Н Г Кустенко, Н О Имнадзе - Влияние нефти и азота на фитопланктон восточного побережья черного моря - страница 1

Страницы:
1 

УДК 581.526.325

Н. Г. КУСТЕНКО, Н. О. ИМНАДЗЕ

ВЛИЯНИЕ НЕФТИ И АЗОТА НА ФИТОПЛАНКТОН ВОСТОЧНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ ЧЕРНОГО МОРЯ

Проведенные ранее исследования воздействия нефти и ее продуктов на вегетативное и репродуктивное размножение диатомовых водорослей в культурах позволили установить общую чувствительность клеточного цикла на это воздействие и различие в токсикорезистентности отдель­ных его стадий. Установлено, что нефть наиболее опасна для ауксоспор в момент их переоформления в новые вегетативные клетки. При хро­ническом воздействии нефти наблюдалось увеличение продолжительно­сти стадии вегетативного роста и сокращение периода ауксопородообра-зования, нарушалось соотношение фаз жизненного цикла во време­ни [2—4].

Влияние нефти на отдельные виды и биологические комплексы организмов в водоеме представляет определенный интерес для исследо­вателей. В связи с этим нами было изучено совместное и раздельное действие специфичных загрязнителей нефти и нитратного азота на общую численность доминирующих «мелких» и «крупных» форм фито­планктона восточного побережья Черного моря.

Исследовали материал, собранный в течение 1981—1982 гг. в районе Батумской бухты Черного моря. Фитопланктон отбирали из поверхно­стного горизонта (глубина 0,5 м) два раза в месяц. Количественную обработку фитопланктона проводили по методу Федорова [7].

Эксперименты по изучению комбинированного действия азота и нефти на фитопланктонное сообщество проводили с применением ме­тодов математического планирования [5]. Опыты ставили по плану пол­ного факторного эксперимента ПФЭ-22 [5]. Нижним уровням факторов «—» соответствовали средние концентрации азота и нефти в морской воде в период постановки опытов — 4 и 0,8 мг/л соответственно. Верх­ним уровням « + » — их пятикратные значения — 20 мг/л.

Пробы воды для экспериментов брали с поверхностного горизонта, разливали в сосуды емкостью 5 л и в соответствии с матрицей ПФЭ-22 [5] добавляли азот в виде соли NaN03 и сырую нефть. Стеклянные сосуды экспонировали в естественных условиях в течение 3-х суток, после чего определяли в них видовой состав и численность водорослей. Каждый вариант опыта был представлен в трех повторностях. Был изу­чен видовой состав фитопланктона прибрежных вод Кавказского побе­режья Черного моря и изменение их общей численности. Удалось вы­делить 12 основных таксонов водорослей: общая численность одних доминирует в отдельные периоды сезона, другие в течение года присут­ствуют в планктоне постоянно. При этом водоросли условно делили на две размерные группы: «мелкие» объем клеток менее 10 мкм3 и «крупные» более 10 мкм3.

Данные о сезонном изменении общей численности фитопланктона, общей биомассы и соотношении биомассы «крупных» и «мелких» форм представлены ниже:

Фитопланктон

Средние объемы клеток, W-103

Мелкие виды

Nitzschia delicatissima CI. Leptocylindrus minimus Gran. Thalassionema nitzschioides Grun. Skeletonema costatum (Grev.) CI. Chaetoceros sp. C. curvisetus CI. C. affinis Laud. C. socialis Laud.

0,1

0,2 0,5 0,9 1,0 2,5 5,0 7,0

1Д5-3981

73-

Крупные виды

Thalassiosira excentrica (Ehr.) CI. Melosira moniliformis (O. Mull.) Ag. Cerataulina bergonii Perag. Rhizosolenia calcar avis Scultze

33,0 60,0 68,0 450,0

•Увеличение численности наблюдалось в марте (в 1 л до 250 тыс. кле­ток); в планктоне присутствовали «мелкие» и «крупные» виды водорос­лей. Пик численности наблюдался летом с мая до конца августа, с максимумом в июне более 700 тыс. клеток в 1 л. В планктоне в это время по биомассе доминируют «крупные» формы С. bergonii, Rh. cal­car avis. В сентябре численность снижается, преобладают «мелкие» формы. Соотношение «мелких» и «крупных» форм водорослей позволяет выделить «мертвый» сезон, который охватывает декабрьфевраль и начало весны.

Как видно из рисунка, вегетационный сезон длится 8 мес, а в ок­тябреянваре плотность фитопланктона незначительна и колеблется в интервале 3—30 тыс. особей в 1 л. Наибольшее количество биомассы ^фитопланктона отмечено в мае в результате цветения Rh. calcar avis.

Таким образом, изучение динамики численности и биомассы фито­планктона Батумской бухты Черного моря позволили обнаружить связь между отдельными размерными группами водорослей и сезонной динамикой численности сообщества фитопланктона. Доминирование в планктоне «крупных» форм водорослей совпадает с летними пиками общей численности и биомассы; доминирование «мелких» форм совпа­дает с осенним максимумом численности фитопланктона и с уменьше­нием суммарной биомассы водорослей; преобладание в планктоне раз­мерной «смеси» водорослей совпадает с весенним увеличением общей численности и биомассы.

Обработка результатов факторных экспериментов и их регрессив­ный анализ проводили по формализованным схемам Ф. Иейтса, а для выделения достоверных коэффициентов регрессии был применен гра­фический метод К. Даниела [5]. В результате такой обработки стало возможным получение системы уравнений, отражающей зависимость типа «воздействие отклик» (табл. 1). Согласно табл. 1 было выясне­но 8 типов откликов. Анализ этих уравнений дает возможность интер­претировать изменения различных биологических показателей (в дан­ном случае численности) при соответствующем изменении уровня и комбинации добавок изучаемых токсикантов.

Для каждого вида были получены уравнения регрессии, описываю­щие изменение численности в течение года под воздействием добавок азота Х\, нефти Хч при отдельном и совместном их внесении в среду (табл. 2). Водоросли по-разному реагировали на присутствие в среде азота и нефти. Например, добавка нефти оказывала отрицательное воздействие на численность водоросли S. costatum в апреле, августеоктябре и декабре. В эти же месяцы азот действовал положительно, взаимодействие факторов было также положительным. В марте и мае влияние нефти было отрицательно, азота положительно, комплексное воздействие имело отрицательный эффект. В июне добавки каждого токсиканта снижали численность S. costatum, а их взаимодействие ока­зывало положительное влияние на численность клеток данной водо­росли.

«Крупная» форма С. bergonii реагировала на добавку нефти и азо­та несколько иначе, чем «мелкая» водоросль S. costatum. Положитель­ный эффект добавок нефти на численность С. bergonii был отмечен в августе, сентябре, ноябре, апреле. Совместное внесение нефти и азота также имело положительный эффект. Следовательно, данный вид был более устойчив к нефтяному загрязнению, чем S. costatum. Для «мел­ких» форм чаще других свойствен 3-й и 6-й типы «откликов», т. е. отрицательное влияние нефти и совместных добавок ее с азотом.

74м

Сезонная динамика общей численности (/, N), биологической массы (2, SB) фи­топланктона и отношение биомасс «мелких» и «крупных» форм (<?,J^ )<

«Крупные» формы не обнаружили четкой реакции на добавки нефти и азота. Согласно представленным типам «откликов» (табл. 2), несколь­ко чаще встречается 1-й тип, характерный для С. bergonii. Остальные виды водорослей из группы «крупных» отрицательно реагируют на добавки азота и нефти.

Зависимость общей численности фитопланктона восточного побе­режья Черного моря в отдельные сезоны 1981—1982 гг. от уровня ис­следуемых загрязнений представлена в табл. 3. Рассматривая данные этой таблицы совместно с данными сезонных изменений общей числен­ности, уравнениями регрессии (рисунок, табл. 1) и типами «откликов» численности доминирующих видов фитопланктона (табл. 2), можно за­метить, что чаще других встречаются 3-й и 5-й типы «отклика», при ко­торых действие добавок азота положительное, а нефти отрицательное. Эти типы откликов в основном совпадают с максимальной численно­стью в августе и начале сентября. В мае и декабре вновь прослежи­вается положительное действие добавок нефти на общую численность. Вместе с тем в отдельные периоды (апрель, июнь, сентябрь) наблюда­ется отрицательное действие обеих добавок.

В планктоне восточного побережья Черного моря чаще других встречаются «мелкие» формы: S. costatum, С. bergonii, С. affinis, Т. nitz-schioides.   Именно этим

ВОДОРОСЛЯМ   больше Дру- Таблица 1. Виды уравнений регрессии,

„,",„™™„~„   о г,  -Ііттт полученных при постановке факторных

гих свойственен  3-й тип "экспериментов по плану ПФЭ-г*

«отклика», т. е. положи­тельное действие азота и отрицательное нефти, что согласуется с аналогич­ным действием азота и нефти на общую числен­ность фитопланктона в период господства «мел­ких» форм (табл. 3).

Исследования позво­лили   выделить соответ-

Уравнение

Тип

 

«отклика»

y = B0+BlXl+B2X2+BsXlX2

1

у = Во—ВіХ^Вг^+Вз^і^г

2

ї/ = Во+В]Хі—Вг^г+ВзХі^г

3

У = Во-\-В\Х1-\-В2Х2В3.У1.Х2

4

у = ВоBjXiВ2Х2+В3Х1Х2

5

г/ = Во+ВіХ[—В2Х2-\-ВзХіХ2

6

У — ВоВ\Хі-\-В2Х2—ВзХ\Х2

7

У = Во—В[Хі—В2Х2—В$ХіХ2

8

5*

75

Таблица 2. Типы «отклика» при действии азота и нефти на численность основных видов фитопланктона

Фитопланктон

1981 r.

1982 r.

 

24—27. 08

7-Ю. 09

20—23. 10

10-13. 11

15—18. 12

23-26.03

16—19. 04

S

7

1

24-26. 06

о

CO

!

S. costatum (Grev.) CI.

3

3

3

 

3

4

3

4

5

3

S. sp.

5

3

5

6

С. curvisetus CI.

6

6

3

1

5

8

N. delicatissima

2

6

7

1

5

5

T. nitzschioides Grun.

3

3

6

7

4

3

3

—.

C. affinis Laud.

3

3

3

5

 

 

 

 

 

3

C. socialis Laud.

7

6

4

3

1

C. bergonii Perag.

1

1

1

2

2

6

1

L. minimus

6

R. calcar avis Schultze

1

7

5

5

T. excentrica  (Ehr.) CI.

6

5

2

5

M. moniliformis (0. Mull.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ag.

 

 

 

 

1

 

 

 

5

 

ственно классификации В. Г. Богорова [1] следующие сезоны: «биологическую весну» с середины февраля до конца апреля, когда наблюдается весенняя вспышка общей численности и биомассы фито­планктона, представленного «смесью» различных размерных групп во­дорослей; «биологическое лето» с начала мая до конца августа, ког­да наблюдается летнее увеличение численности и биомассы фитопланк­тона, представленного «крупными» формами водорослей; «биологиче­ская осень» с начала сентября до конца ноября, когда наблюдается уменьшение численности и резкое снижение биомассы фитопланктона, в которой доминируют «мелкие» формы водорослей; «биологическую зиму» с начала декабря до середины февраля, когда фитопланктон представлен лишь единичными клетками водорослей крупных форм.

Вывод. В результате наблюдений удалось установить три пика в сезонной динамике общей численности фитопланктона прибрежных вод восточного побережья Черного моря: относительно малый в середине марта, максимальный в середине июня и средний в конце августа. Из­менение общей биомассы фитопланктона характеризуется двумя пи­ками: в середине мая (максимальным) и в середине августа.

Методами математического планирования экспериментов изучена специфика действия азота и нефти на фитопланктонное сообщество. Полученные системы уравнений регресии позволили связать общую

Таблица 3. Уравнения регрессии, связывающие изменение общей численности фитопланктона (In у) с уровнями азота        и нефти (Х2)

Дата опыта

Уравнение

Тип отклика

1981 г.

 

 

24—27. 08

In у = 7,900+0,082л t-0,194*2+0,494*i х.

3

7—10. 09

In «/ = 8,096+0,634* J—0,544* 2+0,237*, л2

3

20—23. 10

In у = 5,980+0,351 * j-0,975^-0,322* t *2

6

10—13. 11

In # = 4,427—0,203.x 1-0,198^2+ 0,272*! * 2

5

16—18. 12

In y = 5,057+0,862* 1^0,218.^+0,560*! * 2

1

1982 г.

 

 

23—26. 03

In i/ = 9,557+0,270*i —0,035*,+0,08L*1*2

3

16—19.04

In y = 7,571-0,070*1-0,276*2+0,240*1 *2

5

14—17. 05

In y= 11,752+0,121*1— 0,305*o+0,011*i*2

4

24—26. 06

lny= 10,290—0,444*i—0,946*2+0,350*i *2

5

2Т—30. 08

lny=9,458+0,002*1-0,476*2+0,033*I*2

3

численность фитопланктона и отдельных видов водорослей с уровнями содержания азота и нефти в морской воде.

Анализ «отклика» отдельных водорослей на воздействие загряз­нителей позволил сделать заключение о сходном типе «отклика» у мелких форм водорослей и различном у крупных. И только водоросль С. bergonii обнаруживает положительный «отклик» на добавки нефти. Эта водоросль, по-видимому, оказывается способной использовать нефть в качестве субстрата при фитоорганотрофном питании.

На основании проведенных исследований могут быть сделаны ре­комендации относительно допустимых величин сброса азота и нефти, которые должны производиться с учетом особенности сезонных изме­нений реакционной способности фитопланктона. Эти изменения связаны с различной устойчивостью фитопланктонных популяций весенних, лет-лих и осенних периодов. Количество сбросов должно быть уменьшено в период вегетации фитопланктона, и прежде всего летней.

1. Богоров В. Г. Биологические сезоны полярного моря//Докл. АН СССР. 1938. — 19, № 8. С. 639—642.

2. Кустенко Н. Г. Влияние нефти на длительность вегетативной и репродуктивной фаз онтогенеза у двух видов диатомовых водорослей // Физиол. растений. 1980. — 27. Вып. 3. С. 631—635.

3. Кустенко Н. Г. Влияние небольших концентраций нефти на сперматогонангии и ауксоспоры трех видов морских диатомовых водорослей // Океанология. 1981. — 21. Вып. 2. С. 366—369.

4. Кустенко Н. Г., Подоляк Г. П. Влияние нефти на стадии клеточного цикла двух видов диатомовых водорослей // Биология моря. Владивосток. 1982. — № 5. — С. 67—69.

5. Максимов В. Н., Федоров В. Д. Методы математического планирования при отыс­кании оптимальных условий культивирования микроорганизмов, М.: Изд-во Моск. ун-та, 1969. — 173 с.

6. Патин С. А. Влияние загрязнения на биологические ресурсы и продуктивность ми­рового океана. М.: Пищ. пром-сть, 1979. — 297 с.

7. Федоров В. Д. О методах изучения фитопланктона и его активности. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1979. — 127 с.

Карадагское отделение Ин-та биологии юж. морей

им. А. О. Ковалевского АН УССР Получено 12.02.87

Республиканская комплексная .лаборатория Госкомприроды ГССР

N.   G.   KUSTENKO, N. О. IMNADZE

THE EFFECT OF OIL AND NITROGEN ON PHYTOPLANKTON IN THE EASTERN COAST OF THE BLACK SEA

Summary

Nitrogen nitrate and oil both taken separately and in combination were studied for their effect on the structure of phytoplankton in the eastern coast of the Black Sea during 1981-1982. Different resistance of phytoplankton community of various periods to one and the same amounts of toxicants is determined.

УДК 591.524.12(262.5)

H. В. БЕЛЯЕВА, Ю. А. ЗАГОРОДНЯЯ

ЗООПЛАНКТОН СЕВАСТОПОЛЬСКОЙ БУХТЫ В 1981 — 1983 гг.

Постоянный обмен вод Севастопольской бухты с открытым морем существенно ослаблял влияние загрязнения на качественные и количе­ственные показатели планктонного населения. В настоящее время воз­никла необходимость систематического контроля за состоянием биоты бухты в связи с постройкой в 1977—1978 гг. молов у выхода на боль­шой рейд и ограничением водообмена с открытым морем.

6-3984

77

Страницы:
1 


Похожие статьи

Н Г Кустенко, Н О Имнадзе - Влияние нефти и азота на фитопланктон восточного побережья черного моря