CC BY
114
УДК 574.52 (58) (587)
С.А.Валькова, Н.А.Кашулин
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БЕНТОСНЫХ СООБЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Аннотация
Представлены результаты исследования воздействия подогретых вод КАЭС на бентосные сообщества оз.Имандра. Показано, что влияние подогретых вод Кольской АЭС на макрозообентос ограничено акваторией в пределах губы Молочной. За пределами этой зоны изменений в составе и структуре донных биоценозов не наблюдается. В глубоководных биоценозах доминируют стенотермные холодноводные амфиподы M. affinis. По уровню развития бентоса исследованная акватория оз.Имандра относится к олиготрофному типу.
Ключевые слова:
бентос, амфиподы Monoporea affinis, термофикация, губа Молочная, Имандра.
S^.VALKOVA, N^.KASHUUN PECULIARITY OF STRUCTURE AND FUNCTIONAL ORGANIZATION OF ZOOBENTHOS COMMUNITIES UNDER TERMOPHICATION
Abstract
This article offers the results of researches of influence warm water of the Kola nuclear power plant on zoobenthos of the lake Imandra. The influence of warm water Kola NPP on bottom fauna are confine area of water within the Molochnaya bay. The modification of structure of zoobenthos community does not observe outside of this zone. In deep-water communities are prevail stenothermic and coldwater amphipoda Monoporea affinis. The trophic status investigate area of the lake Imandra is oligotrophic.
Key words:
benthos, amphipoda Monoporea affinis, termophication, Molochnaya bay, the lake Imandra. Введение
Одним из основных компонентов водных экосистем является зообентос -обитающие на дне беспозвоночные. Они участвуют в биогеохимическом круговороте многих элементов (биогенов, кальция, кремния, тяжелых металлов), выполняют важную функцию трансформации органического вещества в системе «толща воды - донные отложения», что определяет их значение для процессов самоочищения водных объектов, оказывают влияние на газовый режим и механический состав грунтов водных объектов. Являясь одним из компонентов кормовой базы, макрозообентос играет значительную роль в определении рыбохозяйственной продуктивности водоема.
Структурные и функциональные показатели бентосных сообществ используются в качестве критериев для оценки качества воды и состояния экосистем при различных антропогенных воздействиях (Макрушин, 1984; Балушкина, 1987; Методы..., 1989; Руководство..., 1992; Баканов, 2000; Шитиков и др., 2003; Безматерных и др., 2006; Зинченко, 2011; Семенченко, 2011; Wiederholm, 1980; Rosenberg, 1990). Зообентос, как наиболее
долгоживущий и стационарный компонент гидробиоценоза, отражает состояние экосистемы за длительный период времени, характеризуя «средний» ее режим.
Озеро Имандра расположено в центре Мурманской обл. и является самым крупным водоемом региона, состоит из трех плесов - Большой Имандры, Йокостровской Имандры и Бабинской Имандры, соединяющихся между собой узкими проливами - салмами. Среди них плес Бабинская Имандра -наименьший по площади (191 км2), но наиболее глубоководный (средняя глубина 16 м, максимальная - 43.5 м). Плесы Бабинская Имандра и Йокостровская Имандра испытывают воздействие Кольской АЭС, которая для охлаждения своих реакторов забирает воду из Йокостровской Имандры и сбрасывает подогретые в зависимости от сезона на 5-13°С воды по каналу в Молочную губу Бабинской Имандры. Объем сточных вод КАЭС составляет около 1345 млн м3 в год (Доклад..., 2009).
Цель данной работы - оценка современного состояния макрозообентоса губы Молочная в условиях долговременного воздействия подогретых вод Кольской АЭС.
Материалы и методы
Для анализа современного состояния донной фауны с мая по сентябрь 2011 г. отобрана 21 количественная проба зообентоса на 12 станциях, расположенных в губе Молочной, в восточной части плеса Бабинская Имандра и западной части плеса Йокостровская Имандра, также обследованы подводящий и сбросной каналы Кольской АЭС (рис. 1).
Рис.1. Станции отбора проб макрозообентоса
Пробы отбирали на глубинах 10-30 м с помощью модифицированного дночерпателя Экмана-Берджа (площадь захвата грунта 290 см2), на литорали отбор проводили с помощью гидробиологического сачка-скребка, снабженного рамой 25^25 см. Пробы промывали через сито с размером ячеи 0.25 мм и фиксировали 70%-м спиртом. Камеральную обработку выполняли в соответствии с общепринятыми методами (Методическое руководство., 1991; Руководство., 1992). Идентификацию беспозвоночных проводили с использованием таксономических ключей (Определитель пресноводных.,
2000, 2001, 2004; Панкратова, 1970, 1977, 1983; An introduction., 1988). Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием пакета программ STATISTICA 8.0. Для сравнения и ретроспективного анализа использовались литературные данные и результаты предыдущих исследований, имеющиеся в базе данных ИППЭС КНЦ РАН.
Результаты и обсуждение
Грунты водосбросного канала Кольской АЭС представлены глыбами и валунами, пространство между которыми заполнено песком и галькой, на литорали преобладают каменисто-песчаные грунты, которые в глубоководной зоне сменяются серыми илами, также встречаются участки с железомарганцевыми конкрециями и прослойками глины в донных отложениях.
Сбросы теплых сточных вод Кольской АЭС оказывают значительное влияние на термический и гидрологический режимы водоема (Воробьева, 1976; Крючков и др., 1985; Антропогенные ..., 2002). Акватория оз.Имандра в зоне влияния подогретых вод разделена на три зоны - сильного, умеренного и слабого воздействия. Зона сильного теплового загрязнения охватывает приустьевый участок сбросного канала Кольской АЭС, среднего теплового загрязнения - среднюю часть губы Молочной, граница зоны слабого теплового воздействия подвижна, в зависимости от гидрометеорологических условий и режима работы КАЭС ее площадь варьирует от 15 до 25 км2.
В летний период 2011 г. температура придонных слоев воды в губе Молочной была на 3-6°С выше, чем в естественных условиях. Минерализация составляла в среднем 41 мг/л, в катионном составе преобладал натрий. Содержание общего фосфора в сбросном канале и губе Молочной в среднем составляла 5-8 мкгР/л, максимальные значения (до 15 мкгР/л) наблюдались в весенний период. Средние значения содержания нитратов по всей водной толще в летний период составляли 25 мкгЩл. Вода сбросного канала Кольской АЭС характеризовалась высоким содержанием кислорода (насыщение >100%), на выходе из губы концентрация кислорода в придонных слоях снижалась до 76.9-78.6% насыщения. Детально гидрохимия вод губы Молочная, особенности донных отложений и термический режим описаны в статье В.А.Даувальтера и Н.А.Кашулина (настоящий сборник).
В 2011 г. в составе зообентоса губы Молочной выявлено 29 видов и форм, 45% которых приходится на хирономид (табл. 1).
В водосбросном канале Кольской АЭС основу зообентоса составляли литофильные и литореофильные группы - личинки ручейников сем. Limnephilidae, мошки, хирономиды, олигохеты, брюхоногие моллюски Valvata cristata и Lymnaea sp. Появления или массового развития термофильных форм в канале не обнаружено. По сравнению с данными 1973-1988 гг. (Моисеенко, Яковлев, 1990), в структуре руководящего комплекса водосбросного канала отмечен ряд изменений. В 1973-1988 гг. основу бентоса формировали олигохеты L. hoffmeisteri, количественные показатели которых варьировали в пределах 1575-2000 экз/м2 и 1.8-1.08 г/м2, а удельный вес достигал 80% численности и 60% биомассы всего зообентоса. В настоящее время общая численность и биомасса бентосных организмов осталась на прежнем уровне, составляя в среднем 1915 экз/м2 и 1.8 г/м2, однако относительная плотность олигохет
снизилась до 25% (480 экз/м2 и 0.4 г/м2), доминируют в бентосе сбросного канала хирономиды родов Monodiamesa, Спео^рш и Ргос1аё1ш (Monodiamesa ЬмкуркИа, Polypedilum gr. scalaenum, Potthastia spp.), доля которых в сообществах составляет в среднем 58% (1100 экз/м2 и 1.0 г/м2), субдоминантом являются брюхоногие моллюски Valvata.
Таблица1
Таксономический состав беспозвоночных макрозообентоса губы Молочной оз.Имандра
Таксон Водо- сбросной канал Лито- раль Зоны теплового загрязнения Необогре- ваемая зона
сильное среднее слабое
Hidracarina spp. + +
Oligochaeta
Tubifex tubifex Muller. + + + + + +
Spirosperma ferox Eisen. + +
Lumbriculus variegates Muller. + + + + + +
Gasrtropoda
Valvata cristata Muller. + +
Lymnaea sp. + +
Bivalvia
Euglesa sp. + + + + +
Sphaerium corneum L. + +
Pisidium spp. + +
Anodonta sp. + +
Crustacea
Monoporeia affmis Bousield. + + +
Insecta
Heptagenia fuscogrisea Retzius + +
Baetis rhodani Pict. + +
Simulidae + +
Limnephilidae spp. + +
Phryganea spp. +
Monodiamesa bathyphila Kieff. + + +
Potthastia spp. + + +
Polypedilum gr. scalaenum + + +
Procladius gr. choreus + + + +
Orthocladius spp. + +
Zalutschia zalutschicola Lipina + + +
Tanytarsus spp. + +
Heterotanytarsus spp. +
Cricotopus gr. algarum +
Paratanytarsus spp. +
Pentapedilum gr. exectum +
Procladius gr. ferrugineus + + + +
Demicryptochironomus + +
vulneratus Zett.
Всего 18 17 9 11 9 9
На литорали в зоне влияния подогретых вод в сообществах доминируют предпочитающие олиго- и мезосапробные условия поденки Heptagenia fuscogrisea и эврибионтные Baetis rhodani, встречаются личинки ручейников, хирономиды, брюхоногие моллюски Valvata cristata и Lymnaea sp.
Основу зообентоса глубоководной зоны губы Молочная формируют 5 систематических групп: олигохеты сем. ТиЫй^ае, Lumbriculidae,
двустворчатые моллюски сем. Pisidiidae, среди которых наиболее многочисленны Euglesa spр., реже встречались Pisidium spp. и единично Sphaerium spp., хирономиды, амфиподы, представленные реликтовым бокоплавом Monoporeia affins, единично отмечены водяные клещи (Hidracarina). Появления или массового развития термофильных групп бентосных беспозвоночных не наблюдается, большинство организмов являются эвритермными (холодноводными).
В районе водосбросного канала КАЭС в 2011 г. обнаружена популяция крупных двустворчатых моллюсков Anodonta sp. (Unюmdae) (рис.2). Ареал моллюска охватывает Среднюю и Северную Европу, европейскую часть России и Западную Сибирь. Сведений о нахождении этого вида в водоемах Кольского п-ова нет. Вероятно, беззубка в оз.Имандра была занесена с рыбопосадочным материалом из садкового форелевого хозяйства, расположенного рядом с каналом. Раковины Anodonta sp. обнаружены в бентосных пробах в районе подводящего канала, а также на берегах островов в Бабинской и Йокостровской Имандре, что косвенно может свидетельствовать о распространении вида по акватории озера.
Рис.2. Раковины Anodonta sp., обнаруженные в губе Молочной
Состав и структура бентосных сообществ различаются в зависимости от удаления от устья водосбросного канала Кольской АЭС. В зоне сильного теплового воздействия сформирован пелофильный биоценоз, основу которого составляют олигохеты и моллюски Euglesa sp. Массовому развитию этих групп
способствует температурный режим акватории и приток биогенных элементов и органического вещества, поступающих в водоем в ходе эксплуатации форелевого хозяйства. В составе хирономидных сообществ этой зоны преобладают личинки подсемейства Tanypodinae, в предыдущие годы (Крючков и др., 1985; Моисеенко, Яковлев, 1990; Антропогенные., 2002) в бентосе доминировали личинки ортокладиин, наблюдаемое в настоящее время увеличение доли таниподин (прежде всего эврибионтных личинок РтосШ^ш) может свидетельствовать об усилении процессов эвтрофикации в этой части акватории. Численность и биомасса макрозообентоса низкие, в среднем составляли 200 экз/м2 и 1 г/м2, при варьировании по станциям от 150 до 340 экз/м2 и 0.3 до 2.5 г/м2 соответственно.
В зоне среднего теплового воздействия в бентосных сообществах доля олигохет снижается в среднем до 20%, увеличивается удельная плотность (до 60% на отдельных станциях) стенотермно-холодолюбивых бокоплавов М. affinis и оксифильных холодолюбивых личинок подсем-ва ОгШос1а&тае. Численность макрозообентоса в среднем составляла 760 экз/м2, биомасса 1.4 г/м2.
В зоне слабого теплового воздействия состав и структура зообентоса аналогичны таковым на акватории озера Имандра с естественным температурным режимом. Основу донной фауны как этой зоны, так и фоновых необогреваемых участков водоема формируют бокоплавы М. affinis, доля которых на отдельных станциях достигает 95% от общей численности и биомассы бентоса, в среднем составляя 30%, и холодолюбивые личинки подсемейства ОгШос^ипае (преимущественно Онкос1аЛш ирр. и Zalutschia zalutschicola) (рис.3). Численность и биомасса зообентоса в зоне слабого теплового загрязнения составляли в среднем 520 экз/м2 и 2.4 г/м2, в акватории плеса Бабинская Имандра - 380 экз/м2 и 1.7 г/м2.
100%
75%
50%
25%
0%
сильное тепловое среднее тепловое слабое тепловое Бабинская Йокостровская
загрязнение загрязнение загрязнение Имандра Имандра
□ Хирономиды сЮлигохеты □ Моллюски 0Амфиподы
Рис.3. Изменения структуры бентоса по мере удаления от источника теплового загрязнения (средние значения, %)
Помимо температурного фактора состав и количественные показатели донных сообществ в значительной степени зависели от характера грунтов. Минимальные значения численности и биомассы бентоса отмечены на станциях, где в поверхностных слоях донных отложений присутствовали плотные железомарганцевые конкреции - 70-300 экз/м2 и 0.5-1.0 г/м2 соответственно, наличие
таких образований в донных отложениях оз.Имандра в качестве фактора, ограничивающего развитие зообентоса, детально описано в ряде работ (Ильяшук, 2001, Антропогенные., 2002). Для илов и глины зарегистрированы более высокие показатели - 350-500 экз/м2 и 1.5-3 г/м2 соответственно, в прослойках глины многочисленны крупные красные личинки хирономид р. СЫгопотш gr. р1итоиш.
Средние значения численности и биомассы бентоса в губе Молочной выше, чем в целом по плесу Бабинская Имандра, и сопоставимы со значениями, характерными для плеса Йокостровская Имандра, воды которого характеризуются более высоким трофическим статусом вследствие поступления загрязненных вод различных промышленных предприятий региона (рис.4) (Антропогенные модификации., 2002). Средний трофический статус исследованной акватории оз.Имандра оценивается как олиготрофный, с переходом к мезотрофному типу на отдельных станциях. экз/м2 г/м2
_й
I 1.1
губа Молочная
Бабинская И мандра
Йокостровская
Имандра
губа Молочная
Бабинская И мандра
Йокостровская
Имандра
Рис. 4. Средние значения численности и биомассы зообентоса различных участков акватории оз.Имандра
3,0
800
600
400
200
0
Анализ многолетней динамики численности и биомассы бентоса губы Молочная показал, что уровень численности донной фауны снизился в 2.5 раза и в настоящее время сопоставим со значениями, наблюдавшимися в 1978-1979 гг., тогда как средние значения биомассы бентоса существенно не изменились (рис.5), что обусловлено перестройками в структуре донных сообществ -снижением относительной плотности олигохет и увеличением доли относительно крупных амфипод и моллюсков Pisidium.
Таким образом, в настоящее время в глубоководной зоне губы Молочная сформированы стабильные пелофильные комплексы, в водосбросном канале и прилегающем к нему участке - литореофильные комплексы. Влияние подогретых вод Кольской АЭС на бентосные сообщества оз.Имандра ограничено акваторией в пределах губы Молочной. Наиболее изменена структура зообентоса в водосбросном канале и приустьевом участке водоема. Состав и количественные показатели бентоса здесь значительно отличаются от естественных участков озера, что выражается в снижении таксономического разнообразия донной фауны и массовом развитии олигохет. За пределами этой зоны изменений в составе и структуре зообентоса не наблюдается, доминируют в глубоководных биоценозах стенотермные холодноводные амфиподы М. affinis. По уровню развития зообентоса исследованная акватория оз.Имандра относится к олиготрофному типу.
1600
1200
800
400
0
1973 г. 1978-79 г. 1981-83 г. 1984-86 г. 1987-88 г. 2011 г.
2,5 Х/м2
1973 г. 1978-79 г. 1981-83 г. 1984-86 г. 1987-88 г. 2011 г.
Рис. 5. Многолетняя динамика численности и биомассы зообентоса в зоне влияния подогретых вод Кольской АЭС
Литература
Антропогенные модификации экосистемы озера Имандра / отв. ред. Т.И.Моисеенко. - М.: Наука, 2002. - 403 с.
Баканов А.И. Использование зообентоса для мониторинга пресноводных водоемов / А.И.Баканов // Биология внутренних вод. - 2000. - № 1. - С.68-82.
Балушкина Е.В. Функциональное значение личинок хирономид в континентальных водоемах / Е.В.Балушкина. - Л.: Наука, 1987. - 179 с.
Безматерных Д.М. Индикация экологического состояния водных объектов по составу и структуре биоценозов / Д.М.Безматерных, В.В.Кириллов, Т.В.Кириллова // Межрегиональный медико-экологический форум: сборник материалов. - Барнаул: Аз Бука, 2006. - С.75-79.
Воробьева Д.Г. Натурные исследования водохранилища-охладителя Кольской АЭС / Д.Г.Воробьева // Развитие энергетического хозяйства Мурманской области. - Апатиты, 1976. - С.63-69.
Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области. - Мурманск: Кн. изд-во, 2009. - 152 с.
Зинченко Т.Д. Эколого-фаунистическая характеристика хирономид (Diptera, Chironomidae) малых рек бессейна средней и нижней Волги (атлас) / Т.Д.Зинченко. - Тольятти: Кассандра, 2011. - 258 с.
Ильяшук Б.П. Железо-марганцевые конкреции в грунтах озера как фактор, ограничивающий развитие сообществ зообентоса / Б.П.Ильяшук // Экология. - 2001. - № 6. - С.478-480.
Крючков В.В. Экология водоемов-охладителей в условиях Заполярья / В.В.Крючков, Т.И.Моисеенко, В.А.Яковлев. - Апатиты, 1985. - 132 с.
Макрушин А.В. Биоиндикация загрязнения внтренних водоемов /
A.В.Макрушин // Биологические методы оценки приодных вод. - М.: Наука, 1984. - С.123-137.
Методическое руководство по биотестированию воды. РД 118-0290. -М., 1991. - 48 с.
Методы биоиндикации и биотестирования природных вод. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 277 с.
Моисеенко Т.И. Антропогенные преобразования водных экосистем Кольского Севера / Т.И.Моисеенко, В.А.Яковлев. - Л.: 1990. - 221 с.
Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий / под общ. ред. С.Я.Цалолихина. Т. 4. Двукрылые насекомые. -СПб.: Наука, 2000. - 997 с.
Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий / под общ. ред. С.Я.Цалолихина. Т.5. Высшие насекомые. - СПб.: Наука, 2001. - 825 с.
Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий / под общ. ред. С.Я.Цалолихина. Т.6. Моллюски, полихеты, немертины. - СПб.: Наука, 2004. - 528 с.
Панкратова В.Я. Личинки и куколки комаров подсемейств Podonominae и Tanypodinae фауны СССР / В.Я.Панкратова. - Л.: Наука, 1977. - 154 с.
Панкратова В.Я. Личинки и куколки комаров подсемейства Chironomidae фауны СССР / В.Я.Панкратова. - Л.: Наука, 1983. - 295 с.
Панкратова В.Я. Личинки и куколки комаров подсемейства Orthocladiinae фауны СССР / В.Я.Панкратова. - Л.: Наука, 1970. - 344 с.
Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / В.А.Абакумов [и др.]. - СПБ.: Гидрометеоиздат, 1992. -318 с.
Семенченко В.П. Экологическое качество поверхностных вод /
B.П.Семенченко, В.И.Разлуцкий. - 2-е изд., испр. - Минск: Беларус. наука, 2011. -329 с.
Шитиков В.К. Количественная гидроэкология: методы современной идентификации / В.К.Шитиков, Г.С.Розенберг, Т.Д.Зинченко. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. - 463 с.
An Introduction to the Aquatic Insects of North America / Edited by R.W.Merrit, K.W.Cummins. - Second edition. - 1988. - 722 p.
Rosenberg D.M. Freshwater biomonitoring ana benthic macroinvertebrates /
D.M.Rosenberg, V.H.Resh (Eds.). - N.Y.: Chapman and Hall, 1993. - 488 p.
Wiederholm T. Use of benthos in lake monitoring / T.Wiederholm // J. Water Pollut. Contr. Fed. - V. 52, 1980. - P.537-547.
