Новости

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени М.В. Ломоносова
Биологический факультет

На правах рукописи

ХРОМОВ Виктор Михайлович
РАСТИТЕЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА В МОНИТОРИНГЕ ПРЕСНЫХ ВОД ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

03.00.18 - Гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук


Москва 2004

Работа выполнена на кафедре гидробиологии Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор В. А. Абакумов
доктор биологических наук профессор А. Н. Камнев
доктор биологических наук В. Г. Девяткин

Ведущая организация: Российский Университет Дружбы Народов

Защита состоится 27 мая 2004 г. в 15:30 на заседании Диссертационного Совета Д 501.001.55 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы. Биологический факультет, ауд. 389

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Отзыв в двух экземплярах просим направлять по адресу:
119899, Москва, Биологический факультет. Ученый Совет Д 501.001.55

Автореферат разослан 26 апреля 2004 г.

Ученый секретарь Совета кандидат биологических наук

Н.В. Карташева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. С момента обоснования системы биологического мониторинга (Федоров, 1975) водные растительные сообщества оказываются важнейшими элементами, которые определяют состояние водных экосистем, а также позволяют оценить качество воды водоемов и водотоков (Абакумов, 1981; Винберг, 1981; Сиренко, 1981). Эффективность использования разных растительных сообществ в гидробиологическом мониторинге обусловлено степенью их изученности как биологических показателей состояния водной среды. Если структурные характеристики фитопланктона используются в системе мониторинга достаточно широко (Девяткин и др., 1976, 1977; Охапкин, Кузьмин, 1978; Абакумов и др., 1986, 1994), то сообщества макрофитов представлены в меньшей степени (Фрейндлинг, 1981; Распопов, 1992; Хеслам, 1977), а сообщества микроводорослей обрастателей макрофитов - эпифитон практически не используется до настоящего времени (Русанов и др., 2001).

Использование в системе гидробиологического мониторинга функциональных показателей растительных сообществ - первичной продукции и деструкции (а также соотношения этих показателей) до настоящего времени ограничено поскольку методические несовершенства при измерениях этих величин часто приводят к неадекватным оценкам этих показателей в водоемах и водотоках (Грезе, 1982; Константинов, 1983, 1984; Гольд, 1985; Хайлов, 1986;Хромов,1986;Бульон,1988).

Особенностью системы водоем-водоток-водопотребитель является высокая степень пространственно-временной изменчивости гидролого-гидрохимических параметров, а также гидробиологических характеристик, в частности структурных и функциональных показателей растительных сообществ, особенно микроводорослей. Это вызывает большие сложности при использовании степени изменчивости гидробиологических характеристик в системе мониторинга качества вод, для оценки уровня антропогенного влияния на водные объекты.

В системе гидробиологического мониторинга при обосновании станции наблюдений на водоемах и водотоках часто не учитывают эффектов взаимовлияния водных сообществ, в частности макрофитов и фитопланктона, в результате чего наблюдаемая изменчивость структурных показателей может быть неоднозначно интепретирована при оценки состояния водной среды. Поэтому представляется важным детальное исследование естественной временной и пространственной изменчивости структурных и функциональных характеристик водных растительных сообществ, степени их взаимного влияния, а также установления приоритетности разных растительных сообществ в системе наблюдений в водоемах и водотоках, что позволит повысить эффективность их использования в гидробиологическом мониторинге.

Цель и задачи исследований. Изучить закономерности временной и пространственной изменчивости структурных и функциональных характеристик растительных сообществ (фитопланктон, эпифитон, макрофиты), установить основные факторы определяющие их изменчивость и обосновать степень использования в системе гидробиологического мониторинга в водоемах и водотоках питьевого назначения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Установить степень влияния водных сообществ (фитопланктон, эпифитон, макрофиты) на изменчивость гидрохимических показателей, входящих в систему мониторинга качества воды, а также выявить особенности накопления тяжелых металлов макрофитами для более эффективного их использования как индикаторов поступления металлов в водоемы и водотоки.
2. Изучить временную и пространственную изменчивость структурных (качественный и количественный состав) и функциональных (первичная продукция и деструкция) характеристик растительных сообществ, (особенно микроводорослей -фитопланктон, эпифитон) для выявления основных факторов, ответственных за изменчивость.
3. Исследовать степень взаимовлияния фитопланктона, эпифитона и макрофитов на изменчивость их продукционно-деструкционных характеристик для более адекватной оценки антропогенного воздействия на качество воды.
4. Исследовать соотношение первичной продукции и деструкции (ПП:Д) в зависимости от уровня загрязнений воды веществами органической природы, поступающими в водоемы и водотоки.
5. На основе полученных результатов обосновать приоритетность использования фитопланктона, эпифитона и макрофитов в схемах гидробиологического мониторинга.

Основные защищаемые положения:

1. Водные растительные сообщества в процессе жизнедеятельности оказывают существенное влияние на изменчивость ряда гидрохимических показателей, входящих в систему мониторинга качества воды. Степень влияния на изменчивость химических показателей зависит от типа фитоценоза и от уровня функционирования в водоемах и водотоках.
2. Интенсивность функционирования ( первичная продукция и деструкция) растительных сообществ (фитопланктон, эпифитон,макрофиты) существенно изменяется при их совместном обитании, что необходимо учитывать в мониторинге водных объектов и выборе станций наблюдений.
3. Пространственно-временная изменчивость структурно-функциональных характеристик растительных сообществ и прежде всего микроводорослей (фитопланктона, эпифитона), обусловленная множеством факторов и прежде всего гидролого-гидрохимических, вызывает необходимость установления основных из них, для формирования схем мониторинга, позволяющих более эффективно выявлять антропогенное воздействие.
4. Использование разработанного нами нового метода измерения первичной продукции и деструкции в режиме непрерывной регистрации позволяет повысить информативность этих показателей и существенно пересмотреть представления о соотношении продукционных и деструкционных процессов (ПП:Д), происходящих в водоемах и балансе органического вещества в них, а также повышает эффективность использования ПП:Д-характеристик для оценки качества вод.
5. Приоритетность использования разных растительных сообществ в схеме гидробиологического мониторинга изменяется в зависимости от типа водного объекта (водоем, водоток), а также от природы преобладающих загрязняющих веществ, поступающих в водоем или водоток - минеральные вещества (биогенные элементы), органические вещества, тяжелые металлы.

Теоретическое значение и научная новизна работы.

1. Экспериментально установлена степень пространственно-временной изменчивости структурно-функциональных характеристик растительных сообществ (фитопланктон, эпифитон, макрофиты) на примере Москворецкой водной системы, Вазузской гидротехнической системы и реки Москвы в зависимости от абиотических (гидролого-гидрохимические) и биотических (взаимовлияние фитопланктона, эпифитона, макрофитов) факторов, что повышает эффективность структурно-функциональных показателей в мониторинге качества воды.
2. Использование канонического дискриминантного анализа позволяет выделить из множества абиотических и биотических факторов основные, определяющие пространственно - временную изменчивость структурных характеристик фитопланктона и эпифитона в речных условиях, что позволяет свести до минимума количество контролирующих факторов.
3. Изучена степень влияния фитопланктона и макрофитов на изменение концентрации основных гидрохимических показателей, входящих в систему мониторинга качества воды, при этом установлена видовая и морфологическая специфичность макрофитов в накоплении тяжелых металлов.
4. Разработана новая методика определения первичной продукции и деструкции в режиме непрерывной регистрации, существенно повы шающая информативность этих показателей и позволяющая внести поправки в расчеты баланса органического вещества в водоемах. Показана высокая положительная корреляция между соотношением первичной продукции (ПП) и деструкции (Д) фитопланктона и степенью сапробности, что повышает эффективность использования отношений ПП:Д в качестве экспресс-показателей в мониторинге качества воды.
5. Предложена схема поэтапного анализа состояния водоемов и водотоков с использованием водных растительных сообществ. Количество этапов определяется степенью загрязнения водоемов и водотоков, а также необходимостью использования более расширенной аналитической схемы оценки антропогенного влияния.

Практическая значимость работы.

1. Разработана новая методика оценки первичной продукции и деструкции в режиме непрерывной регистрации. Данная методика предложена для использования в систему государственного мониторинга водных объектов (ГМВО).
2. Установлена степень влияния скоростного режима на подавление массового развития фитопланктона, что позволяет в системах зарегулированного стока (водохранилище - река) сохранять качество воды на высоком уровне путем регулирования скорости потока по тракту реки от водохранилища до водопользователя (водозабора).
3. Выявлена роль водосборной площади в формировании качества воды но тракту реки Москвы. Полученные результаты использованы для разработки зон санитарной охраны водоемов и водотоков в системе мелиорации и водного хозяйства.
4. Разработана и внедрена в систему водного хозяйства схема экспресс-методик оценки состояния водоемов и водотоков по степени загрязнения с использованием структурных и функциональных характеристик водных растительных сообществ, которая позволяет проводить оперативную оценку качества воды.

Ряд полученных результатов исследований был внедрен в различные хозяйственные структуры, ответственные за контроль и охрану природных вод:

1. Разработаны и внедрены в системы бассейновых управлений водного хозяйства России рекомендации по установлению санитарных зон малых рек (акт внедрения от 05.07.1989).
2. Разработаны и внедрены в систему инженерных разработок Гидропроекта рекомендации по установлению массового развития фитопланктона по тракту рек в системе зарегулированного стока (акт внедрения от 21.09.1988).
3. Разработана и предложена в систему ГВМО методика измерения первичной продукции и деструкции в режиме непрерывной регистрации.

Апробация работы. Материалы диссертации были апробированы: в Московском обществе испытателей природы (МОИП, Москва, 1979), на Всесоюзных совещаниях лимнологов (Иркутск, 1981, 1985), на 2 Международном симпозиуме по геохимии природных вод (Ростов-на-Дону, 1982), на конференции "Гидрологические исследования и водное хозяйство в бассейне реки Москвы" (Москва, 1983), на Всесоюзном симпозиуме по современным методам прогнозирования контроля качества воды водоемов и озонирование (Таллин, 1985), на Международном симпозиуме специалистов стран-членов СЭВ (Москва, 1986), на Всесоюзном гидрохимическом совещании (Ростов-на-Дону, 1986), на 1 Всесоюзной конференции по проблемам ихтиологии, рыбохозяйственного использования водоемов питьевого и рекреационного назначения (Москва, 1987), на 1 Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы современной альгологии" (Черкассы, 1987), на международном симпозиуме "Экологические модификации и критерии экологического нормирования" (Нальчик, 1992), на 1Усъезде ВГБО РАН (1996), на региональной научно-практической конференции "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполисов (Москва, 1997), на конференции посвященной 250-летию МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва, 2001), на Международной конференции "Малью реки: Современное экологическое состояние, актуальные проблемы" (Тольятти, 2001), на международном симпозиуме "Перифитон континентальных вод: современное состояние изученности и перспективы дальнейших исследований" (Тюмень, 2003).

Публикации. Результаты исследований изложены в 3 коллективных монографиях и в более 60 журнальных и других публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 320 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, заключения и выводов. В работе представлено 32 таблицы, 60 рисунков. Список литературы включает 346 наименований отечественных и зарубежных авторов.