Модуль 2. Лекция 2. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ПРЕСНОВОДНОГО ФИТОПЛАНКТОНА

ОТБОР ПРОБ ФИТОПЛАНКТОНА

Динамика поведения водных экосистем во многом определяется таким важным свойством водоемов, как температурная стратификация. Температурная стратификация может быть прямой - температура воды от дна водоема к поверхности увеличивается, или обратной - температура воды от дна к поверхности уменьшается. Эти особенности стратификации основаны на одном из аномальных свойств воды - наличии максимума плотности при 4 °С. Именно поэтому и вода, имеющая температуру выше этой, и имеющая температуру ниже, занимает вышележащие слои водного тела, тогда как вода с температурой максимальной плотности - нижние. В годовой динамике типичного водоема умеренных широт можно выделить 4 основных фазы: летом - верхние слои воды прогреты, нижние сохраняют температуру около 4 °С. Этот и есть период прямой стратификации, когда верхние слои воды теплее нижних. Осенью - верхний слой воды охлаждается и становится возможным перемешивание всей водной толщи (гомотермия). С наступлением зимы поверхность водоема замерзает, подо льдом находится вода с температурой 0-1°С, но с плотностью ниже, чем при 40С. Наступает явление обратной стратификации. С таянием льда по весне температура в водной толще уравнивается и вновь наступает перемешивание — гомотермия.

В ерхний слой воды озера в период стратификации именуется эпилимнионом, нижний - гиполимнионом. Разделяющий их слой температурного скачка или термоклин — металимнионом.

Эпилимнион, как правило, составляет трофогенный, или «питающий» слой водоема. Именно в нем происходит продукция органического вещества первичными продуцентами - водорослями или высшими водными растениями, снабжающими всех обитателей водоема пищей. В гиполимнионе (трофолитическом слое), напротив, главенствуют процессы разложения органики в ходе метаболизма консументов (животных) и редуцентов (микроорганизмов). В их ходе высвобождаются неорганические элементы питания, необходимые для продукции нового органического вещества.

Металимнион, в силу разницы плотностей меж слоями предоставляет широкое поле деятельности для бактерий и простейших, т.к. взвешенное органическое вещество (живые и отмершие организмы планктона) образовавшееся в ходе процессов продуцирования в эпилимнионе при осаждении задерживается в этом слое и служит пищей многочисленным консументам и редуцентам.

Bыбop ctahций отбора пpoб

Вполне естественно, что обследовать всю водную массу водоема совершенно невозможно. Поэтому всегда применяют метод выборочного обследования, при котором отбирают пробы на станциях, расположенных в разных частях водоема.

К оличество точек для взятия проб и их расположение по акватории, а также частота сборов во времени должны определяться каждый раз в соответствии с целью и задачами комплексного гидробиологического исследования.

1 . При первом, общем знакомстве с водоемом необходимо брать максимально возможное число точек, приуроченных к биотопам, имеющим наибольший удельный вес в водоеме (что определяется по батиметрической карте). При определении числа точек взятия проб следует учитывать, что фитопланктон пелагиали гораздо более однороден, чем в литорали. В условиях водохранилищ биотопы выделяются с учетом скоростей течения (влияние подпора) и удельного веса зон (речной, переходной, озеровидной), а также изменчивости границ последних во времени (зоны выклинивания подпора смещаются вверх или вниз по течению в зависимости от степени наполнения водохранилища). В соответствии с этим постоянные точки берутся в тех районах, которые при любых условиях входят в одну из трех указанных зон. Точки взятия проб, приуроченные к биотопу с переходным режимом от одной зоны к другой (экотон), не должны фиксироваться пространственно, а выбираются в соответствии с перемещением границ характеризуемого ими биотопа.

2. При продолжающихся многолетних исследованиях с целью оценки состояния кормовой базы водоема (обычно на крупных озерах и водохранилищах) устанавливаются стационарные станции или разрезы в наиболее характерных и значимых биотопах. Пробы берутся в фиксированные даты не реже трех раз в летний период и одного раза в остальные сезоны.

3. При исследовании влияния того или иного динамического фактора на водоем в целом или какую-то его часть устанавливается минимальное количество стационарных станций, пробы берутся предельно часто:

а) в случае изучения влияния сброса теплых вод на фитопланктон достаточно установить три-четыре станции по их течению (для определения зоны распространения сбросных вод) и одну контрольную станцию в зоне, не подверженной влиянию теплых вод. Последняя должна быть расположена в биотопе, характеризующемся условиями, подобными исходному состоянию зоны сброса теплых вод. Частота взятия проб определяется изменением естественного и искусственного температурного режима;

б) в случае внесения ядохимикатов или биогенов устанавливаются две-три станции (одна - в пелагиали и одна-две - в литорали). Берется исходная проба до начала воздействия и через 1, 3, 6, 12 и 24 суток после него. Параллельно желательно брать пробы в те же сроки в контрольном водоеме.

При исследовании влияния сточных вод в малопроточных или непроточных водоемах трансекты закладываются с учетом ветровых сгонов.

При работе на озерах и водохранилищах необходимо исследовать впадающие в них реки и основные заливы. На остальной акватории, если она невелика достаточно наметить 5-7 станций, расположенных равномерно по водоему. На крупных озерах и водохранилищах применяют трансектирование акватории, причем число станций на трансектах должно быть пропорционально площади водоема.

Выбор количества станций на площади водоема в основном определяется задачами исследований, техническими возможностями, а также наличием достаточного количества специалистов-альгологов.

В ыбор метода отбора проб фитопланктона зависит от типа водоема, степени развития водорослей, имеющихся в наличии приборов и оборудования, а также - от экспериментальных задач.

Для количественного учета фитопланктона отбор проб производится специальными приборами - батометрами разнообразных конструкций (Рутнера, Мейера-Францева, Кожевникова, Дьяченко и др.).

Батометр опускают в воду и при достижении необходимой глубины сильным встряхиванием троса (или же посредством специального «посыльного груза») закрывают крышки отверстий одного или двух цилиндров (в зависимости от конструкции батометров). Затем батометр в закрытом виде извлекают на поверхность. В водоемах с глубинами 10-20 м целесообразнее вырезать весь столб воды, используя для этого однометровый батометр А.В.Францева. Поскольку объем его довольно велик (при диаметре 8 см - 5 л), то из каждых двух слитых в чистое эмалированное ведро батометров, после тщательного перемешивания, отбирают вторичную пробу объемом 1 л и переносят во второе ведро. Так, отбирая метр за метром, облавливают всю водную толщу до дна. Из второго ведра, также после тщательного перемешивания, отбирают пробу для концентрирования фитопланктона.

Если батометр меньшей длины или тотальный отбор проб затруднителен, можно отобрать серию проб с пропуском в 1 м (но не более!)

Разновидностью батометрического метода может служить "бутылочный". Лучше применять бутылки большого объема (1-2 л) и работать на глубине до 10 м, так как глубже выдернуть пробку из горла бутыли очень трудно. Таким прибором при соответствующем навыке можно с успехом отбирать усредненную по глубине пробу фитопланктона. Пробка применяется резиновая и перед закрыванием смачивается водой. Чем слабее закрыта пробка, тем легче она будет выдергиваться под водой, поэтому для уменьшения удельного веса прибор погружают в воду, оставляя над поверхностью только горлышко бутыли. Пробка вставляется в горлышко, и прибор быстро опускается до дна водоема, затем энергичным рывком за линь выдергивается пробка и прибор поднимается к поверхности. Сначала быстро, а по мере приближения к поверхности медленнее с тем, чтобы с уменьшением давления сохранить постоянство притока воды в бутыль. Время подъема определяется эмпирически, так, чтобы поднятая на поверхность бутыль была немного не заполнена. Вода выливается в ведро, и операция повторяется еще не менее двух раз. После перемешивания отбирают пробу для концентрирования планктона. При изучении фитопланктона поверхностных слоев водоема пробы отбирают, зачерпывая воду в сосуд определенного объема.

Д ля работы на пресных водоемах чаще всего используются 1-2-литровые батометры, а в морях - 2 и 5-литровые. В водоемах, бедных фитопланктоном, отбирают пробы объемом не менее 1 л. В водоемах, богатых фитопланктоном - 0,5 л, а при "цветении" воды - даже 0,25 л. Отбор проб батометрами позволяет отбирать водоросли всех размерных групп, как для качественного, так и для количественного учета.

Для обнаружения малочисленных видов фитопланктона (к примеру, для флористико-систематических целей) проводят качественный лов планктона. Для этих целей используют планктонную сеть. Такая сеть состоит из металлического кольца и пришитого к нему мешка конической формы из мельничного шелкового или капронового сита №77. Внизу сеть заканчивается стаканчиком, в который собирается планктон при фильтрации воды через сеть. При сетном сборе фитопланктона в планктонную сеть попадают только колонии и крупные клетки водорослей, тогда как клетки небольших размеров "проскакивают" через фильтрационную поверхность сита (размер ячеи около 70 мкм). Планктонная сеть используется только для качественного лова водорослей; она облавливает большие объемы воды, что позволяет выявлять виды, встречающиеся в водоеме в незначительных количествах. Поэтому обловы фитопланктона сетью должны сочетаться с пробами, собранными с помощью батометра. Это позволяет более полно исследовать фитопланктон. Для количественного учета водорослей планктонная сеть непригодна.

В практике гидробиологических исследований не существует общепринятого достаточно обоснованного приема выбора горизонтов для отбора проб фитопланктона.

В мелководных водоемах глубина нижнего горизонта отбора проб - это их максимальная глубина. В глубоководных водоемах - это нижняя граница фотического слоя (глубина видимости диска Секки, умноженная на 2). Остальные промежуточные горизонты определяются в зависимости от экспериментальных задач. Обычно число промежуточных горизонтов, включая поверхностный слой, не превышает 5-6. Желательно, чтобы отбор проб проводился в слое температурного скачка, над и под ним.