21.2. «Цвітіння» води як гідробіологічний процес, зумовлений евтрофікацією

Однією з найважливіших біологічних особливостей водоростей є здатність до накопичення азоту і фосфору при їх надходженні у водне середовище в значній кількості. Наявність цих елементів у воді стимулює розмноження водоростевих клітин, потенційні можливості яких до поділу надзвичайно високі. Так Microcystis aeruginosa протягом вегетативного сезону може утворювати від однієї клітини до 1020 нащадків [109]. Саме тому збагачення води біогенними речовинами, особливо азотом і фосфором, викликає масовий розвиток водоростей. У високоевтрофних водоймах видове різноманіття флори збідніле. Переважають, в основному, кілька видів водоростей, які утворюють велику біомасу.

У морях внаслідок масового розвитку водоростей спостерігаються так звані «червоні припливи». Причиною їх появи є водорості родів золотисті (Prymnesium) і динофітові (Cochlodinium), які виділять дуже небезпечні токсичні речовини для риб та багатьох безхребетних.

У континентальних водоймах, особливо малопроточних водосховищах, найбільше значення у розвитку фітопланктону до рівня «цвітіння» води мають синьозелені водорості, особливо види родів Microcystis, Aphanizomenon і Anabaena. «Цвітінням» воно називається тому, що внаслідок масового розвитку планктонних водоростей вода набуває забарвлення (синьо-зеленого, зеленого, червоного, буро-жовтого) в залежності від переважання пігментації видів-збудників. Розвиток синьозелених водоростей до рівня «цвітіння» лімітується вмістом фосфатів, швидкістю течії та її каламутністю. Саме цим пояснюється те, що у швидкотекучих «цвітіння» води практично не буває.

Екологічний механізм цього явища дуже складний і обумовлений взаємодією природних і антропогенних факторів [102]. До останніх належить зарегулювання річкового стоку, наприклад таких рівнинних річок, як Дніпро, Дністер, Волга, Дон. Після залиття великих площ землі та переходу у воду біогенних речовин, утворення мілководних застійних зон, де вода інтенсивно прогрівається і слабо обмінюється, створюються найбільш сприятливі екологічні умови для масового розвитку синьозелених водоростей. У водосховищах України до їх числа належать види Microcystis aeruginosa, Aphanizomenon flosaquae, Anabaena sp., причому перший вид домінує у водоростевих співугрупованнях і часто утворює монокультуру з біомасою до 40 кг/м³. У процесі розвитку мікроцистис проходить кілька стадій — донну, планктонну, нейстонну, стадію сухих кірок і спор. Наявність спор у циклі розвитку робить цей вид водоростей досить стійким до змін умов середовища.

Розрізняють різні ступені «цвітіння» води в залежності від кількості утвореної біомаси. В межах 0,5—0,9 мг/дм³ — слабке, 1,0—9,9 мг/дм³ -- помірне, 10—99,9 мг/дм³ -- інтенсивне і «гіперцвітіння», коли утворюється біомаси більше 100 мг/дм³.

Під час масового розвитку фітопланктону на поверхні водойм утворюється слизоподібні плівки, при зближенні яких формуються «плями цвітіння». У них може виділятись планктонна, нейстонна та гіпонейстонна зони, що займають різні горизонти водної поверхні, а за забарвленням в межах «плям» вимальовуються зони зеленої, блакитної, бурої та білої плівок, де водорості перебувають на різних етапах деструкції. Поряд з основною колонією мікроцистиса в таких плівках зустрічаються значно менші скупчення інших видів водоростей (наприклад, афанізоменона), а також бактерії різних фізіологічних груп та віруси. Ці мікроорганізми утилізують органічні речовини відмерлих і відмираючих водоростей. Отже, «плями цвітіння» являють собою досить складні утворення (альгобактеріальні), в яких протікають переважно деструкційні процеси розкладу органічної біомаси.

У період максимального нагромадження «плям цвітіння» (липень—серпень) акваторія водосховища в штильову погоду має вигляд мозаїки з «плям» і чистоводь. При штормовій погоді «плями» розбиваються, але при відновленні штилю швидко формуються знов. Вітри і течії переносять їх по всій акваторії. Залежно від напрямків вітру великі маси водоростей можуть зганятися до берегів водосховища. Так, в Кременчуцькому і Каховському водосховищах згони ідуть переважно до південно-західних берегів, а біомаса таких згонів може досягати 500 кг/м³. Тут виникають зони заморів, бо в нагінних масах заплутується велика кількість риби, що гине внаслідок забивання зябер, кисневого дефіциту та отруєння токсинами водоростей. Найбільше водоростей наганяється в затоки і бухти, де вони настільки щільні, що не дають рухатися човнам.

Рибу, винесену хвилями на піщані береги, швидко скльовують птахи (чаплі, лелеки, баклани та інші), які налітають масами до місць скупчення загиблої риби. Водорості, що залишаються після нагонів на піщаних узбережжях, висихають, перемішуються з піском і утворюють сухі кірки.

Більша частина «плям цвітіння» розкладається в місцях нагону з утворенням великої кількості продуктів розкладу (фенол, індол, скатол, поліпептиди та альготоксини), здебільшого токсичних. При розкладанні виділяються також пігменти — фікобіліни, фікоціанини, тому вода набуває густо-синього кольору. Такі водні ділянки стають непридатними для життя багатьох гідробіонтів.

Певна частина водоростевих плівок піддається лізису під дією вірусів і бактерій-супутників, а також власних токсинів. Такі явища виникають досить часто, і на місці «плями», що розпалася, залишається тільки тонка поверхнева плівка. При цьому також виділяються токсини.

Деяка частина біомаси залишається в товщі води у вигляді бурих скупчень, що нагадують фекальні маси, з відповідним запахом, і нарешті, тільки невелика частина спродукованої біомаси осідає на дно, де у «муловому розчині» на стику двох біотопів — водної маси і донного мулу — утворює зимуючі колонії водоростей, вкриті шаром слизу. Цикл замикається протягом вересня — жовтня, і тоді місце синьозелених водоростей як домінанти в біоценозах займають інші, більш холодо­любні водорості, зокрема діатомові.

Відмирання водоростевої біомаси зумовлює різке погіршення якості води, що наближається за своїми показниками до рівня води ά- мезосапробної, полісапробної і навіть гіперсапробної зони. Забруднення водойм внаслідок розкладу великих мас водоростей характеризується як біологічне самозабруднення.

Період домінування синьозелених водоростей пов'язаний з пригніченням усіх інших компонентів фітопланктону внаслідок затемнення води, перехоплення біогенних елементів і впливу токсичних виділень на інші планктонні види.

Після Чорнобильської аварії встановлено, що Microcystis aeruginosa є концентратором радіонуклідів з коефіцієнтом накопичення 10⁴, тобто в 10 тис. разів у порівнянні з концентрацією їх у воді.

Зоопланктон при «цвітінні» води пригнічений і дуже збіднений, бо живитися колоніями мікроцистиса зоопланктонти не можуть через їх великий розмір, крім того їх відлякують екзометаболіти. Риби уникають скупчень синьозелених водоростей з тих же причин. З представників аборигенної іхтіофауни Дніпра їх практично не споживає ні один вид, що дає змогу синьозеленим водоростям розмножуватись відповідно до їх величезного біотичного потенціалу.

Отже, «цвітіння» води — це екосистемне явище, пов'язане, перш за все, з перетворенням лотичних екосистем в лентичні і має глибоке коріння в еволюційній історії гідросфери.

Значний вклад у з'ясування біологічної сутності процесу «цвітіння води», його причин і закономірностей зроблено колективом вчених Інституту гідробіології Академії наук України на чолі з академіком О. В. Топачевським.