CC BY
34Three sections of the Gorky and Cheboksary reservoirs with different hydrological characteristics are considered. As a result of complex hydrodynamic structures in local parts of reservoirs zones with higher concentrations of suspended solids and dissolved substances and the deterioration of the hydrochemical characteristics of water are formed. According to the results of the expedition the pictures of the distribution of some hydrochemical indices obtained. These pictures allowed to define the zones of concentration of impurities and the degree of non-uniformity of their distribution.
Статья поступила в редакцию 20.11.2018 г.
УДК 574.633 (574.583)
Г.В. Шурганова, д.б.н., профессор ФГАОУВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» В.С. Жихарев, аспирант ФГАОУ ВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» Д.Е. Гаврилко, аспирант ФГАОУ ВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» Т.В. Золотарева, аспирант ФГАОУ ВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» Д.С. Ручкин, магистрант ФГАОУ ВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
БИОИНДИКАЦИЯ РЕЧНОЙ ЧАСТИ ЧЕБОКСАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА И УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ РЕКИ ОКИ НА ОСНОВЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗВИТИЯ ЗООПЛАНКТОНА1
Ключевые слова: биоиндикация, зоопланктон, сообщество зоопланктона, видовая структура, качество воды, трофический статус, Чебоксарское водохранилище, Нижегородская область
В работе проведена современная оценка качества вод речной части Чебоксарского водохранилища (от плотины Нижегородской ГЭС до пос. Васильсурск) и устьевой области р. Оки. Биоиндикация выполнена на основе исследований, базирующихся на анализе соотношения численностей организмов зоопланктона. Качество вод определяли в соответствии с ГОСТом 17.1.3.07.82. Выявлены особенности пространственного распределения зоопланктоценозов речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки. На основе таксономического состава зоопланктона оценён трофический статус исследованных водных объектов.
Введение
В конце ХХ века многие крупные водоемы и водотоки нашей планеты в той или иной степени ощутили на себе антропогенный пресс. В результате, в большинстве водных объектов наблюдался процесс эвтрофирования, происходил сильный рост концентрации биогенных веществ, который сопровождался увеличением продуктивности водоёмов, уменьшением содержания в воде растворенного кислорода, снижением её прозрачности и ускоренной сукцессией сообществ гидробионтов [1]. Исследование биологической составляющей экосистем позволяет охарактеризовать и проследить во времени уровень их устойчивости, а также более тщательно подойти к вопросам нормирования антропогенной нагрузки и обнаружения критических изменений экосистем [2].
1 Работа выполнена при поддержке Русского географического общества (грант «Экспедиция Плавучий университет Волжского бассейна» №06/2018-Р)
Г.В. Шурганова, В. С. Жихарев, Д.Е. Гаврилко, Т.В. Золотарева, Д.С. Ручкин
Биоиндикация речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области реки Оки
Состав и структура зоопланктонных сообществ являются интегральным показателем состояния водоёмов и водотоков [3,4]. Преимущество биологических методов контроля состоит в том, что с их помощью можно дать интегрированную оценку сложившейся в водном объекте под влиянием всей совокупности факторов (в том числе загрязняющих веществ) экологической ситуации без многочисленных лабораторных анализов воды [5]. В биоиндикационных исследованиях используются все группы гидробионтов. В частности, при оценке эвтрофирования водоёмов и водотоков организмы зоопланктона, как индикаторы, являются широко используемыми [6].
Биоиндикационный анализ Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки на современной стадии их существования чрезвычайно актуален не только в связи с многочисленными дискуссиями о подъёме уровня водохранилища [7], но и с новыми планами строительства Нижегородского НГУ в районе пос. Большое Козино [8,9].
Цель работы - биоиндикация и оценка современного трофического статуса речной части Чебоксарского водохранилища, а также устьевой области р. Оки с использованием индикаторных организмов зоопланктона.
Материалы и методы исследования
Исследования зоопланктона проводили в июле 2018 года на участке Чебоксарского водохранилища от плотины Нижегородской ГЭС до пос. Васильсурск, а также в устьевой области реки Оки (рис. 1).
Пробы зоопланктона отбирали при помощи тотальных ловов от дна до поверхности сетью Джеди (нейлоновое сито с ячеёй 70 мкм) и фиксировали 4% раствором формалина. Материал обрабатывали по стандартным методикам, которые применяются в гидробиологических исследованиях [10]. Виды зоопланктона идентифицировали с использованием определителей и руководств [11,12,13,14].
Рис. 1. Карта-схема станций отбора проб зоопланктона на акватории речной части Чебоксарского водохранилища (станции №1-5, 6-23) и устьевой области р. Оки (8-9) в июле 2018 года: 1 - ниже г. Городец; 2 - выше г. Балахна; 3 - ниже г. Балахна; 4 - пос. Большое Козино; 5 - выше Борского моста; 6-7 - створ ниже Чкаловской лестницы;
8 - р. Ока, Канавинский мост; 9 - р. Ока, Молитовский мост; 10-11 - створ ниже станции аэрации; 12-13 - створ ниже г. Кстово;
14-15 - створ ниже р. Кудьма; 16-17 - створ ниже г. Лысково; 18-19 - створ ниже пос. Фокино; 20-21 - створ ниже пос. Кременки; 22-23 - створ ниже пос. Васильсурск
Для оценки сходства видовой структуры зоопланктона использовался метод многомерного векторного анализа. На основе полученных косинусов строили матрицу расстояний между пробами с последующей визуализацией в виде дендрограмм [15,16]. Оценку доминирования видов в зоопланктоценозах проводили с использованием индекса доминирования Палия-Ковнацки [17]. Качество воды речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки на основе численностей индикаторных видов зоопланктона проводили с помощью Saprobity index Pantle & Buck в
модификации Sladecek [18,19]. Класс качества воды устанавливали согласно ГОСТу 17.1.3.07.82 «Правила контроля качества воды в водоёмах и водотоках» [20]. Трофический статус устанавливали по индексу трофии Мяэметса [21].
Результаты и их обсуждение
В июле 2018 года на исследованной акватории было обнаружено 132 вида зоо-планктонных организмов, из них 71 вид (53,8%) принадлежал к коловраткам (Rotifera), 43 вида (32,6%) - к ветвистоусым ракообразным (Cladocera) и 18 видов (13,6%) - веслоногим ракообразным (Copepoda). По зоогеографической характеристике фауна зоопланктона исследованных водных объектов считается типичной для водоёмов Европейской России.
На основе метода многомерного векторного анализа на участке речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки было выделено два сообщества зоопланктона, которые занимали пространственно непрерывные области, и характеризовались значительными различиями видовой структуры (рис. 2), что согласуется с предшествующими исследованиями [22-26].
Станции отбора проб №1-6,10,12,14,16,18,20-23 характеризовались сходной видовой структурой и доминированием по численности веслоногих ракообразных (36,3±4,2% от общей численности зоопланктона). По биомассе преобладали ветвисто-усые ракообразные (91,4±1,9% от общей биомассы зоопланктона) (таблица). Максимального количественного развития в этом зоопланктонном сообществе достигали Cydopoida, ветвистоусый рачок Daphnia galeata Sars, 1864, а также лимно-фильная коловратка Euchlanis dilatata ЕкгепЬе^, 1832 (рис. 3). Этот зоопланктоценоз можно охарактеризовать как лимнофильный, и занимающий акваторию водохранилища от Нижегородской ГЭС до г. Нижний Новгород, далее левобережную часть до пос. Фокино и всю акваторию речной части Чебоксарского водохранилища вплоть до пос. Васильсурск (см. рис. 1, 2).
Рис. 2. Дендрограмма сходства/различия проб зоопланктона на акватории речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки
Г.В. Шурганова, В. С. Жихарев, Д.Е. Гаврилко, Т.В. Золотарева, Д.С. Ручкин
Биоиндикация речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области реки Оки ...
Во второй кластер выделялись станции отбора проб № 7-9, 11,13,15,17,19 (рис. 2), характеризовавшиеся значительно большим сходством видовой структуры, чем в лимнофильном зоопланктоннном сообществе. Наиболее массовой группой видов были коловратки (74,6±9,3% от общей численности зоопланктона), по биомассе доминировали Cladocera (58,4±13,4% от общей биомассы зоопланктона) (таблица). Доминирующими по численности видами, как и в предшествующие годы исследований [22-23] являлись представители рода Brachionus. В июле 2018 года здесь преобладали коловратки Brachionus calyciflorus Pallas, 1766 и Brachionus angularis Gosse, 1851 (рис. 4). Этот зоо-планктоценоз можно охарактеризовать как реофильный и образованный водами, поступающими из р. Оки. Он занимает акваторию устьевой области р. Оки и правобережье речной части Чебоксарского водохранилища до пос. Фокино (см. рис. 1, 2).
Таблица
Основные количественные характеристики зоопланктона на исследованных акваториях речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки
Показатели Зоопланктоценоз
Лимно фильный Реофильный
Число видов Rotifera 48 103 39 75
Cladocera 38 26
Copepoda 17 10
Численность, тыс. экз./м3 18,30±1,50 30,96±9,31
Соотношение численностей, % Rotifera 35,0±7,2 74,6±9,3
Cladocera 28,7±4,8 11,7±3,4
Copepoda 36,3±4,2 13,7±6,0
Биомасса, г/м3 1,16±0,27 0,30±0,09
Соотношение биомасс, % Rotifera 2,2±0,7 35,9±14,2
Cladocera 91,4±1,9 58,4±13,4
Copepoda 6,4±1,8 5,7±2,0
Примечание: полужирный шрифт - макисмальные значения показателя
Максимальное видовое богатство зоопланктона (103 вида) было зафиксировано в лимнофильном зоопланктонном сообществе речной части Чебоксарского водохранилища. Средние численность и биомасса на данном участке составляли 18,30±1,50 тыс. экз./м3 и 1,16±0,27 г/м3 соответственно (таблица). В реофильном зоопланктонном сообществе было обнаружено 75 видов. Средняя численность зоопланктона была выше - 30,96±9,31 тыс. экз./м3, биомасса ниже, чем в лимнофильном зоопланктоценозе (0,30±0,09 г/м3). Объясняется это преобладанием в реофильном зоопланктоценозе коловраток, имеющих малые индивидуальные массы.
Трофический статус речной части Чебоксарского водохранилища на участке, занятом лимнофильным сообществом, характеризовался как мезотрофный, индекс тро-фии Мяэметса - 0,78±0,09. Значения индекса трофии реофильного участка речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки были на порядок выше (2,28±0,48, трофический статус - эвтрофный), что обусловлено поступлением сильно эвтрофированных окских вод. Следует отметить, что оценка трофического статуса речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки не только соответствует нашим предыдущим исследованиям (Шурганова и др., 2016), но и согласуется с оценкой трофического статуса по концентрации хлорофилла а фитопланктона (Логинов, Кривдина, 2015).
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
Рис. 3. Доминирующие виды зоопланктона в лимнофильном зоопланктоценозе
Рис. 4. Доминирующие виды зоопланктона в реофильном зоопланктоценозе
Видовая структура зоопланктоценозов считается хорошим показателем качества вод разнотипных водных объектов [16]. Большая часть идентифицированных на акватории речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки видов зоопланктона (87%) являются индикаторными. Среднее значение индекса сапробно-сти речной части Чебоксарского водохранилища в пределах лимнофильного зоо-планктоценоза составило 1,45±0,06 и согласно ГОСТу 17.1.3.07-82 качество воды относилось ко II-III классу (воды «чистые» - «умеренно загрязнённые»). Среднее значение индекса сапробности в пределах реофильного окского сообщества зоопланктона было выше и составило 2,10±0,07, воды находились в пределах ß-мезосапробной зоны и относились к III классу качества (воды «умеренно загрязнённые»).
Заключение
Зоопланктоценозы Чебоксарского водохранилища и устьевой участка р. Оки в период наблюдения характеризовались высоким таксономическим (в общей сложности 132 вида и вариаций видов) богатством.
В результате проведённого биоиндикационного исследования, основанное на анализе соотношения численностей индикаторных видов двух различающихся по видовой структуре сообществ, установлено следующее. Реофильное окское сообщество зоопланктона характеризовалось доминированием коловраток рода Brachionus и максимальной общей численностью зоопланктона. Трофический статус был оценён как эвтрофный, качество вод соответствовало III классу (воды «умеренно загрязненные»).
Г.В. Шурганова, В.С. Жихарев, Д.Е. Гаврилко, Т.В. Золотарева, Д.С. Ручкин
Биоиндикация речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области реки Оки .
Лимнофильное планктонное сообщество водохранилища характеризовалось преобладанием озёрных видов ветвистоусых и веслоногих рачков, наиболее высокими значениями биомасс. Трофический статус соответствовал мезотрофному, качество вод находилось в пределах II-III класса (воды «чистые» - «умеренно загрязнённые»).
Таким образом, несмотря на сильный антропогенный пресс, который испытывали воды р. Оки, верхней и средней речной части Чебоксарского водохранилища их экологическое состояние может быть оценено как «относительно удовлетворительное».
Список литературы:
[1] Драбкова В.Г., Измайлова А.В. Изменение состояния вод крупнейших озёр и водохранилищ России // География и природные ресурсы. 2014. №4. С. 22-29.
[2] Масюткина Е.А. Оценка экологического состояния водных объектов Калининградской области на основе структурно-функциональных и индикаторных свойств зообентоса: автореф. дис. канд. биол. наук: 03.02.08. Калининград, 2018. 26 с.
[3] Чуйков Ю.С. Экологический анализ состава и структуры сообществ водных животных как метод биологической оценки качества вод // Экология. 1978. №5. С. 53-57.
[4] Иманов П.А., Чуйков Ю.С. Возможности использования анализа состава и структуры сообществ зоопланктона для определения качества волжских вод // Проблемы региональной экологии и природопользования. 2011. №2(35). С. 81-84.
[5] Пашкова О.В. Зоопланктон как индикатор органического и токсического загрязнения и экологического состояния гидроэкосистем // Гидробиологический журнал. 2012. Т.48, №6. С. 3-24.
[6] Андрианов В.А., Плакитин В.А. Оценка качества воды водотоков в районе деятельности Астраханского газового комплекса по состоянию гидробионтов // Проблемы региональной экологии и природопользования. 2012. №4(41). С. 32-36.
[7] Шурганова Г.В., Ильин М.Ю., Кудрин И.А. Биондикационная характеристика качества воды Чебоксарского водохранилища (по данным 2011 года) // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2014. №2(1). С. 106-111.
[8] Охапкин А.Г., Шурганова Г.В., Пухнаревич Д.А., Кудрин И.А., Ильин М.Ю., Бондарев О.О., Воденеева Е.Л. О современном гидроэкологическом состоянии зоны речной гидравлики Чебоксарского водохранилища // Приволжский научный журнал. 2016. №1(37). С. 104-113.
[9] Шурганова Г.В., Охапкин А.Г., Гаврилко Д.Е., Воденеева Е.Л., Кудрин И.А., Пухнаревич Д.А., Нижегородцев А.А., Гелашвили Д.Б. Современное состояние и прогноз изменения сообществ гидробионтов в зоне строительства Нижегородского Низконапорного гидроузла // Самарский научный вестник. 2017. Т. 6, №4(21). С. 103-109.
[10] Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах // Зоопланктон и его продукция. Л.: Гос. НИИ озер. и реч. рыб. хоз-ва, 1982. 33 с.
[11] Кутикова Л.А. Коловратки фауны СССР. Л.: Наука, 1970. 742 с.
[12] Коровчинский Н.М. Ветвистоусые ракообразные отряда Ctenopoda мировой фауны (морфология, систематика, экология, зоогеография). М.: Товарищество научных изданий КМК, 2004. 410 с.
[13] Кутикова Л.А. Бделлоидные коловратки фауны России. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. 305 с.
[14] Определитель зоопланктона и зообентоса пресных вод Европейской России. Т.1. Зоопланктон. / Под ред. В.Р. Алексеева, С.Я. Цалолихина. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. 495 с.
[15] Черепенников В.В., Шурганова Г.В., Гелашвили Д.Б., Артельный Е.В. Исследование различий видовой структуры основных зоопланктоценозов Чебоксарского водохранилища методом многомерного анализа // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2004. Т.6, №2(12). С. 328-33.
[16] Шурганова Г.В. Динамика видовой структуры зоопланктоценозов в процессе их формирования и развития (на примере водохранилищ средней Волги: Горьковского и Чебоксарского): автореф. дис. докт. биол. наук: 03.00.16. Н. Новгород, 2007. 48 с.
[17] Баканов А.И. Количественная оценка доминирования в экологических сообществах // Фундаментальный обзор индексов обилия и доминирования. Деп. в ВИНИТИ 08.12.1987, № 8593-В87. 63 с.
[18] Pantle F., Buck H. Diebiologische Uberwachungder Gewasserunddie Darstellungder Ergebnisse // Gasund Wasserfach. 1955. V. 96, №18. 604 p.
[19] Sladecek V. System of water quality from biological point of view. Ergebnisse Limnologie. Arch. Hydrobiol, 1973, V. 7, №7, 218 p.
[20] ГОСТ 17.1.3.07-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды в водоемах и водотоках. М.: Гос. ком. СССР по стандартам, 1982.
[21] Мяэметс А.Х. Изменения зоопланктона // Антропогенное воздействие на малые озёра. Л.: Наука, 1980. С. 54-64.
[22] Шурганова Г.В., Кудрин И.А., Жихарев В.С., Ильин М.Ю., Гаврилко Д.Е., Куклина Т.В. Сезонные изменения пространственного размещения сообществ зоопланктона верхней речной части Чебоксарского водохранилища и устьевого участка р. Оки // Электронный журнал «Современные проблемы науки и образования». 2015. №6. URL: http://www.science-education.ru/ ru/article/view?id=23310 (дата обращения: 18.09.2018).
[23] Шурганова Г.В., Гаврилко Д.Е., Жихарев В.С., Кудрин И.А., Ильин М.Ю., Золотарева Т.В., Голубева Д.О. Экодиагностика водоёмов питьевого водоснабжения крупного мегаполиса (на примере г. Нижнего Новгорода) // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т.18, №5(2). С. 387-392.
[24] Шурганова Г.В., Жихарев В.С., Гаврилко Д.Е., Голубева Д.О., Золотарева Т.В., Ручкин Д.С. Особенности видовой структуры и пространственного размещения сообществ зоопланктона верхнего бьефа Нижегородской ГЭС, зоны речной гидравлики Чебоксарского водохранилища и устьевой области реки Оки // Вестник ВГАВТ. 2017. Вып. 53. С. 116-123.
[25] Кудрин И.А. Видовая структура и пространственное размещение зоопланктонных сообществ в условиях антропогенного воздействия (на примере Чебоксарского водохранилища и его притоков): автореф. дис. канд. биол. наук: 03.02.08. Нижний Новгород, 2016. 25 с.
[26] Shurganova G.V., Kudrin I.A., Yakimov V.N., Gavrilko D.E., Zhikharev V.S., Zolotareva T.V. Spatial Distribution of Zooplankton on the Upper Part of the Cheboksary Reservoir // Inland Water Biology. 2018. Vol.11, №3. P. 317-325.
BIOINDICATION OF THE RIVER PART OF THE CHEBOKSARY RESERVOIR AND ESTUARY OF THE OKA RIVER BASED ON QUANTITATIVE INDICATORS OF ZOOPLANKTON DEVELOPMENT
G. V. Shurganova, V.S. Zhikharev, D.E. Gavrilko, Т. V. Zolotareva, D.S. Ruchkin
Key words: bioindication, zooplankton, zooplankton community, species structure, water quality, trophic status, Cheboksary reservoir, Nizhny Novgorod region
In the work, a modern assessment of the water quality of the river part of the Cheboksary reservoir and estuary of the Oka River was carried out. Bioindication was based on the analysis of the ratio of quantitative indicators of zooplankton. Water quality classes were determined according GOST. The modern spatial distribution of the zooplankton communities of the river part of the Cheboksary reservoir and estuary of the Oka River is described, and their trophic status based on the taxonomic composition of zooplankton was estimated.
Статья поступила в редакцию 11.10.2018 г.
