CC BY
50Т. А. Шарапова
К ИЗУЧЕНИЮ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ЗООПЕРИФИТОНА р. ТУРЫ
Приводятся данные по степени развития и структуре зооперифитона р. Туры за 10-летний период на ряде створов нижнего течения, находящихся под воздействием урбанизированной территории и сельхозугодий.
Река Тура — крупнейший уральский приток Тобола, почти от самого верховья протекает по урбанизированным и сельскохозяйственным территориям Свердловской и Тюменской областей, принимая большой объем загрязненных стоков. Тура используется для водоснабжения г. Тюмени, крупнейший водозабор расположен у верхней границы города в п. Метелево. Цель работы — выявление состава и структуры зооперифитона крупной реки в ненарушенных условиях и под влиянием антропогенного загрязнения. В задачи входила отработка методов сбора беспозвоночных перифитона в крупной реке.
Рис. Карта отбора проб:
1 — пешеходный мост; 2 — Залымский перекат; 3 — п. Антипино — РЭБ флота
Исследования зооперифитона р. Туры проводили в течение ряда лет на участках сельскохозяйственных угодий (д. Речкино, Верхний Бор — п. Метелево, с. Дубровное, с. Покровское) и в пределах г. Тюмени (у пешеходного моста, Залымского переката и на участке п. Антипино — РЭБ флота) (рис.). Пробы зооперифитона отбирали с затопленной древесины, преимущественно с ивы, а также с других лиственных пород, реже — с камней прямым сбором, учитывая площадь субстратов; использовали древесные экспериментальные суб-
страты [Шарапова, 1998]. Пробы фиксировали 4 % раствором формальдегида, разбирали в камере Богорова. В соответствии с рекомендациями ГОСТ 17.1.3.07-82 рассчитывали суммарную численность и биомассу, количество таксонов, определяли доминирующие группы, плотность индикаторных для зооперифитона групп — олигохет и личинок ручейников, значения индекса Шеннона. Частично материал опубликован [Шарапова, 2002а, б].
Результаты исследования
В наших исследованиях зооперифитона можно выделить несколько этапов. Кроме выявления таксономического состава, структуры зооперифитона и влияния на него урбанизированной территории, важной задачей первого этапа была и отработка методических аспектов отбора проб. Поэтому в 1990 г. исследования осуществляли с использованием экспериментальных субстратов, устанавливаемых на двух участках: выше города у водозабора п. Мете-лево и у нижней границы города (п. Антипино — РЭБ флота) в юго-восточной промзоне с большим количеством промышленных предприятий. Первый отбор проб проводили во время весеннего половодья — в конце июня — начале июля, второй — через 20 дней (18-19 июля), при интенсивном спаде воды. Результаты показали, что на первом участке суммарная плотность зооперифитона снизилась в 1,9 раза, биомасса — в 1,4 раза. Это сопровождалось исчезновением ряда видов (поденки Heptagenia sp., хирономид Psectrocladius psilopterus Kieff. и P. similis Joh., Corynoneura scutellata Winner), резким снижением численности (в 69 раз), биомассы (в 30 раз) и встречаемости (со 100 до 33 %) личинок ручейников Neureclipsis bimaculata L. На втором участке существенных колебаний суммарной численности и биомассы не отмечено, но выявлены изменения численности и встречаемости ряда видов. Так, увеличилась плотность личинок ручейников Neureclipsis bimaculata — в 30 раз, биомасса — в 3 раза, встречаемость — с 22 до 56 % и, напротив, снизилась плотность (в 8 раз) и встречаемость (с 44 до 11 %) гидр. Изменения состава зооперифитона носили несинхронный характер и, очевидно, являются результатом влияния загрязнения воды из различных источников.
Исследования зооперифитона в 1995-1996 гг. проводили на трех участках. К указанным двум добавили участок реки в центре города (район пешеходного моста), куда попадали стоки ряда предприятий (овчинно-меховая фабрика, химфармзавод, АО «Тюменский фанерный комбинат» и др.). По результатам, полученным за аналогичный период лета, отмечены резкие колебания численности, биомассы и таксономического богатства зооперифитона на всех створах. Так, в 1995 г. в верхнем створе на участке Верхний Бор — Метелево были выявлены наибольшие показатели числа таксонов (24), средней численности (14 812 экз./м2) и биомассы зооперифитона (5,85 г/м2). В 1996 г. количество таксонов снизилось в 1,7, плотность — в 11,5, биомасса — в 4,4 раза. Исчезновение поденок и некоторых видов ручейников в этом створе, в 1995 г. относившемся к классу удовлетворительной чистоты, говорит о том, что произошел сдвиг качества воды в слабо-умеренно загрязненную зону. Аналогичные процессы наблюдались и в створе у нижней границы города, где в 1996 г. по сравнению с 1995 г. снизилось таксономическое богатство в 1,6, плотность — в 2,3, биомасса — в 4,2 раза. Этот участок реки можно отнести к категории умеренно загрязненных.
В наихудшем состоянии был участок в центре города у пешеходного моста. В 1995 г. зооперифитон здесь был представлен всего 5 таксонами (нематоды, малощетинковые черви, брюхоногие моллюски и личинки хирономид), его средняя плотность составила 858 экз./м2, биомасса — 2,41 г/м2. Весной 1996 г. в связи с низким паводком и уменьшением сбросов городских пред-
приятий возросло разнообразие зооперифитона, впервые появились личинки поденок рода Heptagenia, увеличилось число видов хирономид. Одновременно возросла суммарная плотность (до 4872 экз./м2) и биомасса (до 6,73 г/м2), качество воды по показателям зооперифитона сдвинулось из сильно загрязненной в умеренно загрязненную зону. В летний и осенний периоды этого года снова наблюдалось снижение таксономического состава (4 таксона) и показателей количественного развития (150 экз./м2; 0,03 г/м2), по состоянию зооперифитона в этот период воду в створе можно отнести к классу сильно загрязненных. В целом для этого периода была характерна наибольшая нестабильность в развитии зооперифитона, выраженная в резких колебаниях как качественного, так и количественного состава.
На третьем этапе изучения (2000-2001 гг.) исследования зооперифитона были расширены и проведены в указанных выше трех створах и дополнительных четырех, расположенных в черте и вне города. Данные о степени развития зооперифитона, полученные в период высокого уровня воды (конец июня — начало июля), свидетельствуют о незначительных различиях его суммарной численности, таксономического богатства, индекса Шеннона в различных створах. Возможно, это связано с сильным разбавлением воды, даже на участках, подвергающихся загрязнению, а также с большой долей молодых стадий личинок ручейников и хирономид, которые интенсивно расселяются в этот период по всему течению реки. Минимальные показатели таксономического богатства отмечены в створах у д. Речкино и на Залымском перекате, биомасса — у Залым-ского переката, плотности личинок ручейников — у Залымского переката и у п. Антипино. В меженный период (конец августа) различия в развитии зооперифитона между створами проявляются отчетливее (табл. 1).
Таблица 1
Основные параметры зооперифитона р. Туры в пределах г. Тюмени (меженный период)
Основные параметры, соотношение таксономических групп Пешеходный мост (182 км от устья) Залымский перекат (168 км от устья) п. Антипино — РЭБ флота (159-162 км от устья)
Средняя численность, экз./м2 81 637 119 340 7601
Средняя биомасса, г/м2 19,32 13,34 1,68
Число таксонов 16 9 9
Индекс Шеннона, бит/экз. 2,82 0,85 1,78
Биотический индекс Вудивисса 6 4 4
Урбанизированная территория. За два года в межень у пешеходного моста выявлено 16 таксонов, по численности (68 %) и биомассе (35 %) доминировали личинки хирономид (табл. 1, 2), в основном молодые стадии и Dicrotendipes nervosus (Staeg.). В предыдущий период (1990-1996 гг.) личинки ручейников присутствовали в зооперифитоне р. Туры, но не входили в доминирующий комплекс. В 2000 г. их доля составила 25 % суммарной биомассы. Основу создавали три вида — Hydropsyche ornatula McLach.., Neureclipsis bimaculata и Brachycentrus subnubilus Curt. В конце августа в створе у пешеходного моста отмечен интенсивный рост личинок ручейников (средневзвешенная длина личинок Hydropsyche ornatula в створе у д. Речкино составила 4,32, Верхний Бор — п. Метелево — 5,3, у пешеходного моста — 5,7 мм), в этот период только здесь встречены куколки ручейника H. ornatula, но все они были мертвы. Возможно, загрязнение стимулирует рост личинок ручейников, но нарушает механизмы метаморфоза насекомого, что и привело к гибели куколок.
Соотношение (%) основных групп зооперифитона р. Туры в пределах г. Тюмени (меженный период)
Основные группы Численность / биомасса
Пешеходный мост (182 км от устья) Залымский перекат (168 км от устья) п. Антипино — РЭБ флота (159-162 км от устья)
Олигохеты 14,6 / 2,7 89,7 / 45,0 65,7 / 11,9
Хирономиды 68,2 / 34,7 9,5 / 39,8 29,2 / 52,1
Ручейники 3,1 / 25,0 0,3 / 0,4 1,5 / 26,8
Поденки 2,4 / 7,5 0 0
В районе этого створа выявлено локальное воздействие загрязненного притока Туры — р. Тюменки. Выше ее впадения в зооперифитоне Туры обитают круглые и кольчатые черви, остракоды, личинки ручеников (2 вида), поденок, хирономид; основу численности составляют хирономиды (70 %), биомассы — ручейники (68 %). Ниже впадения Тюменки состав зооперифитона включал круглых и кольчатых червей, циклопов и личинок хирономид, олиго-хеты доминировали по численности (40 %) и биомассе (70,3 %).
В районе Залымского переката в осенний период отмечены низкое таксономическое богатство зооперифитона, минимальные значения индекса Шеннона, высокая численность, в основном за счет массового развития малоще-тинковых червей, преобладающих в перифитали как по численности (90 %), так и по биомассе (45 %) (табл. 2). Личинки ручейников в перифитоне представлены только молодыми особями.
В районе п. Антипино — РЭБ флота в межень отмечены минимальные значения плотности и биомассы зооперифитона (табл. 1). По численности доминировали олигохеты (66 %), по биомассе — личинки хирономид (52 %), в основном Polypedilum convictum (Walk.) и Dicrotendipes nervosus. Единично встречались личинки ручейника Brachycentrus subnubilus, с низкой для реки плотностью (112 экз./ м ).
В целом в пределах города отмечена тенденция: по мере продвижения от верхнего створа к нижнему в реке уменьшаются таксономическое разнообразие, плотность ручейников (2560—>381 —^112 экз./м2), личинок хирономид (55674—11284—2221 экз./м2), возрастает доля олигохет. По значениям индекса Вудивисса вода реки в створе у пешеходного моста относится к категории умеренно загрязненных, створы ниже по течению — к категории загрязненных вод. Значения индекса Гуднайта и Уитлея (доля олигохет от общей численности) позволяют отнести воду в створах к категориям: у пешеходного моста — очень чистые, у Залымского переката — очень грязные, у п. Антипино — РЭБ флота — грязные воды.
Сельхоззона. В районе пересечения рекой границы Тюменской и Свердловской областей (д. Речкино) в конце августа в перифитоне обнаружено 17 таксонов беспозвоночных (табл. 3), в том числе 9 видов хирономид и 2 — ручейников, поденка. Доминировали по численности личинки хирономиды Rheotanytarsus sp. (42 % численности), по биомассе — личинки ручейников (79 %) — Neureclipsis bimaculata и Brachycentrus subnubilus (табл. 4). В целом в створе существует стабильное сообщество, в котором по численности преобладают личинки хирономид, по биомассе — личинки ручейников, доля ма-лощетинковых червей невелика (6-13 % численности) (табл. 4).
Основные параметры зооперифитона р. Туры сельхоззоны (меженный период)
Основные параметры, соотношение таксономических групп д. Речкино (255 км от устья) Верхний Бор — п. Метелево (194197 км от устья) с. Дубровное (50 км от устья) с. Покровское (23 км от устья)
Средняя численность, экз./м2 77 129 23 169 48 349 18 923
Средняя биомасса, г/м2 28,54 15,73 22,55 38,25
Число таксонов 17 16 26 19
Индекс Шеннона, бит/экз. 2,5 3,1 3,2 2,9
Биотический индекс Вудивисса 6 6 6 5
Таблица 4
Соотношение (%) основных групп зооперифитона р. Туры сельхоззоны (меженный период)
Численность / биомасса
Соотношение основных групп д. Речкино (255 км от устья) Верхний Бор — п. Метелево (194-197 км от устья) с. Дубровное (50 км от устья) с. Покровское (23 км от устья)
Олигохеты Хирономиды Ручейники Поденки 5.7 / 0,6 81,6 / 16,0 9.7 / 79,1 1,1 /2,4 32,1 / 1,9 41.5 / 13,8 10.5 / 64,1 8,3 / 16,4 34.4 / 3,6 31.5 / 9,7 15,2 / 75,7 0,1 / 5,3 35,8 / 0,5 28,7 / 2,9 22,5 / 53,9 0,1 / менее 0,1
В районе п. Верхний Бор — п. Метелево в меженный период таксономическое разнообразие зооперифитона невысоко: 16 таксонов, в том числе 9 видов хирономид, 2 — ручейников, поденка. Численность и биомасса по сравнению с показателями для района д. Речкино ниже. В этот период, как и весной, по численности доминировали личинки хирономид и наидиды, по биомассе — личинки ручейников. По сравнению с предыдущим створом, в районе Верхнего Бора плотность олигохет выше (в 1,7 раза), личинок ручейников — ниже (в 3 раза).
На участке реки, расположенном значительно ниже города (у с. Дубровное) в зооперифитоне найдено 28 таксонов. Выделено три сообщества. На течении наиболее часто встречается сообщество с доминированием по биомассе ручейников (Hydropsyche ornatula — 38 % и Neureclipsis bimaculata — 23 %), оно не только богато качественно (26 таксонов), но отличается и наибольшей численностью и биомассой (77 244 экз./м2 и 26,68 г/м2). Доминирование по численности олигохет сем. Naididae свидетельствует о присутствии органического загрязнения. Реже встречается сообщество с доминированием мошек (36 % биомассы), число таксонов, по сравнению с трихоптероценозом, в нем меньше (16), ниже показатели плотности — 45 325 экз./м2 и биомассы — 10,35 г/м2. Наиболее низкие показатели качественного и количественного развития зооперифитона реки наблюдаются в сообществе хирономид (80 % суммарной численности и 83 % — биомассы), обитающем на участках реки со слабым течением. Здесь найдено всего 9 таксонов, при плотности 10 758 экз./м2 и биомассе — 2,38 г/м2 . Доминируют по численности и биомассе два вида — Cricotopus algarum Kieff. и C. silvestris (Fabr.). Доля олигохет невелика (14 % численности). Высокая плотность олигохет на течении свидетельствует о миграции органического вещества по руслу реки. В целом для зооперифитона этого участка характерно доминирование олигохет по численности, основу биомассы создают личинки ручейников (табл. 2).
На устьевом участке реки у с. Покровское (Покровский перекат) в зооперифитоне обнаружено 19 таксонов, в том числе 11 видов хирономид, 2 — ручейников, поденка и мшанка. Доминировали по численности олигохеты, личинки хирономид и ручейников (табл. 2). По биомассе преобладали личинки ручейников, в основном Hydropsyche ornatula и Neureclipsis bimaculata, и мшанка Plumatella fungosa (Pallas). В этом створе отмечены максимальные в осенний период значения индекса Шеннона, общей биомассы и плотности личинок ручейников.
Для р. Туры в пределах сельхозугодий отмечено увеличение вниз по течению в зооперифитоне доли олигохет и ручейников, снижение доли личинок хирономид. Эти участки реки относятся по показателям индекса Вудивисса к категории умеренно загрязненных, а по индексу Гуднайта и Уитлея — к очень чистым и чистым водам.
Для участка реки, подверженного влиянию города, наименьшие значения таксономического богатства, индекса Шеннона, общей численности и плотности личинок ручейников, биомассы отмечены на Залымском перекате и у п. Антипино — РЭБ флота (табл. 1, 2). На первом наблюдали вспышку численности олигохет — возможно сильное органическое загрязнение. На втором участке для зооперифитона выявлены крайне низкие значения общей плотности и биомассы, что может свидетельствовать о его угнетении в результате токсического загрязнения в этом створе Туры. Для зооперифитона реки в пределах сельхозугодий характерно высокое таксономическое богатство, доминирование по биомассе личинок ручейников, по численности — личинок хирономид (до города), олигохет (ниже города). Высокое таксономическое разнообразие, присутствие индикаторов чистых вод — личинок поденок и ручейников, которые входят в доминирующий комплекс, позволяют считать, что р. Тура за пределами города находится в благополучном состоянии.
Для р. Туры выявлено два основных фактора, влияющих на состав и структуру зооперифитона,— течение и антропогенное загрязнение. На течении на чистых или слабозагрязненных участках наибольшее значение имеют личинки хирономид и ручейников, на участках с замедленным течением — хирономиды. Под влиянием загрязнения наибольшее значение в перифитоне приобретают олигохеты и хирономиды.
ЛИТЕРАТУРА
Шарапова Т. А. Зооперифитон водоемов Западной Сибири (состав и структура сообществ): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Борок, 1998. 19 с.
Шарапова Т. А. Структура зооперифитона водоемов системы р. Туры сельскохозяйственной зоны // Проблемы взаимодействия человека и природной среды. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2002а. Вып. 3. С. 98-100.
Шарапова Т. А. Фауна обрастаний водоемов и водотоков // Тюмень начала XXI века. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2002б. С. 255-262.
ИПОС СО РАН, г. Тюмень
T. A. Sharapova
ON STUDYING SPATIAL AND TEMPORAL STRUCTURE OF ZOOPERIPHYTON
FROM THE TURA RIVER
The article cites data on development degree and structure of zooperiphyton from the Tura river within 10-year period at certain sections of the lower current, affected both by urbanized territory and farming lands.
