CC BY
94
Я • 7universum.com
A UNIVERSUM:
/УУ\ ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА СТРУКТУРНЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЗООПЛАНКТОНА
Касьян Валентина Вадимовна
канд. биол. наук, Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук,
РФ, г. Владивосток E-mail: valentina-k@yandex.ru
THE INFLUENCE OF THERMAL POLLUTION ON THE STRUCTURAL AND QUANTITATIVE OF ZOOPLANKTON
Valentina Kas’yan
candidate of Biology, A.V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences,
Russia, Vladivostok
АННОТАЦИЯ
Проведено круглогодичное исследование и сравнение планктонных сообществ в водозаборном ковше и месте сброса отработанных теплых вод из системы охлаждения Владивостокской ТЭЦ-2. Зоопланктон в водозаборном ковше был более многочисленным по плотности и отличался высоким видовом богатством, чем таковой в месте сброса отработанных вод. Периоды присутствия в планктоне некоторых холодноводных и тепловодных видов в районе сброса отработанных вод, по сравнению с водозабором, были смещены. Причиной данного нарушения может служить тепловое загрязнение.
ABSTRACT
Marine zooplankton investigations in the water-intake basin and at the place of the plant waste water discharge of the Vladivostok heat plant-2 were conducted
Касьян В.В. Влияние теплового загрязнения на структурные и количественные показатели зоопланктона // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2015. № 8 (16) . URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/2490
year round. The zooplankton fauna of the water-intake basin has greater abundance and taxonomic diversity, than at the waste water discharge point. Periods of the presence of some cold-water and warm-water species at the place of waste water discharge were shifted compared to the water-intake basin. A thermal pollution is expected to be a cause of these differences.
Ключевые слова: состав зоопланктона, сезонная динамика плотности, ТЭЦ, тепловое загрязнение.
Keywords: zooplankton composition, seasonal dynamics of density, heating plant, thermal pollution.
Проблема сброса отработанных подогретых вод из системы охлаждения АЭС и ТЭЦ в естественные водоёмы, или так называемое тепловое загрязнение, интенсивно стала изучаться с 60-х годов прошлого столетия [4, с. 168; 16, с. 373; 18, с. 71]. В качестве примеров влияния теплового загрязнения можно привести следующие. В районе сброса подогретых вод происходит накопление травмированных организмов зоопланктона, которые образуют значительные скопления в придонных слоях. Тёплый поток, поступающий в водоём-охладитель, обеднён зоопланктоном. В зоне влияния подогретых вод наблюдаются кратковременные вспышки численности отдельных видов, значительно превосходящие таковые в естественных условиях. Для тепловодных видов нахождение при температуре, характерной для нагретых сброшенных вод электростанции, повышает смертность зимой по сравнению с летом вдвое [11, с. 114; 12, с. 231; 15, с. 201; 17, с. 33].
Снижение численности зоопланктона после прохождения через трубопроводы наблюдалось и при работе атомной станции на побережье Японии [9, с. 334]. Случаи гибели организмов зоопланктона при нагреве воды до 40—45 °С отмечали в водоемах-охладителях АЭС в Южной Каролине (США) и Ташлыкском водохранилище-охладителе Южно-Украинской АЭС [13, с. 11]. Общие принципы изменений в структуре сообществ зоопланктона водоемов-
охладителей зависят от температурного режима и не зависят от их географического положения и морфометрических характеристик водоемов. Таким образом, в результате теплового загрязнения водоемов-охладителей происходят изменения структурных и функциональных характеристик планктона, уровень развития которого определяет биологическую продуктивность водоема [3, с. 74].
Цель настоящей работы — сравнение таксономического состава, обилия и сезонной динамики плотности зоопланктона в водозаборном ковше (естественные сообщества) и месте сброса отработанных вод ВТЭЦ-2 (измененные сообщества).
Материал и методика
Пробы зоопланктона были отобраны сетью Джеди (диаметр входного отверстия 38 см и фильтрующее сито с ячеей 168 мкм) на 2 станциях в период с мая 2001 г. по май 2002 г. Система охлаждения ВТЭЦ-2 начинается в водозаборном ковше, расположенном в бухте Сухопутная (станция 1). После прохождения распределительной системы отработанные воды поступают в бухту Золотой Рог (станция 2) (рис. 1). Глубина в районе взятия проб составляла 5 м в водозаборном ковше и 7 м в бухте Золотой Рог. Все пробы планктона отбирали один раз в месяц и фиксировали в 4 %-ом водном растворе формальдегида. Всего было собрано 26 планктонных проб. Обработку проб осуществляли по стандартной гидробиологической методике в камере Богорова с использованием бинокуляра МБС—10 [5, с. 15].
43.2
43.1
Рисунок 1. Карта-схема района исследований.
1—2 — станции отбора проб; стрелки — направление потоков воды
Выделение сезонных комплексов зоопланктона выполняли с помощью многомерного исследовательского метода (метрика — Euclidean distance — евклидовы расстояния и квадраты евклидовых расстояний между кластерами, метод одиночной связи) в программном пакете STATISTICA 6.0 [1, с. 315].
Результаты и обсуждение
В зоопланктоне исследованных акваторий обнаружены представители 9 таксономических групп: Copepoda, Chaetognatha, Cladocera, Pteropoda,
Hydrozoa, Appendicularia, Amphipoda, Mysida и Euphausiacea. Из них наиболее представительными были веслоногие ракообразные (Copepoda) (в б. Золотой Рог их средняя доля составила 86.1 %, в б. Сухопутная — 91.3 % от общей плотности). Субдоминантами являлись ветвистоусые ракообразные — Cladocera (Podon leuckarti, Pleopis polyphaemoides, Evadne nordmanni, Pseudevadne tergestina, Penilia avirostris). На их долю приходилось в среднем в б. Золотой Рог 7.8 %, в б. Сухопутная — 3.1 % от общей плотности. Несколько меньший вклад вносили щетинкочелюстные — Chaetognatha (в б. Золотой Рог их средняя доля составила 4.3 %, в б. Сухопутная — 1.4 % от общей плотности). Далее следовали аппендикулярии — Appendicularia (в б. Золотой Рог и Сухопутная — по 1.5 % от общей плотности) и гидроидные
131.90 132.O0
медузы — Hydrozoa (б. Золотой Рог в среднем менее 1 %, в б. Сухопутная — 2.5 %). На долю остальных групп зоопланктона приходилось в среднем не более 1 %. Copepoda, Cladocera, Appendicularia, Chaetognatha были обнаружены во всех пробах. Очень часто встречались Hydrozoa, Mysida и Pteropoda (соответственно в 88.5, 42.3 и 31.7 % проб), остальные группы зоопланктона встречались в 30 % проб и менее.
В бухте Золотой Рог в 2001—2002 гг. суммарная плотность зоопланктона изменялась в пределах 1999—22847 экз/м3. В течение года наблюдался один основной и два дополнительных пика. Главный максимум плотности был отмечен в августе — сентябре 2001 г. (22847—21669 экз/м3), дополнительные — в июне 2001 г. (13660 экз/м3) и апреле 2002 г. (13169 экз/м3) (рис. 2А). В годовом цикле преобладали веслоногие ракообразные — Copepoda (1338—21942 экз/м3). В октябре плотность Copepoda и Cladocera стала почти равной (соответственно 10464 и 8808 экз/м3), а остальных групп не превышала 30 экз/м3. Максимальное число таксономических групп зоопланктона было отмечено в июне и августе 2001 г. (по 8). Наименее разнообразной (по 5 групп) фауна сообществ была в осенние (ноябрь) и весенние месяцы (март-апрель). Минимум видового богатства был отмечен с декабря по февраль. В этот период были обнаружены только веслоногие ракообразные.
Рисунок 2. Изменения состава и обилия зоопланктона в бухтах Золотой Рог (А) и Сухопутная (Б)
В бухте Сухопутная в 2001—2002 гг. суммарная плотность зоопланктона варьировала от 128 до 36546 экз/м3. Максимумы плотности были отмечены в августе 2001 г. (36546 экз/м3), в марте (33344 экз/м3) и в июне (21532 экз/м3) (рис. 2Б). В течение всего периода исследований здесь преобладали главным образом веслоногие ракообразные (118—33790 экз/м3). При этом в мае-июне 2001 г. наблюдалось увеличение плотности гидроидных медуз от 8 до 2280 экз/м3, а затем резкое снижение до 10 экз/м3 и в декабре 2001 г. — не более 1 экз/м3. В октябре—ноябре 2001 г. субдоминантами являлись ветвистоусые ракообразные (1560—1700 экз/м3) и аппендикулярии (2128 экз/м3). Наибольшее число групп зоопланктона зарегистрировано в июле и августе 2001 г. (по 8), а наименее разнообразной (по 5 групп) была фауна во время второго максимума плотности январь — май 2002 г. (рис. 2Б).
В обеих акваториях в течение года наблюдений прослежены по три сезонные группировки зоопланктона.
В бухте Золотой Рог первая группировка — неритическое сообщество, характерное для весеннего периода (март—май). Здесь отсутствовали или единично встречались Pteropoda, Cladocera, Amphipoda, Mysida, Hydrozoa и Euphausiacea, но высока была численность Copepoda, Appendicularia и Chaetognatha. В апреле—мае, которые в бухте являются типично весенними
месяцами, начинается постепенный прогрев поверхностного слоя воды. В этот период преобладали неритические холодноводные виды копепод Acartia tumida, Acartia hudsonica, Pseudocalanus newmani и Oithona similis. Вторая группировка — сообщество, характерное для летнего биологического сезона (июнь—октябрь). С наступлением лета и прогревом вод бухты плотность зоопланктона увеличилась в 2—4 раза и достигла максимальных значений. Основу зоопланктона составляли Chaetognatha, Cladocera и субтропические виды копепод — Oithona brevicornis, Paracalanus parvus, Acartia omorii. Третья группировка — зимняя (ноябрь—февраль). В это время плотность зоопланктона сократилась до минимальных значений, что, возможно, было связано как с естественной смертностью организмов и снижением интенсивности размножения, так и с выеданием. Доминировали холодноводные виды копепод (A. hudsonica, P. newmani и O. similis), единично встречались тепловодные виды копепод, а также Cladocera, Appendicularia, Chaetognatha и Hydrozoa (рис. 3А).
(А)
2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
(Б)
16 май 01--------------------------------------1
1 июн 01----------------------------------------'
29 окт 011 13 ноя 01'
16 янв 02--------------------------------1 I
19 фев 02--------------------------------I
16 апр 02------------------------------------------
18 мар 02----------------------------------------------1 ____________
17 май 02----------------------------------------------1
17 дек 01-------------------------------------------------1
16 июл 01-----------------------------------------------1
15 авг 01-----------------------------------------------I _______
18 сен 01------------------------------------------------------
0 1 2 3 4 5
Рисунок 3. Дендрограмма сходства сезоннх комплексов зоопланктона в бухтах Золотой Рог (А) и Сухопутная (Б).
По оси абсцисс — дистанция присоединения (межвыборочная дисперсия),
по оси ординат — дата сбора проб
Сезонная динамика в бухте Сухопутная существенно отличалась от таковой в бухте Золотой Рог (рис. 3Б). Первая группировка — весенняя — наблюдалась в мае—июне. Здесь наибольшая плотность была у Copepoda (A.hudsonica, P. newmani, A. tumida и O. similis), Hydrozoa, Cladocera, Chaetognatha, Appendicularia и Amphipoda. Во второй группировке — летне-осенней — основу
зоопланктона составляли Copepoda (P. parvus, O. brevicornis и A. pacifica), Cladocera, Chaetognatha, Appendicularia, Pteropoda, Mysida и Euphausiacea. В третьей группировке — зимней — Copepoda (O. similis, P. newmani и A. hudsonica), Hydrozoa, Cladocera, Appendicularia и Chaetognatha. Вторая группировка наблюдалась в июле—сентябре, а третья — все зимние месяцы и март — апрель. В октябре, ноябре в зоопланктоне образовывались смешанные сообщества, состоящие как из тепловодных, так и холодноводных видов. Такое формирование видового состава зоопланктона в бухте Сухопутная является естественным и неотъемлемо связано со сложившейся системой течений. Наличие тепловодных видов обусловлено проникновением поверхностных слоев тёплых водных масс Уссурийского залива, а присутствие холодноводных видов указывает на подток холодных и солёных вод Японского моря [14, с. 179].
Появление некоторых тепловодных видов Cladocera и Copepoda в бухте Золотой Рог сдвинуто на более ранние сроки, а их исчезновение — на более поздние, по сравнению с бухтой Сухопутной. К таким видам относятся P. polyphaemoides, P. tergestina, P. avirostris, которых наблюдали в планктоне бухты Золотой Рог с мая по ноябрь, а в бухте Сухопутной — с августа по октябрь, P. parvus и O. brevicornis — соответственно с июня по январь и с июля по октябрь, Oithona nana — с июля по октябрь и с июля по август, Centropages tenuiremis — с июня по сентябрь и с августа по сентябрь, A. omorii — с июня по сентябрь и с июля по август.
Выявленная закономерность справедлива и для динамики численности популяций некоторых холодноводных видов, только наоборот: появление вида сдвинуто на более поздние сроки, а исчезновение — на более ранние. В бухте Золотой Рог Cladocera (P. leuckarti и E. nordmanni) присутствовали с марта по май, в бухте Сухопутной — с февраля по июнь, P. newmani — соответственно с октября по июнь и с октября по июль, A. hudsonica — с сентября по июнь и с октября по июль, A. tumida — с февраля по май и с марта по июнь, C. glacialis — с марта по май и с октября по май. Кроме того, молодь Chaetognatha наблюдали в планктоне бухты Золотой Рог с мая
по сентябрь, а в бухте Сухопутной — с апреля по декабрь, Appendicularia соответственно с апреля по июнь и с августа по декабрь.
Таким образом, зоопланктон бухты Сухопутной был более многочисленным по плотности и отличался высоким видовом богатством, чем таковой в месте сброса отработанных вод. Сроки пребывания в планктоне бухты Золотой Рог некоторых холодноводных и тепловодных видов смещены и непосредственно связаны с нарушением теплового режима вод этой акватории. Обычно тепловодные виды исчезают из планктона зал. Петра Великого в октябре [2, с. 255; 6, с. 325; 8, с. 121; 10, с. 159]. В районе выпуска подогретых вод они присутствуют до конца ноября, а некоторые виды — до января. Возможно, повышение средней температуры данной акватории за счет нагретых сбросных вод системы охлаждения ТЭЦ-2 за последние двадцать лет на 4.2 оС [7, с. 24] способствует продолжительному нахождению здесь некоторых таксонов зоопланктона. Поэтому, можно предположить, что в бухте Золотой Рог естественный ход и смена гидрологических сезонов нарушены, а в результате — серьезные нарушения в структуре и функционировании планктонных сообществ.
Автор выражает благодарность сотрудникам ИБМ ДВО РАН, принимавшим участие в сборе и предоставлении проб зоопланктона.
Список литературы:
1. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA® — Статистический анализ и обработка данных в среде Windows®. — М.: Информационноиздательский дом «Филинъ», 1998. — 608 с.
2. Ермакова О.О. Распределение и динамика копеподы Paracalanus parvus в Амурском заливе Японского моря // Биол. моря. — 1994. — № 4. — С. 252—259.
3. Животова Е.Н. Использование зоопланктона в биоиндикации теплового загрязнения водоемов—охладителей АЭС // Вест. ВГУ. — 2007. — № 1. — С. 73—75.
4. Звягинцев А.Ю., Мощенко А.В. Морские техноэкосистемы энергетических станций. — Владивосток: Дальнаука, 2010. —343 с.
5. Инструкция по количественной обработке морского сетного планктона. — Владивосток: ТИНРО, 1982. — 29 с.
6. Касьян В.В., Чавтур В.Г. Распределение и сезонная динамика зоопланктона в Амурском заливе Японского моря. 1. Веслоногие ракообразные // Изв. ТИНРО. — 2006. — Т. 144. — С. 312—330.
7. Лучин В.А., Соколов О.В., Плотников В.В. Межгодовая изменчивость температуры воды в деятельном слое Японского моря и возможность ее прогноза // Динамика морских экосистем и современные проблемы сохранения биологического потенциала России. — Владивосток: Дальнаука. 2007. — С. 14—32.
8. Микулич Л.В., Бирюлина Н.Г. Планктон бухты Алексеева (залив Петра Великого) // Исслед. океанол. полей Индийского и Тихого океанов. — Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1977. — С. 103—136.
9. Милейковский С.А. Антропогенное термическое воздействие на население моря // Океанология. Биология океана. — М.: Наука, 1977. — Т. 2. — С. 332—339.
10. Надточий В.В. Сезонная динамика планктона Амурского залива // Изв. ТИНРО. — 2012. — Т. 169. — С. 147—161.
11. Протасов А.А., Сергеева О.А., Кошелева С.И. и др. Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных станций. — Киев: Наук. думка, 1991. — 192 с.
12. Ривьер И.К. Зоопланктон Иваньковского водохранилища в зоне влияния подогретых вод Конаковской ГРЭС // Экология организмов водохранилищ-охладителей. — Л: Наука, 1975. — С. 220—243.
13. Сергеева О.А., Калиниченко Р.А., Кошелев С.И. и др. Химический состав воды и планктон водоёма-охладителя Южно-Украинской АЭС // Гидробиол. журнал. — 1988. — Т. 24, № 6. — С. 8—14.
14. Школдина Л.С., Погодин А.Г. Состав планктона и биоиндикация вод югозападной части залива Петра Великого Японского моря // Биол. моря. — 1999. — Т. 25, № 2. — С. 178—180.
15. Heinle D.R. Temperature and Zooplankton // Chesapeake Sci. — 1969. — Vol. 10, № 3—4. 186—209.
16. Hung Y.T., Eldridge J., Taricska J.R., Kathleen Hung Li. Cooling of Thermal Discharges // Handbook of Environmental Engineering. Vol. 2. Advanced Air and Noise Pollution Control. Cleveland. — 2005. — P. 359—384.
17. Kartasheva N.V., Fomin D.V., Popov A.V. et al. Impact assessment of nuclear and thermal power plants on zooplankton in cooling ponds // Vestn. Moskovskogo Universiteta. Biologiya. — 2008. — № 3. — P. 30—35.
18. Suchanec T.H., Grossman C.A. Viability of zooplankton in studies on the effects of stream-electric generating plant in the mating environment at Newport. — New York: Mar. Sci. Res. Center. State Univ. 1971. — P. 61—74.
