CC BY
450
Биоиндикация качества воды реки Свияги с помощью высших водных растений
Н.С. Красильникова, аспирантка, Ульяновский ГУ
Под биоиндикацией понимают, прежде всего, оценку антропогенных или испытывающих антропогенное влияние факторов среды на основе изменения количественных (или качественных) характеристик биологических объектов и систем. Для целей биоиндикации водной среды очень перспективными являются высшие водные растения. Они имеют крупные размеры, их несложно учитывать и диагностировать их состояние. В список видов-индикаторов многие представители группы макрофитов уже внесены и могут быть использованы для вычисления индекса сапробности и степени трофности водоёма. Однако следует отметить, что разно-
образие условий формирования делает каждый водоём уникальным по абиотическим факторам и структуре биоценоза, что затрудняет выработку единых критериев оценки состояния водных сообществ [1, 2].
В настоящее время для оценки качества водной среды используются следующие показатели:
1. Наличие/отсутствие наиболее характерных видов для того или иного типа вод.
2. Признаки жизненного состояния отдельных растений.
3. Оценка прохождения фенологических фаз.
4. Характеристики растительных сообществ водоёмов.
Как известно, для дистрофных вод обычны листостебельные водные мхи родов СаШещоп,
Fontinalis, Sphagnum и др., вахта трёхлистная (Menyanthes trifoliata), белокрыльник болотный (Calla palustris), сабельник болотный (Comarum palustre), полушники колючеплодный (Isoetes echinospora) и озёрный (I. lacustris) и др. [3]. В оли-готрофных водах обитают лобелия Дортманна (Lobelia dortmanna), уруть очерёдноцветковая (Myriophyllum alterniflorum), лютик простёртый (Ranunculus reptans), а также ежеголовник злаковый (Sparganium gramineum Georgi) и ежеголовник узколистный (S. angustifolium Michx.), способный также произрастать в дистрофных озёрах [4]. Возрастающее антропогенное влияние на водоёмы нередко приводит к массовому развитию некоторых видов-макрофитов. Обилие ряски трёхдольной (Lemna trisulca) говорит о большом количестве в среде биогенных веществ. Массовое развитие многокоренника обыкновенного (Spirodelapolyrhiza) и ряски малой (Lemna minor), помимо эвтрофирования, свидетельствует о сельскохозяйственном загрязнении. Многокоренник способен развиваться на концентрированных стоках животноводческих комплексов. Локальное интенсивное развитие рясковых указывает на неблагополучие в экосистеме. О наличии антропогенного воздействия на водные экосистемы свидетельствует пышное развитие стрелолиста обыкновенного (Sagittaria sagittifolia), частухи подорожниковой (Alisma plantago-aquatica), элодеи канадской (Elodea canadensis), телореза алоэвидного (Stratiotes abides), роголистника погружённого (Ceratophyllum demersum) и урути колосистой (Myriophyllum spicatum) [5]. Антропогенное эвтрофирование водоёмов приводит к структурной перестройке сообщества гидрофитов, в результате чего изменяется видовой состав доминирующего комплекса, появляются или исчезают индикаторные виды. По мере возрастания трофности водоёма олигосапробные виды уступают место b-мезосапробным, которые, в свою очередь, заменяются a-мезосапробными видами [6].
При индикации трофности могут быть использованы признаки жизненного состояния растений, в т.ч. показатели развития и их общий облик. Чрезмерное развитие или угнетённое состояние растений свидетельствуют о необходимости обратить внимание на качество воды.
Особенности развития растений в условиях разных местообитаний позволяет установить оценка прохождения фенологических фаз: вегетации, бутонизации, цветения, плодоношения и отмирания.
Ценную информацию о качестве окружающей среды несут характеристики растительных сообществ водоёмов, которые, по сравнению с отдельными видами растений, обладают большими индикаторными возможностями [7]. Основными количественными характеристиками сообщества
макрофитов служат занятая растительностью площадь (% от общей площади водоёма с учётом глубины), характер зарастания водоёма, биомасса растений на единицу площади дна, сомкнутость, проективное покрытие, продукция, состояние растений, видовой состав и др.
Активное участие высшей водной растительности в утилизации загрязнений приводит к появлению у растений повреждений, нередко видимых невооружённым глазом. Обычно их количество прямо зависит от интенсивности загрязнения, поэтому учитывается в процентах от количества повреждённых особей.
Нами было проведено исследование качества воды реки Свияги, правого притока Волги, по состоянию популяции растений семейства Lemnaceae. Пункты наблюдений и забора проб располагались на входе реки в город (п.1), в центре города (п.2) и на выходе из города (п.3).
Качество воды в Свияге формируется под влиянием загрязняющих веществ, как непосредственно поступающих в реку на всем её протяжении, так и приносимых притоками Сельдь, Бирюч, Аря, Карла, Була и др. Существенное влияние на санитарное и гидрохимическое состояние реки оказывают поступающие неочищенные ливневые стоки г. Ульяновска, в том числе и с расположенных по берегам реки бытовых свалок, куч мусора. Места отбора проб были определены с учётом мест сброса ливневых и талых вод, а также естественных мест разгрузки грунтовых вод. Отбор проб, подсчёт и определение качества воды проводили по методике Г.Г. Соколовой [8]. В течение вегетационного периода (июнь, июль, август) подсчитывали число растений каждого вида, общее число щитков и число щитков с повреждениями, фиксируя характер повреждения.
При экспресс-оценке воды на входе реки в город (п.1) в июне обнаружен лишь один вид — ряска малая. Общее число щитков растений 330, из них 20,6% с повреждениями. Морфологические отклонения видны отчётливо: корни отсутствуют, листецы разъединились. Листецы светло-зелёные, вялые, с пятнами некрозов и хлорозов. По качеству воду можно считать умеренно загрязнённой.
Как показали июльские наблюдения, абсолютно преобладающим видом продолжает оставаться ряска малая. Число щитков с повреждениями из 246 обследованных — 53,12%. Отклонения от нормы выражаются в хлорозах, начальных и развившихся стадиях некрозов. Вода классифицируется как грязная.
В августе также преобладающим (и единственным) видом семейства рясковые остаётся ряска малая. Общее число щитков 270 шт., 72,6% — с морфологическими отклонениями, некрозами, хлорозами. Состояние щитков свидетельствует
о том, что экологические условия для высших растений в августе остаются неудовлетворительными. Вода характеризуется как грязная.
В городской черте (п.2) в воде Свияги в июне преобладающим видом являлась ряска малая (175 растений из 200), из остальных растений — многокоренник. В соответствии с методикой подсчёт проводился по преобладающему виду, т.е. по ряске малой. Число щитков с повреждениями составило 19% из общего количества 315 шт. Морфологические отклонения выражались в опадении корней, разъединении листецов. У ряски малой были заметны начальные стадии некроза, у многокоренника—явные некрозы. Вода в черте города в июне умеренно загрязнённая.
Преобладающим видом в июле по-прежнему являлась ряска малая. Число щитков с повреждениями составляло 33% от общего количества 238 шт. У ряски малой наблюдались хлорозы. Вода характеризуется как загрязнённая.
Наиболее распространённым видом в августе продолжает оставаться ряска малая, в примеси — многокоренник. Число щитков с повреждениями 73%. У ряски малой и у многокоренника видны большие пятна хлорозов. У многокоренника присутствуют некрозы. Многие листецы разделились. Вода грязная.
При выходе реки из города (п.3) в июне основным видом ряски являлся многокоренник, другие виды рясковых отсутствовали. Из 200 образцов растений было подсчитано общее число щитков — 240, при этом с повреждениями оказались 24 щитка (10%). Обнаружены следующие морфологические отклонения: отмирание корней, разъединение листецов, некрозы, хлорозы, что характеризует воду как умеренно загрязнённую.
Результаты анализа образцов, отобранных в июле в данном пункте, показали, что един-
ственным видом продолжал оставаться много-коренник. Общее число обследованных щитков равно 260, из которых 136 — с повреждениями, что составляет 52% от общего количества щитков. Повреждения выражались в морфологических отклонениях, хлорозах, некрозах. Вода грязная.
В августе продолжал преобладать многокорен-ник. Общее число щитков составило 260, с повреждениями из них выявили 68%. Отклонения проявляются в морфологических изменениях, хлорозах и некрозах. Заметно уменьшение размеров листецов по сравнению с предыдущими месяцами. Вода характеризуется как грязная.
Параллельно были проведены химические исследования на наличие в воде тяжёлых металлов. Пробы отбирались в течение всего лета (в июне, июле и августе) в тех же местах, в то же время, что и пробы рясковых. Проверялось наличие и содержание таких тяжёлых металлов, как кадмий, никель, свинец, медь, цинк.
Анализ полученных результатов показал, что только по N и Zn превышения ПДК в реке Свияге за исследуемый период времени не отмечены, однако в черте города (п.2) в августе концентрация никеля достигла предельной допустимости. По другим исследуемым металлам концентрация по всем точкам наблюдений в различной степени превышала ПДК. Например, концентрация Cd во всех пробах и на всех пунктах наблюдений превышала предельно допустимую в течение всего сезона.
Как видно из рисунка 1, самое высокое содержание кадмия в воде наблюдалось в черте города, на пунктах входа и выхода из города его было заметно меньше. На всех точках наблюдений отмечено сезонное увеличение содержания кадмия в воде. Аналогичная сезонная динамика наблюдалась по свинцу и по меди. При этом
5
0
° л
1 4 і
:ф
І3
|_
СО
<0
-А 2
X
ф с 6 1
□ июнь
□ июль
□ август
пункт №1 (Опытное поле)
пункт №2 (г.Ульяновск)
пункт №3 (Лаишевка)
Рис. 1 - Степень загрязнённости реки Свияги
Примечание: 1 - вода очень чистая; 2 - чистая; 3 - вода умеренно-загрязнённая, 4 - загрязнённая; 5 - грязная
6
0
концентрация меди на всех точках наблюдений в течение сезона была близкой.
Если сопоставить сезонную динамику загрязнения воды тяжёлыми металлами и динамику состояния растений семейства Ьетпасеае (рис. 1), то очевидно, что эти показатели связаны между собой: по мере увеличения концентрации тяжёлых металлов состояние растений ухудшается.
Таким образом, в ходе проведённых наблюдений в каждом пункте определена степень загрязнённости воды по состоянию растений семейства рясковых. В течение вегетационного периода было замечено увеличение степени загрязнённости воды во всех наблюдаемых пунктах, что связано с привнесением дополнительных загрязняющих веществ из-за процесса отмирания самой растительности водоёма, т.е. вторичного загрязнения. Установлено, что видовой состав растений и доминирующие виды не менялись на протяжении лета.
По результатам биоиндикации и химикоаналитического анализа установили соответствие степени загрязнённости реки Свияги. Итак, степень загрязнённости в реке Свияге в пункте №1 оценивается как умеренно загрязнённая в июне (незначительное превышение ПДК по кадмию и свинцу), грязная в августе и в июле (значительное превышение ПДК по кадмию и свинцу). По результатам химико-аналитического анализа степень загрязнённости в реке Свияге в пункте №2 оценивается как умеренно загрязнённая (превышение ПДК по кадмию) в июне, загрязнённая в июле (значительное превышение ПДК по кадмию), в августе — грязная (значительное
превышение ПДКпо кадмию и свинцу). Качество воды в пункте №3 оценивается как умеренно загрязнённая в июне (обнаружено превышение по кадмию), в июле (превышение по кадмию и свинцу) и августе — грязная (значительное превышение по кадмию и свинцу).
Таким образом, высшая водная растительность является объективным индикатором состояния водной среды экосистемы. Использование методов биоиндикации загрязнения водоёмов с помощью макрофитов, и в частности, растений семейства рясковые, позволяет получать интегральную оценку состояния качества водной среды.
Литература
1. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию: учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1994! 399 с.
2. Хендерсон-Селлерс Б., Маркленд Х.А. Умирающие озера. Причины и контроль антропогенного эвтрофирования: пер. с англ. / под ред. акад. К.Я. Кондратьева и канд. геогр. наук Н.Н. Филатова. JL: Гидрометеоиздат, 1990. 279 с.
3. Семин В.А., Фрейндлинг А.В. Макрофиты и их место в системе экологического мониторинга // Научные основы биомониторинга пресноводных экосистем: труды сов.-франц. симпозиума. JL: Гидрометеоиздат, 1988. 259 с.
4. Распопов И.М. Возможности инд икации состояния окружающей среды по показателям видов и сообществ макрофитов // Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем: сборник материалов международной конференции. СПб.: ЛЕМА, 2007. 338 с.
5. Гидроботаника: прибрежно-водная растительность: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.П. Садчиков, М.А. Кудряшов. М.: Изд. центр «Академия», 2005. 240 с.
6. Гигевич Г.С., Власов Б.П., Вынаев Г.В. Высшие водные растения Беларуси. Минск: БГУ, 2001. 231 с.
7. Виноградов Б.В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов. М.: Наука, 1964. 172 с.
8. Соколова Г.Г., Шарлаева Е.А. Практикум по биоиндикации экологического состояния окружающей среды. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2008. 111 с.
