Plankton and contour algal communities in the Ukrainian section of the Western Bug River and its tributaries
Report 2. Spatial heterogeneity of planktonic and contour algal communities’ quantitative characteristics
Authors
,
Semeniuk N.Ye.*,
Davydov O.A.,
Koziychuk E.Sh.
Section:
Ecology, Cenology, Conservation of Algae and their Role in NatureIssue:
Vol. 34 No. 3 (2024)Pages:
175-204DOI:
https://doi.org/10.15407/alg34.03.175Abstract
The paper deals with spatial dynamics of cell count, biomass, dominant species complexes, information diversity of planktonic and contour algal communities in the Western Bug River and its tributaries. The trophic state and water quality of the rivers under study have been assessed. The spatial heterogeneity of phytoplankton, microphytobenthos and phytoperiphyton brought about high cell count and biomass values during the low-water summer-autumn season. The cell count and biomass have been shown to increase from the upper reaches downstream, correlating with the river bed width. High quantitative diversity of algal communities was due to Bacillariophyta dominance. Cyanobacteria and Chlorophyta were recorded as subdominants. The trophic state of the aquatic ecosystems under study varied between oligotrophic and eutrophic. The Shannon’s index made up 1.58–4.62 bit/cell and 1.60–4.40 bit/mg. The trophic state and information diversity assessed according to contour algal communities were higher than according to phytoplankton. This is indicative of the clear water regime forming in the rivers under study during the low-water summer-autumn season. The obtained findings differ from the data, published earlier for the Kaniv Water Reservoir, where the primary role belonged to phytoplankton. The spatial heterogeneity of algal communities is related to the dominant complexes structure. As a rule, these are monodominant Bacillariophyta complexes or oligodominant Bacillariophyta – Cyanobacteria or Bacillariophyta – Chlorophyta complexes. The water quality assessment according to the abiotic variables and saprobiologic characteristics has shown that the modal classes of water quality are the 2nd–3rd classes (clean waters – satisfactory clean waters). Therefore, the water quality of the Ukrainian section of the Western Bug River and its tributaries does not pose any substantial hazard to the adjacent European countries.
Keywords:
Western Bug River, phytoplankton, microphytobenthos, phytoperiphyton, contour communities, cell count, biomass, trophic state, dominant species complex, water quality, Shannon’s indexFull text
Supplement materials
- PDF (Ukrainian) List of taxonomic, ecological and geographical diversity and composition of dominant complexes of phytoplankton, microphytobenthos and phytoperiphyton in the Western Bug River and its tributaries during the summer-autumn low-water period of 2018
References
Amano Y., Machida M. 2013. Mechanisms of algal species dominance among cyanobacteria, diatoms and green algae as a consequence of phosphorus reduction caused by river water dilution in eutrophic lake. J. Water Environ. Technol. 11(5): 391–401. https://doi.org/10.2965/jwet.2013.391
Barinova S.S., Bilous O.P., Tsarenko P.M. 2019. Algal indication of water bodies in Ukraine: Methods and perspectives. Haifa, Kyiv: Univ. Haifa Publ. 367 p. [Баринова С.С., Белоус Е.П., Царенко П.М. 2019. Альгоиндикация водны объектов Украины: Методы и перспективы. Хайфа, Киев: изд-во Хайф. ут-та. 367 с.].
Bruno J.F., Lee S.C., Kertesz J.S., Carpenter R.C., Long Z.T., Duffy J.E. 2006. Partitioning the effects of algal species identity and richness on benthic marine primary production. Oikos. 115: 170–178. https://doi.org/10.1111/j.2006.0030-1299.14927.x
Davydov O.A. 2006. Epiphytic algal communities. In: Methods of hydroecological investigations of surface waters. Kyiv: Logos. Pp. 33–37. [Давидов О.В. 2006. Епіфітні угруповання водоростей. В кн.: Методи гідроекологічних досліджень поверхневих вод. Київ: Логос. С. 33–37].
Davydov O.A. 2009. Structural components of benthic algae as indicators of influence of anthropogenic factors on water objects. Sci. Issues Ternop. Nat. Ped. Univ. Ser. Biology. 3(40): 47–56. [Давидов О.А. 2009. Структурні компоненти мікрофітобентоса як індикатори впливу антропогенних чинників на водні об'єкти. Наук. зап. Терноп. нац. пед. ун-ту. Сер. Біологія. 3(40): 47–56].
Dembowska E. 2009. Phytoplankton species diversity of the Lower Vistula from Wyszogród to Toruń. Oceanol. Hydrobiol. Stud. 38(4): 63–74. https://doi.org/10.2478/v10009-009-0044-2
Dembowska E., Głogowska B., Dąbrowski K. 2012. Dynamics of algae communities in an oxbow lake (Vistula River, Poland). Arch. Pol. Fish. 20: 27–37. https://doi.org/10.2478/v10086-012-0004-4
Ertel A.-M., Lupo A., Scheifhacken N., Bodnarchuk T., Manturova O., Berendonk T.U., Petzoldt T. 2012. Heavy load and high potential: anthropogenic pressures and their impacts on the water quality along a lowland river (Western Bug, Ukraine). Environ. Earth Sci. 65(5): 1459–1473. https://doi.org/10.1007/s12665-011-1289-0
Grabowska M., Glińska-Lewczuk K., Obolewksi K., Burandt P., Kobus S., Dunalska J., Kujawa R., Goździejewska A., Skrzypczak A. 2014. Effects of hydrological and physicochemical factors on phytoplankton communities in floodplain lakes. Pol. J. Environ. Stud. 23(3): 713–725.
Iacarella J.C., Baroow J.L., Giani A., Beisner B.E., Gregory-Eaves I. 2018. Shifts in algal dominance in freshwater experimental ponds across differing levels of macrophytes and nutrients. Ecosphere. 9(1): e02086. https://doi.org/10.1002/ecs2.2086
Larose D.T., Larose C.D. 2015. Hierarchical and k-mean clustering. In: Data mining and predictive analytics. John Wiley & Sons, Inc. Pp. 523–530.
Lietytska O.M., Kipnis L.S., Honcharova M.T. 2020. Search of potentially reference sites for assessing the ecological state of the Vistula River basin. In: International scientific and practical conference "The European potential for development of natural science" (Lublin, 27–28 Nov., 2020). Lublin: Baltija Publ. Pp. 66–70. [Лєтицька О.М., Кіпніс Л.С., Гончарова М.Т. 2020. Пошук потенційно референційних ділянок для визначення екологічного стану басейну річки Вісла. У кн.: International scientific and practical conference "The European potential for development of natural science" (Lublin, 27–28 Nov., 2020). Lublin: Baltija Publ. Pp. 66–70].
Majewska R., Zgrundo A., Lemke P., De Stefano M. 2012. Benthic diatoms of the Vistula River estuary (Northern Poland): Seasonality, substrate preferences, and the influence of water chemistry. Phycol. Res. 60(1): 1–19. https://doi.org/10.1111/j.1440-1835.2011.00637.x
Manturova O.V. 2001. On changes in phytoplankton of the rivers in the western region of Ukraine during transit across the urban areas. Sci. Issues Ternop. Nat. Ped. Univ. Ser. Biol. 3(14): 64–66. [Мантурова О.В. 2001. Про зміни в фітопланктоні річок західного регіону України при транзиті через урбанізовані території. Наук. зап. Терноп. нац. пед. ун-ту. Сер. Біол. 3(14): 64–66].
Manturova O.V. 2006. Phytoplankton of small rivers within urban areas: PhD (Biol.) Abstract. Kyiv. 19 p. [Мантурова О.В. 2006. Фітопланктон малих річок урбанізованих територій: Автореф. дис. … канд. біол. наук. Київ. 19 с.].
Noga T. 2019. Valuable habitats of protected areas in southern Poland - a source of rare and poorly known diatom species. Acta Soc. Bot. Polon. 88(1): 1–20. https://doi.org/10.5586/asbp.3595
Obolewski K.T., Skorbiłowicz E., Skorbiłowicz M., Strzelczak A. 2010а. Influence of heavy metals contained in reed Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. inhabiting the Vistula Lagoon on periphyton density. Fresen. Envriron. Bull. 19(2a): 340–347.
Obolewski K.T., Skorbiłowicz E., Skorbiłowicz M., Osadowski Z. 2010b. Influence of chemical elements contained in reed Phragmites australis (Cav.) Trin. on epiphytic algae in riparian buffer zone. Fresen. Envriron. Bull. 19(2a): 348–353.
Odum E.P. 1953. Fundamentals of Ecology. Philadelphia, London: W B. Saunders Co. 384 p.
Oksiyuk O.P., Davydov O.A. 2006. Assessment of the ecological state of water bodies according to microphytobenthos. Kyiv. 32 p. [Оксиюк О.П., Давыдов О.А. 2006. Оценка экологического состояния водных объектов по микрофитобентосу. Киев. 32 с.].
Oksiyuk O.P., Davydov O.A., Dyachenko T.N., Melenchuk G.V., Tarashchuk O.S. 2005. Benthic vegetation of the river section of the Kanev reservoir. Kyiv: Logos. 40 p. [Оксиюк О.П., Давыдов О.А., Дьяченко Т.Н., Меленчук Г.В., Таращук О.С. 2005. Донная растительность речного участка Каневского водохранилища. Киев: Логос. 40 с.].
Pasztaleniec A., Poniewozik M. 2013. The impact of free-floating plant cover on phytoplankton assemblages of oxbow lakes (The Bug River Valley, Poland). Biologia. 68(1): 18–29. https://doi.org/10.2478/s11756-012-0129-3
Pasztaleniec A., Karpowicz M., Strazałek M. 2013. The influence of habitat conditions on the plankton in the Białe oxbow lake (Nadbużański Landscape Park). Limnol. Rev. 13(1): 43–45. https://doi.org/10.2478/limre-2013-0005
Pfeiffer T.Ž., Mihaljević M., Stević F., Špoljarić D. 2013. Periphytic algae colonization driven by variable environmental components in a temperate floodplain lake. Ann. Limnol. - Int. J. Lim. 49: 179–190. https://doi.org/10.1051/limn/2013050
Romanenko V.D., Oksiyuk O.P., Zhukinskiy V.N., Stolberg F.V., Lavrik V.I. 1990. Ecological assessment of hydrotechnical construction impact upon water bodies. Kyiv: Nauk. Dumka. 256 p. [Романенко В.Д., Оксиюк О.П., Жукинский В.Н., Стольберг Ф.В., Лаврик В.И. 1990. Экологическая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты. Киев: Наук. думка. 256 с.].
Scheffer M., Carpenter S., Foley J.A., Folke C., Walker B. 2001. Catastrophic shifts in ecosystems. Nature. 413(6856): 591–596. https://doi.org/10.1038/35098000 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11595939
Semenyuk N.Ye. 2018. Homeostasis of phytoepiphyton of the Dnieper reservoirs. Hydrobiol. J. 54(2): 16–30. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v54.i2.20
Semeniuk N. 2020. Epiphytic algal communities of the Dnieper basin waterbodies: Dr. Sci. (Biol.) Abstract. Kyiv. 40 p. [Семенюк Н.Є. Фітоепіфітон водних об'єктів басейну Дніпра: Автореф. дис. … д-ра біол. наук. Київ. 40 с.].
Semenyuk N.Ye., Shcherbak V.I., Sherman I.M., Kutishchev P.S. 2020. Characteristics of the autotrophic link of the Kardashyn Liman of the Dnieper-Bug Estuary (Ukraine). Hydrobiol. J. 56(3): 30–45. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v56.i3.30
Shcherbak V.I. 1999. Primary production of algae in the Dnieper and Dnieper reservoirs. Hydrobiol. J. 35(1): 1–13. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v35.i1.10
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. 2006а. Phytoplankton. In: Methods of hydroecological investigations of surface waters. Kyiv: Logos. Pp. 8–27. [Щербак В.І. 2006a. Фітопланктон. В кн.: Методи гідроекологічних досліджень поверхневих вод. Київ: Логос. С. 8–27].
Shcherbak V.I. Phytomicrobenthos. 2006b. In: Methods of hydroecological investigations of surface waters. Kyiv: Logos. Pp. 28–32. [Щербак В.І. 2006b. Фітомікробентос. В кн.: Методи гідроекологічних досліджень поверхневих вод. Київ: Логос. С. 28–32].
Shcherbak V.I. 2019a. Impact of climate change on phytoplankton qualitative and quantitative diversity in the Dnieper water reservoirs' pelagic zone. In: Biodiversity and bioresource potential of the Dnieper water reservoirs under conditions of climate change and biological invasion. Kyiv: Nauk. Dumka. Pp. 178–190. [Щербак В.І. 2019a. Вплив кліматичних умов на якісне і кількісне різноманіття фітопланктону пелагіалі дніпровських водосховищ. В кн.: Біорізноманіття та біоресурсний потенціал екосистем дніпровських водосховищ в умовах кліматичних змін і розвитку біологічної інвазії. Київ: Наук. думка. С. 178–190].
Shcherbak V.I. 2019b. Response of phytoplankton of the Kiev Reservoir to the increase in summer temperatures. Hydrobiol. J. 55(1): 18–35. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v55.i1.20
Shcherbak V.I., Kuz'menko 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. 70 p. [Щербак В.І, Майстрова Н.В. 2001. Фітопланктон київської ділянки Канівського водоймища та чинники, що його визначають. Київ. 70 с.].
Shcherbak V.I., Semenyuk N.Ye. 2006. Phytoplankton diversity in some water bodies within Kyiv city. Algologia. 16(4): 467–478. [Щербак В.И., Семенюк Н.Е. 2006. Разнообразие фитопланктона некоторых водоемов г. Киева. Альгология. 16(4): 467–478].
Shcherbak V.I., Maistrova N.V., Semenuyk N.Ye. 2007. Phytoplankton of the subsidiary water-bodies of the Kaniv water reservoir in Kyiv. Hydrol., Hydrochem., Hydroecol. 12: 182–189. [Щербак В.І., Майстрова Н.В., Семенюк Н.Є. 2007. Фітопланктон придаткових водойм Канівського водосховища в межах м. Києва. Гідрол., гідрохім., гідроекол. 12: 182–189].
Shcherbak V.I., Maistrova N.V., Semenuyk N.Ye. 2012. Structural and functional organization of phytoplankton and phytomicroepiphyton of the rivers of the "Pripyat − Stokhod" National Natural Park. Hydrobiol. J. 48(6): 3–27. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v48.i6.10
Shcherbak V.I., Semenyuk N.Ye., Linchuk M.I. 2019. Winter under the ice water bloom formed by Aphanizomenon gracile Lemmermann. Hydrobiol. J. 55(5): 20–34. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v55.i5.20
Shcherbak V.I., Sherman I.M., Kutishchev P.S., Morozova A.O., Semeniuk N.Ye., Lutsenko D.A. 2020. Present ecological state and biodiversity of the Dnieper-Bug in relation to commercial fish fauna. Kherson: Vyshemyrskyi. 200 p. [Щербак В.І., Шерман І.М., Кутіщев П.С., Морозова А.О., Семенюк Н.Є., Луценко Д.А. 2020. Сучасний екологічний стан і біорізноманіття Дніпровсько-Бузької естуарної системи у зв'язку з промисловою іхтіофауною. Херсон: Вишемирський. 200 с.].
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. 58(6): 3–27. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v58.i6.10
Shcherbak V.I., Liashenko A.V., Semeniuk N.Ye., Zorina-Sakharova K.Ye., Lutsenko D.A. 2023a. Continuity and discreteness of the communities of hydrobionts in the lotic-lentic ecosystem of the Danubre River Delta: Phytoplankton. Hydrobiol. J. 59(3). P. 3–27. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v59.i3.10
Shcherbak V.I., Semeniuk N.Ye., Davydov O.A., Larionova D.P. 2023b. Present-day characteristics of phytoplankton, microphytobenthos and phytoepiphyton of the Kaniv Reservoir. Rep. 2: Abiotic variables, quantitative diversity, dominant species complex, trophic state, water quality. Algologia. 33(4): 247–277. [Щербак В.І., Семенюк Н.Є., Давидов О.А., Ларіонова Д.П. 2023b. Сучасна характеристика фітопланктону, мікрофітобентосу та фітоепіфітону Канівського водосховища. Повідомлення 2: Абіотичні чинники, кількісне різноманіття, домінуючий комплекс, трофність та оцінка якості водного середовища. Альгологія. 33(4): 247–277]. https://doi.org/10.15407/alg33.04.247
Shcherbak V.I., Semenyuk N.Ye., Maystrova N.V. 2024a. Characteristics of Cyanobacteria at different stages of existence of the Kyiv Reservoir. Hydrobiol. J. 60(1): 3–27. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v60.i1.10
Shcherbak V.I., Semeniuk N.Ye., Davydov O.A., Koziychuk E.Sh. 2024b. Plankton and contour algal communities in the Ukrainian section of the Western Bug River and its tributaries. Rep. 1. Abiotic variables, taxonomic, ecological characteristics and floristics specifics of phytoplankton, microphytobenthos, phytoperiphyton. Algologia. 34(2): 91–120. [Щербак В.І., Семенюк Н.Є., Давидов О.А., Козійчук Е.Ш. 2024b. Планктонні та контурні угруповання водоростей української ділянки р. Західний Буг та її допливів. Повідомлення 1. Абіотичні складові, таксономічна, екологічна характеристика та флористичні особливості фітопланктону, мікрофітобентосу, фітоперифітону. Альгологія. 34(2): 130-159]. https://doi.org/10.15407/alg34.02.130
Wojciechowska W., Pasztaleniec A., Solis M., Turczyński M., Dawidek J. 2005. Phytoplankton of the two river lakes in relation to flooding period (River Bug, Eastern Poland). Pol. J. Ecol. 53(3): 419–425.
Yaroshevych O., Afanasyev S. 2022. Basin management department of water resources of the Western Bug and San rivers et al. In: Draft. Vislula river basin management plan (2025-2030). [Ярошевич О., Афанасьєв С. 2022. Басейнове управління водних ресурсів річок Західного Бугу та Сяну та ін. В зб: Проект. План управління річковим басейном Вісли (2025-2030)]. https://davr.gov.ua/plan-upravlinnya-richkovim-basejnom-visli1; https://davr.gov.ua/fls18/PURB_Visla.pdf
Zadorozhna H., Semeniuk N., Shcherbak V. 2017. Interaction between phytoplankton and epiphytic algae in the Kaniv Water Reservoir (Ukraine). Int. Lett. Nat. Sci. 61: 56–68. https://doi.org/10.18052/www.scipress.com/ILNS.61.56
Zębek E., Szymańska U. 2014. Gastropods and periphytic algae relationships in the vicinity of a small hydroelectric plant on the Pasłęka River in northeast Poland. Arch. Pol. Fish. 22: 69–80. https://doi.org/10.2478/aopf-2014-0007
