Определение степени загрязнённости водоёмов на примере альгологической индикации

1.8 Полезность водорослей

У водорослей множество полезных свойств.

Пища для водных животных. Водоросли можно считать первичным источником пищи для всех водных животных. Благодаря присутствию хлорофилла они синтезируют из неорганических веществ органические. Рыбы и другие водные животные потребляют эту органику непосредственно (поедая водоросли) или косвенно (поедая других животных), поэтому водоросли можно считать первым звеном почти всех пищевых цепей в водоемах.

Пища для человека. Во многих странах, особенно на Востоке, люди используют в пищу несколько видов крупных водорослей. Питательная ценность их невелика, однако содержание витаминов и минеральных веществ в такой "зелени" может быть довольно высоким.

Источник агара. Из некоторых моских водорослей получают агар - студенистое вещество, используемое для приготовления желе, мороженого, крема для бритья, салатов, эмульсий, слабительных средств, а также для выращивания микроорганизмов в лабораториях.

Диатомит. Диатомит применяется в составе абразивных порошков и фильтров, а также служит теплоизоляционным материалом, заменяющим асбест.

Удобрение. Водоросли - ценное удобрение, и морские макрофиты с давних времен используются для подкормки растений. Почвенные водоросли могут во многом определять плодородие участка, а развитие на голых камнях лишайников считается первой стадией почвообразовательного процесса.

Водорослевые культуры. Биологи уже давно выращивают водоросли в лабораториях. Сначала их выращивали в маленьких прозрачных чашках с прудовой водой на солнечном свету, а в последнее время применяют для этого особые культуральные среды с определенным количеством минеральных солей и специальных ростовых веществ, а также регулируемые источники искусственного света. Обнаружено, что для оптимального развития некоторых водорослей необходимы весьма специфические условия. Изучение таких лабораторных культур необыкновенно расширило наши знания о росте, питании и размножении этих организмов, а также об их химическом составе. Сейчас в разных странах уже построены опытные установки, представляющие собой своего рода огромные аквариумы. На них в строго контролируемых условиях с использованием сложной аппаратуры проводятся эксперименты для выяснения перспектив использования водорослевых культур. В результате доказано, что продукция сухого вещества водорослей на единицу площади может быть гораздо выше, чем у нынешних сельскохозяйственных растений. Некоторые из использованных видов, например одноклеточная зеленая водоросль хлорелла (Chlorella), дают "урожай", содержащий до 50% пригодного в пищу белка. Не исключено, что будущие поколения людей, особенно в густонаселенных странах, станут использовать искусственно выращенные водоросли [3].

1.9 Классификация водорослей

В прошлом водоросли считались примитивными растениями (без специализированных проводящих, или сосудистых, тканей); их выделяли в подотдел водорослей (Algae), который вместе с подотделом грибов (Fungi) составлял отдел талломных (слоевцовых), или низших растений (Thallophyta), - один из четырех отделов царства растений (некоторые авторы вместо термина "отдел" пользуются зоологическим термином "тип"). Далее водоросли разделяли по цвету - на зеленые, красные, бурые и др. Цвет - достаточно прочная, но не единственная основа для общей классификации этих организмов. Более существенны для выделения различных групп водорослей типы формирования их колоний, способы размножения, особенности хлоропластов, клеточной стенки, запасных веществ и т.п. Старые системы обычно признавали около десяти таких групп, считавшихся классами. Одна из современных систем относит к "водорослям" (этот термин утратил классификационное значение) восемь типов (отделов) царства протистов (Protista); впрочем, такой подход признается не всеми учеными [1].

1.9.1 Зеленые водоросли (отдел (тип) Chlorophyta царства протистов)

Обычно они цвета зеленой травы (хотя окраска может варьировать от бледно-желтой до почти черной), а фотосинтетические пигменты у них такие же, как у обычных растений.

Большинство - микроскопические пресноводные формы. Многие виды растут на почве, образуя на ее влажной поверхности напоминающие войлок налеты. Бывают одно- и многоклеточными, образуют нити, шаровидные колонии, листовидные структуры и т.д.

Клетки подвижные (с двумя жгутиками) или неподвижные. Половое размножение - разных уровней сложности в зависимости от вида. Видов описано несколько тысяч. Клетки содержат ядро и несколько четко оформленных хлоропластов.

Один из хорошо известных родов - плеврококк (Pleurococcus), одноклеточная водоросль, образующая зеленые налеты, часто наблюдаемые на коре деревьев.

Широко распространен род Spirogyra - нитчатые водоросли, образующие длинные волокна тины в ручьях и холодных речках. Весной они плавают в виде липких желтовато-зеленых скоплений на поверхности прудов.

Cladophora растет в виде мягких, сильно ветвящихся "кустиков", прикрепляющихся к камням у берегов рек.

Basiocladia образует зеленый налет на спине пресноводных черепах.

Состоящая из многих клеток водяная сеточка (Hydrodictyon), обитающая в стоячих водах, по строению действительно напоминает "авоську".

Десмидиевые - одноклеточные зеленые водоросли, предпочитающие мягкую болотную воду; их клетки отличаются причудливой формой и красиво орнаментированной поверхностью.

У некоторых видов клетки соединены в нитчатые колонии. У свободноплавающей колониальной водоросли Scenedesmus серповидные или продолговатые клетки объединены в короткие цепочки. Этот род обычен в аквариумах, где его массовое размножение приводит к появлению в воде зеленого "тумана".

Самая крупная зеленая водоросль - морской салат (Ulva), макрофит листовидной формы.

1.9.2 Красные водоросли (багрянки) (отдел (тип) Rhodophyta царства протистов)

Большинство из них - морские листовидные, кустистые или корковые макрофиты, обитающие ниже линии отлива. Цвет их преимущественно красный из-за присутствия пигмента фикоэритрина, но может быть пурпурным или синеватым. Некоторые багрянки встречаются в пресной воде, главным образом в ручьях и прозрачных быстрых речках. Batrachospermum - студенистая на ощупь сильно ветвистая водоросль, состоящая из буроватых или красноватых похожих на бусины клеток. Lemanea - щетковидная форма, часто растущая в быстро текущих речках и водопадах, где ее талломы прикрепляются к камням. Audouinella - нитчатая водоросль, встречающаяся в мелких речках. Ирландский мох (Chondrus cripus) - обычный морской макрофит. Багрянки не образуют подвижных клеток. Их половой процесс очень сложен, и один жизненный цикл включает несколько фаз.

1.9.3 Бурые водоросли (отдел (тип) Phaeophyta царства протистов)

Почти все они - обитатели моря. Лишь немногие виды микроскопические, а среди макрофитов встречаются самые крупные водоросли в мире. К последней группе относятся ламинарии, макроцистисы, фукусы, саргассумы и лессонии ("морские пальмы"), наиболее обильные по побережьям холодных морей. Все бурые водоросли многоклеточные. Цвет их варьирует от зеленовато-желтого до темно-коричневого и обусловлен пигментом фукоксантином. Половое размножение связано с образованием подвижных гамет с двумя боковыми жгутиками. Экземпляры, образующие гаметы, часто совершенно не похожи на организмы того же вида, размножающиеся только спорами.

1.9.4 Диатомовые водоросли (диатомеи)

Объединяют в класс Bacillariophyceae, который в используемой здесь классификации входит вместе с золотистыми и желто-зелеными водорослями в отдел (тип) Chrysophyta царства протистов. Диатомеи - весьма обширная группа одноклеточных морских и пресноводных видов. Окраска их от желтой до бурой из-за присутствия пигмента фукоксантина. Протопласт диатомей защищен коробчатой кремнеземной (стеклянной) оболочкой - панцирем состоящим из двух створок. Твердая поверхность створок часто покрыта характерным для вида сложным узором из штрихов, бугорков, ямок и гребней. Эти панцири - одни из самых красивых микроскопических объектов, а четкость различения их узора используется иногда для проверки разрешающей силы микроскопа. Обычно створки пронизаны порами или имеют щель, называемую швом. В клетке находится ядро. Помимо деления клеток надвое известно и половое размножение. Многие диатомеи - свободноплавающие формы, но некоторые прикреплены к подводным объектам слизистыми ножками. Иногда клетки объединяются в нити, цепочки или колонии. Различают два типа диатомей: перистые с удлиненными двусторонне-симметричными клетками (они наиболее обильны в пресных водах) и центрические, клетки которых, если смотреть со створки, выглядят округлыми или многоугольными (их больше всего в морях).

Как уже упоминалось, панцири этих водорослей сохраняются после смерти клеток и оседают на дно водоемов. С течением времени мощные их скопления уплотняются в пористую горную породу - диатомит.

1.9.5 Жгутиковые

1.9.6 Динофлагеллаты

Эти одноклеточные жгутиковые организмы тоже часто причисляют к простейшим, но их можно выделять и в самостоятельный отдел (тип) Pyrrophyta царства протистов. Они в основном желто-бурые, но бывают и бесцветными. Клетки их обычно подвижны; клеточная стенка у некоторых видов отсутствует, а иногда бывает весьма причудливой формы. Половое размножение известно лишь у немногих видов. Морской род Gonyaulax - одна из причин "красных приливов": у побережий он бывает настолько обилен, что вода приобретает несвойственный ей цвет. Эта водоросль выделяет токсичные вещества, иногда приводящие к гибели рыбы и моллюсков. Некоторые динофлагеллаты вызывают фосфоресценцию воды в тропических морях.

1.9.7 Золотистые водоросли

Они входят наряду с другими в отдел (тип) Chrysophyta царства протистов. Цвет их желто-бурый, а клетки бывают подвижными (жгутиковыми) или неподвижными. Размножение бесполое с образованием пропитанных кремнеземом цист.

1.9.8 Желто-зеленые водоросли

Сейчас их принято объединять с золотистыми в отдел (тип) Chrysophyta, но можно считать их и самостоятельным отделом (типом) Xanthophyta царства протистов. По форме они сходны с зелеными водорослями, но отличаются преобладанием специфических желтых пигментов. Их клеточные стенки иногда состоят из двух входящих одна в другую половинок, причем у нитчатых видов эти створки в продольном сечении Н-образные. Половое размножение известно лишь у немногих форм.

1.9.9 Харовые (лучицы)

Это - многоклеточные водоросли, составляющие отдел (тип) Charophyta царства протистов. Окраска их варьирует от серовато-зеленой до серой. Клеточные стенки часто инкрустированы карбонатом кальция, поэтому отмершие остатки харовых участвуют в образовании отложений мергеля. У этих водорослей есть цилиндрическая, напоминающая стебель главная ось, от которой мутовками отходят боковые отростки, похожие на листья растений. Растут харовые вертикально на мелководье, достигая в высоту 2,5-10 см. Размножение половое. Харовые вряд ли близки к какой-либо из перечисленных выше групп, хотя некоторые ботаники считают, что они произошли от зеленых водорослей [2].

1.10 Описание водоёмов

Системы Кадамских озер состоит из трех озёр: Большой Кадам (S= 600 га), Средний Кадам (S = 220 га), Малый Кадам (S = 100 га), располагающейся в Усть-Куломском районе Республики Коми, на правом берегу реки Вычегды, в 7 км к северу от устья реки Северная Кельтма, в 8 км от с. Керчомья.

Озера представляют собой остатки древнего большого приледникового водоема, существовавшего и в послеледниковое время. Форма озер круглая, береговая линия ровная. Берега отвесные с торфяными обнажениями. Дно озер песчаное, слабо заиленное. Водная растительность практически отсутствует.

2.Материал и методика

Отбор проб производился во время комплексной образовательной экспедиции, организованной Коми отделением российской молодежной экологической организации «Зеленая планета» в период с 28 по 30 июня 2006г и 2007г. В местах сбора проб проводили описание водоемов.

Водоросли исследовались во всех трех озерах.

Были взяты пробы планктона («живых» водорослей; для выращивания на искусственной питательной среде - Дрю). Отобранные образцы помещены в стерильные колбы, после добавления питательной среды были выставлены на свет, где в течение двух месяцев наращивалась их биомасса для дальнейшего определения видов.

Также был проведён сбор обрастаний с погруженных в воду субстратов (водные растения и коряги) методом смыва щеточкой. Пробы фиксировались 4% раствором формалина.

Необходимо отметить, что подробные исследования водорослей на Кадамских озерах ранее не проводились.

Обработку проб и определение водорослей (за исключением диатомовых) проводили в лаборатории Института биологии Коми НЦ УрО РАН, при помощи серии определителей пресноводных водорослей, под руководством старшего нучного сотрудника Института биологии Патовой Е.Н. в период с августа 2006г. по март 2007г и с сентября по ноябрь 2007г.

Определение видового состава водорослей проводилось на микроскопе Micros Austria под увеличением: 15х4; 15х10; 15х30.

Также произведено фотографирование всех выявленных видов.

3.Результаты и обсуждения

Всего собрано 8 смешанных проб (табл.1) и 3 пробы планктона из каждого озера.

Таблица 1.Места сбора проб 2006-2007

Всего в сборах 2006-2007 гг. выявлено 25 видов водорослей из пяти отделов: в Большом Кадаме 12 видов, Среднем - 8, Малом - 5. Во всех пробах синезеленых водорослей присутствует 11 видов, зеленых - 9, желтозеленых - 2, красных - 2 и золотистых - 1 (рис.1). Наиболее обильны синезеленые и зеленые водоросли, они же формируют основу доминирующих комплексов. В процентном соотношении во всех трёх озёрах также лидируют водоросли отделов синезелёные и зелёные.

Рис.1.Количество выявленных видов водорослей в сборах 2006-2007 гг.

и их процентное соотношение.

В планктоне водоросли были очень слабо развиты и бедны по составу, встречались единичные клетки синезеленых и зеленых водорослей. При выращивании в 2006г. на питательных средах в массе развились только синезеленые водоросли: в Большом Кадаме - Anabaena flos-aqua, Nostoc linckia, Tolypothrix tennuis, Среднем Кадаме - Tolypothrix tennuis, Малом Кадаме - Calothrix sp. (возможно вид является новым для Республики Коми). Отсутствие их в свежесобранных пробах и дальнейшее развитие этих азотфиксирующих видов в планктоне связано с бедностью исследованных водоемов основными питательными элементами (фосфор, азот и др.). Как показал химанализ, содержание этих элементов значительно меньше ПДК. При этом можно прогнозировать, что загрязнение этой уникальной системы озер может привести к бурному развитию синезеленых водорослей, ряд штаммов которых могут продуцировать токсические вещества и вызвать гибель гидробионтов и отрицательно повлиять на здоровье людей.

В 2006 г в планктоне были отмечены только синезеленые водоросли, в 2007 г. при выращивании на питательной среде в массе развились не только синезелёные, но и зелёные, и жёлтозелёные водоросли. В Большом Кадаме - Tribonema sp., Plectonema sp., Scenedesmus sp., в Среднем Кадаме - Anabena flos-aqua, Plectonema sp., Phormidium sp., в Малом - Tribonema sp. Причём во всех трёх пробах развились типичные представители планктона северной широты - хлорококковые. Большинство данных видов являются обитателями кислых сред. Появление их в новых пробах на месте обитателей нейтральных вод указывает, скорее всего, на влияние на данные водоемы болотных кислых вод (берега озер заболочены), где в большом содержании присутствуют тяжёлые металлы. Развитие этих видов водорослей определяется также невысокими концентрациями в воде основных биогенных элементов.

Выявить на данном этапе работы причины изменений затруднительно, т.к. разбор проб ещё не закончен.

Рисунок 2. Соотношение развившихся видов водорослей при

выращивании на питательной среде Дрю.

О чистоте озер можно также судить по водорослям обрастаний, среди которых отмечены виды-индикаторы низкоминерализованных вод с малым содержанием легко окисляемых органических соединений. Среди видов индикаторов чистых вод в водорослевых сообществах доминировали: Hapalosiphon fontinalis, Batrachospermum moniliforme, Chatransia chalybea, Draparnaldia glomerata.

На развитие водорослей важное влияние оказывают гидрохимические параметры водной среды. Также эти показатели являются одними из основных при определении качества среды. Химический анализ, проведенный в аналитической лаборатории института биологии КНЦ УрО РАН с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра, показал, что как по содержанию общего фосфора и общего азота (Рис.3), так и содержанию ионов (Ca+, Mg+, Na+, K+) вода не превышает ПДК (Рис.4).

Рисунок 3. Содержание Nобщ. и Pобщ. в отобранных образцах воды.

Рисунок 4. Содержание ионов (Ca+, Mg+, Na+, K+) в отобранных образцах воды

Количество тяжёлых металлов в исследованных образцах воды находится хоть и близко к уровню ПДК, но всё же ниже (Zn, Cu, Cd, Fe) и только один элемент его превышает (Mn), что объясняется геохимическими особенностями почв данного района (Рис. 5,6,7).

В добавление к результатам альгоиндикации гидрохимические показатели также подтверждают слова о том, что данная система озёр относится к чистым водоёмам. Причём, из исследованных водоемов наибольшие величины всех исследованных параметров зарегистрировано для Большого Кадама, что, скорее всего, связано с антропогенным влиянием на экосистему этого озера, и что опять же указывает на опасность загрязнения данного водоёма, что в дальнейшем, при увеличении антропогенной нагрузки, может вызвать кардинальные изменения в жизни гидробионтов.

Рисунок 5,6,7. Содержание тяжёлых металлов в отобранных образцах воды

 Заключение

В результате проведенных исследований было выявлено:

1. Доминирующими видами водорослей в пробах являются виды отделов синезеленых и зеленых, которые встречаются в комплексе доминантов водорослевых сообществ.

2. В материалах присутствуют и представители других отделов, но с меньшим обилием.

3. Среди выявленных образцов обнаружен, возможно, новый вид для РК: Colotrix sp.

4. На основе альгоиндикации и гидрохиманализа исследованную систему озер можно охарактеризовать как чистую, испытывающую минимальную антропогенную нагрузку.

5. Усиление антропогенной и рекреационной нагрузки на озера в дальнейшем может привести к перестройке пресноводных экосистем, гибели чувствительных к загрязнению гидробионтов и растений.

6. Мы считаем: необходимо принятие мер по сохранению этой уникальной и древней по происхождению системы озер и сохранение условий обитания ее обитателей.

Список использованной литературы

1. Жизнь растений в 6-ти томах. Том 3. Водоросли. Лишайники. М. : Просвещение, 1977. - 277 с.

2. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. Учебник для 9-11 классов. - М.: АО МДС, ЮНИСАМ, 1995. - 232 с.

3. Реймерс Н.Ф. Основные биологические понятия и термины. - М.: Просвещение, 1988. - 319 с.

4. Упитис В.В. Макро- и микроэлементы в оптимизации минерального питания водорослей. Рига : Зинатне, 1983. - 240 с.

5. Серия определителей пресноводных водорослей СССР.

Страницы: 1, 2