экологический анализ водной флоры нижнего течения р

УДК 504.738(282.247.29)(06)
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДНОЙ ФЛОРЫ НИЖНЕГО ТЕЧЕНИЯ
РЕКИ ПРЕГОЛИ
М.А. Герб
Атлантическое отделение Федерального государственного бюджетного
учреждения науки Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН,
Россия, 236022, г. Калининград, пр. Мира, 1
E-mail: [email protected]
Для нижнего течения р. Преголи выявлено 56 видов водной флоры (7- макроводоросли,
1 – Bryophyta, 1 – Equisetophyta, 47 – Magnoliophyta). 45% видов-индикаторов трофности воды
относятся к мезотрофам и 23% к мезоэвтрофам. Из индикаторов степени сапробности 53 % видов
относятся к β-мезосапробионтам, 21 % − к ο-β-мезосапробионтам, 11 % – к эврисапробионтам,
11 % к ß-α – мезосапробионтам.
водная флора, фитоиндикация, р. Преголя
ВВЕДЕНИЕ
Антропогенное воздействие на водотоки усиливается с каждым годом.
Прибрежно-водная растительность, помимо существенного вклада в самоочищение, играет значительную роль в трофодинамике и формировании речных биотопов, служит источником кислорода, а также имеет эстетическое значение в ландшафте. Естественные прибрежно-водные сообщества макрофитов р. Преголи и
гигрофильные сообщества низинных лугов поймы представляют ценность как
места обитания множества видов биоты Калининградской области.
Сведения о таксономическом составе важны для документирования современного состава региональных флор как базис для выявления долгопериодной
изменчивости биоты под влиянием климатических факторов. Сведения по водной
флоре р. Преголи, как и всего региона, недостаточно освещены в научной печати.
Данные о встречаемости индикаторных видов водных растений нижнего течения
этой реки могут быть использованы при комплексной оценке экологического состояния реки, ведении экологического мониторинга, выработке научно обоснованных природоохранных и санитарных мероприятий.
Цель данной работы – проанализировать состав водной флоры нижнего течения р. Преголи по отношению к трофности, сапробности, минерализации водной среды.
МЕТОДЫ
Материалом послужили результаты полевых исследований на маломерных судах АО ИО РАН и пеших маршрутов в летние сезоны 1999–2000 гг., в 2011
и 2013 гг. Растительность изучалась методом учетных маршрутов, экологических
профилей и пробных площадей в соответствии с методиками, принятыми в отечественной гидроботанике [1]. Учитывались только водные и прибрежно-водные
растения (гидрофиты, гелофиты и гигрогелофиты), составляющие водную флору
реки. Макроводоросли и водные мхи были изучены недостаточно полно, материал
для определения этих групп макрофитов отбирался в летний сезон 2013 г. в г. Калининграде. Классификация экологических групп дана по В.Г. Папченкову [2], с
изменениями. При идентификации растений и водорослей использованы определители высших растений и водорослей [3 - 5]. Сверка латинских названий выполнена по [6; 7]. Индикаторные свойства растений анализировались по [8; 9].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В водной флоре нижнего течения р. Преголи насчитывается 56 видов
(7 – макроводорослей, 1 – мохообразных, 1 – хвощеобразных, 47 – покрытосеменных) из 31 семейства и 43 родов (таблица). «Водное ядро» флоры, которое составляют гидрофиты, включает 28 видов из 16 семейств и 20 родов (45,2 % от всех
гидрофитов Калининградской области). Наибольшее число видов – в сем.
Potаmogetonaceae – 6, Lemnaceae – 4, Hydrocharitaceae – 3, на долю которых приходится 46,4 % видов «водного ядра». Остальные семейства содержат по одномудва таксона. Из водных мхов обнаружен только Fontinalis antipyretica, список видов мхов и макроводорослей является предварительным и может быть пополнен.
Таблица. Список видов водной флоры нижнего течения р. Преголи
Table. List of macrophytes species of the lower reaches of Pregolya River
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Вид
Hydrodictyon reticulatum (Linnaeus) Bory
de Saint-Vincent.
Cladophora glomerata (Linnaeus) Kütz.
Oedogonium sp.
Spirogyra varians (Hassal) Kützing.
Spirogyra fluviatilis Helsa.
Ulva intestinalis Linnaeus.
Vaucheria sp.
Fontinalis antipyretica Hedw.
Equisetum fluviatile L.
Alisma plantago-aquatica L.
Sagittaria sagittifolia L.
Acorus calamus L.
Butomus umbellatus L.
Bolboschoenus maritimus Palla.
Carex acuta L.
C. riparia.Curt.
C. pseudocyperus L.
Eleocharis palustris (L.) Roem.et. Schult
Scirpus lacustris L.
Elodea canadensis Michx.
Hydrocharis morsus-ranae L.
Stratiotes aloides L.
Iris pseudacorus L.
Lemna minor L.
Экологические особенности вида
1
2
3
4
1.1
э
эврис
1.2
1.4
1.1
мэ
о-м
б
о-б
б-а
эг
п
1.4
1.2
1.2
1.2
2.1
2.1
2.1
3
2.1
3
3
3
3
3
2.2
1.2
1.4
1.1
3
1.4
мт
мэ
о
мт
мт
мт
мт
мэ
мэ
о-м
мт
о-м
мэ
мт
мэ
мт
мт
о
э
б
б-а
б
о-б
о-б
б
б
о-б
эврис
б
о-б
б
б
б
б
б
б
б
о
б-а
п
сисп
ултп
п
уп
п
п
п
срсп
п
п
п
слсп
слсп
п
уп
уп
п
уп
№
п/п
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
Вид
L. trisulca L.
L. gibba L.
Spirodela polyrhiza (L.) Schleid.
Glyceria fluitans (L.) B.Br.
G. maxima (C.Hartm.) Halmb.
Phragmites australis (Cav.) Trin.ex Stend.
Potamogeton acutifolius Linc.
P. berchtoldii Fieb.
Potamogeton friesii Rupr.
P. pectinatus L.
P. perfoliatus L.
P. lucens L.
Sparganium emersum Rehm.
Sparganium erectum L.
Typha angustifolia L.
T. latifolia L.
Cicuta virosa L.
Oenanthe aquatica (L.)Poir.
Sium latifolium L.
Rorippa amphibia (L.) Besser.
Callitriche palustris L.
Ceratophyllum demersum L.
Myriophyllum spicatum L.
Lythrum salicaria L.
Nuphar lutea (L.) Smith.
Nymphaea candida J. Presl.
Persicaria amphibia (L.) S.F. Gray
Rumex aquaticus L.
Batrachium circinatum (Sibth.) Spach.
Caltha palustris L.
Thalictrum flavum L.
Comarum palustre L.
Окончание таблицы
Экологические особенности вида
1
2
3
4
1.1
э
эврис
срсп
1.4
б
1.4
мэ
о-б
п
2.2
мт
б
п
2.2
мт
б
п
2.2
эврит
эврис
сисп
1.2
1.2
мт
б
п
1.2
э
б
слсп
1.2
эврит
эврис
сисп
1.2
мэ
б
слсп
1.2
мт
б
уп
2.1
мт
о-б
п
2.1
мт
б
уп
2.2
мэ
б
слсп
2.2
о-м
о-б
уп
3
мт
о-б
п
3
мэ
б
п
3
мт
б
уп
3
мт
б
п
1.2
мт
б
п
1.1
мт
б-а
п
1.2
мэ
б
сс
3
1.3
мт
эврис
уп
1.3
мт
о-б
уп
1.3
мэ
б
уп
3
1.2
мэ
б-а
уп
3
мт
Б
п
3
3
о-м
о-б
п
Обозначения: 1 - Экологическая группа. Тип 1 – Гидрофиты: 1.1 – плавающие в толще воды;
1.2 – погруженные укореняющиеся; 1.3 – укореняющиеся с плавающими листьями;
1.4. – плавающие на поверхности воды. Тип 2. Гелофиты: 2.1 – низкотравные гелофиты;
2.2 – высокотравные гелофиты. Тип.3. Гигрогелофиты; 2 - Индикаторы трофности:
о – олиготрофный; о-м- олигомезотрофный; мт – мезотрофный; мэ – мезоэвтрофный;
э – эвтрофный; эврит- эвритрофный; 3 - Индикаторы сапробности: ос – олигосапробный;
о-б – олиго-β-мезосапробный; б – β-мезосапробный; б-а- β-α-мезосапробный; эврис – эврисапробный; 4 - Индикаторы минерализации водной среды: п – типично пресноводный; уп – условно
пресноводный; слсп – слабосолоновато-пресноводный; сс – слабосолоноватый; срсп – среднесолоновато-пресноводный; сисп – сильносолоновато-пресноводный; эг – эвригалинный; ултп –
ультрапресный; « - » - нет данных
Экологический спектр водной флоры представлен тремя экологическими
типами. По числу видов лидируют гидрофиты (28, или 50 % водной флоры реки),
причем преобладают погруженные укореняющиеся растения – 17 видов, или 55 %
от числа гидрофитов; растений, плавающих на поверхности воды, – шесть видов
(19%); плавающих в толще воды – пять (16%) и три вида укореняющихся растений с плавающими листьями (рис.1). Воздушно-водные растения (гелофиты)
представлены 12 видами (21 % от водной флоры), гигрогелофиты насчитывают
16 (29 %) (рис.2).
плавающие в толще
воды
16%
19%
погруженные
укореняющиеся
10%
укореняющиеся с
плавающими листьями
плавающие на
поверхности воды
55%
Рис. 1. Распределение гидрофитов р. Преголи по экологическим группам
Fig. 1. Distribution of hydrophytes of Pregolya river by environmental groups
70
56
28 24
12
19
27
Герб, 2013
Парфѐнова, 2005
16
Ги
гр
ог
ел
оф
ит
ы
Вс
ег
о
ви
до
в
Экотипы растений
Ге
ло
фи
ты
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Ги
др
оф
ит
ы
Количество видов
Полученные данные согласуются с аналогичными исследованиями
Я.В. Парфеновой [10], которая приводит для всей р. Преголи такие данные: гидрофитов – 24 вида, гелофитов – 19, гигрогелофитов – 27 (рис. 2). Большее число
видов в последней группе связано с тем, что Парфенова [10] включает в анализ
всю гигрофильную флору (водные и околоводные растения). Подобное распределение растений по экологическим группам характерно для водных флор различных регионов России и Европы, например, в эстуарии р. Невы число видов в экотипах сходно с таковым в наших исследованиях: 26 видов гидрофитов,
12 –
гелофитов, 19 – гигрогелофитов [11].
Рис. 2. Распределение экологических групп видов водной флоры р. Преголи по
данным Я.В. Парфеновой [2005] и АО ИО РАН
Fig. 2. Distribution of environmental groups species of Pregolya river aquatic flora according J. Parfenova and us
По продолжительности жизни среди растений преобладают многолетние
виды – 48 видов (86 % от общего числа видов флоры). Однолетники представлены
восемью видами, куда относятся все макроводоросли и одно сосудистое растение
(14 %). Из 17 инвазивных видов Калининградской области [12] только два вида
входят в состав водной флоры: Elodea canadensis и Acorus calamus.
На исследуемом участке р. Преголи наибольшее количественное развитие
в фитоценозах и участие в зарастании принимают высокоспециализированные
турионовые виды гидрофитов (образуют зимующие почки). Их доля значительна
– 46,4% от общего числа гидрофитов, всего 11 видов сосудистых растений и четыре вида макроводорослей, образующих покоящиеся стадии (споры). Эти водные растения являются обычными видами и встречаются на территории области
повсеместно в различных водоемах, обладают экологической пластичностью: Ceratophylum demersum, Lemna minor, Spirodela polyrhiza, Hydrocharis morsus-ranae,
Myriophyllum spicatum. Отметим, что турионовым плейстофитам (плавающие на
поверхности воды) принадлежит ведущая роль по извлечению биогенных элементов из воды, обильное развитие которых наблюдается в черте г. Калининграда
(L. minor, S. polyrhiza, H. morsus-ranae).
Распределение доминирующих видов и экологических групп по течению
реки неодинаково, зависит от гидролого-гидрохимических показателей воды и
интенсивности антропогенного воздействия. Установлено, что наиболее изменчива группа гидрофитов, а гелофиты и гигрогелофиты являются наиболее стабильными. Видовое богатство прибрежных сообществ больше в районах, не столь
подверженных антропогенным преобразованиям (участок выше по течению от г.
Калининграда), максимального разнообразия оно достигает на участке 17 - 27 км
от устья.
Доминантом прибрежной растительности среди гелофитов выступает
Phragmites australis, который преобладает на всем протяжении нижнего течения.
Содоминанты Typha latifolia и T. angustifolia встречаются чаще выше по течению
от г. Калининграда, образуя смешанные пояса. Среди водной растительности преобладают Nuphar lutea, Nymphaea candida, C. demersum, Potamogeton lucens. Ближе к устьевому участку – Potamogeton pectinatus.
Наличие в составе водной флоры р. Преголи значительного числа собственно водных растений (гидрофитов) позволяет судить о состоянии водной среды
на основе сведений о толерантности видов макрофитов к ведущим факторам среды (трофности, сапробности, аллювиальности, минерализации и др.). Следует отметить, что для статистической достоверности результатов необходимо, чтобы в
пробе содержалось не менее 12 индикаторных видов гидробионтов с общим числом особей не менее 30 [9]. В данной работе проведены предварительные оценки
трофности, сапробности, минерализации р. Преголи на основе фитоиндикационных значений макрофитов, которые могут лишь косвенно характеризовать экологическое состояние нижнего течения реки.
Среди выявленных 56 видов лишь 18 имели высокую частоту встречаемости и обилие. В основном, это пластичные и толерантные виды, которые обитают
в широком диапазоне экологических условий и тяготеют к мезотрофным и βмезосапробным условиям водной среды. Такие виды, как P. australis и P.
pectinatus, по мнению Б.Ф. Свириденко [9], являются эвритрофными и эврисапробными, N. lutea, Hydrodictyon reticulatum, Butomus umbellatus – эврисапробными.
Среди видов-индикаторов трофности воды 68 % макрофитов относятся к
мезотрофам (45%) и мезоэвтрофам (23%) (рис. 3А). Наибольшую частоту встречаемости и проективное покрытие имеют мезотрофные виды, за исключением локально доминирующих в местах поступления биогенов эвтрофной L. minor и мезоэвтрофной S. polyrhiza.
Из общего числа макрофитов-индикаторов сапробности 53 % видов относятся к β-мезосапробионтам, 21 % − к ο-β-мезосапробионтам, 11 % – к эврисапро-
60
50
2
6
40
30
Олиготрофные
Олигомезотрофные
25
Мезотрофные
Количество видов
Количество видов
бионтам, 11 % к - ß-α - мезосапробионтам (рис. 3Б). Состав доминантов водных
растений в сообществах на протяжении нижнего течения реки варьирует, а вероятной причиной вариации является разный сапробиологический статус вод.
60
1
50
Эвтрофные
13
10
0
4
2
Эвритрофные
олигосапробные
ο-βмезосапробные
40
30
30
Мезоэвтрофные
20
12
βмезосапробные
β-αмезосапробные
20
эврисапробные
10
6
6
0
А
Б
Рис. 3. Соотношение индикаторных видов макрофитов р. Преголи в оценке трофности (А) и сапробности (Б) водной среды
Fig. 3. Ratio of indicator species of Pregolya river macrophyte in assessing trophic (A)
and saprobic (B) factors
За последние годы (2011-2013) в центре г. Калининграда отмечено появление и увеличение доли участия в зарастании рдеста блестящего (P. lucens), по
сравнению с данными 1999 г., что свидетельствует об улучшении качества вод в
городской черте. Этот типичный мезотрофный и β-мезосапробный вид сейчас
массово произрастает в р. Преголе в центре г. Калининграда, а в 1999 г. в ней отсутствовал.
Несмотря на сильное влияние солоноватых вод Балтийского моря на устьевую область р. Преголя, большинство прибрежно-водных растений и макрофитов нижнего течения р. Преголи – типичные пресноводные виды, их доля в общем списке видов 45 %, а 21 % составляют условно пресноводные виды (рис. 4).
Lemna gibba, предпочитающая солоноватые воды, не встречается выше 16 км выше от устья, а сильносолоновато-пресноводная Ulva intestinalis и эвригалинная
Cladophora glomerata встречаются на участке от устья до 14 км. Сильносолоновато-пресноводный P. pеctinatus также наиболее обилен на этом участке, он произрастает и выше по течению, но там встречается реже.
Для комплексной оценки экологического состояния вод р. Преголи чрезвычайно важен анализ многолетней динамики растительного покрова. Эти исследования особенно актуальны в связи с планируемыми и уже начатыми в 2013 г.
строительными работами по обустройству набережных и причалов
в г. Калининграде, строительству спортивных комплексов и футбольного стадиона на ове Октябрьский. Увеличение антропогенного влияния и последующая антропогенная трансформация растительного покрова реки приведут к уменьшению биоразнообразия и обилия видов, повлекут за собой нарушение функционирования
всей экосистемы р. Преголи.
Эвригалинный
50
40
30
1
3
2
1
5
1
12
Сильносолоноватопресноводный
Среднесолоноватопресноводный
Слабосолоноватый
Слабосолоноватопресноводный
Ультрапресноводные
Условно пресноводные
20
Типично пресноводные
25
10
0
Рис. 4. Соотношение индикаторных видов макрофитов р. Преголи в оценке солености вод
Fig. 4. Ratio of indicator species of Pregolya river macrophyte in assessing salinity factor
ВЫВОДЫ
Для нижнего течения р. Преголи выявлены 56 видов водной флоры из трех
экологических типов: гидрофиты (28, или 50 % водной флоры), гелофиты – 12 видов (21 %), гигрогелофиты – 16 видов (29 %). Преобладают многолетние виды –
48 видов (86 % от общего числа видов флоры). Выявлены два инвазивных вида:
Elodea canadensis и Acorus calamus. Наибольшее количественное развитие имеют
высокоспециализированные турионовые виды растений, что делает их более конкурентоспособными среди других гидрофитов. Пространственное распределение
доминирующих видов и экологических групп неодинаково, наиболее изменчива
группа гидрофитов, а растения уреза воды являются наиболее стабильными. Из 56
видов макрофитов лишь 18 имели высокую частоту встречаемости и обилие.
Среди видов-индикаторов трофности 68 % макрофитов относятся к мезотрофам (45%) и мезоэвтрофам (23%). Из индикаторов сапробности 53 % видов
принадлежат к β-мезосапробионтам, 21 % − к ο-β-мезосапробионтам, 11 % – к эврисапробионтам, 11 % – к ß-α - мезосапробионтам.
По состоянию на 2013 г., таксономический состав макрофитов, состав и
структура водных сообществ, а также характер встречаемости видов-индикаторов
указывают на β-мезосапробность водной среды и мезотрофный статус вод нижнего течения р. Преголи. В г. Калининграде выявлены локальные места, имеющие
по растительным видам-индикаторам более высокий трофический (мезоэвтрофный) и сапробный статус.
Автор выражает признательность старшему научному сотруднику
АО ИО РАН А.А. Володиной за предоставление данных по макроводорослям.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Катанская, В.М. Высшая водная растительность континентальных водоемов СССР: методы изучения / В.М. Катанская. – Л.: Наука, 1981.
2. Папченков, В.Г. О классификации макрофитов и водной растительности
/ В.Г. Папченков // Экология. – 1985. – №1. – С. 8-13.
3. Лисицына, Л.И. Флора водоемов волжского бассейна: определитель сосудистых растений / Л.И. Лисицына, В.Г. Папченков, В.И. Артеменко. – М., 2009.
– 219 с.
4. Цвелев, Н.Н. Определитель сосудистых растений Северо-Западной России / Н.Н. Цвелев. – СПб.: Изд-во СПХФА, 2000. – 781 с.
5. Pankow, H. Algenflora der Ostsee. I. Benthos (Blau-, Grün-, Braun-, und Rotalgen) / von Dr. rer. Nat. habil. Helmut Pankow. – Stuttgart: Gustav Fischer Verlag,
1971.
6. Черепанов, С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР) / С.К. Черепанов. – СПб., 1995. – 992 с.
7. Algae Base is a database of information on algae that includes terrestrial, marine and freshwater organisms. – Режим доступа: http: //www.algaebase.org.
8. Баринова, С.С. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей
среды / С.С. Баринова, Л.А Медведева, О.В. Анисимова. – Тель-Авив: Pilies
Studio, 2006. – 498 с.
9. Cвириденко, Б.Ф. Использование гидромакрофитов в комплексной
оценке экологического состояния водных объектов Западно-Сибирской равнины /
Б.Ф. Свириденко, Ю.С. Мамонтов, Т.В. Свириденко. – Омск: Амфора, 2011. – 231 с.
10. Парфенова, Я.В. Эколого-географический анализ сосудистых растений
р. Преголя (Калининградская область, Россия) / Я.В. Парфенова // I (IX) Международная конференция молодых ботаников (г. Санкт-Петербург, 21-26 мая 2006
г.): мат-лы. – СПб., 2006. – С. 55-56.
11. Жакова, Л.В. Макрофиты: высшие водные растения и макроводоросли
/ Л.В. Жакова // Экосистема эстуария реки Невы: биологическое разнообразие и
экологические проблемы: монография. – М.: КМК, 2008. –С. 105-125.
12. Губарева, И.Ю. Инвазионные виды флоры Калининградской области /
И.Ю. Губарева, О.В. Белова, О.В. Калашникова // Изучение флоры Восточной
Европы: достижения и перспективы: междунар. конф. (Санкт-Петербург,
23-28 мая 2005 г.): тез. докл. – СПб.: КМК, 2005. – С. 23-24.
ECOLOGICAL ANALYSIS OF AQUATIC FLORA OF THE LOWER REACHES
OF PREGOLYA RIVER
M.A. Gerb
56 species of aquatic flora (7-seaweeds, 1-1, Bryophyta-Equisetophyta, 47-Magnoliophyta) were
recorded in the lower reaches of Pregolya River. Among the indicators species of trophic state 45% of the
macrophytes belong to mesotrophic and 23% to meso-eutrophic. Between indicators species if saprobity
53 % of species are β-mesosaprobic, 21% o-β-mesosaprobic, 11% eurysaprobic and 11 % – ß-αmezosaprobic.
macrophytes, aquatic vegetation, phytoindication, the Pregolya River