ТОЛЕРАНТНОСТЬ ГИДРОМАКРОФИТОВ К АКТИВНОЙ РЕАКЦИИ, МИНЕРАЛИЗАЦИИ И ЖЁСТКОСТИ ВОДЫ В ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ

Полный текст

В Научно-исследовательском институте экологии Севера Сургутского государственного университета выполняется работа по совершенствованию системы фитоиндикации качественного состояния водной среды на основе информации об экологической толерантности гидромакрофитов из разных систематических групп. Ранее в южных районах Западно-Сибирской равнины были получены данные о выносливости видов гидромакрофитов к активной реакции, общей жёсткости и общей минерализации воды (Свириденко 2000). На основе этих материалов и литературных сведений были разработаны прескриптивные таблицы с указанием пределов толерантности 328 видов (Свириденко и др. 2011; 2012). Отмечалось, что основной задачей является выявление верхних (максимальных) значений диапазонов выносливости видов к этим факторам в связи с тем, что нижние пределы диапазонов толерантности видов пресноводного флористического комплекса расположены в ультрапресных, мягких водах, т.е. почти приближены к нулю. Исключение составляют виды соляноводного флористического комплекса, для которых необходимо выявить также нижние границы выносливости к этим факторам, расположенные в пределах значений, соответствующих слабосолоноватым, жёстким водам. В 2015 г. в целях уточнения диапазонов выносливости видов выполнено сопряжённое изучение биологического разнообразия гидромакрофитов и параметров водной среды в гидроэкотопах в Тюменской (включая Ханты-Мансийский автономный округ) и Омской областях. В Ханты-Мансийском автономном округе работа проводилась в Сургутском, Нефтеюганском, Нижневартовском, Ханты-Мансийском, Советском и Кондинском районах. На юге Тюменской области обследованы водные объекты в Абатском и Аромашевском районах. В Омской области материал получен в Омском, Любинском, Таврическом, Марьяновском, Муромцевском, Саргатском, Большереченском, Называевском, Нововаршавском, Черлакском районах. С юга на север охвачена территория между 54°20′ с.ш. и 61°40′ с.ш., с запада на восток - между 63º30′ в.д. и 74º50′ в.д. Протяжённость маршрутов составила свыше 4 300 км. В широтно-зональном плане экспедиционные исследования охватили степную, лесостепную и лесную зоны (рис. 1). Рис. 1. Основные маршруты экспедиции в 2015 г. В полевых условиях проведён сбор образцов гидромакрофитов в 98 водных объектах, пробы воды для гидрохимического анализа взяты в 81 водном объекте. В число изученных водных объектов вошли большие озёра с акваторией более 10 км2, многочисленные средние и малые озёра, а также участки рек Иртыш, Ишим, Обь, малые реки и водотоки, разнотипные временные, искусственные и некоторые нефтезагрязнённые водные объекты (котлованы, пруды, каналы, дренажные канавы). Для изучения таксономической принадлежности растений в лабораторных условиях использовали микроскопы Aльтами СПМ 0880 и Aльтами Био-1. При определении мхов, макроводорослей применяли цифровые видеоокуляры DCM и UCMOS 5100 KPA. Измерения клеток и гаметангиев выполнены с применением программы ScopePhoto. Определение видов проведено по соответствующим определителям (Определитель 1951-1983; Абрамова и др. 1961; Wood, Imahori 1964, 1965; Савич-Любицкая, Смирнова 1968, 1970; Rieth 1980; Kadlubowska 1984; Флора Сибири 1988-2003; Krause 1997; Рундина 1998; Игнатов, Игнатова 2003, 2004; Mrosińska 2009; Свириденко, Свириденко 2010; Свириденко, Мамонтов 2012). Латинские названия видов макроскопических водорослей приведены по (Определитель 1951-1983), гидрофильных мхов - по (Игнатов, Афонина 1992), сосудистых гидрофитов - согласно работе (Черепанов 1995). Гидрохимический анализ образцов воды выполнен по стандартным методикам (Руководство 1977; Унифицированные 1978; ГОСТ 2013). Пробы воды в обследованных водных объектах в связи с их мелководностью отбирали из верхнего горизонта водной толщи с глубины до 100 см (ГОСТ 2013). Цветность воды определяли в градусах цветности относительно хром-кобальтовой шкалы фотометрическим методом с использованием синего светофильтра (λ=413 нм) в кварцевых кюветах (ГОСТ 2003; Цветность 2008). Для измерения водородного показателя (рН) использовали прибор «Экотест 2000» с электрохимической ячейкой, составленной из стеклянного и хлорсеребряного электродов. Настройку электродной системы проводили по стандартному набору буферных растворов, приготовленных из стандарт-титров (Количественный 2004; ГОСТ 2008). Ионный состав растворённых солей в воде определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на ионном хроматографе «Стайер» с кондуктометрическим детектором. Для разделения ионов использовали хроматографические колонки: при определении катионов - Shodex IC YS-50, при определении анионов - TRANSGENOMIC ICSep AN2 (Методика 2012а, б). Для определения массовой концентрации карбонат- и гидрокарбонат-ионов использовали значения свободной и общей щёлочности, применяя соотношения между ними и расчётные формулы (ГОСТ 2009). Общую минерализацию воды определяли как сумму основных ионов (в г/дм3), общую жёсткость - как сумму ионов кальция и магния (в мг-экв/дм3). Всего в обследованных водных объектах было отмечено 138 видов макроскопических водных растений из 72 родов, 46 семейств, 8 отделов (табл. 1). Анализ количественных физико-химических характеристик воды исследованных водных объектов позволил сделать следующее обобщение. Значения водородного показателя водной среды для подавляющего большинства обследованных водоёмов входили в диапазон pH 6,0-9,0. Однако были обследованы водоёмы с уровнем рН, выходящим за его пределы как в кислую, так и в щелочную область. Максимальное отклонение рН в щелочную область отмечено для водных объектов Омской области (pH 9,5), а в кислую - в Тюменской области (pH 3,9) (рис. 2). Показатель цветности воды для проб воды из Омской области варьировал в диапазоне от 58 до 473 градусов. В Тюменской области общий диапазон цветности воды был значительно шире - от 34 до 1827 градусов, однако в подавляющем большинстве водных объектов цветность воды не превышала 600 градусов (рис. 2). Таблица 1 Таксономическая структура флоры гидромакрофитов изученных водных объектов Отделы Число видов родов семейств Rhodophyta 1 1 1 Charophyta 7 2 2 Chlorophyta 31 14 9 Xanthophyta 5 1 1 Bryophyta 12 8 5 Equisetophyta 1 1 1 Polypodiophyta 2 2 2 Magnoliophyta 79 43 25 Всего 138 72 46 Тюменская область Омская область Подпись: Градусы цветности Рис. 2. Распределение значений рН и градусов цветности (по хром-кобальтовой шкале) воды изученных водных объектов Тюменской и Омской областей Для Тюменской области диапазон значений минерализации воды составлял 0,01-0,57 г/дм3, для Омской области - 0,14-29,47 г/дм3. Самой низкой минерализацией отличались водные объекты Ханты-Мансийского автономного округа, что в целом характерно для этого региона (Волковская и др. 2004). Соответственно, диапазоны общей жёсткости водной среды составляли: в Тюменской области 0,09-3,95 мг-экв/дм3 (рис. 3), в Омской области - 1,27-107,07 мг-экв/дм3 (рис. 4). Общая жесткость, мг-экв/дм3 Подпись: Общая минерализация, г/дм3 Подпись: Общая минерализация, г/дм3Рис. 3. Распределение значений общей жёсткости и общей минерализации воды изученных водных объектов Тюменской области Общая жесткость, мг-экв/дм3 Рис. 4. Распределение значений общей жёсткости и общей минерализации воды изученных водных объектов Омской области Уровень минерализации и жёсткости воды в водных объектах Тюменской и Омской областей сильно различался, поэтому диаграммы рассеивания значений этих параметров были рассмотрены в системах координат с разной ценой делений (рис. 3, 4). В исследованных поверхностных водах Тюменской и Омской областей преобладали катионы щелочных металлов: натрия, калия, магния, кальция и анионы: гидрокарбонатный, хлоридный и сульфатный. Карбонат-ионы встречались не во всех пробах и в значительно меньших количествах. В водоёмах Тюменской области среди катионов максимальную концентрацию имели ионы натрия и кальция, диапазоны концентраций которых составляли 1,1-90,2 мг/дм3 и 1,4-64,4 мг/дм3 соответственно. Концентрации калия и магния были ниже и составляли 0,3-9,4 мг/дм3 и 0,3-20,3 мг/дм3 соответственно. Среди анионов преобладали гидрокарбонат-ион, концентрация которого достигала 308,7 мг/дм3, и хлорид-ион (2,1-83,4 мг/дм3). Концентрация сульфат-иона была во всех пробах значительно ниже и варьировала в диапазоне 0,7-18,4 мг/дм3. В Омской области диапазоны концентраций составляли для катионов натрия 10,5-10770,0 мг/дм3; для калия - 3,7-5200,0; магния - 6,5-902,7; кальция - 14,5-699,5 мг/дм3. Концентрация анионов находилась в следующих диапазонах: гидрокарбонат-ион- 64,7-1171,2 мг/дм3; хлорид-ион - 14,5-9216,4; сульфат-ион - 0,5-6619,2 мг/дм3. В таблице 2 приведены диапазоны (и отдельные значения) активной реакции (рН), минерализации и жёсткости водной среды для 138 видов гидромакрофитов, основанные на авторских материалах, полученных за весь период изучения факторов среды в экотопах макроскопических водных растений Западно-Сибирской равнины. Таблица 2 Активная реакция (рН), общая минерализация и общая жёсткость воды в экотопах гидромакрофитов Западно-Сибирской равнины Виды рН Минерализация, г/дм3 Жёсткость,мг-экв/дм3 1. Batrachospermum vagum 4,8-5,4 0,01 0,17 2. Nitella flexilis 6,9-8,6 0,02-0,30 0,30-2,80 3. Nitella syncarpa 6,5 0,14 1,27 4. Chara canescens 7,2-9,2 0,30-8,00 2,60-61,10 5. Chara contraria 7,2-8,3 0,50-5,10 3,40-23,20 6. Chara fragilis 7,0-9,2 0,30-3,90 1,50-12,10 7. Chara neglecta 7,2-8,7 0,30-3,60 2,80-19,80 8. Chara vulgaris 7,2-8,4 0,30-4,10 2,80-37,30 9. Zygnema stellinum 6,9-8,3 0,20-1,52 3,07-6,70 10. Zygogonium ericetorum 5,9 0,01 0,06 11. Mougeotia laetevirens 7,4 0,78 6,20-6,73 12. Mougeotia scalaris 7,2-7,7 0,40-1,35 3,34-9,77 13. Spirogyra bellis 7,0 0,16 1,15 14. Spirogyra calospora 7,1 0,20 3,07 15. Spirogyra daedalea 7,5 0,67 6,01 16. Spirogyra decimina 6,8-7,5 0,20-17,11 3,07-107,07 Продолжение талицы 2 17. Spirogyra dictyospora 7,2 1,35 9,77 18. Spirogyra fluviatilis 7,6 0,64 5,28 19. Spirogyra hassallii 6,7 0,01-0,30 0,09-2,10 20. Spirogyra majuscula 7,2-7,6 0,64 5,28 21. Spirogyra maxima 7,0-7,7 0,44-1,32 4,18-10,33 22. Spirogyra neglecta 7,5 0,67 6,01 23. Spirogyra nitida 6,2 0,08 0,67 24. Spirogyra quadrata 7,2 1,35 9,77 25. Spirogyra rugulosa 7,1 0,20 3,07 26. Spirogyra varians 7,6 0,70 5,46 27. Spirogyra weberi 6,6-7,6 0,67-0,93 6,01-8,15 28. Enteromorpha intestinalis 6,6-8,6 0,10-17,11 0,30-107,07 29. Enteromorpha flexuosa 8,1 1,22 8,63 30. Percursaria percursa 9,2 31,80 74,10 31. Cladophora glomerata 6,6-10,2 0,10-79,70 0,30-420,50 32. Pithophora oedogonia 9,5 18,23 35,57 33. Rhizoclonium hieroglyphicum 6,7 0,01-0,50 0,09-2,10 34. Stigeoclonium pusillum 6,6-6,7 0,01 0,09 35. Stigeoclonium tenue 6,3 0,11 0,75 36. Draparnaldia acuta 5,4-6,3 0,01-0,11 0,09-0,75 37. Chaetophora incrassatа 7,7 1,15 6,97 38. Bulbochaete intermedia 5,4-5,9 0,04 0,24 39. Oedogonium undulatum 6,4 0,13 1,16 40. Vaucheria dichotoma 6,6-9,2 1,15-5,10 6,97-34,20 41. Vaucheria geminatа 6,9 0,20 3,07 42. Vaucheria sessilis 6,8-7,1 0,20-0,48 3,07-4,66 43. Vaucheria walzii 6,9 0,20 3,07 44. Vaucheria taylori 7,1 0,20 3,07 45. Riccia fluitans 7,0-7,2 0,44-0,50 2,10-4,18 46. Sphagnum angustifolium 4,9-6,6 0,01 0,09-0,12 47. Sphagnum cuspidatum 3,9-6,6 0,01 0,12-0,17 48. Sphagnum platyphyllum 5,4-6,6 0,01 0,09-0,12 49. Fontinalis antipyretica 4,9-7,5 0,20 1,90 50. Fontinalis hypnoides 5,4-7,6 0,01-0,50 0,09-2,10 51. Calliergon giganteum 4,9-7,5 0,20-0,30 2,70-3,07 52. Calliergon megalophyllum 5,6-6,7 0,20 1,90 53. Drepanocladus aduncus 4,9-8,2 0,20-0,67 1,40-6,01 54. Leptodictyum riparium 6,7-8,6 0,02-3,90 1,40-9,20 55. Warnstorfia fluitans 5,4 0,01 0,09 56. Hypnum lindbergii 5,4 0,01 0,09 57. Equisetum fluviatile 4,7-8,4 0,01-0,60 0,09-5,40 58. Thelypteris palustris 6,5-7,8 0,14-1,00 1,27-6,10 59. Salvinia natans 7,2-8,6 0,20-0,78 1,50-6,73 60. Nuphar lutea 4,9-8,0 0,03-0,90 0,35-9,50 61. Nuphar pumila 3,9-7,6 0,01-0,90 0,09-11,70 62. Nymphaea candida 3,9-8,0 0,01-2,70 0,09-13,20 63. Nymphaea tetragona 4,9-7,6 0,01-0,90 0,14-11,80 64. Ceratophyllum demersum 6,5-8,8 0,14-1,60 1,27-11,70 65. Batrachium circinatum 7,4-8,4 0,20-1,60 1,50-9,20 66. Caltha palustris 5,5-8,2 0,01-0,50 0,09-1,50 67. Ranunculus gmelini 6,5-7,6 0,01-0,20 0,09-3,07 68. Ranunculus sceleratus 7,2-8,2 0,20-1,35 0,19-9,77 69. Persicaria amphibia 3,9-9,2 0,01-1,90 0,09-18,00 70. Persicaria lapathifoliа 6,8-8,6 0,02-1,10 0,20-6,20 71. Rorippa amphibia 6,8-8,2 0,20-0,70 2,54-6,01 72. Comarum palustre 4,7-7,4 0,03-0,30 0,35-2,70 73. Myriophyllum sibiricum 6,6-7,6 0,20-1,35 2,70-9,55 74. Myriophyllum spicatum 6,7-9,2 0,20-4,10 0,90-17,50 75. Myriophyllum verticillatum 6,6-7,6 0,20-2,70 1,70-15,00 Продолжение талицы 2 76. Cicuta virosa 4,9-7,4 0,02-0,30 0,21-2,70 77. Oenanthe aquatica 6,5-8,4 0,10-1,00 0,50-5,40 78. Sium latifolium 6,8-8,2 0,20-1,10 0,50-18,70 79. Menyanthes trifoliata 4,8-7,6 0,01-1,10 0,17-6,40 80. Nymphoides peltata 7,2-8,4 0,30-0,80 3,40-6,39 81. Utricularia vulgaris 4,9-9,2 0,08-4,00 0,67-24,20 82. Hippuris vulgaris 3,9-7,7 0,01-1,30 0,10-6,97 83. Callitriche hermaphroditica 7,6-8,3 0,30-0,93 4,10-6,05 84. Callitriche palustris 6,2-7,6 0,08-0,30 0,50-3,07 85. Butomus umbellatus 6,6-8,2 0,20-1,00 1,70-8,15 86. Elodea canadensis 6,1-8,8 0,02-0,81 0,34-7,07 87. Hydrilla verticillata 7,2-8,6 0,20-0,70 1,50-5,46 88. Hydrocharis morsus-ranae 6,4-8,8 0,02-1,35 0,34-11,70 89. Stratiotes aloides 6,6-8,2 0,02-2,70 0,34-13,20 90. Alisma gramineum 7,6-8,6 0,20-4,10 1,50-37,30 91. Alisma lanceolatum 7,6-8,6 0,74-1,20 6,39-6,70 92. Alisma plantago-aquatica 5,1-8,4 0,02-1,00 0,19-6,01 93. Sagittaria natans 6,1-7,8 0,01-0,30 0,09-2,70 94. Sagittaria sagittifolia 7,2-8,4 0,37-0,90 3,34-7,07 95. Triglochin maritimа 7,0-9,2 0,31-6,60 2,54-42,00 96. Triglochin palustre 7,2-9,2 1,35-3,20 9,77-24,40 97. Potamogeton alpinus 6,4-7,6 0,01-0,30 0,09-2,70 98. Potamogeton berchtoldii 6,6-8,2 0,20-1,35 0,70-9,77 99. Potamogeton compressus 7,2-7,8 0,20-0,74 1,70-6,39 100. Potamogeton crispus 7,6-8,4 0,20-0,80 1,50-5,70 101. Potamogeton friesii 6,6-9,2 0,05-3,90 0,30-13,20 102. Potamogeton gramineus 3,9-8,5 0,01-1,35 0,09-9,55 103. Potamogeton lucens 6,5-8,6 0,14-2,70 0,70-13,20 104. Potamogeton natans 6,1-7,6 0,20-1,10 1,40-6,40 105. Potamogeton obtusifolius 6,4-8,4 0,02-1,40 0,11-8,10 106. Potamogeton pectinatus 7,2-9,6 0,03-18,23 1,50-107,07 107. Potamogeton perfoliatus 6,1-9,2 0,03-5,10 1,27-37,30 108. Potamogeton pusillus 6,2-8,8 0,08-1,32 0,67-10,33 109. Potamogeton trichoides 7,5-8,5 0,37-1,44 3,34-10,06 110. Ruppia maritimа 8,3-10,2 16,30-79,90 102,29-388,80 111. Zannichellia palustris 7,2-8,6 0,30-5,70 1,70-42,30 112. Zannichellia repens 8,3 17,21 102,29 113. Najas marina 8,0-8,6 1,40-5,10 7,80-26,54 114. Bolboschoenus maritimus 7,2-9,5 0,30-5,70 3,60-41,70 115. Carex acuta 5,5-8,6 0,01-1,35 0,12-9,55 116. Carex aquatilis 3,9-7,2 0,01-0,30 0,09-2,70 117. Carex atherodes 6,5-8,6 0,31-0,70 2,54-4,60 118. Carex lasiocarpa 4,8-7,0 0,01-0,20 0,12-1,90 119. Carex riparia 6,4-8,2 0,31-1,69 2,54-10,62 120. Carex rhynchophysa 5,6-7,6 0,01-0,90 0,12-6,01 121. Carex rostrata 4,8-7,2 0,01-0,60 0,12-4,10 122. Carex vesicaria 5,6-7,2 0,01-0,67 0,12-6,01 123. Eleocharis palustris 5,8-8,8 0,01-4,10 0,09-37,30 124. Scirpus lacustris 6,5-8,4 0,14-4,10 0,70-17,50 125. Scirpus tabernaemontani 7,6-9,2 0,20-3,90 1,50-18,00 126. Agrostis stolonifera 6,3-8,0 0,01-0,60 0,09-4,10 127. Phragmites australis 5,2-9,6 0,08-18,23 0,50-106,30 128. Scolochloa festucacea 6,5-8,6 0,14-3,90 1,27-13,20 129. Acorus calamus 7,2-7,7 0,20-0,74 1,50-6,39 130. Calla palustris 4,7-7,2 0,02-0,10 0,21-0,30 131. Lemna minor 6,2-9,2 0,08-1,90 0,30-18,00 132. Lemna trisulca 6,5-8,6 0,14-5,10 0,70-23,20 133. Spirodela polyrhiza 6,5-8,5 0,10-1,02 0,30-11,70 134. Sparganium angustifolium 4,9-7,6 0,03-0,20 0,35-1,90 Окончание талицы 2 135. Sparganium emersum 4,8-8,0 0,02-1,44 0,20-10,06 136. Sparganium erectum 6,5-8,4 0,14-1,10 1,27-12,10 137. Typha angustifolia 6,5-9,2 0,14-4,10 1,27-37,30 138. Typha latifolia 6,2-8,2 0,03-2,70 0,30-13,20 Полученные в 2015 г. на территории Ханты-Мансийского автономного округа новые данные позволили подтвердить распространение большой группы видов в экотопах, характеризующихся кислой средой и малыми концентрациями основных растворённых ионов - в ультрапресных и очень мягких водах. Например, были значительно откорректированы ранее указанные границы толерантности в сторону кислых, ультрапресных, очень мягких вод для Equisetum fluviatile, Nuphar lutea, Nuphar pumila, Nymphaea candida, Nymphaea tetragona, Persicaria amphibia, Hippuris vulgaris, Alisma plantago-aquatica, Eleocharis palustris, Potamogeton gramineus, Phragmites australis, Sparganium angustifolium, Sparganium emersum. В то же время материалы, полученные в южных районах Западно-Сибирской равнины, позволили уточнить для некоторых видов (Spirogyra decimina, Zannichellia repens) их способность выдерживать щелочные условия, высокую минерализацию и значительную жёсткость воды в сравнении с ранее указанными значениями. Необходимо отметить, что для группы видов, впервые отмеченных на Западно-Сибирской равнине, в том числе для Nitella syncarpа, Spirogyra daedalea, Spirogyra dictyospora, Spirogyra rugulosa, Spirogyra subcolligata, Vaucheria aversa (Свириденко и др. 2015 а-г; Sviridenko et al. 2015) и для видов, слабо изученных в пределах ареалов (Zygogonium ericetorum, Percursaria percursa, Chaetophora incrassatа, Salvinia natans, Ruppia maritima, Najas marina), подобная информация существенно дополнила имеющиеся немногочисленные сведения о их экологических характеристиках. В целом, несмотря на многолетний период исследования данной проблемы, для многих видов гидромакрофитов реальные диапазоны толерантности к рассматриваемым факторам водной среды ещё окончательно не выявлены, поэтому такие исследования планируется продолжить в других районах Западно-Сибирской равнины.

Об авторах

Борис Фёдорович Свириденко

НИИ экологии Севера Сургутского государственного университета

доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник Сургут

Юрий Александрович Мурашко

НИИ экологии Севера Сургутского государственного университета

кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Сургут

Татьяна Викторовна Свириденко

НИИ экологии Севера Сургутского государственного университета

старший научный сотрудник Сургут

Андрей Николаевич Ефремов

Проектный институт реконструкции и строительства объектов нефти и газа

кандидат биологических наук, начальник отдела экологических изысканий Омск

Список литературы

Дополнительные файлы