесникова и Р.П. Матвеевой (1959), М.С. Кун (1965), Е.А. Яблонской (2007), Е.К. Курашовой (1984, 1988), Д.Х. Тиненковой (1988, 1992), Л.И. Тарасовой (2000, 2008).
Анализ работ, посвященных изучению планктонных сообществ в Северном Каспии показал, что особенностью Каспийского моря является разнородность источников формирования его населения, при этом совместно в море обитают разные по генезису формы. Наиболее широко представлены в Каспии виды автохтонного каспийского комплекса (около 75 %), менее – виды средиземноморского (6 %) и арктического (3 %) происхождения. Также здесь обитают виды пресноводного комплекса, приспособившиеся к солоноватой воде Каспийского моря (Яблонская, 2007). По многолетним материалам гидробиологических исследований Северного Каспия биомасса северокаспийского планктона за вековой период испытывала значительные колебания, что обусловлено сложным комплексом факторов. Так, в годы естественного режима (до зарегулирования стока) доминировали диатомовые водоросли, которые в разные сезоны 1936-1941, 1956-1958 гг. составляли более 60 % численности и биомассы фитопланктона. После зарегулирования стока отмечалось резкое снижение количества фитопланктона. Биомасса водорослей с 1962 г. к 1964-1969 гг. сократилась вдвое (Яблонская, 2007). В последующие годы общее количество фитопланктона не достигало величин отмеченных в 50-х годах прошлого столетия, в том числе и биомасса доминирующих видов Rhizosolenia calcar-avis и Exuviaella cordata.
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исходными материалами для данного исследования послужили первичные данные производственного экологического мониторинга в районе месторождения им. Ю.Корчагина в Северном Каспии, любезно предоставленные ФГБУ Каспийский морской научно-исследовательский центр. В работу включены данные за период 1998-2011 гг., на основе которых был сделан анализ материалов, представленный в настоящей работе. Исследованиями была охвачена зона свала глубин и приглубая зона западной части Северного Каспия. Мониторинговые наблюдения проводились в разные сезоны года: в весенний (май), летний (июнь, август) и осенний (октябрь, ноябрь) периоды. Район исследований приведена на рисунке 1.
 Рисунок 1 – Район исследований |
Метеорологические, гидрологические и гидрохимические наблюдения за состоянием водной поверхности выполнялись по стандартной методике, согласно нормативных документов Росгидромета. Гидробиологические исследования проводились по общепринятым методикам в соответствии с ГОСТ 17.1.3.08-82, «Инструкцией по сбору и первичной обработке планктона в море» (1984); «Инструкцией по количественной обработке морского сетного планктона» (1984); «Методике гидрохимических исследований основных биогенных элементов» (ВНИРО, 1988). Анализ результатов исследований выполнен на основе 4384 измерений гидрохимических параметров и 1644 гидробиологических проб.
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Факторы среды, определяющие развитие планктонных организмов
Западная часть Северного Каспия по гидрохимическому режиму резко отличается о других частей Каспийского моря. Это обусловлено воздействием стока р.Волги, годовой объем которого (250 км3) практически не отличается от объема мелководной западной части Северного Каспия (249 км3 при уровне моря -28,0 м БС) (Каспийское море, 1986), и вся акватория северо-западной части Каспийского моря занята смешанными водами, т.е. относится к устьевому взморью Волги (Устьевая область, 1998). Поэтому для акватории, где выполнялись данные исследования, применимы закономерности формирования гидрохимического режима, установленные для устьевого взморья рек неприливных морей (Симонов, 1969).
Район исследований расположен в западной части Северного Каспия на акватории с глубинами до 10 м в северной её части и до 25 м – в южной, что в значительной степени обуславливает пространственно-временные особенности температурного режима: формирование весной вертикальной стратификации вод (в среднем 0,43°С/м), летом отмечено развитие гомотермии на преобладающей части акватории, в конце осени – выхолаживание всей толщи воды, более интенсивно протекающее на северных участках (табл. 1).
На станциях, расположенных в северной части исследуемого района, наблюдались наименьшие значения солености воды в поверхностном и придонном слоях. Понижение солености на обследованной акватории наблюдалось в начале лета после прохождения волны половодья (табл.1), при этом разность солености вод поверхностного и придонного слоев была максимальной (в среднем 1,3 ‰). К концу лета происходило осолонение поверхностного и придонного слоев, разность солености между поверхностными и придонными водами была минимальной (0,1 – 0,2 ‰).
Формирование повышенных значений рН воды просходило в северной части акватории месторождения, находящейся в зоне адвекции волжских вод обогащенных биогенами и являющейся зоной интенсивного продуцирования органического вещества фитопланктоном, более низкие – в южной, находящейся под влиянием среднекаспийских вод и характеризующейся более низким продукционным потенциалом. Диапазон величин активной реакции колебался в пределах 7,96 – 8,90 ед. (табл.1).
Таблица 1 – Значения температуры, солености и активной реакции воды содержания и насыщения кислородом вод на акватории исследований (1998-2011 гг.)
| Сезоны | Месяцы | Температура воды, °С | Соленость воды, ‰ | рН | Содержание О2 в воде | |
| мл/л | % | |||||
| Весна | IV-V | 11,3-18,4 15,1±3,2 | 2,60-12,74 10,23±1,48 | 7,99-8,77 8,37±0,13 | 5,70-10,66 8,34±1,62 | 90-112 99±5,58 |
| Лето | VI | 19,9-23,6 21,9±1,66 | 2,95-12,97 9,96±1,54 | 8,29-8,88 8,39±0,16 | 4,90-11,75 7,46±1,87 | 83-152 110±11,65 |
| VIII | 21,8-25,4 23,8±1,34 | 8,78-12,82 11,37±0,48 | 8,20-8,58 8,43± | 7,54-8,32 7,79±0,30 | 82-121 105±7,54 | |
| Осень | IX-X | 18,7-22,9 21,3±2,40 | 5,55-12,58 11,15±2,40 | 8,27-8,90 8,53±0,06 | 5,01-9,24 7,31±1,30 | 84-106 102±6,83 |
| XI | 0,3-9,6 5,4±0,95 | 5,46-13,25 12,55±1,21 | 8,24-8,85 8,47±0,17 | 6,59-10,66 9,24±1,17 | 92-109 97±3,39 | |
Примечание: в числителе – диапазон значений, в знаменателе – средняя величина параметра.
Содержание кислорода в различные годы зависело, прежде всего, от температурного режима вод и возрастала весной и осенью, уменьшаясь летом (табл.1). В анализируемые годы кислородный режим в районе исследований был благоприятным для обитания гидробионтов, а насыщение воды кислородом составляло 82 – 153 %. Гипоксия в придонном горизонте воды (насыщение кислородом менее 80%) формировалась в южной части района исследований.
Наибольшая концентрация фосфатов в поверхностном горизонте отмечалась весной, снижаясь к осени почти вдвое. В ходе сезонной динамики содержания нитратного и аммонийного азота существенных изменений в период весна-лето-осень не отмечено (табл.2). Повышение концентрации нитритного азота в районе месторождения отмечалось в летний период. Наименьшее содержание кремния в воде в районе месторождения весной вследствие потребления его диатомовыми водорослями.
Таблица 2 - Концентрация биогенных веществ в воде в районе исследований (мкг/л)
| Показатели | Весна | Лето | Осень | Зима | |
| Поверхностный горизонт | |||||
| Аммонийный азот | 30,33±15,01 | 26,46±14,7 | 24,41±10,02 | 14,0±4,3 | |
| Нитраты | 23,43±2,84 | 26,22±7,21 | 33,18±9,11 | 5,2±0,15 | |
| Нитриты | 2,08±0,87 | 55,3±5,09 | 1,97±0,42 | 0,11±0,03 | |
| Общий азот | 553±14 | 605±10,4 | 522±15,3 | 888±16,4 | |
| Фосфаты | 10,61±0,18 | 8,29±2,87 | 5,53±1,31 | 0,2±0,02 | |
| Общий фосфор | 39,87±1,75 | 100,6±21,50 | 41,61±5,04 | 68±12,1 | |
| Силикаты | 469±123 | 632±108 | 623,08±82 | 327±64 | |
| Придонный горизонт | |||||
| Аммонийный азот | 27,85±12,2 | 23,46±13,1 | 29,52±9,16 | 15±5,2 | |
| Нитраты | 22,94±2,15 | 23,06±6,90 | 22,32±7,06 | 5,3±0,19 | |
| Нитриты | 1,81±0,63 | 53,78±4,75 | 11,34±1,24 | 0,15±0,05 | |
| Общий азот | 535±11 | 556±8,23 | 573±14,02 | 888±14,6 | |
| Фосфаты | 4,78±0,05 | 6,7±1,56 | 9,73±2,54 | <5,0 | |
| Общий фосфор | 38,82±1,54 | 94,08±16,3 | 49,80±4,09 | 70±12,7 | |
| Силикаты | 472±84 | 610,83±95,0 | 507,29±74 | 312±59 | |
В целом, характеризуя гидрохимические условия северо-западной части Каспийского моря, следует отметить, что выявленные особенности обусловлены рядом факторов: колебания уровня моря, большая амплитуда годового хода температуры воды, специфический донный рельеф, водообмен между Северным и Средним Каспием, а также между западной и восточной частями Северного Каспия.
3.2. Характеристика планктонных сообществ
3.2.1. Фитопланктон и первичная продукция планктона
Видовой состав фитопланктона на обследованной акватории в рассматриваемые годы формировали пресноводные (42 %), солоноватоводно-пресноводные (18 %), солоноватоводные (13 %), морские виды (11 %), прочие таксоны- 16 %. Среди зарегистрированных в 1998-2011 гг. водорослей доля таксонов пресноводного комплекса была в 2,4-3,9 раза выше по сравнению с другими экологическими группами. В данном районе моря обнаружено 332 вида и внутривидовых таксона водорослей из пяти отделов: диатомовые (Bacillariophyta), синезеленые (Cyanophyta), зеленые (Chlorophyta), пирофитовые (Pyrrophyta), эвгленовые (Euglenophyta). Наибольшее количество видов отмечалось в летне-осенний период.
В динамике количественных показателей развития фитопланктона прослеживались как сезонные, так и межгодовые изменения. За весь период наблюдений средние по району величины численности и биомассы фитопланктона колебались в диапазоне 4,6 1681,9 млн. экз./м3 и 40,7 4526,3 мг/м3 соответственно. Многолетняя динамика количественных показателей фитопланктона характеризовалась постепенным снижением численности и биомассы микроводорослей. При этом уменьшение биомассы фитопланктона было более значительным по сравнению с численностью (рис. 2). Последнее указывает на изменение состава альгоценозов в данном районе, главным образом, на преобладание мелкоклеточного фитопланктона, что свидетельствует о продолжающихся процессах эвтрофирования в последние годы. Так, например, если в 1998-2003 гг. биомасса водорослей составляла в среднем 1963,5 мг/м3 и численность 595,0 млн. экз./м3, то в последующие 2005-2011 гг. эти показатели снизились почти в 20 раз, достигнув средних значений 98,6 мг/м3 и 33,6 млн. экз./м3 соответственно. Однако во все периоды исследований на большей части изученной акватории биомасса не превышала 100 мг/м3.
Рис. 2. Динамика развития фитопланктона в летний и осенний периоды
в районе исследований
Биомасса фитопланктона в течение всего периода исследований определялась, в основном, от развития крупноклеточной диатомовой водоросли Rhizosolenia calcar-avis. Следует отметить снижение интенсивности развития этого вида в последние годы, следствием чего явилось снижение общего количества фитопланктона в 2005 – 2011 гг. Численность фитопланктона определяли зеленые (Binuclearia lauterbornii) и синезеленые водоросли (Oscillatoria sp., Merismopedia punctata). Весной и осенью количественные показатели развития водорослей были в основном ниже летних, хотя интенсивность их вегетации была высока.
| Таблица 3 - Сезонные показатели первичной продукции (П) и деструкции (Д) на акватории исследований, г С/м2 в сутки | |||
| Сезон | П | Д | П/Д |
| Весна (апрель-май) | 1,62 | 1,01 | 1,60 |
| Начало лета (июнь) | 1,67 | 0,67 | 2,49 |
| Окончание лета (август) | 2,65 | 2,16 | 1,23 |
| Осень (сентябрь) | 1,63 | 0,88 | 1,85 |
| Осень (ноябрь) | 0,29 | 0,15 | 1,93 |
Исследуемая акватория не являлась однородной по продуктивности. Наибольшего развития процесс первичного продукцирования достигал в летний период, когда величины первичной продукции колебались в больших пределах – от 0,41 до 6,8 гС/м2 в сутки, сохраняясь на этом уровне в начале осени (сентябрь), когда температура воды соответствовала летним величинам. Резко снижался уровень первичной продукции поздней осенью (ноябрь). Деструкция органического вещества в воде района исследований значительно уступала автотрофным процессам, поэтому биотический баланс был положительным (табл. 3).
 Рисунок 3 - Сезонная динамика содержания фитопигментов в районе исследований |
Определение фитопигментов в воде на обследованной акватории показало, что сезонная динамика их содержания совпадает с колебаниями численности и биомассы фитопланктона, а пространственное распределение связано с неоднородностью продукционного потенциала в различных частях моря. Абсолютное содержание и массовая доля хлорофилла а в сумме фитопигментов были максимальными за весь сезон (рис. 3). Фитопланктон на обследованном участке моря характеризовался высоким относительным содержанием неактивных форм пигментов (рис. 3). Поэтому даже в начале вегетационного периода концентрации феофитина были достаточно высокими, а к концу осени возросли вдвое. Сезонная динамика содержания каротиноидов была аналогична динамике хлорофиллов b и c. Наибольшее количество каротиноидов за весь период наблюдений отмечены в августе, что характерно для периода массового развития фитопланктона, – в среднем в 1,4 - 2,1 раза выше остальных сезонов.
3.2.2. Зоопланктон
Зоопланктон на обследованной акватории в 1998 – 2011 гг. был представлен типичными для данного района Каспийского моря группами, состоящими из коловраток (19-37 таксонов), ветвистоусых (11-37 таксонов) и веслоногих рачков12-17 таксонов), личинок двустворчатых моллюсков, остальные группы (личинки донных животных, кишечнополостные, ктенофора, остракода, мшанки) – от 1 до 3 таксонов. Качественный состав зоопланктона на обследованной акватории по сезонам претерпевал изменения, в то же время во все сезоны наибольшее видовое разнообразие отмечалось среди коловраток, ветвистоусых и веслоногих ракообразных – соответственно 26-31, 18-34 и 14-19 % от общего числа видов.
Весной относительно небольшое разнообразие зоопланктона (51 таксон) формировалось за счет представителей пресноводного и эвригалинного комплексов. Наибольшее количество видов и внутривидовых таксонов выявлено летом (109 таксон), при этом основу зоопланктона составляли коловратки и ветвистоусые рачки. К осени видовой состав зоопланктона снизился до 88 видов и внутривидовых таксонов, при этом качественным разнообразием отличались коловратки, ветвистоусые и веслоногие ракообразные.
Зоопланктон был представлен всеми экологическими группами, относящимися к пресноводному, слабосолоноватоводному, морскому, эвригалинному комплексам, но в составе зоопланктона встречались и организмы, отношение которых к солености не ясна. Среди последних большое значение имели личинки моллюсков, численность и биомасса которых была максимальной в летний период. Весной количественные показатели зоопланктона формировали беспозвоночные морского комплекса, в частности Synchаeta vorax, летом и осенью – в основном эвригалинные организмы, в их числе Acartia tonsa.
Основную часть зоопланктона составляли виды каспийского происхождения, распространение которых большей частью приурочено к южной части обследованной акватории, к районам с соленостью 12 – 13 ‰. Среди них имели широкое распространение веслоногие Eurytemora minor, E. grimmi, ветвистоусые Polyphemus exiquus, виды родов Apagis, Cercopagis. Наряду с эндемиками в планктоне присутствовали вселенцы арктического и средиземноморского происхождения. Среди последних на акватории обследованной части моря наиболее многочисленны веслоногие Acartia tonsa, Calanipeda aquae-dulcis и ветвистоусый – Podon polyphemoides.
В анализируемые годы количество зоопланктона в данном районе моря варьировало в широком диапазоне величин численности (1,2 149,9 тыс. экз/м3) и биомассы (5,4 1150,3 мг/м3). Весенние концентрации зоопланктона в основном не превышали 50 мг/м3, летние – 100 мг/м3, осенние – 10 мг/м3.
Анализ данных показал, что в период с 2005 по 2011 гг. количественные показатели развития зоопланктона были существенно ниже по сравнению с предыдущими годами (1998-2003 гг.) (рис.4).
Рисунок. 4 - Динамика развития зоопланктона в летний и осенний периоды
в районе исследований
В 1998-2003 гг. в составе зоопланктона качественно и количественно преобладали коловратки, среди которых лидировали Asplanchna priodonta и Brachionus diversicornis, а также ветвистоусые, главным образом Bosmina longirostris. В 2005 году, когда произошло резкое снижение количественных показателей зоопланктона, на всей акватории исследований преобладал один вид Acartia tonsa, составлявший 83% численности и биомассы всех животных, при этом его максимальные скопления в последние годы в основном сосредотачивались в южной части исследуемого района.
3.2.3. Оценка влияния факторов среды на планктонные сообщества
На уровень развития планктонных сообществ в Северном Каспии оказывает влияние множество факторов, одним из которых для этого района моря является волжский сток. Одним из ведущих факторов, определяющих количественное развитие фитопланктона в море, являются биогенные элементы. Так, при определении зависимости величины биомассы диатомовых водорослей от содержания кремния в обследованном районе моря выявлена положительная связь (r=0,64).
Зависимость развития планктонных сообществ от уровня половодья известна ранее. Например, было установлено, что между величиной волжского стока и биомассой зоопланктона в Северном Каспии наблюдается обратная корреляция (Лесников, Матвеева, 1959). По многолетним материалам (использованы данные по летнему сезону) в проведенных исследованиях также выявлена зависимость развития планктона от величины половодья. Так, в многоводные годы отмечено более высокое разнообразие зоопланктона в районе исследования, по сравнению с маловодными годами. В периоды средней водности биомасса зоопланктона была в среднем в 2 - 4 раза выше по сравнению с многоводными и маловодными годами. Более плотные скопления фитопланктона в многоводный год формировались в северной части обследованной акватории, в маловодные и средневодные годы – в южной.
Распространение отдельных экологических групп водорослей определяет и соленость воды, которая зависит от объема волжского стока. Так, областью распространения водоросли Rhizosolenia calcar-avis, наиболее массовой, как в районе исследований, так и в целом в Северном Каспии, является в основном Средний и Южный Каспий. В Северном Каспии ее распространение зависит, прежде всего, от проникновения среднекаспийских вод и ограничен изогалинами 10-12 ‰. В многоводные годы акватория, занятая пресноводными и пресноводно-солоноватоводными водорослями возрастала, а морскими – снижалась. В результате отмечалось снижение общей биомассы фитопланктона, т.к. основу биомассы в этот период создавала морская водоросль R. calcar-avis. По многолетним данным в районе проведения исследований в многоводные годы биомасса фитопланктона была ниже, чем в средневодные (в 1,8 раза) и маловодные (2,1 раза) годы. Следует отметить отрицательную связь между численностью фитопланктона и соленостью воды (r=0,57), т.е. с понижением солености численность водорослей повышается (рис. 5). Также прослеживалась обратная зависимость количества водорослей от прозрачности воды (r=0,57) (рис. 6).
 |  | |
| Рисунок 5 - Зависимость численности фитопланктона от солености воды | Рисунок 6 - Связь численности фитопланктона и прозрачности | |
 Рисунок 7 - Сезонная динамика экологических групп фитопланктона | ||
Соленость воды является одним из основных факторов сезонной динамики развития планктонных сообществ в Северном Каспии. Так, количество видов пресноводных водорослей было значительным в начале лета в период половодья и уменьшилось к концу осени (рис. 7).
Сезонная динамика зоопланктона характеризовалась двумя подъемами численности в зависимости от солености воды. Весной наибольшего развития (14000 экз/м3) достигали организмы морского комплекса (рис. 8). Следует отметить, что в этот период отмечено интенсивное развитие коловратки Synchaeta vorax (2011 г.), которая обычно, наряду с Synchaeta stylata (2001, 2002 гг.), в массе развивается в апреле-мае. По мере снижения солености воды численность морских беспозвоночных снижалась после половодья в 7,7 раза. В августе-сентябре количество Synchaeta vorax и Synchaeta stylata было минимальным - в 4,9 раза ниже, чем в июне, тогда как к осени их численность возросла вдвое, не достигая величин весеннего периода. Максимум численности зоопланктона отмечен в ноябре (рис.8), когда преобладали организмы эвригалинного комплекса, в большей степени вселенец Acartia. Беспозвоночные этого комплекса, способные переносить большие колебания солёности воды, более интенсивно развиваясь в летний и осенний периоды.
Рисунок 8 - Динамика численности экологических групп зоопланктона
Температурный фактор оказывает существенное влияние, как на состав фитопланктона, так и его динамику. В Северном Каспии биологический сезон начинается с момента освобождения моря ото льда, обычно в конце марта при температуре воды 4-7С. В это время года фитопланктон отличается качественной бедностью. В нем присутствуют холодолюбивые, в основном, диатомовые водоросли.
 Рисунок 9 – Зависимость численности фитопланктона от температуры воды |
С повышением температуры воды ранневесенний комплекс водорослей увеличивался качественно и обогащается видами поздневесеннего сезона. В районе исследований доля зеленых водорослей возрастала с 24 до 30 %. Летний биологический сезон наступает в начале июня и длится до начала сентября. В июне на обследованной акватории число видов в 1,1-3,7 раза выше, чем в другие месяцы исследований. В летний сезон своего максимального развития достигали синезеленые, среди них преобладали в основном мелкие формы, которые обычно доминировали по численности, не создавая значительных биомасс. Переход к осеннему биологическому сезону характеризовался усилением развития диатомовых водорослей. В конце осени интенсивность развития фитопланктона снижалась, и уменьшалось видовое разнообразие водорослей. Таким образом, в обследованном районе по мере роста температур наблюдалось повышение качественного разнообразия и количественных показателей развития фитопланктона. Численность фитопланктона в районе исследований имела заметную связь с температурой воды (r=0,53) (рис. 9).
Качественные и количественные изменения зоопланктона в связи с изменением температуры воды в разные сезоны отмечаются и в его структуре. В районе исследований от весны к лету происходил рост численности теплолюбивых форм, изменялись доминирующие виды. Так, видовое разнообразие зоопланктона летом по сравнению с весной возросло с 51 до 109 таксонов, а также увеличилась и численность эвригалинных веслоногих и ветвистоусых ракообразных, а также слабосолоноватоводных коловраток.
 Рисунок 10 – Зависимость численности зоопланктона от температуры воды |
Осенью при понижении температуры воды в планктоне ведущее положение занимали
эвригалинные копеподы с преобладанием взрослых форм. Отмечена также зависимость численности зоопланктона от температуры воды (r=0,57) (рис. 10).
Следует отметить, что изменение рассмотренных факторов среды зависит от стока р.Волги, характеристик половодья. В таблице 4 представлены результаты расчетов индексов видового богатства и видового разнообразия планктонных сообществ в летний период. Как видно, видовое биоразнообразие, учитываемое по индексу Шеннона (Н) по численности организмов, в средневодные годы оказалось ниже по сравнению с многоводными и маловодными годами (табл.4). Последние характеризовались более разнообразным видовым составом планктонных организмов. В многоводные годы состав фито- и зоопланктона пополнялся видами пресноводного комплекса, а в маловодные - слабосолоноватоводными и морскими видами.
Таблица 4 - Индексы видового богатства и видового разнообразия планктонных сообществ в годы с разным уровнем водности
| Индексы | Фитопланктон | Зоопланктон | ||||
| много-водный год | средне-водный год | мало-водный год | много-водный год | средне-водный год | мало-водный год | |
| Маргалефа | 8,33 | 6,92 | 7,84 | 3,25 | 1,02 | 3,34 |
| Мехиннека | 0,6 | 0,47 | 0,32 | 12,22 | 1,66 | 0,3 |
| Шеннона | 2,79 | 1,76 | 1,81 | 0,77 | 0,54 | 0,95 |
| Симпсона | 0,1 | 0,32 | 0,32 | 0,69 | 0,73 | 0,52 |
| Макинтоша | 5838,52 | 12059,19 | 42459,01 | 983,92 | 2160,2 | 7623,06 |
| Пиелу | 1,46 | 0,96 | 0,93 | 0,56 | 0,59 | 0,63 |
| Мак-Артура | 1136,31 | 1483,37 | 4287,82 | 185,9 | 856,23 | 0,13 |
Величина Н имела обратную связь с индексом доминирования Симпсона (r=-0,98). В многоводный и маловодный годы уменьшалась, что указывало на повышение разнообразия, при этом отмечено доминирование большего количества видов по сравнению со средневодным годом. Величины индексов видового богатства Маргалефа и Мехиннека также указывают на большее разнообразие в многоводный и маловодный годы.
Таким образом, проведенный анализ материалов по фито- и зоопланктону в обследованном районе Северного Каспия показал, что уровень развития планктонных организмов результат влияния комплекса факторов, главным из которых является объем речного стока и, как следствие, изменение гидрохимических условий среды обитания планктонных сообществ.
Заключение
В северной части Каспийского моря поиск и разведка месторождений углеводородного сырья начались с 1995 г. Бурение морских скважин и добыча углеводородного сырья проводятся с учетом «принципа нулевого сброса». Однако при реализации проектов по освоению морских месторождений нельзя не учитывать возможность негативного воздействия на биотические компоненты морской среды и в первую очередь на планктонные организмы, которые являются основой продуктивности моря, что определяет актуальность исследований планктонных сообществ в условиях антропогенного воздействия.
Исследования состояния планктонных сообществ и условий их обитания в районе месторождения им. Ю. Корчагина проводятся, начиная с 1998 года в составе комплексных экологических исследований и при осуществлении производственного экологического мониторинга. В представленной работе обобщены и проанализированы материалы динамики таксономического состава и структуры планктонных сообществ.
В результате исследований было установлено, что планктонные сообщества района исследования формируются преимущественно в зависимости от сезонных изменений условий среды. Работа направлена на решение теоретических проблем продукционной гидробиологии, связанных с формированием и функционированием планктонных сообществ при локальном антропогенном воздействии в районе месторождений углеводородного сырья.
Выводы
1. Выявлены особенности пространственного распределения гидрофизических факторов в районе месторождения углеводородного сырья: формирование весной вертикальной стратификации температуры воды вследствие начинающегося прогрева поверхностных вод; развитие летней гомотермии; выхолаживание поверхностных вод в осенний период; постоянный подток среднекаспийских вод в придонном горизонте, в результате которого характерно образование вертикальных температурных градиентов в южной части месторождения. Отмечено высокое содержание кислорода (8,34-9,24 мг/л, сезонное изменение содержания биогенных веществ, связанное с воздействием биотических факторов.
2. Установлено 332 вида и внутривидовых таксона водорослей из пяти отделов: Bacillariophyta (42 %), Chlorophyta (26 %), Cyanophyta (22 %), Pyrrophyta (8 %) и Euglenophyta (2 %). Наиболее разнообразным фитопланктон был в летне-осенний период. Наиболее многочисленные виды: Ankistrodesmus pseudomirabilis var. spiralis, Binuclearia lauterbornii, Oscillatoria sp., массовые: Sceletonema astraea, Rhizosolenia calcar-avis, Actinocyclus ehrenbergii.
Зоопланктон был представлен традиционными для Каспия группами, состоящими из коловраток, ветвистоусых и веслоногих, личинок двустворчатых моллюсков. Общее количество обнаруженных таксонов зоопланктона составляло весной 51, летом 109, осенью – 88 видов и внутривидовых форм. Отмечено наибольшее видовое разнообразие коловраток (19–37 таксонов) и ветвистоусых ракообразных (11–37 таксонов). Веслоногие представлены 12–17 видами, прочие группы (личинки донных животных- кишечнополостных, ктенофор, остракод, мшанок) – 1- 3 таксонами.
Видовой состав планктонных сообществ формировали организмы всех экологических групп – от пресноводного до морского комплексов.
3. Количественные показатели фитопланктона изменялись в зависимости от интенсивности вегетации определенных видов водорослей в летний и осенний периоды. Летом численность фитопланктона определяли зеленые водоросли (45,0 % от численности фитопланктона), в осенний период установлено преобладание синезеленых водорослей (более 75%). Основу биомассы фитопланктона (42,5 - 64,6 % ) в течение вегетационного периода составляли водоросли диатомового комплекса.
Наибольшая плотность растительных клеток наблюдалась в летний период (в среднем 250 млн. экз./м3 и 796,5 мг/м3). Весной (105 млн. экз./м3 и 506 мг/м3) и осенью (180,8 млн. экз./м3 и 573,7 мг/м3) количественные показатели развития фитопланктона, хотя и ниже летних, но характеризовались также высокой интенсивностью развития. Масса водорослей в течение всего периода исследований зависела от развития крупноклеточной диатомовой водоросли R. calcar-avis, численность – от мелкоклеточных зеленой B. lauterbornii и синезеленой Merismopedia punctata водорослей.
В районе месторождения им. Ю. Корчагина наряду с уменьшением видового разнообразия за анализируемый период более чем в два раза, снизились и количественные показатели зоопланктона: летом с 48 – 133 тыс. экз./м3 и 350 – 804 мг/м3 1998 – 2003 гг. до 1,2 – 22 тыс. экз./м3 и 5,4 – 100 мг/м3 в 2005 – 2011 гг.
Произошла смена доминантов, определяющих количественное развитие зоопланктона в этом районе. В последние годы на всей обследованной акватории преобладала Acartia на разных стадиях развития (более 80 % численности и биомассы Copepoda), в то время как до 2005 г. при формировании количественных показателей развития зоопланктона первостепенное значение имели коловратки (53 % численности и 31 % биомассы зоопланктона.)
4. Исследуемая акватория не являлась однородной по продуктивности (0,41 6,8 гС/м2 в сутки). Деструкция значительно уступала автотрофным процессам, поэтому биотический баланс был положительным: образование органического вещества превышало его разрушение (в 1,23-1,69 раз),
Сезонная динамика содержания фитопигментов совпадает с колебаниями численности и биомассы фитопланктона. Пространственное распределение фитопигментов связано с неоднородностью продукционного потенциала в различных частях моря. Пониженная фотосинтетическая деятельность характерна для глубин более 10 м, где обогащение вод биогенами осуществляется за счет их рециклинга. Суммарное содержание хлорофилла а, б и с изменялось от 1,90 до 3,28 мкг/л, феофитина – от 1,07 до 2,21 мкг/л, каротиноидов – от 1,26 до 2,68 мкг/л.
5. Количественное развитие планктонных сообществ в значительной степени зависит от объема речного стока и изменений гидрохимических условий среды обитания. По многолетним данным в районе месторождения им. Ю. Корчагина в маловодные годы биомасса фитопланктона (125,4 мг/м3) была выше в 1,8 раза по сравнению со средневодными и в 2,2 раза выше, в сравнении с маловодными периодами. Биомасса зоопланктона в годы средней водности (83,45 мг/м3) была примерно в 2 раза выше, по сравнению с многоводным периодом и в 3,6 раза превышала биомассу, установленную в маловодные годы.
6. Зависимость развития фитопланктона и зоопланктона от факторов среды в Северном Каспии носит сложный характер. Наибольшее количество корреляционных связей выявлено между количественными показателями развития планктонных организмов и характеристиками морской среды: численности фитопланктона (r=0,53) и зоопланктона (r=0,57) с температурой воды; численности диатомовых водорослей с концентрацией кремния в воде (r=0,64). Рассчитанные коэффициенты корреляции между численностью фитопланктона, соленостью (r=0,57) и прозрачностью воды (r=0,57) имеют обратную зависимость. Видовое разнообразие планктонных сообществ имеет тенденцию на повышение с доминированием видов в маловодные и многоводные годы.
Публикации в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, рекомендованные Высшей аттестационной комиссией:
- Зайцев В.Ф., Саркисян Н.А.,Умербаева Р.И. Состояние планктонных сообществ в западной части Северного Каспия // Вестник АГТУ., сер.: Рыбное хозяйство. №1, 2011.– с. 26-30.
- Умербаева Р.И., Саркисян Н.А., Зубанов С.А., Исмагулов А.Л. Динамика планктонных и бентосных сообществ в районе месторождения им. Ю.Корчагина на Северном Каспии// НТЖ Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. №10, 2011. – М.: ВНИИОЭНГ. – С. 48-54.
- Умербаева Р.И., Попова Н.В., Саркисян Н.А. Характеристика планктона мелководной части Северного Каспия // Юг России: экология и развитие. №1, 2012. – Махачкала, 2012. – с. 43-49.
Публикации в научных журналах и изданиях:
- Умербаева Р.И., Колмыков Е.В., Саркисян Н.А. Характеристика планктонных сообществ в районе месторождения им. Ю. Корчагина в Северном Каспии и влияние факторов среды на их развитие. – Астрахань. 2013. – 150 с.
- Зорникова О.И., Умербаева Р.И., Саркисян Н.А. Показатели продуктивности фитопланктона в районе месторождения им. Ю. Корчагина в Северном Каспии / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и их роль в инновационном развитии жилищно-коммунального хозяйства и техносферы» (11–12 ноября 2013 г.). – Астрахань, 2013. – с. 5-9
- Саркисян Н.А., Зорникова О.И. Сезонные изменения гидрохимического режима в западной части Северного Каспия / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и их роль в инновационном развитии жилищно-коммунального хозяйства и техносферы» (11–12 ноября 2013 г.). – Астрахань, 2013. – с. 23-27.
- Саркисян Н.А. Оценка влияния факторов среды на планктонные сообщества / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и их роль в инновационном развитии жилищно-коммунального хозяйства и техносферы» (11–12 ноября 2013 г.). – Астрахань, 2013. – с. 32-36.
- Саркисян Н.А, Колмыков Е.В. Распределение планктона в районе месторождения им. Ю.Корчагина в годы разной водности / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и их роль в инновационном развитии жилищно-коммунального хозяйства и техносферы» (11–12 ноября 2013 г.). – Астрахань, 2013. – с. 49-53.
