Present-day characteristics of phytoplankton, microphytobenthos and phytoepiphyton of the Kaniv Reservoir
Report 2: Abiotic variables, quantitative diversity, dominant species complex, trophic state, water quality
Authors
,
Semeniuk N.Ye.*,
Davydov O.A.,
Larionova D.P.
Section:
Ecology, Cenology, Conservation of Algae and their Role in NatureIssue:
Vol. 33 No. 4 (2023)Pages:
247-277DOI:
https://doi.org/10.15407/alg33.04.247Abstract
The paper studies quantitative diversity and dominant complexes of phytoplankton, microphytobenthos and phytoepiphyton in lotic and lentic biotopes within the Kaniv Reservoir in summer seasons of 2017–2022, considers their association with some abiotic variables, assesses the trophic state, information diversity according to Shannon’s index and water quality. The cell count of planktonic algae varied within 2780–124155 thous. cells · dm–3, biomass – 0.631–11.636 mg · dm–3, benthic algae – 390–13874 thous. cells · 10 cm–2 and 0.162–2.651 mg mg · 10 cm–2, epiphytic algae – 50–680 thous. cells mg · 10 cm–2 and 0.050–1.679 mg · 10 cm–2 respectively. In lotic biotopes the phytoplankton cell count was higher than in lentic biotopes due to algal inflow from the Kyiv Reservoir and tributaries. The structural organization of phytoplankton and microphytobenthos is represented by oligodominant complexes of Cyanobacteria – Bacillariophyta and Bacillariophyta – Cyanobacteria respectively, and phytoepiphyton – by monodominant complex of Bacillariophyta. The necessity to distinguish dominant complexes according to cell count and biomass has been proven. The dominant complexes of algal communities clearly divide into three clusters (for plankton, benthos and epiphyton), and each of them – into two clusters (for lotic and lentic biotopes). The Sorensen similarity between phytoplankton and microphytobenthos was higher than between phytoplankton and phytoepiphyton, which can be explained by sedimentation of planktonic forms on the bottom under different ecological conditions. High cell count and biomass, diverse dominant complex of algal communities depend upon some abiotic variables (solar radiation, photic layer thickness, water temperature in summer, nutrient content). According to phytoplankton the trophic state of the Kaniv Reservoir is assessed as eutrophic–polytrophic, and according to contour algal communities – as oligo-mesotrophic–mesotrophic. This difference complies with the “alternative stable states” theory. That is, in summer the water reservoir is in “turbid state”, when planktonic Cyanobacteria grow intensively, screen the water surface and suppress the photosynthesis of benthic and epiphytic algal communities. The water quality of the Kaniv Reservoir is within the 1st–3rd classes (clean–satisfactory clean waters), there are no point of diffuse sources of water pollution, which mainly coincides with retrospective data.
Keywords:
quantitative development, cell count, biomass, dominant complex, abiotic variables, trophic state, water quality, phytoplankton, microphytobenthos, phytoepiphyton, Kaniv ReservoirFull text
Supplement materials
- PDF (Ukrainian) Table 3: List of dominants (D) and subdominants (S) of phytoplankton, microphytobenthos and phytoepiphytes of the Kaniv Reservoir by abundance (N) and biomass (B) in habitats in the summer periods 2017-2022
References
Barinova S.S., Medvedeva L.A., Anisimova O.V. 2006. Biodiversity of algae - indicators of the environment. Tel Aviv: PiliesStud. 498 p. [Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. 2006. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. Тель Авив: PiliesStud. 498 с.].
Biological glossary. 1986. Ed. K.M. Sytnyk, V.O. Topachevskyi. Kyiv: USE. 680 p. [Біологічний словник. 1986. За ред. К.М. Ситника, В.О. Топачевського. Київ: УРЕ. 680 с.].
Davydov O.A., Larionova D.P. 2015. Transformation of the microphytobenthos littoral algal cenosis structure in the river section of Kaniv Water Reservoir within Kyiv industrial area. Sci. Issues Ternop. Volodymyr Hnatiuk Nat. Ped. Univ. 3-4(64): 147–178. [Давыдов О.А., Ларионова Д.П. 2015. Трансформация структуры литорального альгоценоза микрофитобентоса речной части Каневского водохранилища в пределах промышленной зоны г. Киева. Наук. записки Терноп. Держ. пед. ун-ту ім. Володимира Гнатюка. 3-4(64): 147–178].
Guiry M.D., Guiry G.M. 2023. AlgaeBase. World-wide electron. Publ. Nat. Univ. Ireland, Galway.
Hansson L.-A. 1988. Effects of competitive interactions on the biomass development of planktonic and periphytic algae in lakes. Limnol. Oceanogr. 33(1): 121–128. https://doi.org/10.4319/lo.1988.33.1.0121
Hydrology and hydrochemistry of the Dnieper and its reservoirs. 1989. Ed. M.A. Shevchenko. Kyiv: Nauk. Dumka. 216 p. [Гидрология и гидрохимия Днепра и его водохранилищ. Под ред. М.А. Шевченко. Киев: Наук. думка. 216 c.].
Jørgensen S.E. 1980. Lake Management (Water Development, Supply and Management). Oxford: Pergamon Press. 167 p.
Klochenko P., Shevchenko T. 2017. Distribution of epiphytic algae on macrophytes of various ecological groups (the case study of water bodies in the Dnieper River basin). Oceanol. Hydrobiol. Stud. 46(3): 283–293. https://doi.org/10.1515/ohs-2017-0030
Maystrova N.V. 2002. New floristic finding in the plankton of the Kaniv Reservoir. Algologia. 12(4): 451–459. [Майстрова Н.В. 2002. Новые флористические находки в планктоне Каневского водохранилища. Альгология. 12(4): 451–459].
Methods of hydroecological investigations of surface waters. 2006. Ed. V.D. Romanenko. Kyiv: Logos. 408 p. [Методи гідроекологічних досліджень поверхневих вод. 2006. За ред. В.Д. Романенка. Київ: Логос. 408 с.].
Odum E.P. 1953. Fundamentals of ecology. Philadelphia: Saunders Co. 384 p.
Oksiyuk O.P., Timchenko V.M., Davydov O.A. et al. 1999. State of ecosystem of the Kyiv section of Kaniv Water Reservoir and the ways of its regulation. Kyiv. 60 p. [Оксиюк О.П., Тимченко В.М., Давыдов О.А. и др. 1999. Состояние экосистемы Киевского участка Каневского водохранилища и пути его регулирования. Киев. 60 с.].
Oksiyuk O.P., Davydov O.A., Dyachenko T.N. et al. 2005. Benthic vegetation of the river section of the Kanev Reservoir. Kyiv: Logos. 40 p. [Оксиюк О.П., Давыдов О.А., Дьяченко Т.Н. и др. 2005. Донная растительность речного участка Каневского водохранилища. Киев: Логос. 40 с.].
Priymachenko A.D. 1981. Phytoplankton and primary production of the Dnieper River and its reservoirs. Kyiv: Nauk. Dumka. 228 p. [Приймаченко А.Д. 1981. Фитопланктон и первичная продукция Днепра и днепровских водохранилищ. Киев: Наук. думка. 228 с.].
Reynolds C.S. 1996. Algae. In: River Biota. Diversity and Dynamics. Oxford: Black. Sci. Pp. 6–26.
Roll Ya.V., Markovskiy Yu.M. 1955. Plankton of the Middle Dnieper in connection with prognosing the Kremenchug Reservoir. Zool. J. 34(3): 506–521. [Ролл Я.В., Марковский Ю.М. 1955. Планктон среднего Днепра в связи с прогнозом Кременчугского водохранилища. Зоол. журн. 34(3): 506–521]. https://doi.org/10.3775/jie.34.506
Romanenko V.D., Oksiyuk O.P., Zhukinskiy V.N. et al. 1990. Ecological assessment of hydrotechnical construction impact upon water bodies. Kyiv: Nauk. Dumka. 256 p. [Романенко В.Д., Оксиюк О.П., Жукинский В.Н. и др. 1990. Экологическая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты. Киев: Наук. думка. 256 с.].
Scheffer M., Van Nes E.H. 2007. Shallow lakes theory revisited: various alternative regimes driven by climate, nutrients, depth and lake size. Hydrobiologia. 584(1): 455–466. https://doi.org/10.1007/s10750-007-0616-7
Scheffer M., Carpenter S., Foley J.A. et al. 2001. Catastrophic shifts in ecosystems. Nature. 413: 591–596. https://doi.org/10.1038/35098000 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11595939
Semeniuk N.Ye. 2020. Epiphytic algal communities of the Dnieper basin waterbodies: Dr. Sci. (Biol.) Abstract. Kyiv. 40 p. [Семенюк Н.Є. 2020. Фітоепіфітон водних об'єктів басейну Дніпра: Автореф. дис. … д-ра біол. наук. Київ. 40 с.].
Semenyuk N.Ye., Shcherbak V.I. 2016. Structural and functional organization of phytoepiphyton of the Dnieper reservoirs and factors influencing its development. Rep. 1. Role of some hydrophysical factors. Hydrobiol. J. 52(5): 3–17. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v52.i5.10
Shcherbak V.I. 1998. Production characteristics of dominant species of phytoplankton in the Dnieper water reservoirs. Algologia. 8(3): 286–294. [Щербак В.И. 1998. Продукционные характеристики доминирующих видов фитоплантона днепровских водохранилищ. Альгология. 8(3): 286–294].
Shcherbak V.I. 2000. Photosynthetic Activity of Dominant Species of the Dnieper River Phytoplankton. Hydrobiol. J. 36(2): 71–84. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v36.i2.60
Shcherbak V.I. 2002. Methods of studying phytoplankton. In: Methodical fundamentals for hydrobiological studies of aquatic ecosystems. Kyiv. Pp. 41–47. [Щербак В.І. 2002. Методи досліджень фітопланктону. В кн.: Методичні основи гідробіологічних досліджень водних екосистем. Київ. С. 41–47].
Shcherbak V.I., Kuzmenko M.I. 1987. Intensity of photosynthesis by phytoplankton at various depths in the photic zone. Hydrobiol. J. 23(2): 20–23.
Shcherbak V.I., Maystrova N.V. 2001. Phytoplankton of the Kyiv section of the Kaniv Reservoir and factors affecting its development. Kyiv: Ins. Hydrobiol. NAS Ukraine. 70 p. [Щербак В.І, Майстрова Н.В. 2001. Фітопланктон київської ділянки Канівського водоймища та чинники, що його визначають. Київ: Ін-т гідробіол. НАНУ. 70 с.].
Shcherbak V.I., Semeniuk N.Ye. 2004. Effect of hydrological regime upon the phytoplankton structure in the adjacent water bodies of Kaniv water reservoir. In: Science and education '2004: 7th International scientific and practical conference. Dnipropetrovsk. Vol. 56. Biol. Sci. Pp. 77–79. [Щербак В.І., Семенюк Н.Є. 2004. Вплив гідрологічного режиму на структуру фітопланктону придаткових систем Канівського водосховища. В кн.: Наука і освіта '2004: VII Міжнар. наук.-практ. конф. Дніпропетровськ. Т. 56. Біол. науки. С. 77–79].
Shcherbak V.I., Zadorozhnaya A.M. 2013. Seasonal dynamics of phytoplankton of the Kiev Section of the Kanev Reservoir. Hydrobiol. J. 49(4): 26–36. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v49.i4.30
Shcherbak V.I., Maystrova N.V. 2019. Response of the Dnieper phytoplankton to nutrient regime alteration. In: Prospects of hydroecological research in the context of environmental problems and social challenges: Proc. 8th Congr. Hydroecol. Soc. Ukraine. Kyiv. Pp. 100–102. [Щербак В.І., Майстрова Н.В. 2019. Реакція дніпровського фітопланктону на зміну біогенного режиму. В кн.: Перспективи гідроекологічних досліджень в контексті проблем довкілля та соціальних викликів: Зб. мат. VIII з'їзду Гідроекол. тов-ва України. Київ. С. 100–102].
Shcherbak V.I., Yakushin V.M., Zadorozhnaya A.M. et al. 2016. Seasonal and interannual dynamics of phytoplankton, phytomicroepiphyton, and nutrients content in the River Section of the Kanev Reservoir. Hydrobiol. J. 52(1): 49- https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v52.i1.50
Shcherbak V.I., Maystrova N.V., Zadorozhna H.M. 2019. The Dnieper phytoplankton diversity. In: Biodiversity and bioresource potential of the Dnieper water reservoirs under conditions of climate change and biological invasion. Kyiv: Nauk. Dumka. Pp. 67–78. [Щербак В.І., Майстрова Н.В., Задорожна Г.М. 2019. Різноманіття дніпровського фітопланктону. В кн.: Біорізноманіття та біоресурсний потенціал екосистем дніпровських водосховищ в умовах кліматичних змін і розвитку біологічної інвазії. Київ: Наук. думка. С. 67–78].
Shcherbak V., Sherman I., Semeniuk N., Kutishchev P. 2020. Autotrophic communities' diversity in natural and artificial water-bodies of a river estuary. A case-study of the Dnieper-Bug Estuary, Ukraine. Ecohydrol. Hydrobiol. 20: 112–122. https://doi.org/10.1016/j.ecohyd.2019.07.001
Shcherbak V.I., Semenyuk N.Ye., Yakushyn V.M. 2022. Phytoplankton structural and functional organization in a large lowland reservoir under the global climate change (case study of the Kaniv Reservoir). Hydrobiol. J. 2022. 58(6): 3–27. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v58.i6.10
Shevchenko T.F., Klochenko P.D., Timchenko V.M., Dubnyak S.S. 2019. Epiphyton of a cascade plain reservoir under different hydrodynamic conditions. Ecohydrol. Hydrobiol. 19(3): 407–416. https://doi.org/10.1016/j.ecohyd.2019.01.006
Shcherbak V.I., Semeniuk N.Ye., Davydov O.A., Larionova D.P. 2023. Present-day characteristics of phytoplankton, microphytobenthos and phytoepiphyton of the Kaniv Reservoir. Rep. 1: Taxonomic, ecological diversity and spatial patterns. Algologia. 33(3): 147–184. [Щербак В.І., Семенюк Н.Є., Давидов О.А., Ларіонова Д.П. 2023. Сучасна характеристика фітопланктону, мікрофітобентосу та фітоепіфітону Канівського водосховища. Повідомлення 1: Таксономічне, екологічне різноманіття та просторовий розподіл. Альгологія. 33(3): 147–184]. https://doi.org/10.15407/alg33.03.147
Sørensen T. 1948. A method of establishing groups of equal amplitude in plant sociology based on similarity of species content and its application to analyses of the vegetation of Danish commons. Kong. Danske Videnskab. Selskab. 5(4): 1–46.
Tarashchuk O.S. 2009. Epiphyton algae communities of the river section of the Kanev Reservoir depending on ecological factors. Hydrobiol. J. 46(5): 33–50. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v45.i6.30
Vegetation and bacterial population of the Dnieper and its reservoirs. 1989. Eds L.A. Sirenko, I.L. Koreliakova, L.Ye. Mikhailenko. Kyiv: Nauk. Dumka. 232 p. [Растительность и бактериальное население Днепра и его водохранилищ. 1989. Под ред. Л.А. Сиренко, И.Л. Корелякова, Л.Е. Михайленко и др. Киев: Наук. думка. 232 с.].
Yakushin V.M., Shcherbak V.I., Linchuk M.I. 2019. Hydrochemical regime of the water reservoirs under conditions of climate change. In: Biodiversity and bioresource potential of the Dnieper water reservoirs under conditions of climate change and biological invasion. Kyiv: Nauk. Dumka. Pp. 47–66. [Якушин В.М., Щербак В.І., Лінчук М.І. 2019. Гідрохімічний режим екосистем водосховищ в умовах змін клімату. В кн.: Біорізноманіття та біоресурсний потенціал екосистем дніпровських водосховищ в умовах кліматичних змін і розвитку біологічної інвазії. Київ: Наук. думка. С. 47–66].
Yarmoshenko L.P. 2007. Formation of microphytobenthos in the upper part of Kaniv Reservoir under conditions of human impact: PhD (Biol.) Abstract. Kyiv. 24 p. [Ярмошенко Л.П. 2007. Формування мікрофітобентосу верхньої частини Канівського водосховища за умов антропогенного впливу: Автореф. дис. … канд. біол. наук. Київ. 24 с.].
Zadorozhna G.M., Shcherbak V.I. 2017. Effect of solar radiation and water temperature on development of phytoplankton in the Kaniv Reservoir. Hydrobiol. J. 53(1): 18–27. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v53.i1.20
