CC BY
75
*" Аграрный вестник Урала № 11 (117), 2013 г.-•-
Экология
УДК 574.4
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОБИОНТОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ В ЗОНЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
О. П. НЕВЕРОВА,
кандидат биологических наук, доцент, П. В. ШАРАВЬЕВ, аспирант, Г. В. ЗУЕВА,
кандидат биологических наук, доцент, Уральский государственный аграрный университет
(620075, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42; тел.: 8 (343) 371-33-63)
Ключевые слова: биоиндикация, синезеленые водоросли, простейшие, амебы, жгутиковые, раковинные корненожки, коловратки, трофность.
Представлены данные частот встречаемости гидробионтов в реке Исток до и после впадения в нее вод стока с полигона хранения помета и в самом стоке. Анализ количественного и качественного состава гидробионтов в изучаемых водоемах позволил авторам выявить виды — индикаторы специфичности загрязнения изучаемых водоемов. Индикаторами высокой степени загрязнения вод стока служат присутствие в большом количестве водоросли OscШatoria (тип Синезеленые), преобладание в фауне стока жгутиконосцев и цист простейших, отсутствие амеб, раковинных корненожек, сувоек, инфузорий крупных и средних размеров. По численности простейших, не учитывая трофность которых, не следует делать заключение о загрязненности водной среды. Известно, что численность простейших снижается при выедании ими бактерий. Размножение бактерий возможно при наличии в среде для них пищи (растворенной органики). Поэтому высокая численность простейших может указывать и на загрязнение органическими веществами водоема. Процесс цистирования обусловлен неблагоприятными условиями для жизнедеятельности организмов. Данный показатель можно считать индикаторным при загрязнении водной среды. Другие организмы-индикаторы: жгутиковые, амебы, раковинные корненожки, также указывают на загрязнения вод стока. После впадения вод стока в реку Исток через 2 км происходит численное восстановление представителей фауны, отсутствующих в водах стока, что свидетельствует о процессах оптимизации водной экосистемы. Количественный и качественный анализ гидробионтов водных экосистем позволил сделать вывод о процессах самоочищения в изучаемых водных экосистемах.
USE OF HYDROBIONTS FOR DEFINITION OF A FUNCTIONAL CONDITION OF WATER ECOSYSTEMS IN A ZONE OF ACTIVITY OF LIVESTOCK OBJECTS
O. P. NEVEROVА,
candidate of biological sciences, associate professor, P. V. SHARAVEV, graduate student, G. V. ZUYEVA,
candidate of biological sciences, associate professor, Ural state agricultural university
(620075, Ekaterinburg, K. Libknehta st., 42; phone: 8 (343) 371-33-63),
Keywords: bioindication, Green-blue algas, protozoa, amoebas, flagellates, testate rhizopods, rotifer, trophicity. Submitted data of frequencies of hydrobionts occurrence in the river Istok before and after a confluence of waters of a drain of it from the range of storage of dung and in the drain. The analysis of quantitative and qualitative structure of hydrobionts in studied reservoirs allowed authors to reveal types — indicators of specificity of pollution of studied reservoirs. As indicators of high extent of pollution of waters of a drain presence at a large number of an alga of Oscillatoria (Green-blue type), prevalence serve in fauna of a drain of flagellates and a cyst of protozoa, lack of amoebas, rhizopods shell, suvoyks, infusorians of the large and average sizes. On the number of protozoa disregarding which torpidity, it is not necessary to do the conclusion about impurity of an aqueous medium. It is known that the strength of the simplest reduced by grazing their bacteria. Bacterial growth is possible if the environment for their food (dissolved organic matter). Therefore, a high number of protozoa may point to organic pollution of the reservoir. The process of cysts transformation caused unfavorable conditions for the life of organisms. This indicator can be considered as an indicator for contamination of the water environment. Other indicator organisms: flagellates, amoebae, testate rhizopods also indicate that water pollution runoff. After a confluence of waters of a drain of the river Istok through 2 km there is a numerical recovery of representatives the fauna which are absent in waters of a drain that testifies to processes of optimization of a water ecosystem. The quantitative and qualitative analysis of hydrobionts of water ecosystems allowed to draw a conclusion on self-cleaning processes in studied water ecosystems.
Положительная рецензия представлена В. Ф. Гридиным, доктором сельскохозяйственных наук, старшим научным сотрудником Уральского научно-исследовательского института сельского хозяйства Россельхозакадемии.
Промышленные методы ведения животноводства экономически эффективны и позволяют в короткие сроки решить проблему обеспечения населения мясными продуктами. Однако животноводческие комплексы являются источниками загрязнения среды обитания. В пробах воздуха на расстоянии 100 м от животноводческого комплекса выявлено содержание аммиака в концентрации до 3-4 мг/м3, сероводорода — 0,112 мг/м3, меркаптана — 16,7 мг/м3, микроорганизмов до 8,3 х 103 в м3. На расстоянии 250 м от производственных корпусов животноводческих комплексов обнаружены микроорганизмы до 1000 и более в 1 м3 воздуха [7].
В сточных водах свиноводческих хозяйствах отмечено присутствие условно-патогенных и патогенных микроорганизмов, в неочищенных стоках количество сальмонелл может достигать до 334 тыс. на 1 м3 пробы [6]. Необеззараженные стоки в 1 л могут содержать от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч жизнеспособных яиц гельминтов и цист простейших, сроки сохранения жизнеспособности которых в окружающей среде достаточно велики (до 12-15 месяцев) [8].
В настоящее время стратегически важными тенденциями в развитии животноводства считают промышленное птицеводство, которое является динамичной и наукоемкой отраслью агропромышленного производства. Однако важной составляющей развития птицеводства следует считать создание условий для надежного обеспечения защиты окружающей среды от загрязнения отходами, поступающими от птицеводческих комплексов.
Существует реальная опасность накопления продуктов распада отходов животноводства и патогенных возбудителей в водных экосистемах, которые по трофическим системам могут приводить к заболеваниям людей и животных [3].
В государственной программе развития сельского хозяйства на 2013-2020 гг. обозначены в прогнозный период значимые тенденции — экологизация и био-логизация агропромышленного комплекса [2]. Одним из возможных путей решения представленной
проблемы — разработка и научное обоснование способов биоиндикации антропогенных воздействий на компоненты экосистем и экосистемы в целом. Биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения изучаемых объектов (водоема, почвы) по количеству и функциональным характеристикам их обитателей, по экологическому состоянию сообществ организмов и экосистемы в целом.
Цель и методика исследования.
Предметом исследования послужило сообщество гидробионтов стока с полигона хранения помета птицефабрики «Свердловская» и реки Исток до и после впадения в нее стока. Определение принадлежности гидробионтов к определенному статусу проведено в соответствии с рекомендациями [5] с использованием камеры Горяева. Частота встречаемости выявленных гидробионтов в изучаемых объектах (сток и река Исток) представлена в таблице.
В водных экосистемах многочисленными видами пресноводных микроорганизмов представлен тип Простейшие. Он объединяет всех одноклеточных животных микроскопических размеров (от нескольких мкм до 1-2 мм). Простейшие населяют главным образом водоемы и почву, где иногда достигают численности до 20 млрд особей на 1 м2. Фауна простейших особенно многочисленна и разнообразна в насыщенных органическими веществами и бактериями водах. Многие простейшие служат показателями степени органического загрязнения водоемов [5].
В исследуемых водоемах (сток с полигона и река Исток) тип Простейшие (Protozoa) представлен организмами следующих классов: класс Саркодовые (Sarcodina) с порядками — Амебы (Amoebina), Раковинные корненожки (Testacida), класс Жгутиковые (Mastigophora), класс Инфузории (Infusoria).
Амебы (как A. limax, так и A. proteus) обнаружены только в реке Исток до впадения и после впадения в нее стока с полигона хранения помета. В воде стока амебы отсутствовали (табл. 1). Раковинные корненожки аналогично амебам присутствовали только в реке Исток, но в большом количестве в сравнении
Таблица 1
Количественный и качественный состав гидробионтов в изучаемых экосистемах, шт./л
№ Наименование организма Водная экосистема
1 2 3
1. Водоросли осцилятория единичные в большом кол-ве -
2. Амебы (трофические активные) 120-300 - 100-250
3. Раковинные корненожки (трофически активные) 800 ед. 1000
4 Раковинный скелет корненожек умеренное кол-во умеренное кол-во умеренное кол-во
5. Жгутиконосцы (трофические активные) - 100-500 -
6. Инфузории мелкие 2100 100-150 1300
7. Инфузории средние, крупные 500 - 500
8. Сувойки (активные) 50-100 - 50-100
9. Простейшие в стадии «предцисты» 100 100 100
10. Цисты простейших (ранние) 500 1000 1000
11. Цисты простейших (старые — 3-5 оболочек) 100-400 < 5000 500-1300
12. Коловратки (активные) 50 менее 10 50
2 — сток с полигона хранения помета птицефабрики «Свердловская»;
3 — река Исток через 2 км от впадения стока с полигона хранения помета.
с амебами (800 и 120-300 до впадения и 1000 и 100— 250 после впадения стока, соответственно). Численное преобладание корненожек можно объяснить наличием у них раковины, в которую при неблагоприятных условиях тело корненожки втягивается.
Представители класса Жгутиковые (Mastigophora) обнаружены в большом количестве только в воде стока с полигона хранения помета. Известно, что жгутиковые родов Mastigamoeba, Tetramitis, Hexamitis приурочены к загрязненным водоемам [5].
Среди простейших более многочисленны инфузории, имеющие наиболее сложное строение, особенно в дифференцировке и распределении ресничек на теле, что облегчает определение вида инфузорий. Особенно разнообразны инфузории по размерам. Самые мелкие инфузории (30 мкм) характерны для рода Uronema (U. marnum), Parameciumputrinum, средних размеров — Paramecium busaria, более крупные — P caudatum, Frontonia acuminata, самые крупные — Stentor polymorphus (трубач). Среди крупных инфузорий выразительны и легко определяемы сувойки (Vorticella conallaria, V. campanula).
Данные таблицы иллюстрируют предпочтение выявленных инфузорий к незагрязненным водоемам. Инфузории средних и крупных размеров отсутствует в стоке с полигона. Инфузории мелких размеров в небольшом количестве обнаружены в стоке с полигона. После впадения стока они численно увеличиваются в 10 раз (табл. 1).
Реакция простейших на загрязнение отражена в процессах цистирования: на стадии «предцисты» нет различий темпов цистирования простейших в изучаемых водоемах. Увеличение численности ранних и старых цист простейших в стоке с полигона свидетельствует о неблагоприятной среде обитания для многих видов простейших.
Показано, что популяция простейших в почве обновляется за 1—3 дня, в год происходит до 50—300 генерации, поэтому биомасса, например, амебы, за 24 часа может превышать в 5 раз первоначальную, а биомасса жгутиковых увеличивается еще быстрей. Основная пища простейших — бактерии. Известно, что для продуцирования одной амебы ею должно быть поглощено 8300 бактерий. В сельскохозяйственных почвах простейшие за год съедают 150—900 г/м бактерий [4]. Однако простейшие проявляют известную избирательность по отношению к определенным видам микроорганизмов. Степень предпочтения уменьшается в ряду: бактерии < дрожжи < грибы < некоторые водоросли < актиномицеты < большинство грибов и водорослей. Показано, что простейшие могут питаться аморфным органическим детритом, могут переваривать клетчатку с помощью симбиоти-ческих бактерий. Детритофагия распространена среди раковинных амеб [4]. При массовом размножении простейшие снижают бактериальную массу, выделяя биологически активные вещества, стимулирующие размножение и рост бактерий. Сами простейшие служат пищей многим другим организмам. Таким образом, простейшие влияют на темпы круговорота веществ в экосистеме.
Тип Nemathelminthes (Круглые черви) представлен в изучаемых водных экосистемах видами класса Коловратки (Rotatoria). Коловратки составляют важную часть зоопланктона, питаясь бактериями, ми-
кроскопическими водорослями и детритом, участвуют в процессах самоочищения воды в загрязненных водоемах. Сами коловратки служат пищей молоди многих видов рыб, и их используют как живой корм для личинок ценных видов рыб при искусственном рыборазведении. Отмечено, что в некоторых водоемах наблюдается очень высокая плотность популяций коловраток (до 66 тыс. экземпляров на 1 л) [5].
Одним из главнейших факторов, определяющих состав и обилие коловраток в водоемах, является наличие подходящей пищи, что отмечено у седимента-торов (осадителей). Наиболее богатая фауна коловраток характерна для эвтрофных водоемов, имеющих запас питательных веществ и обилие наноплактона.
Проведенные исследования выявили, что аммиачные соединения в сточных водах с полигона хранения помета составили 28,0 мг/л, в реке Исток до и после впадения впадения в нее стока — 3,1 и 3,3 мг/л, соответственно. Учитывая эти показатели, проанализируем данные таблицы, которые представляют достаточно объективную информацию о видах — индикаторах, определяющих степень загрязнения изученных водных экосистем.
Синезеленые водоросли, как архерастения, возникли в докислородный период формирования атмосферы Земли. Они генетически связаны с бескислородной водной средой обитания. При загрязнении водной экосистемы веществами — окислителями си-незеленые водоросли оказываются в оптимальной для размножения и развития среде. Более того они поддерживают бескислородность среды, выделяя аскорбиновую кислоту. Поэтому синезеленые водоросли в водоемах служат индикаторами загрязнения [1].
Присутствие жгутиковых в стоке с полигона также свидетельствует о высокой степени загрязнения этой экосистемы (табл. 1). Известно, что жгутиковые характерны для загрязненных вод [5]. Отсутствие в воде стока инфузорий, амеб, сувоек, интенсивность цистирования простейших, низкая численность коловраток (табл. 1) указывают на специфические особенности загрязнения вод стока (аммиачными соединениями).
На современном этапе нормирование загрязняющих веществ в объектах окружающей среды основано на санитарно-гигиенических требованиях защиты прежде всего человека. На этой основе устанавливают значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) различных загрязняющих веществ в воде, в воздухе. В этих рекомендациях отсутствует экоси-стемный подход для сохранения среды обитания. Например, в воде или почве содержание загрязняющего вещества не превышает ПДК для человека, но в продуктах питания этого количество этого вещества может превышать в 500 раз ПДК из-за кумуляции загрязняющего вещества в организмах, участвующих в трофической цепи. И наоборот, ПДК некоторых загрязняющих веществ для человека выше, чем для организмов, использующих это вещество, например, радиоактивные вещества [4]. Еще пример, лишайники в городах гибнут при условиях загрязнения воздуха, которые считают безвредными для людей. Таким образом, можно констатировать, что санитарно-гигиенические нормативы не обеспечивают защиту компонентов экосистемы.
По численности простейших, не учитывая троф-ность которых, не следует делать заключение о загрязненности водной среды. Известно, что численность простейших снижается при выедании ими бактерий. Размножение бактерий возможно при наличии в среде для них пищи (растворенной органики). Поэтому высокая численность простейших может указывать и на загрязнение органическими веществами водоема.
Процесс цистирования обусловлен неблагоприятными условиями для жизнедеятельности организмов. Данный показатель можно считать индикаторным при загрязнении водной среды. Другие организмы-индикаторы: жгутиковые, амебы, раковинные корненожки, также указывают на загрязнения вод стока (табл. 1).
По частоте встречаемости выявленных видов-индикаторов (табл. 1) можно сделать заключение, что через 2 км после впадения в реку Исток вод стока с полигона хранения помета происходит самоочищение водной экосистемы.
Литература
1. Воропаева О. Г. Экологическая альгология. Ярославль : Яросл. ун-т, 1988, 56 с.
2. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. // Экономика сельского хозяйства России. 2012. № 9. С. 14-20.
3. Донник И. М., Шкуратова И. А., Шушарин А. Д. Экологическая ситуация и заболеваемость коров в Свердловской области // Аграрный вестник Урала. 2012. № 6 (98). С. 61.
4. Криволуцкий Д. А. Почвенная фауна в экологическом контроле. М. : Наука, 1989. 253 с.
5. Малоземов Ю. А., Малоземова Л. А. Краткий определитель беспозвоночных животных Среднего Урала. Екатеринбург, 1996. 281 с.
6. Можаев Е. А., Талама А. Н. Гигиеническая оценка метода очистки сточных вод свиноводческого комплекса на земледельческих полях орошения // Гигиена и санитария. 1982. № 6. С. 13-16.
7. Никитин Д. П. Крупные животноводческие комплексы и окружающая среда // Гигиена и санитария. 1980. № 34. С. 63-164.
8. Окладников Н. И., Безденежных И. С. Санитария промышленного свиноводства. М. : Росагропромиздат, 1988. 180 с.
References
1. Voropayev O. G. Ecological algology. Yaroslavl, 1988. 56 p.
2. State program of development of agriculture and regulation of the markets of agricultural production, raw materials and the food for 2013-2020 // Rural economics of Russia. 2012. № 9. P. 14-20.
3. Donnik I. M., Shkuratova I. A., Shusharin A. D. The Ecological situation and incidence of cows in Sverdlovsk region // Agrarian bulletin of Urals. 2012. № 6 (98). P. 61.
4. Krivolutsky D. A. Soil fauna in environmental control. М. : Science, 1989. 253 p.
5. Malozemov Yu. A., Malozemova L. A. Short determinant of invertebrate animals of Central Ural Mountains. Ekaterinburg, 1996. 281 p.
6. Mozhaev E. A., Talama A. N. Hygienic assessment of a method of sewage treatment of a pig-breeding complex on agricultural fields // Hygiene and sanitation. 1982. № 6. P. 13-16.
7. Nikitin D. N. Large livestock complexes and environment // Hygiene and sanitation. 1980. № 34. P. 63-164.
8. Okladnikov N. I., Bezdenezhnykh I. S. Sanitary of industrial pig-breeding. М. : Rosagropromizdat, 1988. 180 p.
