CC BY
48
УДК 574.5; 577.472
О.И.Вандыш
ОСОБЕННОСТИ ОТВЕТНЫХ РЕАКЦИЙ ЗООПЛАНКТОННОГО СООБЩЕСТВА НА ВОЗДЕЙСТВИЕ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА И ПОДОГРЕТЫХ ВОД АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ (НА ПРИМЕРЕ СУБАРКТИЧЕСКОГО ОЗЕРА ИМАНДРА)
Аннотация
Дана оценка современного экологического состояния районов оз.Имандра, подверженных влиянию сточных вод медно-никелевого (губа Монче), апатит-нефелинового (губа Белая) производств, подогретых вод Кольской АЭС (губа Молочная), и условно-фонового района (восточный и западный участки плеса Бабинская Имандра). Определены наиболее информативные показатели, характеризующие ответную реакцию зоопланктонного сообщества на воздействие сточных вод предприятий горнопромышленного комплекса и подогретых вод атомных электростанций. Показано, что качественные характеристики и количественные показатели зоопланктона имеют определенную специфику в зависимости от степени загрязнения водоема и хорошо отражают различия условий его существования в отдельных участках.
Ключевые слова:
озеро Имандра, зоопланктон, мониторинг, информативные показатели сообщества. O.I.Vandysh
THE PECULIARITIES OF ZOOPLANKTON COMMUNITY RESPONSES
TO THE INFLUENCE OF THE MINING COMPLEX WASTEWATER AND THE WARM WATER
OF NUCLEAR POWER PLANTS (BY THE EXAMPLE OF THE SUBARCTIC LAKE IMANDRA)
Abstract
The current ecological state of the natural part of lake Imandra (Eastern and Western parts of Babinskaya Imandra) and the lake areas, affected by the waste water of copper-nickel (Monche-Guba) and apatite-nepheline (Belaya Guba) clear Power Plant warm water, is assessed. The most informative indices of zooplankton community responses to the influence of the waste water and nuclear power plant warm water are determined. The zooplankton qualitative and quantitative characteristics depend on the water contamination level and give a good discription of different conditions for its existence in the individual lake sections.
Key words:
Lake Imandra, zooplankton, monitoring, informative indices of community.
Введение
Усиление антропогенного воздействия приводит к качественному изменению водной среды, на которое гидробионты реагируют изменением видового состава, численности, морфологии и биологии. В связи с этим необходима организация контроля за качеством поверхностных вод и населяющих их гидробионтов. Качество воды формируется биотой, ее способностью осуществлять процессы продуцирования и самоочищения вод. Биота - естественный материальный носитель качества воды, и ее изменения позволяют судить о степени антропогенного воздействия на экосистемы (Балушкина, 2006). Зоопланктонное сообщество - часть экосистемы озера, тесно связанная со всеми остальными его звеньями и отражающая общее состояние водоема, - служит надежным индикатором качества вод. Усиление антропогенного воздействия приводит к изменению условий существования организмов, что отражается на видовом составе, количественных показателях, соотношении отдельных таксономических групп, структуре популяций зоопланктеров.
На Кольском п-ове примером многолетнего комплексного загрязнения является субарктическое оз.Имандра, на берегах которого сосредоточены предприятия горно-металлургической, обогатительной, химической промышленности и атомной энергетики, построены города и поселки, проживает более 300 тыс. человек, что составляет примерно 35% общего числа жителей Мурманской области (Моисенко и др., 2009). Комплексный характер антропогенного воздействия на водоемы Кольского региона, в том числе и на оз.Имандра, существенно затрудняет выявление наиболее информативных показателей зоопланктона как компонента экологической экспертизы и оценку влияния на сообщество отдельных факторов (техногенного загрязнения, эвтрофирования и др.). Однако, как отмечает Ю.Одум (1986), «...не все возможные факторы среды одинаково важны в каждой данной ситуации и для каждого данного вида организмов».
В диагностических целях чаще используют структурные, а не функциональные характеристики, что связано с методическими трудностями их получения (Андроникова, 1988). В связи с увеличением числа типологических показателей очень важна оценка их информативности при исследовании конкретных водоемов (Андроникова, 1996).
Цель работы - выявить особенности ответных реакций зоопланктонного сообщества оз.Имандра на воздействие сточных вод медно-никелевого (губа Монче), апатит-нефелинового (губа Белая) производств, подогретых вод Кольской АЭС (губа Молочная) и дать оценку их современного экологического состояния.
Материал и методы исследований
Озеро Имандра - самый крупный водоем на Кольском п-ове. Длина - 109 км, средняя ширина - 3.2 км, площадь с островами - 880.5 км2, средняя глубина - 13 м, объем воды - 10.9 км3. Площадь водосбора составляет 12300 км2 и представлена 1379 водотоками. Из озера вытекает р.Нива. Озеро состоит из трех в значительной степени обособленных плесов: Большой, Йокостровской и Бабинской Имандры, соединяющихся между собой узкими проливами - салмами.
В зависимости от вида антропогенной нагрузки на водосборы озер Т.И.Моисеенко и В.А.Яковлевым (1990) было предложено зонирование крупных озер по градиенту нагрузок. На акватории оз.Имандра выделено 9 зон (рис.1): И-1 - губа Монче, зона влияния сточных вод медно-никелевого производства (ГМК «Североникель»); И-2 - северная часть плеса Большая Имандра, зона влияния стоков горнорудного производства (Оленегорский ГОК), смешанных со стоками медно-никелевого производства; И-3 - губа Белая, зона влияния сточных вод апатит-нефелинового производства (ОАО «Апатит»); И-4 - южная часть плеса Большая Имандра, зона смешения всех вышеназванных стоков; И-5 - северная часть плеса Йокостровская Имандра, зона транзитного потока; И-б - южная часть плеса Йокостровская Имандра, зона формирования стока из оз.Имандра; И-7 - губа Молочная, зона влияния подогретых вод Кольской АЭС; И-8 и И-9 - восточный и западный участки плеса Бабинская Имандра, наиболее отдаленные и не испытывающие прямого загрязнения.
Отбор проб зоопланктона в оз.Имандра проводился методом экспресс-съемок в губах Монче (30.07.1996, 27.07.1998, 07.08.2003, 14.08.2006 гг.),
Белая (30.07.1996, 23.07.1998, 13.08.2003, 14.08.2006 гг.), Молочная
(28.07.1996, 29.07.1998, 14.08.2003, 12.08.2006 гг.) и условно-фоновом
контрольном районе (27.07.1996, 30.07.1998, 14.08.2003, 17.08.2006 гг.).
Рис. 1. Карта-схема оз.Имандра и размещения точек отбора проб и промышленных производств на ее берегах:
1 - точки отбора проб; 2 - населенные пункты; 3 - рудники; 4 - промышленные предприятия; 5 - Кольская АЭС
Количественные пробы отбирали батометром (объем 2 л) от поверхности до дна через 1 м с выделением слоев: поверхность-2 м; 2-5 м, 5-10 м, 10-дно. Интегральные пробы с каждого слоя профильтровывали через качественную сеть Апштейна (сито № 70) в бутылки с плотными резиновыми пробками. Для установления видового состава зоопланктона производили тотальный лов той же сетью, для фиксации использовали 4%-й формалин.
Обработка проб и необходимые расчеты проводились согласно общепринятым методикам гидробиологического мониторинга (Руководство..., 1992). Расчет индивидуальной массы организмов выполнен на основе уравнения зависимости между длиной и массой тела планктонных коловраток и ракообразных (Ruttner-Kolisko, 1977; Балушкина, Винберг, 1979). Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программ STATISTICA 6.0.
Результаты исследований
В работе рассмотрены зоны оз.Имандра И-1, И-3, И-7, подверженные техногенному воздействию, и условно-фоновый (контрольный) район И-8+И-9, не испытывающий прямого загрязнения. Таксономический состав зоопланктонного сообщества вышеуказанных зон приведен в табл.1. Гидрохимические показатели, отражающие состояние исследованных районов озера в разные периоды, представлены в табл.2.
Условно-фоновый (контрольный) район (И-8+И-9). В период гидробиологического лета 1996, 1998, 2003, 2006 гг. в данной акватории озера было зарегистрировано 29 таксонов видового ранга: Rotatoria - 10, Cladocera - 10, Copepoda - 9 (табл.1). Доминировали A. priodonta, K. cochlearis, K. quadrata, K. longispina, N. caudatа, B. obtusirostris. Количественные показатели численности и биомассы зоопланктонного сообщества варьировали в пределах
7.80-113.95 тыс. экз/м3 и 0.21-0.70 г/м3 соответственно, что значительно ниже, чем в наиболее загрязненных зонах оз.Имандра (И-1, И-3).
Анализ наиболее информативных структурных показателей зоопланктона (рис.2, табл.3) выявил: процентное соотношение основных таксономических групп Rotatoria, Cladocera и Copepoda в величине общей численности свидетельствует о преобладании коловраток - видов, устойчивых к воздействию загрязнения; по биомассе в разные периоды исследований превалировали коловратки, ветвистоусые и веслоногие рачки; показатели общей численности и биомассы невысоки и характерны для холодноводных олиготрофных озер Кольского региона (исключение - июль 1996 г., когда отмечалось массовое развитие коловраток); индекс видового разнообразия Шеннона по численности H(N) варьировал от 1.70 до 3.01 бит/экз.; отношение показателя BCrust/BRot более 1, что отражает доминирование ракообразных над коловратками (за исключением августа 2006 г.); отношение показателя NClad/NCop в июле 1996 и 1998 гг. более 1, что говорит о преобладании кладоцер; в августе 2003 и 2006 гг. этот показатель был менее 1 (превалировали копеподы); отношение В3/В2 в июле 1996 и 1998 гг. менее 1 (мирные фильтраторы преобладали над хищными формами), августе 2003 и 2006 гг. наблюдалась обратная картина; величина средней индивидуальной массы (w=B/N) зоопланктера сообщества (0.006-0.021 мг) характерна для водоемов олиготрофного типа.
Гидрохимические показатели в данной зоне озера не превышают фоновых значений (табл.2), она является наиболее чистой в экологическом отношении.
Губа Монче (И-1), представляющая собой узкий залив длиной около 10 км в западной части плеса Большая Имандра, испытывает воздействие сточных вод медно-никелевого производства. Сточные воды ГМК «Североникель», поступающие в губу Монче по р.Нюдуай, содержат значительное количество тяжелых и других металлов, взвесей, сульфатов, хлоридов, флотореагентов, нефтепродуктов и других загрязняющих веществ. Приоритетными загрязнителями поверхностных вод с токсическим эффектом являются тяжелые металлы - никель и медь, сопутствующими - биогенные элементы и органические вещества. В периоды исследований 1996, 1998, 2003, 2006 гг. отмечалось снижение антропогенной нагрузки, что было связано со спадом развития промышленного производства и сокращением объема промышленных стоков (табл.2).
В данной зоне озера было обнаружено 37 таксонов организмов: Rotatoria - 16, Cladocera - 11, Copepoda - 10 (табл.1). Доминировали A. priodonta, K. cochlearis, K. quadrata, N. caudata, B. obtusirostris. Общая численность и биомасса организмов в периоды исследований составляли 66.90-346.30 тыс. экз/м3 и 0.60-1.50 г/м3 соответственно.
Таблица 1
Таксономический состав зоопланктона оз.Имандра в периоды отбора проб в зонах техногенного воздействия и условно-фоновом (контрольном) районе (июль-август 1996, 1998, 2003, 2006 гг.)
Таксон Зоны оз.Имандра
И-1 И-3 И-7 И-8+И-9
1 2 3 4 5
Rotatoria
Asplanchna priodonta Gosse + + + +
Bipalpus hudsoni (Imhof) + + + +
Brachionus calyciflorus Pallas + + + -
Brachionus sp. + - - -
Collotheca sp. - - + -
Conochilus unicornis Roussellet + + + +
Epiphanes sp. + - - -
Euchlanis dilatata Ehrenberg + + + -
Filinia longiseta (Ehrenberg) + + + -
Kellicottia longispina (Kellicott) + + + +
Keratella cochlearis Gosse + + + +
K. hiemalis Carlin + + - +
K. quadrata (Muller) + + + +
Notholca caudata Carlin + + + +
Notholca sp. - + - -
Polyarthra sp. + + + +
Synchaeta pectinata Ehrenberg - + - -
Synchaeta sp. + + + +
Trichocerca sp. - + - -
Rotatoria sp. + + + -
Trichotria sp. - + - -
Cladocera
Alona affinis Leydig + - + -
A. quadrangularis (Muller) - - - +
Alona sp. - - + -
Alonella nana Baird - - + -
Alonopsis elongata Sars - + - -
Bosmina coregoni Baird + - - -
B. obtusirostris Sars + + + +
Bosmina sp. - - + -
Bythotrephes cederstromii Schoedler + - + +
B. longimanus Leydig - - + +
Chydorus sphaericus (O.F. Muller) + - - -
Chydorus sp. + - - -
Daphnia cristata G.O. Sars + - + +
D. hyalina Leydig - + - -
D. longiremis G.O. Sars - + + -
D. longispina O.F. Multar + + - -
Eurycercus lamellatus (Muller) - - + +
Holopedium gibberum Zaddach + + + +
1 2 3 4 5
Leptodora kindtii (Focke) - - + +
Pleuroxus sp. + + - -
Polyphemus pediculus (L.) + - + +
Rhynchotalona sp. - - + -
Scapholeberis mucronata (O.F. Multer) - - - +
Copepoda
Acanthocyclops gigas (Claus) + + + -
A. vernalis (Fischer) - + - -
A. viridis (Jurine) + - + +
Acanthocyclops sp. + + + +
Cyclops scutifer Sars + + + +
C. strenuus Fischer + - + -
C. vicinus Uljanin + + + +
Cyclops sp. + + + +
Eudiaptomus gracilis (Sars) + - - +
E. graciloides (Lilljeborg) - + + -
Heterocope appendiculata Sars + + + +
Mesocyclops leuckarti (Claus) + + + +
Mesocyclops sp. - - - +
Всего 37 34 38 30
А
120
о
и
и
о
н
о
S
100
80
б0 -
40
20 -
1
0
Рис.2. Динамика показателей численности (А) и биомассы (Б) зоопланктона в условно-фоновом (контрольном) районе оз.Имандра (И-8+И-9)
Концентрации основных ионов, БЭ и микроэлементов в различные периоды исследований
Пока- Фоновые 1983-1992 гг. 1996-2006 гг.
затель значения И-1 И-3 И-1 И-3 И-7 И-8+И-9
№+, 5.4-6.7 23.2±11.9 21.9±3.9 12.3±1.7 15.9±0.9 7.1±0.4 6.4±0.3
мг/л 3.7-51.9 17.0-34.6 8.5-16.5 13.3-17.5 6.9-8.5 5.4-6.7
К+, 1.3-1.5 1.7±0.6 4.7±2.0 2.1±0.2 2.9±0.2 1.5±0.06 1.3±0.04
мг/л 0.5-3.0 2.9-10.9 1.4-2.3 2.5-3.4 1.4-1.6 1.3-1.5
С1-, 1.4-1.8 10.4±9.9 8.3±2.2 4.7±0.3 5.2±0.3 2.7±0.1 2.3±0.6
мг/л 1.0-48.0 1.5-12.8 3.8-5.5 4.5-58 2.4-2.9 2.1-2.8
Pобщ, 1.0-8.0 32.0±21.0 35.0±47.0 13.5±3.4 53.7±11.1 5.2±1.1 4.2±1.4
мкг/л 5.0-76.0 2.0-176.0 3.5-18.5 10.5-57.0 1.0-6.0 1.0-8.0
Nобщ, 94.0-142.0 .0 6. .0 4. 3 792.0±749.0 187.8±19.4 .8 0. Я О 6. 6 3 126.2±12.3 120.0±11.7
мкг/л 164.0-813.0 180.0-1925.0 125.0-207.0 341.0-433.0 96.0-156.0 94.0-142.0
N1, 1.0 82.0±36.0 28.0±18.0 16.4±4.3 7.6±2.1 2.1±0.3 2.1±0.4
мкг/л 6.0-150.0 4.0-63.0 5.9-24.0 6.2-15.5 1.4-2.8 1.9-3.8
Си, 1.0 28.0±36.0 9.0±10.0 6.6±1.4 5.0±1.2 2.6±0.2 2.4±1.1
мкг/л 0-165.0 2.0-45.0 3.4-9.5 3.7-9.1 2.3-3.2 2.1-6.7
8г, 26.0 33.0±12.0 78.0±28.0 40.7±7.0 66.0±6.6 49.3±6.2 46.7±5.2
мкг/л 15.0-53.0 53.0-149.0 27.5-61.0 50.5-82.0 34.0-64.0 39.5-63.0
А1, 30.0 26.0±14.0 82.0±108.0 28.3 ± 3.6 85.5±12.3 14.5±2.0 17.0±2.6
мкг/л 9.0-51.0 15.0-540.0 25.5-41.5 53.0-113.0 11.3-20.5 10.7-22.5
Ре, 34.0 29.0±18.0 60.0±127.0 28.6±6.7 45.6±5.3 14.0±3.2 14.7±1.8
мкг/л 10.0-70.0 6.0-645.0 17.0-46.5 27.0-49.5 9.8-21.0 10.9-19.5
Мп, 5.6 17.0±11.0 13.0±9.0 10.8±2.3 16.9±1.4 1.8±0.2 1.4±0.3
мкг/л 4.0-38.0 5.0-41.0 9.5-19.6 13.2-19.5 1.5-2.5 0.9-2.1
2п, 2.0 19.0±28.0 17.0±13.0 2.4±0.7 2.3±0.4 1.8±0.2 2.1±0.3
мкг/л 5.0-113.0 1.0-57.0 1.2-4.5 0.9-2.8 1.4-2.1 1.1-2.3
ПРИМЕЧАНИЕ. В числителе - среднее и среднеквадратичное отклонение, в знаменателе - минимальное и максимальное значения. 1983-1992 гг. - данные из работы (Т.И.Моисеенко и др., 2009), 1996-2006 гг. - собственные данные.
Таблица 3
Структурные показатели зоопланктонного сообщества в условно-фоновом (контрольном) районе оз.Имандра
Показатель Июль 1996 г. Июль 1998 г. Август 2003 г. Август 2006 г.
-ЛRot:-ЛC1ad:-ЛCop, % 87:8:5 46:37:17 63:11:26 86:1:14
BRot:Bсlad:Bсop, % 50:32:18 16:56:28 24:14:62 26:1:74
Численность, тыс. экз/м 113.95 12.10 7.80 43.40
Биомасса, г/м3 0.70 0.21 0.21 0.50
Индекс Шеннона по численности, бит/экз. 2.70 2.80 3.01 1.70
ВСгшЛ/ВЛ 1.01 5.30 3.20 0.01
Лсы/Лсор 1.70 2.10 0.40 0.04
В3/В2 0.60 0.50 1.90 3.90
Средняя индивидуальная масса особи, мг 0.006 0.019 0.021 0.010
ПРИМЕЧАНИЕ. Здесь и далее в таблицах ЛгКо4, ЛСщ, Ло,р - численность коловраток, кладоцер, копепод; Вм, Всы, ВСор, ВСгай - биомасса коловраток, кладоцер, копепод, ракообразных; В2, В3 - биомасса «мирного» и хищного зоопланктона соответственно.
Анализ наиболее информативных структурных показателей зоопланктона (рис.3, табл.4) выявил: процентное соотношение основных таксономических групп Rotatоria, С^осега и Copepoda в величине общей численности и по биомассе на протяжении всего периода исследований свидетельствует о преобладании коловраток - видов, типичных индикаторов загрязнения; показатели общей численности и биомассы достаточно высоки по сравнению с условно-фоновым районом, что характеризует ответную реакцию зоопланктона на воздействие сточных вод медно-никелевого производства; индекс видового разнообразия Шеннона по численности Н(Л) выше по сравнению с условно-фоновым районом (1.90-3.02 бит/экз.), что говорит об увеличении видового разнообразия сообщества за счет развития устойчивых к загрязнению коловраток; показатель 5^/5^ менее 1, что свидетельствует о доминировании коловраток на протяжении всего периода исследований; показатель -Л^ы/Мзор менее 1, что отражает превалирование веслоногих ракообразных из группы Сyclopoida; отношение В3/В2 менее 1, что говорит о преобладании мирных фильтраторов над хищными формами (за исключением июля 1998 г.); величина средней индивидуальной массы (^=В/Л) зоопланктера сообщества - 0.002-0.012 мг, что отражает доминирование форм, имеющих мелкие размеры (коловраток).
А
400 350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 -0 —
Б
1,8 -1,6 -3 1,4 -
^ 1,2 -
3 1 -
сЗ 0,8 -
§ 0.65 0,4 -
0,2 -0 -
I I ■
30.VII.1996
27.VII.1998
07.Vin.2003
14.VHI.2006
IRotatoria 0Cladocera □Cyclopoida ПCalanoida
Рис. 3. Динамика показателей численности (А) и биомассы (Б) зоопланктона в зоне влияния сточных вод медно-никелевого производства (И-1)
Структурные показатели зоопланктонного сообщества в зоне влияния сточных вод медно-никелевого производства (И-1)
Показатель Июль 1996 г. Июль 1998 г. Август 2003 г. Август 2006 г.
ЛRot:Лсlad:Лсop, % 97:1:2 92:2:6 88:5:7 98:1:1
BRot:BClad:BCop, % 91:4:5 67:6:27 70:7:23 88:10:2
Численность, тыс. экз/м 346.30 93.70 66.90 257.20
Биомасса, г/м3 1.50 0.91 0.81 0.60
Индекс Шеннона по численности, бит/экз. 2.50 2.40 3.02 1.90
BCrast/BRot 0.10 0.51 0.40 0.10
0.40 0.40 0.71 0.60
В3/В2 0.90 1.40 0.97 0.90
Средняя индивидуальная масса особи, мг 0.004 0.011 0.012 0.002
Губа Белая (И-3) после отсечения части ее акватории дамбой с целью складирования там отходов апатитонефелиновых обогатительных фабрик (АНОФ) ОАО «Апатит» (хвостохранилище) представляет собой довольно узкий залив. ОАО «Апатит» с 1930 г. в восточную часть оз.Имандра сбрасывает по р.Белой сточные воды, содержащие тысячи тонн взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, десятки тонн фосфора, нефтепродуктов и других загрязняющих веществ, применяемых в процессе флотации апатитонефелиновых руд (ОП-4, талловые масла и др.). В период спада объемов промышленного производства и уменьшения антропогенной нагрузки на оз.Имандра (с 1993 г.) снизилась концентрация основных загрязняющих веществ (табл.2): общего азота с 792.0±749.0 до 366.0±20.8, никеля с 28.0±18.0 до 7.6 ±2.1, цинка с 17.0±13.0 до 2.3±0.4 мкг/л.
В период гидробиологического лета 1996, 1998, 2003, 2006 гг. непосредственно вблизи источника загрязнения сточными водами апатитонефелиновых фабрик было выявлено 34 таксона видового ранга: Rotatoria - 18, Cladocera - 7, Copepoda - 9 (табл. 1). Преобладали A. priodonta, K. cochlearis, K. quadrata, K. longispina. Величины общей численности и биомассы в периоды исследований варьировали в пределах
35.80-491.10 тыс. экз/м3 и 0.30-3.40 г/м3 соответственно.
Анализ наиболее информативных структурно-функциональных показателей зоопланктона (рис.4, табл.5) выявил: процентное соотношение основных
таксономических групп Rotatoria, Cladocera и Copepoda в величине общей численности на всем протяжении периода исследований свидетельствует о преобладании коловраток - видов, устойчивых к воздействию загрязнения; по биомассе также доминировали коловратки (за исключением августа 2003 г.); индекс видового разнообразия Шеннона по численности H(N) варьировал в пределах 1.97-2.96 бит/экз.; показатели общей численности и биомассы значительно превышают таковые в условно-фоновом районе, что характеризует ответную реакцию зоопланктона на воздействие сточных вод апатитонефелиновых обогатительных фабрик; показатель BCrust/BRot менее 1, что свидетельствует о доминировании коловраток (за исключением августа 2003 г.); показатель NClad/NCop также менее 1, что отражает превалирование веслоногих ракообразных над ветвистоусыми; отношение В3/В2 менее 1, что говорит о преобладании мирных фильтраторов над хищными формами (за исключением августа 2003 г., когда превалировали хищные циклопоиды); величина средней индивидуальной массы (w=B/N) зоопланктера сообщества - 0.001-0.018 мг, что отражает доминирование коловраток, имеющих мелкие размеры.
600
300
200
1
I
500 -
400 -
100 -
0
Б
4 п
3,5 ^ Н
'l 2,5 cd
° 2
О 2
оЗ
Б 1,5 ] О
S I J
W 1 1
0,5 ■ 0
30.VII.1996 27.VII.1998 13.VIII.2003 14.VIII.2006
■ Rotatoria Ы Cladocera □ Cyclopoida П Calanoida
Рис. 4. Динамика показателей численности (А) и биомассы (Б) зоопланктона в зоне влияния сточных вод апатитонефелиновых обогатительных фабрик (И-3)
Таблица 5
Структурные показатели зоопланктонного сообщества в зоне влияния сточных вод апатитонефелиновых обогатительных фабрик (И-3)
Показатель Июль 1996 г. Июль 1998 г. Август 2003 г. Август 2006 г.
ЛRot:Лсlad:Лсop, % 97:1:3 98:1:1 77:9:14 97:2:1
BRot:Bсlad:Bсop, % 92:1:7 96:1:3 15:59:26 54:45:1
Численность, тыс. экз/м3 491.10 326.50 35.80 232.90
Биомасса, г/м3 3.40 2.80 0.60 0.30
Индекс Шеннона по численности, бит/экз. 2.90 1.97 2.96 2.29
BCrust/BRot 0.10 0.04 6.50 0.90
Лсlad/ЛCop 0.10 0.90 0.65 -
Bз/B2 0.99 0.90 2.80 0.20
Средняя индивидуальная масса особи, мг 0.007 0.008 0.018 0.001
Обильное развитие зоопланктона в данном районе озера в летние периоды связано с процессом эвтрофирования, вызванным достаточно высокими концентрациями в воде биогенных элементов (Nq64 341.0-433.0, Робщ 10.5-57.0 мкг/л) (табл.2) при сопутствующем техногенном загрязнении неорганической взвесью (2.0-10.0 мг/л).
На берегах оз.Имандра с 1974 г. функционирует Кольская АЭС на прямоточной системе охлаждения. Для охлаждения своих агрегатов она забирает воды из Йокостровской Имандры и сбрасывает в подогретом на 8-12 С состоянии в наиболее чистый плес - Бабинскую Имандру. В зависимости от нагрузки станции объем подогретых вод составляет 40-80 м3/с, т.е. теплая река вливается в холодноводное озеро, создавая отличные от природных условия с повышенной температурой воды и со специфичными биоценозами (Моисеенко, 1997). Общая площадь обогреваемой зоны (И-7) около 25 км2. В поток более загрязненных подогретых вод из Йокостровской Имандры добавляются токсичные хозбытовые стоки самой станции (Моисеенко, Яковлев, 1990).
За период исследований 1996, 1998, 2003, 2006 гг. в зоне влияния подогретых вод Кольской АЭС было выявлено 38 таксонов организмов: Rotatoria - 14, Cladocera - 14, Copepoda - 10 (табл.1). Доминировали K. cochlearis, K. longispina, B. obtusirostris, Cyclops sp. Общая численность и биомасса зоопланктона составляли 17.01-87.01 тыс. экз/м3 и 0.20-1.10 г/м3 соответственно.
Анализ наиболее информативных структурных показателей зоопланктона (рис.5, табл.6) показал: процентное соотношение основных таксономических групп Rotatoria, Cladocera и Copepoda в величине общей численности свидетельствует о преобладании коловраток; по биомассе в июле 1996 и 1998 гг. превалировали коловратки, в августе 2003 г. - копеподы, 2006 г. - кладоцеры; показатели общей численности и биомассы невысоки и характерны для озер Кольского региона; индекс видового разнообразия Шеннона по численности H(N) варьировал в пределах 2.1-2.9 бит/экз; показатель BCrust/BRot более 1 на протяжении всего периода исследований, что свидетельствует о преобладании ракообразных над коловратками; показатель NCiad/NCop был менее 1 в июле 1996 и августе 2003 гг. (преобладали веслоногие ракообразные) и более 1 в июле 1998 и августе 2006 гг. (превалировали ветвистоусые рачки); показатель BCycl/BCal более 1, что отражает доминирование циклопоид над каланоидами; отношение В3/В2 менее 1 в июле 1996 и 1998 гг. (мирные фильтраторы преобладали над хищными формами); в августе 2003 и 2006 гг. этот показатель был более 1 (превалирование хищных над мирными); величина средней индивидуальной массы (w=B/N) зоопланктера сообщества варьировала в пределах 0.013-0.016 мг, что сравнимо с условно-фоновым районом.
Также и по гидрохимическим параметрам (табл.2) данная акватория озера приближается к условно-фоновому району.
100
80
60
40
20
0
Б
1,2 -| 1 -
28.VII.1996 29.VII.1998 14.VIII.2003 12.VIII.2006
■ Rotatoria □ Cladocera DCyclopoida Ш Calanoida
Рис.5. Динамика показателей численности (А) и биомассы (Б) зоопланктона в зоне влияния подогретых вод Кольской АЭС (И-7)
Таблица 6
Структурные показатели зоопланктонного сообщества в зоне влияния подогретых вод Кольской АЭС (И-7)
Показатель Июль, 1996 г. Июль, 1998 г. Август, 2003 г. Август, 2006 г.
ЛRot:Лсlad:Лсop, % 72:12:16 76:13:11 82:1:17 80:11:9
BRot:BClad:BCop, % 48:29:23 46:43:11 10:2:88 9:89:2
Численность, тыс. экз/м3 87.01 34.10 17.01 45.50
Биомасса, г/м3 1.10 0.51 0.20 0.71
Индекс Шеннона по численности, бит/экз. 2.90 2.81 2.11 2.80
BCrust/BRot 1.10 1.21 8.60 9.91
ЛClad/-ЛCop 0.71 1.31 0.10 1.20
0.81 0.90 5.41 3.10
Средняя индивидуальная масса особи, мг 0.013 0.014 0.013 0.016
Обсуждение результатов
Таксономическая структура. В удаленном от источников загрязнения условно-фоновом (контрольном районе) (И-8+И-9) оз.Имандра доминируют эврибионтные виды. Возрастает доля организмов-фильтраторов - наиболее ценных в кормовом отношении крупных ветвистоусых (B. obtusirostris, D. cristata, H. gibberum) и веслоногих (M. leuckarti, E. gracilis) ракообразных в величине общей численности и биомассы. Следует отметить обильное развитие чувствительных к загрязнению активных «грубых» фильтраторов каланоид (E. gracilis, H. appendiculata), играющих значительную роль в процессе самоочищения воды, что не было характерно для наиболее загрязненных районов озера (И-1, И-3).
В губе Монче (И-1), где отмечается загрязнение вод тяжелыми металлами и эвтрофирование, в величине общей численности и биомассы преобладали типичные индикаторы загрязнения - коловратки (A. priodonta, K. cochlearis, K. quadrata, N. caudatа). Доля ветвистоусых рачков (кладоцер), чувствительных к воздействию тяжелых металлов, была незначительной. Численность веслоногих ракообразных (циклопоид и каланоид), хотя и менее чувствительных к тяжелым металлам благодаря наличию у них более прочного хитинового покрова, также была низкой. Наиболее чувствительные к загрязнению каланоиды E. gracilis и H. appendiculata встречались единично.
Обильное развитие зоопланктона в данном районе озера, по-видимому, связано с параллельно идущим процессом эвтрофирования, развивающимся за счет высоких концентраций биогенных элементов (Nq64 125.0-207.0 мкг/л, Робщ 3.5-18.5 мкг/л) (табл.2), которые снижают токсичность тяжелых и других металлов, что согласуется с литературными данными (Дубровина и др., 1991).
В губе Белой (И-3), где выявлены комбинированные эффекты эвтрофирования и загрязнения вод минеральной взвесью, происходит замена «тонких» фильтраторов Bosmina и Daрhnia, характерных для водоемов с повышенным уровнем трофии и не способных отфильтровывать крупные частицы взвешенных органических веществ, на хищных веслоногих циклопов (M. leuckarti, A. gigas) при общем преобладании коловраток (A. priodonta, K. cochlearis, K. quadrata, К longispina). Не были обнаружены ранее обычные в оз.Имандра ветвистоусые ракообразные D. cristata, B. cederstromii, B. longimanus. Известно, что коловратки, благодаря смешанному характеру питания, менее чувствительны по сравнению с кладоцерами к условиям высоких концентраций неорганической взвеси (Gliwicz, 1969; Телеш, 1996). Циклопоиды, обладая прочными хитиновыми покровами и имея хищный тип питания, также более устойчивы к воздействию токсикантов. Чувствительные к загрязнению активные «грубые» фильтраторы каланоиды (E. gracilis), изымающие из толщи воды крупные частицы взвешенных органических веществ, были отмечены единично, что свидетельствует о снижении биофильтрационной активности зоопланктона в данном районе озера.
В зоне влияния подогретых вод Кольской АЭС (И-7) отмечается увеличение доли чувствительных к загрязнению ветвистоусых и веслоногих ракообразных. Влияние Кольской АЭС сводится к следующим основным видам воздействия: тепловому, гидродинамическому и гидрохимическому. Все они ведут к изменениям в биоте обогреваемого участка. В результате работы АЭС в водную среду поступают вещества техногенного происхождения, которые, наряду с подогревом, воздействуют на водные организмы, заметно нарушая экосистему оз.Имандра. Принципиальное отличие теплового воздействия от техногенного загрязнения и эвтрофирования водоемов, по мнению Ф.Д.Мордухай-Болтовского (1975), заключается в том, что в первом случае в водоемы поступает тепло (энергия), а в остальных - вещество. Тепло не аккумулируется в водоемах и не передается по трофическим цепям. Существенно отличается и период последействия. После прекращения сброса теплых
вод за время, необходимое на перераспределение субстратов, восстанавливаются даже полностью уничтоженные высокими температурами биоценозы.
Доминировали K. cochlearis, K. longispina, B. obtusirostris, Cyclops sp. В качестве негативного эффекта следует отметить гибель и травмирование части крупных, имеющих выросты ракообразных (Daphnia, Bosmina, Cyclops, Leptodora, Bythotrephes) при прохождении через охладительную систему Кольской АЭС и влияние сложной гидродинамической ситуации, обусловленной высокой степенью перемешивания и проточностью водных масс в устье сбросного канала и в подогреваемой зоне озера.
Количественные показатели. Анализ количественных показателей зоопланктонного сообщества в периоды исследований 1996, 1998, 2003 и 2006 гг. выявил, что значения численности и биомассы были стабильно высокими в зонах И-1 и И-3, испытывающих интенсивную техногенную нагрузку. Исключение составляют зоны И-7 и И-8+И-9 в 2006 г., когда было зарегистрировано массовое развитие ветвистоусых рачков в зоне влияния подогретых вод и копепод в условно-фоновом районе, что обусловило высокие показатели биомассы в этот период.
В табл.7 представлены обобщенные количественные показатели зоопланктонного сообщества в исследуемых зонах оз.Имандра. В период максимального функционирования сообщества (июль-август) было выявлено увеличение численности и биомассы зоопланктона соответственно с 27.7±24.5 тыс. экз/м3 и 0.3±0.1 г/м3 в условно-фоновом районе (И-8+И-9) до 175.7±66.7 тыс. экз/м3 и 0.8±0.2 г/м3 в зоне И-1 и 279.7±95.1 тыс. экз/м3 и 1.7±0.8 г/м3 в зоне И-3. Это связано с параллельно идущим эвтрофированием, вызванным высоким содержанием в воде N^ и Робщ, снижающих токсичность тяжелых и других металлов, которые могут оказывать стимулирующее влияние на развитие зоопланктона.
Таблица 7
Количественные показатели зоопланктонного сообщества оз.Имандра (июль-август 1996, 1998, 2003, 2006 гг.)
Показатель M±m min-max Стандартное отклонение, о
Условно-фоновый район (И-8+И-9)
Численность, тыс. экз/м 27.7±24.5 7.S-113.9 49.1
Биомасса, г/м3 0.3±0.1 0.1-0.7 0.2
Индекс Шеннона по численности, бит/экз. 2.7±0.3 1.7-2.9 0.5
Губа Монче (И-1)
Численность, тыс. экз/м .7 6. 6 ± .7 5. 7 66.9-346.3 133.4
Биомасса, г/м3 0.8±0.2 0.6-1.5 0.4
Индекс Шеннона по численности, бит/экз. 2.4±0.2 1.9-3.0 0.4
Губа Белая (И-3)
Численность, тыс. экз/м 279.7±95.1 35.8-491.1 190.1
Биомасса, г/м3 1.7±0.8 0.3-3.4 1.6
Индекс Шеннона по численности, бит/экз. 2.6±0.2 1.S-2.9 0.5
Губа Молочная (И-7)
Численность, тыс. экз/м 39.8±14.9 17.1-S7.1 29.8
Биомасса, г/м3 0.6±0.2 0.2-1.1 0.4
Индекс Шеннона по численности, бит/экз. 2.8±0.2 2.1-2.9 0.4
ПРИМЕЧАНИЕ. M± m - среднее значение и стандартная ошибка, min-max - предельные значения.
В зоне И-7 показатели численности и биомассы зоопланктона не имеют достоверных отличий от таковых в контрольном районе (39.8±14.9 тыс. экз/м3 и 0.6±0.2 г/м3 соответственно). В водоемах Кольского п-ова термальное воздействие отработанных вод электростанций приводит к изменению в сообществах, сходных, в определенных пределах, с влиянием эвтрофирования. Несмотря на наметившийся процесс эвтрофирования, подогреваемая акватория озера сохраняет в основном черты олиготрофного водоема. Рядом исследователей доказано, что поступление термальных вод в водоемы Севера и повышение
Л А
температуры в них до 20 С после полного перемешивания не оказывает отрицательного влияния на организмы планктона. Повышение температуры способствует ускорению процессов роста и развития гидробионтов: происходит более раннее созревание и размножение многих организмов, удлиняется их вегетационный период (Niva, 1973; Gallup, Hickman, 1975; Крючков и др., 1985). Индекс видового разнообразия Шеннона варьировал в пределах 2.4±0.2-2.8±0.2 бит/экз.
Результаты исследований показали, что из наиболее информативных показателей зоопланктонного сообщества, прореагировавших на техногенное загрязнение, можно выделить следующие: процентное соотношение основных таксономических групп Rotatoria, Cladocera и Copepoda в величине в общей численности и биомассы; информационный индекс видового (таксономического) разнообразия (Нбит) по численности за вегетационный период; общая численность и общая биомасса зоопланктона; отношение биомассы Cladocera к биомассе Rotatoria (BWBc), отношение биомассы Cyclopoida к биомассе Calanoida (Bcyd/Bcal); отношение численности Cladocera к численности Copepoda (Л^ы/ЛСр); отношение биомассы хищных форм зоопланктона к биомассе фильтраторов (В3/В2); средняя индивидуальная масса зоопланктона для сообщества в целом (w=B/N) за вегетационный период.
По данным работы (Моисеенко и др., 2002), в период интенсивной антропогенной нагрузки экосистема оз.Имандра, в прошлом олиготрофного ультрапресного водоема, претерпела существенные изменения, которые коснулись всех ее структурных компонентов. Произошло сильное загрязнение вод и донных отложений тяжелыми металлами, под влиянием хозбытовых сбросов и отходов апатит-нефелиновой индустрии водоем эвтрофируется. Изменился и состав водных сообществ. В составе зоопланктона преобладают эврибионтные виды - типичные индикаторы загрязнения - коловратки.
Несмотря на снижение уровня антропогенной нагрузки в последнее десятилетие, качество вод по-прежнему остается неблагоприятным. Экосистема переходит к более стабильной модификации, но отличной от ее природной структуры, и в данном случае не происходит возвращения ее к природному состоянию (Моисеенко и др., 2009).
Выводы
Таксономическая структура зоопланктонного сообщества является хорошим индикатором степени загрязнения водоема в целом или его отдельных участков. Структурные перестройки зоопланктона в наиболее загрязненных зонах озера проявляются в снижении, а в ряде случаев и в исчезновении наиболее чувствительных к ухудшению экологических условий реликтов и типичных представителей фауны олиготрофных озер (L. kindtii, B. longimanus, E. gracilis, H. appendiculata). Их замещают и постепенно формируют состав руководящего комплекса эврибионтные эвритропные виды с простыми жизненными циклами и высокой скоростью размножения - коловратки (A. priodonta, K. quadrata, К longispina), что свидетельствует об ухудшении самоочистительной способности данных районов озера. С удалением от источников интенсивного антропогенного воздействия отмечен рост
ценных в кормовом отношении «тонких» фильтраторов кладоцер (B. obtusirostris, Daphnia spp) и активных «грубых» фильтраторов копепод (E. gracilis, H. appendiculata).
Индекс видового разнообразия Шеннона отражает усиление доминантности отдельных видов, устойчивых к воздействию токсикантов - коловраток, являющихся типичными индикаторами загрязнения.
Количественные показатели зоопланктонного сообщества также проявляют определенную специфику в зависимости от степени техногенного загрязнения отдельных участков водоема. Максимальные значения численности и биомассы зоопланктона в исследуемые периоды 1996, 1998, 2003 и 2006 гг., несмотря на снижение уровня антропогенной нагрузки с 1990 г., были зарегистрированы в губах Монче (И-1) - 175.7±66.7 тыс. экз/м3 и 0.8±0.2 г/м3 и Белая (И-3) - 279.7±95.1 тыс. экз/м3 и 1.7±0.8 г/м3 соответственно. Установлено, что ведущим фактором здесь выступает эвтрофирование, вызванное влиянием хозбытовых сбросов и отходов апатит-нефелиновой индустрии. Содержание больших количеств биогенных элементов и органических веществ в воде снижает токсичность тяжелых металлов и других металлов и стимулирует развитие зоопланктона.
Подогреваемая акватория оз.Имандра (губа Молочная, И-7), несмотря на наметившийся процесс эвтрофирования, сохраняет в основном черты олиготрофного водоема (численность - 39.8± 14.9 тыс. экз/м3, биомасса - 0.6±0.2 г/м3), что подтверждает выводы ряда исследователей о том, что влияние умеренно подогретых сбросных вод электростанции на животный и растительный мир субарктического водоема, в целом, положительный фактор. В качестве негативного эффекта следует отметить гибель и травмирование части крупных, имеющих выросты ракообразных (Daphnia, Bosmina, Cyclops, Leptodora, Bythotrephes) при прохождении через охладительную систему Кольской АЭС и влияние сложной гидродинамической ситуации, обусловленной высокой степенью перемешивания и проточностью водных масс в устье сбросного канала и в подогреваемой зоне озера.
Выявлено изменение наиболее информативных структурных показателей зоопланктонного сообщества при различном характере техногенного воздействия, и дана оценка экологического состояния исследованных районов оз.Имандра по степени загрязнения: зоны И-1, И-3 - сильного загрязнения (сокращение видового состава и числа доминант, упрощение структуры сообщества с преобладанием Rotatoria); зона И-7 - переходная от умеренного к слабому загрязнению (увеличение доли крупных ветвистоусых и веслоногих рачков, включая Calanoida, колебания количественных показателей незначительны); зона И-8+И-9 - условно-фоновая (состояние сообщества в пределах межгодовых колебаний количественных показателей и незначительных изменений в соотношении основных таксономических групп).
Литература
Андроникова И.Н. Использование структурно-функциональных показателей зоопланктона в системе мониторинга // Гидробиологические исследования морских и пресных вод. Л.: Наука, 1988. С. 47-53.
Андроникова И.Н. Структурно-функциональная организация зоопланктона озерных экосистем разных трофических типов. СПб.: Наука, 1996. 189 с.
Балушкина Е.В. Значение структурных и функциональных характеристик биотической компоненты в оценке состояния экосистем (на примере водоемов и водотоков Северо-Запада России // Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем: материалы междунар. конф. СПб., 2006. С. 14-15.
Балушкина Е.В. Зависимость между длиной и массой тела планктонных ракообразных / Е.В.Балушкина, Г.Г.Винберг // Экспериментальные и полевые исследования биологических основ продуктивности озер. Л.: Наука, 1979. С. 58-72.
Дубровина Л.В. К вопросу о влиянии биотических и абиотических факторов среды на токсичность тяжелых металлов / Л.В.Дубровина и др. // Тез. докл. II Всесоюз. конф. по рыбохоз. токсикологии. СПб., 1991. Т.1. С. 168-170.
Крючков В.В. Экология водоемов-охладителей в условиях Заполярья / В.В.Крючков, Т.И.Моисеенко, В.А.Яковлев. Апатиты: Изд. Кольского филиала АН СССР, 1985. 132 с.
Моисеенко Т.И. Антропогенные преобразования водных экосистем Кольского Севера / Т.И.Моисеенко, В.А.Яковлев. Л.: Наука, 1990. 221 с.
Моисеенко Т.И. Теоретические основы нормирования антропогенных нагрузок на водоемы Субарктики. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1997. 261 с.
Моисеенко Т.И. Антропогенные модификации экосистемы озера Имандра / Т.И.Моисеенко и др. М.: Наука. 2002. 487 с.
Моисеенко Т.И. Антропогенная трансформация арктической экосистемы озера Имандра: тенденции к восстановлению после длительного периода загрязнения / Т.И.Моисеенко и др. // Водные ресурсы. 2009. Т.36, № 3. С. 312-325.
Мордухай-Болтовской Ф.Д. Проблема влияния тепловых и атомных электростанций на гидробиологический режим водоемов // Экология организмов водохранилищ-охладителей. Л.: Наука, 1975. С. 7-69.
Одум Ю. Экология. М., 1986. Ч.1. 376 с.
Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / под ред. В.А.Абакумова. СПб., 1992. 318 с.
Телеш И.В. Роль планктонных ракообразных в водных экосистемах разного типа (на примере Ладожского озера, р. Невы и Невской губы) // Материалы VII Съезда Гидробиол. об-ва РАН. Казань, 1996. Т.2. С. 90-92.
Gallup D.N. The limnology of Lakе Geraldine / D.N.Gallup, M.Hickman // Verh. Int. ver theor. and angew Limnol. 1975. Vol.19, № 3. Р. 1746-1757.
Gliwicz Z.M. Studies on the feeding of pelagic zooplankton in lakes with varying trophy // Ekol. pol. 1969. Vol. 17, № 36. P. 663-708.
Niva S. Thermal discharges effect in marine life. Biology // J. Environ. Poll. Contr. 1973. Vol.9, № 6. Р. 275-281.
Ruttner-Kolisko A. Suggestion for biomass calculation of planktonic rotifers // Arch. Hydrobiol. Ergebn. Limnol. Struttgart, 1977. H.8. S. 71-78.
Сведения об авторе
Вандыш Оксана Ивановна,
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН
Vandysh Oxana Ivanovna,
PhD(Bio), Senior Research Fellow of Institute of North Industrial Ecology Problems, Kola Science Centre, Russian Academy of Sciences
