microbik.ru
1
И. К. Е В С Т И Г Н Е Е В А, В. A. Г Р И Н Ц О В

КОЛИЧЕСТВЕННОЕ РАЗВИТИЕ И ВИДОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ МАКРОВОДОРОСЛЕЙ НА ИСКУССТВЕННОМ СУБСТРАТЕ В ЧЕРНОМ МОРЕ

Описаны видовое разнообразие, экологический состав и характер формирования биомассы донных водорослей на искусственном субстрате в бухте Карантинная (Севастополь, Черное море) в разные сезоны года и в зависимости от глубины обитания. В сезонной динамике структуры растительности выявлены весенний пик видового разнообразия, круглогодичное доминирование красных водорослей и олигосапробионтных форм. Отмечено снижение с глубиной общего видового разнообразия биомассы сообщества в целом и красных водорослей в частности.

©И.К.Евстигнеева, В.А.Гринцов, 2001

В настоящее время растет число публикаций, посвященных населению искусственных рифов и других гидротехнических сооружений, что обусловлено рядом причин. Во-первых, искусственные рифы - это многотонные гидротехнические конструкции, при внесении которых в прибрежную зону моря возрастает разнообразие биотопов и увеличивается площадь, которую могут осваивать гидробионты и которая зачастую во много раз превышает имеющуюся до этого в данном районе моря [3, 9]. Во-вторых, искусственные рифы способствуют увеличению запасов рыбы и беспозвоночных. В-третьих, эти сооружения в виде морских ферм представляют наиболее оптимальный вариант эксплуатации морских ресурсов, способствующий их сохранению и восстановлению [1, 5].

Одними из важнейших компонентов сообществ обрастания и бентоса, в том числе на искусственных рифах, являются макрофиты [7].

Настоящая работа посвящена анализу некоторых параметров фитонаселения искусственного рифа - бетонного мола в бухте Карантинной (Севастополь). Мол сложен из отдельных бетонных тетрапод и сплошной конструкции из того же материала. Здесь же расположен выход городского коллектора, несовершенство которого время от времени является причиной аварийного сброса неочищенных канализационных стоков. Часть береговой линии напротив искусственного рифа укреплена бетоном, что затрудняет впитывание грунтом терригенных стоков, способствующих распреснению морской воды. В кутовой части бухты располагается предприятие, организовавшее прокат гидроциклов. Перечисленные факты позволяют судить об экологической ситуации в данном районе и о возможном адаптивном своеобразии растительности не только бентоса, но и перифитона.

Материал и методика. В основу работы положены материалы фитобентосной съемки изолированного участка бухты Карантинной (г. Севастополь, Черное море), отгороженного от остальной акватории с помощью искусственного рифа. Съемка выполнялась в течение 2000 г.

Для изучения сезонной динамики видового состава водорослей пробы брали с отвесных стен рифа на глубине 2 м вблизи кутовой части исследуемого участка бухты трижды в сезон. С целью выявления особенностей формирования альгоценозов на границе сред (воздух - вода - твердый субстрат) и в толще воды отдельно собирали водоросли с двух горизонтов - 0 и 2 м. Всего собрано и обработано 26 проб. При обработке материала, кроме видового состава водорослей, определяли и пересчитывали на квадратный метр биомассу отдельных видов-обрастателей искусственных субстратов, рассчитывали коэффициенты встречаемости (R), общности видов по Жаккару (К0) [2, 4], а также индекс видового разнообразия [10].

Результаты и обсуждение. В составе фитообрастания искусственного рифа зарегистрировано 23 вида, что составило 8 % от общего числа видов черноморских водорослей. Отдел Chlorophyta представлен 6 видами (26,1 %) - Сladophoropsis membranacea (Ag.) Borg., Bryopsis plumosa (Huds.) Ag., Cladophora sericea (Huds.) Kutz., Chaetomorpha aлrea (Dillw.) Kutz., Ulva rigida Ag., Enteromorpha intestinalis (L.) Link.; отдел Phaeophyta - 4 (17,4 %) - Scytosiphon lomentaria (Lyngb.) J.Ag., Cystoseira barbata (Good. et Wood.) Ag., Ectocarpus confervoides (Roth) Le Jolis, Zanardinia prototypus Nardo; отдел Rhodophyta - 13 (56,5 %) - Gelidium latifolium (Grev.) Born. Et Thur., Gelidium crinale (Turn.) Lamour., Apoglossum ruscifolium (Turn.) J.Ag., Corallina mediterranea Aresch., Callithamnion corymbosum (J. E. Smith.) Lyngb., Grateloupia dichotoma J.Ag., Ceramium rubrum (Huds.) Ag., Porphyra leucosticta Thur., Lomentaria clavellosa (Tourn.) Gail., Polysiphonia elongata (Huds.) Harv., Polysiphonia opaca (Ag.) Zanard., Lithotamnion lenormandi (Aresch.) Foslie, Laurencia coronopus J.Fg. Видовое разнообразие родов незначительно: только Gelidium Lamour. и Polysiphonia Grev. включали по два вида, остальные - по одному.

Исходя из классификации водорослей по степени встречаемости [6], ведущие виды в альгоценозе обрастания составили 74 %, сопутствующие и редкие - по 13 %, что, в целом, свидетельствует об устойчивости сложившегося здесь видового комплекса макрофитов. Среди ведущих видов доминировали Rhodophyta (12 видов), среди редких - Chlorophyta (2), группа сопутствующих видов включала представителей всех трех отделов.

Из четырех типов альгофлоры Черного моря, выделенных в зависимости от отношения макрофитов к солености (галобность), на исследуемом нами искусственном рифе обнаружены представители трех из них: морские, солоноватоводно-морские и солоноватоводные (табл. 1).

Таблица 1 Эколого-флористические группы и доля участия в них водорослей разных отделов

Table 1 Ecological-floristic groups and the share of different algae sections in them

Группа

Отдел

Всего
видов,
экз. / %

Rhodophyta

Phaeophyta

Chlorophyta

Сапробная

Полисапробная

Мезосапробная

Олигосапробная

Галобная

Морская

Солоноватоводно-
морская

Солоноватоводная

Продолжительность жизни

Многолетняя

Однолетняя

Сезонно-летняя

Сезонно-зимняя

 

2

5

6

 

9

4

-

 

8

4

-

1

 

-

2

2

 

2

2

-

 

2

-

-

2

 

1

3

2

 

2

3

1

 

1

3

1

1

 

3/13

10/43,5

10/43,5

 

13/56,5

9/39,1

1/ 4,4

 

11/ 47,8

7/30,4

1/ 4,4

4/ 17,4

Основу биоразнообразия морских водорослей слагали Rhodophyta (69,2 %), большая часть солоноватоводно-морских видов относилась к красным и зеленым водорослям (77,8 %), солоноватоводная группа включала только 1 вид - Chaetomorpha aёrеa. Такое распределение водорослей по группам галобности соответствует характеру альгофлоры Черного моря, где ведущая роль принадлежит морским растениям с широкой эвригалинностью [6].

В зависимости от сроков и продолжительности вегетации водоросли - обрастатели рифа распределились на четыре группы: много- и однолетние, сезонно-летние и сезонно-зимние (табл.1). Среди многолетников доминируют красные водоросли, однолетники представлены поровну как красными, так и зелеными водорослями. Группа сезонных водорослей отличалась преобладанием зимних видов, относящихся, как правило, к отделу Phaeophyta. Cladophoropsis membranacea - единственный вид, вегетировавший на рифе только летом.

Во флоре обрастателей искусственного субстрата преобладают олиго- и мезосапробионты , - по 10 видов. На долю полисапробионтов приходилось 3 вида. В составе всех групп доминировали красные водоросли. Бурые водоросли входили в две группы: поли- и олигосапробионтов (по 2 вида). Тем не менее следует учитывать, что основная часть олиго- и мезосапробионтных комплексов была сложена красными водорослями, отличающимися эврибионтностью, а в состав полисапробионтов входили такие обычные для эвтрофированных участков моря виды, как Enteromorpha intestinalis., Ceramium rubrum. и Callithamnion corymbosum.

На любом отрезке времени можно наблюдать различия сообществ обрастателей искусственного субстрата по видовому составу, соотношению эколого-флористических групп и их вкладу в суммарную биомассу. Так, максимальное количество видов макрофитов (16) в исследованном районе приходилось на весенний период, а минимальное (10) - на осенний (табл. 2).

Таблица 2 Количественное развитие водорослей разных отделов по сезонам, на поверхности и в толще воды

Table 2 Quantitative development of different algae sections in the different seasons, on the surface and in the thickness of the water

Сезон / глубина

Количество видов

Биомасса (гв€™ м-2 / %)

Chlorophyta

Rhodophyta

Chlorophyta

Rhodophyta

Зима

Весна

Лето

Осень

0 м

2 м

5

5

5

5

6

7

8

11

6

5

9

7

37,2 / 10,6

86,2 / 25,5

279,8 / 35,8

21,14/ 7,7

812,4 / 62,1

202,4 / 17,7

312,4 / 89,4

252,05 / 74,5

500,93/ 64,2

253,1 / 92,3

494,8 / 37,9

936,4/ 82,3

Более половины видов на протяжении года имели 100%-ную встречаемость. К числу редко встречающихся относились Enteromorpha intestinalis (Chlorophyta), Porphyra leucosticta и Lomentaria clavelosa. (Rhodophyta). Осенью зеленые и красные водоросли были представлены равным количеством видов (по 5), в остальное время года доминировали Rhodophyta (табл. 2). Анализ коэффициента общности видов показал высокую степень сходства сезонных видовых комплексов (К=59-81 %) особенно при сопоставлении их зимой и весной, зимой и осенью, летом и осенью. Меньшее сходство видов было отмечено при сравнении зимнего и летнего (60 %), весеннего и летнего (59 %) комплексов обрастателей.

Индекс видового разнообразия (H) изменялся по сезонам, а также на границе сред и в толще воды. Выявлено плавное снижение этого показателя от весны (1,76) к зиме (0,6). Летом на субстрате вблизи поверхности воды индекс H составил в среднем 1,61. Высокие значения H были характерны для растительности рифа в кутовой части исследованного участка бухты (1,7), низкие - на молу с внутренней стороны. Относительно высокие значения H отмечены для части рифа, сложенной тетраподами (1,4 - 1,5), - с одной стороны, хорошо промываемой волнами открытого моря, а с другой, очевидно, подпитываемой веществами сточных вод, выпуск которых находится напротив данного сооружения.

В более широких пределах варьируют значения индекса в толще воды на глубине 2 м - от 0,23 на внутренней стороне мола до 1,5-1,6 в кутовой части и на тетраподах с открытой стороны мола. Известно, что разнообразие жизни велико на границе сред, особенно, если одна из них твердая. Этот тезис вполне подтверждается нашими исследованиями. Так, на подводной части рифа (глубина 2 м) среднее значение индекса видового разнообразия (0,95) было в три раза меньшим, чем на этом же участке рифа, но выступающем из воды, что свидетельствовало об однородности условий обитания на глубине 2 м.

Доля водорослей разных экологических групп в составе растительности искусственного субстрата менялась по сезонам. Так, зимой и осенью преобладали многолетники, а летом и весной их количество было таким же, как однолетников. Количество сезонных форм изменялось от 1 до 3 видов с максимумом весной.

Независимо от времени года среди водорослей доминировали морские виды (6 - 9 видов). Солоноватоводно-морские организмы были представлены 3 - 7 видами, а солоноватоводные - 1 (E. intestinalis). Наибольшее количество морских (9) и солоноватоводно-морских (7) видов приходилось на весну.

Круглогодично среди водорослей преобладали олигосапробионтные формы. Мезосапробионты встречались чаще в первой половине года. Из всего перечня видов только три относились к полисапробионтам. Коэффициент встречаемости видов водорослей перечисленных групп во все сезоны составил 100 %.

Общая биомасса альгообрастателей по сезонам варьировала в пределах 274,2 - 780,7 г.м-2 с максимумом летом. Осенний минимум количественного развития водорослей (табл.2) коррелировал с их наименьшим видовым разнообразием. Зимой и весной общая биомасса макрофитов была одинаковой. В течение года и особенно летом по биомассе доминировал Gelidium latifolium (26,2 - 84,7 %). В ранг содоминанта попала зеленая водоросль Cladophoropsis membranacea (10,2 - 21,8 %), а осенью - красная Corallina mediterranea (33,2 %).

Суммарная биомасса Chlorophyta менялась в широких пределах (21,1 - 279,8 г.м-2) с максимумом летом и минимумом осенью. Сезонные вариации биомассы Rhodophyta отличались узким размахом и более высокими лимитами. Этот показатель изменялся от 252 г.м-2 весной и осенью до 500,9 г.м-2 летом. В любом сезоне красные водоросли составляли основу общей биомассы макрофитов.

Существенным фактором для жизнедеятельности водорослей является свет. В Черном море глубины 0 - 5 м (1 этаж фотофильной растительности) характеризуются максимальной освещенностью, сопоставимой с поверхностной, и почти полным поглощением лучей красной части спектра [6]. Несмотря на приблизительно одинаковое количество видов на исследованных горизонтах, на границе сред доминировали красные водоросли, тогда как в толще воды они численно не отличались от Chlorophyta (табл.2).

Коэффициент общности видовых комплексов на двух горизонтах был достаточно высоким (81,2 %). У поверхности воды высокими показателями встречаемости отличались 5 видов, три из которых относились к Chlorophyta. В толще воды количество видов с высокой встречаемостью было больше (7), причем основная часть их относилась к Rhodophyta. По [8}, значительное число константных форм (R>50 %) в фитоценозах свидетельствует о малой вариабельности их систематического состава. Подобный вывод справедлив и для видового комплекса, сформировавшегося на субстрате на глубине 2 м, где условия жизни отличаются большей однородностью и стабильностью по сравнению с поверхностью моря.

В распределении эколого-флористических элементов на рифе у поверхности воды и в ее толще выявлены следующие особенности. На исследованных горизонтах всегда доминировали морские и солоноватоводно-морские растения. Более всего морских видов произрастало на рифе ниже уровня воды. Соотношение представителей Chlorophyta и Rhodophyta на обоих горизонтах было приблизительно одинаковым.

Однолетние водоросли предпочитали условия поверхности воды, где многолетники составили лишь 33,3 % от общего числа видов. Обе группы, как и группы галобности, были в равной степени представлены зелеными и красными водорослями (по 6 видов). Группа сезонных видов была малочисленной на обоих горизонтах.

Ближе к поверхности воды в равной степени доминируют олиго- и мезосапробионты. На участках рифа, погруженных в воду, преобладали олигосапробионтные формы (7 видов). Количество полисапробионтов и соотношение слагающих эту группу зеленых и красных водорослей не зависели от условий обитания.

О характере изменений биомассы макрофитов на рифе вблизи поверхности и в толще воды можно судить, исходя из данных табл. 3.

Таблица 3 Видовой состав, встречаемость ( R, % ) и биомасса ( B, гв€™м-2 ) водорослей-обрастателей искусственного рифа на поверхности и в толще воды

Table 3 Specific structure, abundance (R, %) and biomass (B, gв€™m-2) of algae on the artificial reef Рѕn the surface and in the thickness of the water

Отдел, вид

Горизонт, м

0

2

R

B

R

B

Сhlorophyta

Enteromorpha intestinalis

Ulva rigida

Chaetomorpha aёrea

Cladophora sericea

Cladophoropsis membranacea

Bryopsis plumosa

Rhodophyta

Lithotamnion lenormandi

Lomentaria clavelosa

Porphyra leucosticta

Ceramium rubrum

Grateloupia dichotoma

Callithamnion corymbosum

Corallina mediterranea

Apoglossum ruscifolium

Gelidium latifolium

Polysiphonia elongata

 

100

100

87,5

37,5

42,8

57,1

 

100

28,5

14,2

100

57,1

100

28,6

57,1

85,7

-

 

0,83

729,2

2,9

3,1

36,4

39,9

 

91,4

0,06

0,002

111,7

74,0

104,3

5,6

4,3

103,4

-

 

50

100

100

25

50

37,5

 

100

-

-

25

57

87,5

75

50

100

62,5

 

0,63

183,6

2,5

3,2

162,8

14,7

 

110,1

-

-

1,9

19,7

20,2

150,3

52,8

575,8

5,8

У поверхности суммарная биомасса водорослей (1307,2 г.м-2) немного превышала таковую в толще воды (1138 г.м-2). Высокими показателями биомассы на границе сред отличалась только зеленая мезосапробионтная водоросль U. rigida (56 % общей биомассы макрофитов), второе место занимали полисапробионтные красные водоросли Callithamnion corymbosum и Ceramium rubrum, а также мезосапробионт Gelidium latifolium.

На погруженных в воду участках рифа суммарная биомасса макрофитов уменьшалась в 3 - 10 раз, по сравнению с поверхностным горизонтом, вследствие исчезновения ряда видов и снижения биомассы некоторых водорослей. Только три вида (Chaetomorpha aerea, Cladophora sericea, Lithotamnion lenormandi) имели одинаковую для обоих горизонтов биомассу. Число видов (5) с биомассой более 100 г в толще воды было существенно выше, чем у ее поверхности (1 вид), причем доминировал здесь Gelidium latifolium (50,6 %). Биомасса ульвы, доминирующей на первом горизонте, и ее доля в сложении растительности на глубине 2 м снижаются соответственно в 4 и 3,5 раза.

Изменение условий существования по вертикали коснулись и количественного развития представителей разных отделов водорослей (табл. 2). Так, у поверхности воды биомасса зеленых водорослей (812,4 г.м-2) была в 4 раза выше, а красных (986,4 г.м-2) - в 2 раза меньше, чем на участке рифа, погруженном в воду.

Выводы. 1. Видовой состав водорослей-обрастателей искусственного субстрата беден и включает 23 вида водорослей, или 8 % от их общего числа в Черном море. Каждый род представлен 1-2 видами. 2. Основу растительности составляют виды с высокой встречаемостью, что свидетельствует об устойчивости видового комплекса искусственного рифа. 3. Фитогалинный состав соответствует характеру альгофлоры Черного моря, где ведущая роль принадлежит морским растениям с выраженной эвригалинностью. 4. Среди обрастателей искусственого субстрата преобладают олиго- и мезосапробионтные группы, основная часть которых представлена красными водорослями, отличающимися широкой экологической валентностью. 5. Сезонная динамика структуры растительности характеризуется весенним пиком видового разнообразия, круглогодичным доминированием красных водорослей и олигосапробионтных форм, преобладанием многолетних видов в весенне-зимний период. 6. Биомасса обрастателей по сезонам варьирует в широких пределах с максимумом летом. Основу растительности по биомассе во все сезоны года составляет Gelidium latifolium. Зеленые водоросли, по сравнению с красными, отличаются высокой сезонной вариабельностью биомассы. 7. Различие видовой структуры и количественного развития водорослей на разных горизонтах выразилось в преобладании в толще воды константных морских видов и олигосапробионтных форм, в снижении общего видового разнообразия (Н=1,61-0,95), биомассы макрофитов вообще и красных водорослей в частности.

  1. Вайсман А.Л., Лучина Н.П., Максимова О.В. и др. Культивирование филлофоры и других макрофитов на искусственных субстратах в северо-восточной части Черного моря // Искусственные рифы для рыбного хозяйства: Тез.докл.Всес.конф. Москва, 2 - 4 декабря 1987 г. - М., 1987. - С. 50 - 52.

  2. Воронов А.Г. Геоботаника. - М.: Высшая школа, 1973. - 384 с.

  3. Васильев М.А., Крюкова Е.В. Рифы и рифовые системы как способ повышения биорепродуктивности прибрежных вод //Искусственные рифы для рыбного хозяйства: Тез.докл.Всес.конф. Москва, 2 - 4 декабря, 1987. - М., 1987. - С. 8 - 9.

  4. Грейг-Смит П. Количественная экология растений. - М.: Мир, 1967. - 358 с.

  5. Зайцев Ю.П., Алексеев Р.П. Влияние инженерно-технических сооружений на морскую среду // Человек в биосфере: ученые УССР в реализации программы ЮНЕСКО. - Киев, 1989. - С. 73 - 80.

  6. Калугина-Гутник А.А. Фитобентос Черного моря. - Киев: Наук. думка, 1975. - 245 с.

  7. Маккавеева Е.Б. Биоценоз Cystoseira barbata Ag.(Word.) прибрежного участка Черного моря //Труды Севаст. биол. станции - М. - Л.: Изд. АН СССР, 1959. - 12. - С. 151 - 168.

  8. Морозова-Водяницкая Н.В. Опыт количественного учета донной растительности в Черном море // Труды Севаст. биол. станции - М.-Л.: Изд. АН СССР, 1936. - 5. - С. 45 - 208.

  9. Салахов А.А. Количественное развитие микроорганизмов на естественном и антропогенном субстратах западной части Южного Каспия // Изв. АН АзССР - Сер. биол. наук. - 1989. - в„–2 - С. 78 - 83.

  10. Wilhm J.L. Use of biomass units in Shannon-s formula //Ecology. - 1968. - 49, в„–1. - P. 153 - 156.

Институт биологии южных морей НАНУ,
г. Севастополь Получено 23.11.2000

I. K. E V S T I G N E E V A, V. A. G R I N C O V

QUANTITATIVE DEVELOPMENT AND SPECIFIC VARIETY OF MACROALGAE ON THE ARTIFICIAL SUBSTRATE IN THE BLACK SEA

Summary

Specific variety, ecological composition and the mode of ground algae biomass formation on the artificial substrate in the Karantinnaya Bay (Sevastopol, the Black Sea) have been described within different seasons of year and depending on the depth of inhabitance. A spring peak of a specific variety and all-the-year-round dominating of red algae and oligosaprobiont forms in season dynamics have been found. It was emphasized a decrease with depth of the total specific variety of the association biomass in general and red algae in particularly.