// Материалы по флоре и фауне Республики Башкортостан. 2026, № 50. С. 37-42.
Рукопись поступила в редакцию 14.03.2025 г.
УДК 574.5
© Герасимова Т.Н.*, Садчиков А.П. **
*Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем Российской академии наук.
119333, Москва, ул. Губкина, д. 3, Россия.
E-mail:gerasiming@gmail.com
**Международный биотехнологический центр Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.
119992, Москва, Ленинские горы, дом 1, корп. 12, Россия
E-mail: aquaecotox@yandex.ru
Резюме. В рыбоводном пруду с большим содержанием органического вещества наблюдается высокая мутность воды. Из-за этого фитопланктон развивается слабо. Из зоопланктона преобладал Simocephalus vetulus , который потреблял мелкоразмерный детрит, бактерии и иные взвешенные органические вещества. Численность S. vetulus в экспериментальной установке (при отсутствии рыб-планктофагов) достигла в конце августа – 12 тыс.экз./л. При этом размер ракообразных увеличился до 2-3 мм. И это при том, что в водоеме этот вид из-за малочисленности практически не наблюдался.
Ключевые слова: рыбоводный пруд, рыба, прозрачность воды, растворенный в воде кислород, Daphnia longispina, зоопланктон, фитопланктон.
Введение
Поступающие в водоемы биогенные вещества способствуют развитию водорослей, в том числе цианобактерий. Из-за этого качество воды резко ухудшается. Этот процесс называется эвтрофированием. Цветут все виды водорослей, но наиболее массово развиваются цианобактерии, виды из родов Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon и др.
Основной источник питания водорослей – это азот и фосфор. Многие виды цианобактерий способны получать соединения азота из атмосферного газа. Фосфор входит в состав всех моющих средств. Кроме того большой вклад вносят удобрения, отходы сельскохозяйственных животных и птиц, бытовые стоки и пр. Водоросли имеют небольшие размеры и из-за этого могут утилизировать минеральные вещества в малых концентрациях. Поэтому бороться с ними крайне сложно. Кроме того, в экосистеме уже циркулируют большие количества минеральных веществ. В настоящее время эвтрофированию подверглись около две/трети всех пресных водоемов в мире. Большинство существующих методов защиты водоемов трудоемки, дорогостоящи и требуют длительного времени.
В природе основными потребителями микроводорослей (в том числе цианобактерий) являются водные организмы, в первую очередь зоопланктон. Значительная часть зоопланктона (до 70-80%) является фильтраторами. Их фильтрационная активность настолько велика, что зоопланктон способен профильтровать весь объем воды, где он обитает, всего за несколько суток.
Рацион зоопланктона достигает 150-200% и более от массы тела за одни сутки. При этом перевариваемость пищи крайне низкая. Из-за этого в среду поступает большое количество экскрементов. Они быстро оседают на дно водоема и уже там разрушаются донными организмами (олигохетами, моллюсками, простейшими, хирономидами и др.).
При питании происходит минерализация органического вещества. Этот процесс называется самоочищением водоемов. Чем больше в водоеме организмов-разрушителей органического вещества, тем быстрее протекают эти процессы. Основными потребителями зоопланктона являются рыбы-планктофаги и мальки рыб. Многие виды рыб пресных водоемов имеют продолжительный порционный нерест в течение всего вегетационного сезона. Из-за этого в водоемах постоянно присутствует молодь рыб разного размера. Эти рыбы питаются зоопланктоном и донной фауной.
Рыбы при охоте ориентируются визуально, в первую очередь поедают относительно крупные по размеру виды зоопланктона, которые лучше заметны в толще воды. В результате размерная структура зоопланктона смещается в сторону мелких видов. Эксперименты показали, что при удалении рыб-планктофагов происходит увеличение численности и размера особей зоопланктона. И, наоборот, при внесении в водоем рыб-планктофагов происходит уменьшение численности и среднего размера зоопланктона (Герасимова и др., 2020, 2021). Это сказывается не только на количестве зоопланктона, но и на видовом составе фитопланктона. Некоторые виды зоопланктона выедаются настолько интенсивно, что создается впечатление, что эти виды в водоеме отсутствуют. Хотя на самом деле они там есть. Как только уменьшается трофический пресс, они начинают развиваться (Герасимова и др., 202а, 2021а; Герасимова, Садчиков, 2021).
Материалы и методы
Работу проводили в небольших рыбоводных прудах, расположенных в Москве и ближайшем Подмосковье. Площадь прудов не превышала 200 м2, средняя глубина – 2,5 м, максимальная – 4 м. Эксперименты длились с июня и до конца сентября.
Отбор проб воды для определения видового и размерного состава фито- и зоопланктона проводили еженедельно. Прозрачность воды, измеряли с помощью диска Секки. Температуру воды, мутность, концентрацию растворенного кислорода определяли послойно через каждые 20 см от поверхности до дна (анализатор Water quality checker U-10, «Horiba», Япония). Пробы воды для учета фитопланктона отбирали батометром с глубины 20 см. Ракообразных отлавливали планктонной сетью Апштейна из капронового газа № 77 с диаметром входного отверстия 11,5 см. Анализ проб зоопланктона (видовой состав, численность и др.) проводили в камере Богорова под бинокуляром (МБС–9, Россия). Биомассу фитопланктона определяли методом приравнивания формы клеток к наиболее близкому геометрическому телу (метод геометрического подобия фигур) (Гутельмахер и др., 1988).
Результаты исследований
В одном из прудов, в которых проводили исследования, наблюдали явление, которое позволило в какой-то мере понять влияние рыб-планктофагов на развитие зоопланктона. Биомасса зоопланктона из-за выедания рыбами была крайне низкой. К примеру, рачок Simocephalus vetulus в водоеме не встречался, вплоть до окончания исследований (в сентябре). Это связано с его выеданием рыбами. Однако, в проточной экспериментальной экологической установке (куда он проник из водоема) развивался очень хорошо. При изоляции рыб-планктофагов в экспериментальной экосистеме S. vetulus достигал высокой численности. Это привело к снижению до нулевых значений доминирующих в экосистеме колониальных цианобактерий, которые из-за своих размеров не потреблялись зоопланктоном. Они потреблялись зоопланктоном только послеих дробления рачками и перевода в разряд потребляемых. В данных условиях S. vetulus способен ограничивать цветение колониальных видов и восстанавливать качество воды.
Численность S. vetulus в экспериментальной установке за 1-2 недели (при отсутствии рыб-планктофагов) достигла 4,2 тыс. экз./л, а в конце августа – 12 тыс.экз./л. При этом размер ракообразных увеличился до 2-3 мм. И это при том, что в водоеме этот вид практически не встречался.
Таким образом, популяционный состав S. vetulus характеризует благоприятные условия для его развития. Особи S. vetulus при высокой численности дробили колониальные зеленые водоросли и цианобактерии на съедобные фракции и полностью их потребляли. Эти работы послужили основой для дальнейших исследований в других водоемах.
Для того чтобы понять влияние рыб на развитие зоопланктона и фитопланктона были проведены эксперименты в другом небольшом пруду. В этом пруду полностью удалили рыб. Для этого его предварительно осушили. Пруд располагался рядом с полем, где выращивали сельскохозяйственные культуры. Он постоянно подвергался воздействию смываемых с полей стоков, богатых биогенными веществами. В водоем поступало большое количество соединений азота и фосфора. В год, когда проводили исследования, пруд не зарыблялся. Весной водоем опять залили водой. Предполагалось, что в пруду произойдет цветение цианобактерий за счет большого количества биогенных веществ. Однако этого не произошло.
Несмотря на наличие в пруду большого количества биогенных веществ, биомасса фитопланктона оставалась небольшой. В нем явного цветения цианобактерий не наблюдалось. В течение всего вегетационного сезона в планктоне преобладали съедобные по размеру водоросли. Прозрачность воды достигала придонного слоя.
Максимум численности водорослей был зарегистрирован в начале августа. При этом представитель цианобактерий – Aphanizomenon flexuosum составлял 2/3 численности фитопланктона.
В сообществе зоопланктона пруда преобладала крупноразмерная (около 2 мм) кладоцера Daphnia longispina, которая в летне-осеннее время достигала98% биомассы зоопланктона. Самки с покоящимися (зимними) яйцами в популяции D. longispina за весь период исследований зарегистрированы не были. Это указывает на благоприятные условия для обитания этих фильтраторов.
Показано, что при отсутствии трофического пресса рыб, и, несмотря на высокую биогенную нагрузку, зоопланктон способен регулировать развитие цианобактерий, и не давать им развиваться. При высокой концентрации биогенных веществ подавление цветения происходит за счет высокой численности и биомассы дафний. Они активно потребляют планктонные водоросли (и цианобактерии) и осветляют толщу водоема.
Отсутствие цветения, несмотря на высокие концентрации биогенных веществ, связано с интенсивным выеданием водорослей зоопланктоном. Отсутствие рыб-планктофагов позволяет развиваться крупным видам фильтрующего зоопланктона, обладающим высокой фильтрационной активностью. Излишки биомассы водорослей ракообразными переводятся в донные отложения, которые там утилизируются донной фауной.
Приведем результаты еще одного эксперимента с Daphnia magna. Этот вид является типичным представителем высокотрофных водоемов, и достигает там высокой численности. Однако в наших исследованных водоемах этого не наблюдалось. В количественных пробах этот вид не обнаруживался из-за своей малочисленности. Имея крупные размеры они легко потреблялись рыбами. Поэтому D. magna отлавливали в других водоемах (где он встречался) и вносили в проточную экосистему. Там они продолжали развиваться.
В начале работы проточной экосистемы численность особей D.magna составляла около 100 экз./л., а в конце лета численность этого вида достигла 8 тысяч. Средний размер особей варьировал от 1,5 до 2,3 мм. Его наибольшие значения были зарегистрированы осенью, в конце эксперимента – 3,6 мм. В период цветения цианобактерий самок с покоящимися яйцами обнаружено не было, что указывает на благоприятные условия среды для развития D. magna . В экспериментальной экосистеме при изоляции рыб развиваются крупные виды зоопланктона, которые способны снижать биомассу цианобактерий до оптимальных значений. Применение экспериментальных экосистем в реализации потенциальных возможностей крупноразмерного зоопланктона позволяет бороться с цветением цианобактерий.
На первый взгляд может показаться, что роль зоопланктона в водоемах ничтожна. Однако из-за высокой их фильтрационной активности, воздействие на экосистему водоема огромно.
Заключение
Зоопланктон в природе используется в качестве биофильтра при самоочищении водоемов. Понимание процессов, протекающих в водных экосистемах, имеет большое значение для восстановления качества воды. В связи с этим затронутая проблема является актуальной, т.к. в ней рассматриваются вопросы, связанные с защитой водоемов при высоком поступлении органических веществ и развитии водорослей. Исходя из этого, в статье была поставлена цель проследить воздействие высокой органической нагрузки на развитие фильтрующего зоопланктона и его значение при биотическом круговороте в экосистеме рыбоводных прудов. (Gerasimova T.N., Pogozhev P.I., Sadchikov A.P., 2018, 2019).
Работа выполнена в рамках темы № FMWZ-2025-0002 Государственного задания ИВП РАН, исследование выполнено в рамках государственного задания МГУ имени М.В.Ломоносова
Литература
Герасимова Т.Н., Садчиков А.П. Восстановление качества вод: влияние зоопланктона на развитие цианобактерий в двух эвтрофных прудах // Жизнь Земли. 2021. Т. 43. № 3. С. 336-346. DOI:10.29003/m2438.0514-7468.2020_43_3/336-346.
Герасимова Т.Н., Погожев П.И., Садчиков А.П. Борьба с цианобактериями использованием зоопланктона в экспериментальной экосистеме // Экологические системы и приборы. 2020. № 6.С. 49-55. DOI: 10.25791/esip.06.2020.1164.
Герасимова Т.Н., Погожев П.И., Садчиков А.П. Влияние зоопланктона на развитие водорослей и цианобактерий в экспериментальной экосистеме // Экология промышленного производства. 2020а. № 1 (109). С. 43-48.
Герасимова Т.Н., Погожев П.И., Садчиков А.П. Влияние Dapnia magna на размерную структуру и потребление Anabaena spiroides // Экологическая химия. 2021. Т. 30. № 2. С. 106–108.
Герасимова Т.Н, Погожев П.И., Садчиков А.П. Влияние зоопланктона на развитие водорослей и цианобактерий в пруду с высокой биогенной нагрузкой // Экологические системы и приборы. 2021а. №3. С. 45-52. DOI: 10.25791/esip.03.2021.1218.
Гутельмахер Б.Л., Садчиков А.П., Филиппова Т.Г. Питание зоопланктона // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Серия «Общая экология. Биоценология. Гидробиология». 1988. Т. 6. 155 с.
Gerasimova T.N., Pogozhev P.I., Sadchikov A.P. Suppression of Alga Blooming by Zooplankton Filter Feeders in Small Water Bodies. Water Resources. 2018. Vol. 45. № 2, pp. 199-204. DOI: 10.1134/S0097807818020070.
Gerasimova T.N., Pogozhev P.I., Sadchikov A.P. Suppression of Cyanobacterial Blooms by Zooplankton: Experiments in Natural Water Bodies with the use of Flow-Through Ecosystems. Russian Journal of General Chemistry. 2019. Vol. 89. № 13, pp. 2840-2844. DOI: 10.1134/S1070363219130164.