На правах рукописи

Стерлягова Ирина Николаевна РАЗНООБРАЗИЕ ВОДОРОСЛЕЙ И СТРУКТУРА ИХ СООБЩЕСТВ В ВОДОЕМАХ ПРИПОЛЯРНОГО УРАЛА (НА ПРИМЕРЕ БАССЕЙНОВ РЕК КОЖЫМ И ЩУГОР) 03.00.05 - ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сыктывкар 2009

Работа выполнена в Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Научный консультант: кандидат биологических наук, доцент Патова Елена Николаевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Трифонова Ирина Сергеевна доктор биологических наук, Комулайнен Сергей Федорович

Ведущая организация: ГОУ ВПО Башкирский государственный университет

Защита состоится 18 марта 2009 г. в 1430 на заседании диссертационного совета Д 004.007.01 при Институте биологии Коми Н - УрО РАН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28 Факс: (8212) 24-01-63 E-mail: dissovet@ib.komisc.ru Сайт: C диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра Уральского отделения Российской АН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 24.

Автореферат разослан л_ февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук А.Г. Кудяшева 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Инвентаризация биоразнообразия охраняемых территорий Приполярного Урала является одной из актуальных задач биологии, что связано с малой изученностью этих горных районов, необходимостью оценки состояния всех компонентов горной биоты, разработки мер и рекомендаций по сохранению этих уникальных природных комплексов. В связи с этим возникает необходимость изучения видового разнообразия флоры и фауны водных и наземных экосистем, в том числе и водорослей. Многие виды водорослей чувствительны к разнообразным видам антропогенного воздействия и относятся к экологическим индикаторам, могут быть использованы в качестве диагностического показателя состояния водных экосистем охраняемых территорий.

В настоящее время альгофлора водоемов Приполярного Урала, особенно на территории национального парка Югыд ва исследована недостаточно. Имеются сведения о водорослях бассейнов р. Щугор (Шубина, 1986), р. Вангыр (Стенина, 2000, 2001; Стенина и др., 2000, 2001), Малый Паток (Патова, 2004; Стенина, 2004; Патова, Стенина, 2007), фрагментарные сведения о водорослях бассейна р. Кожым приводятся в работе Н.Н. Воронихина (1930). Водоемы других бассейнов рек этого региона остаются не исследованными в альгологическом отношении.

Целью работы было изучение видового разнообразия водорослей горных водотоков и озер на Приполярном Урале (бас. рек Кожым и Щугор). Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1) определить видовой состав водорослей горных водотоков и озер на Приполярном Урале;

2) провести таксономический и эколого-географический анализ;

3) выявить виды-индикаторы и на их основе оценить состояние исследованных водных экосистем национального парка Югыд ва;

4) изучить структуру водорослевых сообществ в разных типах водоемов и выделить доминирующие комплексы;

5) оценить состояние популяций редких видов водорослей-макрофитов и разработать рекомендации для их включения в Красную книгу Республики Коми.

Научная новизна. Впервые выявлен видовой состав водорослей горных водоемов в бассейнах рек Кожым и Щугор (Приполярный Урал), где альгологические сборы ранее не проводились. Составлен систематический список водорослей, насчитывающий 376 видов с внутривидовыми таксонами из 8 отделов. Из них 104 таксона не отмечены ранее в водоемах Приполярного Урала. Найдены редкие виды водорослей-макрофитов Nostoc pruniforme Ag.

ex Born. et Flah., Lemanea fluviatilis Ag., Audouinella hermannii (Roth) Duby, Batrachospermum moniliforme Roth, Hydrurus foetidus Kirhn., Nitella opaca (Bruz.) Ag., Chara vulgaris L. emend.

Wallr., занесенные в ряд региональных Красных книг и впервые рекомендованные к включению в Красную книгу Республики Коми. На основе альгоиндикации проведена первая оценка состояния исследованных водных экосистем особо охраняемой территории Республики Коми - национального парка Югыд ва. Полученные результаты вместе с данными гидрохимического анализа свидетельствуют о чистоте вод и удовлетворительном состоянии обследованных водных объектов. Выявлена взаимосвязь между гидрохимическими параметрами воды и разнообразием водорослей. Показано достоверное положительное влияние Pобщ. и Zn. на общее разнообразие водорослей, на разнообразие Cyanoprokaryota достоверно отрицательное влияние оказывает Si, положительное - Ca2+. Для Chlorophyta значимыми оказалось содержание в водной среде биогенных элементов Pобщ. и Zn. Для Chrysophyta и Xanthophyta среди положительных факторов цветность и содержание Ca2+, достоверное отрицательное воздействие оказывают повышение рН, содержание Mg2+ и Fe (только для желтозеленых водорослей).

Практическая значимость работы. Полученные результаты дополняют представления о видовом составе водорослей горных водоемов Урала и включены во флористические сводки и базу данных Института биологии Коми Н - УрО РАН по водорослям северовостока европейской части России. Сведения о разнообразии и структуре сообществ водорослей могут быть использованы для мониторинга водных объектов ООПТ Приполярного Урала. Материалы диссертации используются при чтении курсов Основы биоиндикации и экологического мониторинга на кафедре экологии Сыктывкарского государственного университета и могут быть рекомендованы для включения в курсы по систематике низших растений и экологии в высших учебных заведениях. Работа проведена в рамках тем лаборатории экологии и охраны тундры (2001-2005 гг.) и отдела флоры и растительности Севера (20072009 гг.), гранта РФФИ № 07-04-00443-а (2007-2009 гг.), гранта УрО РАН для молодых ученых и аспирантов (2007 г.).

Личный вклад соискателя. В основу диссертации положены альгологические сборы автора 2002-2006 гг. Диссертантом проведены полевые исследования, отбор альгологических образцов и проб воды для химического анализа, идентификация водорослей различных таксономических групп, флористическая и статистическая обработка полученных результатов.

Автором составлена база данных по водорослям Приполярного и Полярного Урала.

Апробация. Материалы диссертации были представлены на международных, российских и региональных конференциях: молодежной научной конференции Актуальные проблемы биологии и экологии (Сыктывкар, 2003-2008), Всероссийской научной школе Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга: теория, методика, практика (Киров, 2004, 2005), молодежной научной конференции Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды (Уфа, 2004), научно-практических конференциях Проблемы особо охраняемых природных территорий Европейского Севера (к 10-летию национального парка Югыд ва) (Сыктывкар, 2004), Современное состояние и перспективы развития особо охраняемых территорий европейского Севера и Урала (Сыктывкар, 2005), I (IX) Международной конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге (2006), Всероссийской конференции Альгологические исследования: современное состояние и перспективы на будущее (Уфа, 2006), 6th International Symposium Use of Algae for Monitoring Rivers (Balatonfred, Hungary, 2006), 5th International Symposium Biology and Taxonomy of Green Algae (Bratislava, Slovakia, 2007), заседании президиума Коми Н - УрО РАН (Сыктывкар, 2008).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 29 публикациях, из них две статьи в журналах, рекомендованных списком ВАК и одна - в зарубежном журнале.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (192 источника, в том числе 62 на иностранных языках) и пяти приложений. Текст диссертации изложен на 155 страницах, содержит 17 рисунков и 10 таблиц.

Благодарности. Автор выражает сердечную благодарность научному руководителю, в.н.с. Института биологии Коми Н - УрО РАН, Е.Н. Патовой за помощь в обработке материала, определении видов и всестороннюю поддержку при написании работы. Огромную признательность выражаю профессору Тартуского университета (Эстония) Э. Кукку за помощь и консультации в определении десмидиевых водорослей. Сотрудникам Института биологии В.И. Пономареву, О.А. Лоскутовой, за предоставление ряда проб, М.Д. Сивкову за помощь в организации полевых исследований и проведение статистического анализа, А.С.

Стениной, С.В. Дегтевой, В.А. Мартыненко, Г.В. Железновой, Е.Е. Кулюгиной за обсуждение данной работы, ценные замечания и редакционные правки, С.В. Вавиловой за помощь при проведении исследований, И.В. Новаковской, Ю.Н. Шабалиной за консультации и предоставление литературы, сотрудникам аккредитованной экоаналитической лаборатории Экоаналит Института биологии за проведение гидрохимического анализа. Очень благодарна моей семье за всестороннюю помощь и поддержку при написании работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Водоросли горных водоемов (обзор литературы) В главе рассматриваются особенности видового разнообразия водорослей и структуры их сообществ в горных водоемах России и сопредельных государств (Музафаров, 1951;

Сафонова, 1997; Кондратьева, 2001). Более подробное внимание уделено исследованиям на Урале, где наиболее хорошо изучены водоросли водоемов Южного (Порядина, 1973; Снитько, Сергеева, 2003; Ярушина, 2004) и Полярного Урала (Воронихин, 1930; Кукк, 1970; Стенин, 1972; Стенина, 1993; Стенина и др., 2001; Демина, Патова, 2004; Ярушина, 2004; БиоразнообразиеЕ, 2007). Приполярный Урал все еще остается малоизученным в альгологическом отношении, что и определило выбор темы настоящего исследования.

Глава II. Природно-климатическая характеристика района исследований В главе приведены основные сведения о рельефе, геологическом строении, климате, почвенном и растительном покрове, гидрологических и гидрохимических характеристиках водных объектов района исследований, расположенного на ООПТ Республики Коми - национальном парке Югыд ва (Приполярный Урал) (Варсанофьева, 1953; Кеммерих, 1961;

Зверева, 1962; Забоева, 1975; Атлас по климатуЕ, 1997; Дегтева, Мартыненко, 2000; Национальный паркЕ, 2001).

Глава III. Материалы и методы исследования Объектами исследования являются водоросли пресноводных экосистем западного склона Приполярного Урала. Альгологические сборы были проведены в июле-августе 19952006 гг. в 19 разнотипных водоемах бассейнов рек Кожым и Щугор (Приполярный Урал, территория национального парка Югыд ва). Всего было собрано и обработано 400 проб планктона, перифитона и бентоса. Отбор водорослей проводили общепринятыми в альгологических исследованиях методами (Методика изученияЕ, 1975; РуководствоЕ, 1983; ВодорослиЕ, 1989). Определяли цианопрокариоты, зеленые, эвгленовые, динофитовые, желтозеленые, золотистые, красные и харовые водоросли, за исключением диатомовых. Для идентификации видов использовали отечественные и зарубежные определители. Отделы расположены по системе, принятой в справочнике Водоросли (1989), с учетом номенклатурных изменений для Cyanoprokaryota (Anagnostidis, Komrek, 1988, 1990; Komrek, Anagnostidis, 1986, 1989, 1998, 2005) и Chlorophyta, Desmidiales (Lenzenweger, 1996, 1997, 1999, 2003). В списке расположение таксонов дано в генетическом порядке, внутри родов - в алфавитном порядке.

В местах сбора альгологических проб проведено измерение физико-химических параметров среды: температуры воздуха, воды, активной реакции водной среды, отобраны пробы воды с глубины 0.5 м, а в ряде случаев с разных глубин по стандартным методам (ГОСТ Р 51592-2000). Гидрохимический анализ выполнен в аккредитованной экоаналитической лабо ратории Экоаналит Института биологии Коми Н - УрО РАН. По аттестованным методикам были определены удельная электропроводность, значение рН, цветность, химическое потребение кислорода (ХПК),перманганатная окисляемость (ПО), ионы (мг/дм3): Cl-, SO42-, HCO3-, NO3-, NH4+, PO43-, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, а также общий азот, общий фосфор, железо, кремний и микроэлементы (мкг/дм3): Al, Mn, Zn, Cu, Pb, Cd, Ni, Co, Cr.

Для проведения флористического и статистического анализов результатов использованы общепринятые для флористических исследований показатели, индексы и коэффициенты. Обилие водорослей определяли по шестибалльной шкале: 1 - единично (менее 10 индивидов в препарате), 2 - редко (10 индивидов в препарате), 3 - нередко (1-10 индивидов в ряду препарата), 4 - часто (11-25 индивидов в ряду препарата), 5 - очень часто (25-50 индивидов в ряду препарата), 6 - в массе (более 50 индивидов в ряду препарата). Для установления возможных корреляционных связей между разнообразием водорослей и гидрохимическими параметрами водной среды проведен многофакторный регрессионный анализ. С помощью программного комплекса PC-ORD (McCune et al., 2002) были подсчитаны коэффициенты корреляции между числом видов водорослей и содержанием ряда биогенных и микроэлементов в водной среде исследуемых водоемов. Для выявления сходства видового состава водорослей исследованных водоемов использован коэффициент Съеренсена-Чекановского, рассчитанный с помощью программного модуля GRAPHS (Новаковский, 2004).

Глава IV. Разнообразие водорослей водоемов бассейнов рек Кожым и Щугор Всего в обследованных водоемах бассейнов рек Кожым и Щугор обнаружено 359 видов водорослей (376 разновидностей, включая номенклатурный тип вида), относящихся к 109 родам 57 семействам 22 порядкам восьми отделам: Cyanoprokaryota - 134 (140), Euglenophyta - 5, Dinophyta - 1, Chrysophyta - 5, Xanthophyta - 14, Rhodophyta - 5, Chlorophyta - 193 (204), Charophyta - 2 (табл. 1). Основную долю списка (91.5 %) составили зеленые водоросли (Chlorophyta) - 204 таксона и цианопрокариоты (Cyanoprokaryota) - таксонов рангом ниже рода. Пропорции флоры для исследованных водоемов Приполярного Урала составили 1:1.9:6.6, что говорит о низкой насыщенности семейств родами и видами.

Значение общего родового коэффициента равно 3.5. Сравнение значений родового коэффициента по отделам показало, что наибольшим видовым богатством характеризуются Chlorophyta (родовой коэффициент равен 4.2), Cyanoprokaryota (3.3), Xanthophyta (2.8) (табл.

1). Подобное соотношение основных таксономических единиц характерно для арктических и горных альгофлор (Гецен, 1973; Гецен и др., 1994; Сафонова, 1997; Ярушина, 2004).