Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл.Выкл.
Обычная версия сайта
Demidov Yaroslavl State University

Региональный Центр экологической безопасности водных ресурсов

Aa
 
Изучение механизмов конкуренции между водными сообществами для разработки прорывной экологической биотехнологии реабилитации загрязненных водоемов

Экологическая проблема загрязнения водоемов в Российской Федерации стоит очень остро, самым неблагоприятным последствием этого являются массовые вредоносные цветения воды токсичным фитопланктоном (цианобактерии). Для решения проблемы чаще всего применяются физико-химические методы контроля за развитием фитопланктона. Однако эти методы имеют ряд существенных недостатков: токсичность применяемых реагентов для водной биоты и человека, кратковременность эффекта воздействия на фитопланктон и токсичные цианобактерии, способность альгицидов накапливаться в рыбе и приобретение цианобактериями устойчивости к ним.

Другие подходы к решению проблем экологической реабилитации водоемов предполагают разработку более экологически безопасных технологий, аналогичных или имитирующих природные биологические процессы, происходящие в водных экосистемах. Так, использование биофильтров является широко распространенной технологией очистки вод, в качестве таковых чаще всего используют бактериальные сообщества, основой развития которых являются специально создаваемые искусственные ветланды, или биоплато. Последние представляют собой блоки с почвенно-грунтовой смесью и водными растениями. Они устанавливаются в прибрежной зоне в местах поступления в водоем поверхностного стока и осуществляют очистку поступающей воды. За счет потери скорости водного потока в осадок выпадают взвешенные частицы, а за счет фильтрации через грунтово-растительный слой, а также благодаря микробному сообществу из воды удаляются загрязняющие вещества и биогенные элементы. Используют такие природные системы очистки и в виде плавающих на поверхности водоема биоплато. Однако, в таких биоконструкциях основную очищающую роль играет погруженное в воду микробное сообщество, развивающееся в грунтово-корневом слое биоплато. Огромная потенциальная очищающая воду способность самих водных высших растений (макрофитов) в этом методе никак не используется. Другим возможным подходом может быть непосредственное применение макрофитов в качестве естественных биофильтров, подавляющих развитие токсичного фитопланктона и извлекающего из воды загрязняющие вещества. Однако для разработки подобной биотехнологии требуется проведение полевых и экспериментальных исследований, которые продемонстрировали бы способность макрофитов эффективно подавлять развитие токсичного фитопланктона в водоемах и выявили бы возможные экологические механизмы такого подавления.

На базе Регионального Центра экологической безопасности водных ресурсов ЯрГУ и кафедры экологии и зоологии проведена НИР «Изучение механизмов конкуренции между водными сообществами для разработки прорывной экологической биотехнологии реабилитации загрязненных водоемов» (шифр № ОП-2Г-07/2017). Руководитель – к.б.н., доцент Сиделев С.И., исполнитель – к.б.н., доцент, Бабаназарова О.В.

Цель - провести фундаментальное научно-поисковое исследование по изучению возможных механизмов конкуренции между высшими водными растениями и фитопланктоном в модельном озере для поиска прорывной эффективной экологической биотехнологии восстановления загрязненных водных экосистем.

 

Были получены следующие результаты:

1. Определены основные природные факторы, определяющие исход конкуренции между водными биосообществами, что необходимо для выяснения технических условий оптимального применения в природе разрабатываемого биометода реабилитации водоемов. Для этого была проанализирована многолетняя динамика уровня воды, степени зарастаемости макрофитами, развития фитопланктона и зоопланктона, наличие нейротоксичных цианобактерий в модельном водоеме - озере Неро. Подтверждена главная гипотеза исследования: ключевым пусковым механизмом в конкуренции фитопланктон - макрофиты является повышение уровня воды. Экологическим фактором, определяющим низкое обилие и ухудшение физиологического состояния фитопланктона в южной части озера, являлось наличие плотных зарослей погруженных макрофитов.

2. Анализ данных, полученных в полевых исследованиях модельного водоема, подтвердил способность макрофитов эффективно подавлять развитие токсичного фитопланктона. Вторым этапом исследования был анализ экспериментальных данных для определения экологических механизмов конкуренции между фитопланктоном и макрофитами (Рисунок 1). Экологическая компрессия на фитопланктон модельного водоема со стороны погруженной водной растительности подтвердилась в эксперименте с совместным экспонированием фитопланктона, роголистника Ceratophyllum demersum L. и урути Myriophyllum verticillatum L. При этом C. demersum L. оказал более сильное ингибирующее влияние на фитопланктон по сравнению с таковым M. verticillatum L. (Рисунок 2). Показано, что основными механизмами острой конкуренции между макрофитами и фитопланктоном были биогенное лимитирование и аллелопатия.

             3. Таким образом, проведенное фундаментальное исследование позволило получить новые научные данные о механизмах экологического взаимодействия разных видов погруженных высших водных растений с токсичным фитопланктоном (цианобактериями). Полученные фундаментальные результаты подтвердили техническую возможность использования водных макрофитов в качестве естественных биофильтров, подавляющих вредоносные цветения воды. Это станет основой для поиска и разработки прорывной экологической биотехнологии реабилитации загрязненных водоемов. Научные результаты опубликованы в журналах, включенных в базу Web of Science.

РИСУНОК 1

РИСУНОК 2