CC BY
89
УДК 504.064.36.574
ТАКСОНОМИЧЕСКОЕ И ТРОФИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЗООПЛАНКТОНА, КАЧЕСТВО ВОДЫ НЕКОТОРЫХ МАЛЫХ РЕК БАССЕЙНА ДНЕПРА
0. В. Ковалёва
кандидат биологических наук, доцент, зав. кафедрой экологии
УО «Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины», г. Гомель, РБ
Исследования проведены в 2006-2012 гг. на 7 малых реках, относящихся к бассейну Днепра. В зоопланктоне рек обнаружено 58 видов и вариететов, принадлежащих к 4 отрядам, 15 семействам и 31 роду. Под влиянием различных видов антропогенного воздействия в зоопланктоне рек снижается индекс видового разнообразия, возрастает доминирование групп организмов, добывающих пищу с поверхности субстрата, увеличивается доля видов-индикаторов загрязнения и индекс сапробности Пантле и Букка. Все исследуемые реки характеризуются как «умеренно (слабо) загрязненные», что соответствует III классу качества воды.
Введение
Малые реки являются самым многочисленным объектом среди водотоков и всех типов пресных вод [1, 3]. Они имеют большое теоретическое, практическое и хозяйственное значение: формируют средние и большие реки, определяют их качество, отражают химические особенности местного стока, тесно связаны с окружающим ландшафтом, служат индикаторами физико-географичеких особенностей территории, степени ее освоения людьми и влияния их хозяйственной деятельности, участвуют в воспроизводстве рыб, используются в хозяйственно-питьевом, культурно-бытовом, промышленном водоснабжении, имеют также рыбо- и сельскохозяйственное, декоративное назначение и др. Одна из основных особенностей малых рек - тесная связь с окружающим ландшафтом. Процессы, происходящие на малом водосборе, быстро отражаются на состоянии реки, ее стоке, русловых процессах, в тоже время как факторы, определяющие формирование стока большой реки, в силу разновременности воздействия на растянутой в пространстве территории носят взаимно сглаживающий и более длительный характер [2, 33]. Состояние русел малых рек в значительной мере отражает общую экологическую ситуацию в том или ином регионе. Вместе с тем малые реки являются одним из наиболее чувствительных и уязвимых элементов окружающей среды. Усиленная антропогенная нагрузка на малые водотоки приводит к их укорачиванию, обмелению и даже исчезновению, что, в свою очередь, сказывается на крупных реках. Неудовлетворительное состояние малых рек, особенно качество воды в них, вызывает растущую тревогу. Несмотря на вышесказанное, гидрологический режим, гидрохимические и гидробиологические особенности малых рек изучены намного хуже, чем средних и крупных водотоков, озер и водохранилищ. На малых реках Республики Беларусь не проводилось специальных исследований, посвященных изучению сообществ гидробионтов и, в частности, зоопланктона, чем и обусловлена актуальность настоящей работы.
Цель исследования: установить видовой состав, характеристики структурной организации сообществ зоопланктона рек и на их основе определить экологическое состояние водотоков.
Для реализации цели были поставлены задачи:
1. Выявить видовое и таксономическое разнообразие зоопланктона рек.
2. Установить тенденции изменения характеристик видового состава и структурной организации сообществ зоопланктона рек при антропогенном воздействии и загрязнении.
3. Оценить экологическое состояние и установить класс качества воды водотоков.
Материал и методы исследований
Основу работы составляет анализ более 300 проб зоопланктона, собранных в 20062012 гг. на 7 малых реках, относящихся к бассейну Днепра и протекающих на территории Гомельской и Могилевской областей Республики Беларусь.
Уза - река в Буда-Кошелевском и Гомельском районах Гомельской области, правый приток р. Сож. Длина - 76 км, площадь водосбора - 944 км2, расход в устье - 3,4 м3/с. Испытывает влияние очищенных сточных вод г. Гомель, используется в рекреационных целях. Для проведения
настоящих исследований на реке выбраны 2 створа - выше и ниже поступления с водами Мильчанской канавы очищенных и разбавленных сточных вод г. Гомеля.
Журбица - река в Буда-Кошелевском районе Гомельской области, левый приток р. Уза. Длина - 6,8 км. Факторами антропогенного воздействия являются сброс сточных вод г. Буда-Кошелево и агрогородка Коммунар, рекреационное использование. Выбранные для исследования створы расположены в 500 метрах выше и ниже поступления сточных вод.
Столбунка - река в Ветковском районе Гомельской области и Брянской области России, левый приток р. Беседь. Длина - 22 км, площадь водосбора - 944 км2. Испытывает антропогенное воздействие в виде выпаса скота, поверхностного стока с сельхозугодий и животноводческих ферм, рекреационного использования, расположения на загрязненной радионуклидами территории. Створ на реке находится в районе д. Столбун Ветковского района.
Терюха - река в Добрушском и Гомельском районах Гомельской области, левый приток р. Сож. Длина - 57 км, площадь водосбора - 525 км2, расход в устье - 1,8 м3/с. Подвержена влиянию в результате выпаса скота, поверхностного стока с сельхозугодий, рекреационного использования. Точка отбора проб на реке находится у д. Грабовка Гомельского района.
Грабовка - река в Гомельском районе, правый приток р. Терюха. Длина - 10 км, площадь водосбора - 29 км2. Факторы антропогенного воздействия - рекреационное использование, выпас скота, сток с сельхозугодий. Створ на реке расположен в районе д. Грабовка.
Липа - река в Буда-Кошелевском районе Гомельской области, правый приток р. Сож. Длина - 62 км, площадь водосбора - 577 км2, расход в устье - 2,4 м3/с. Используется в рекреационных целях, в реку поступает сток с сельхозугодий. Пробы отбирались на реке в районе д. Липа.
Бобруйка - река в Бобруйском районе Могилевской области, правый приток р. Березина. Длина - 14,5 км, площадь водосбора - 88 км2. Подвержена влиянию промышленных сточных вод, используется в рекреационных целях, протекает в черте города, в том числе в секторе индивидуальной застройки. Створы на реке находятся в черте г. Бобруйск: выше и ниже производственной базы Бобруйской дистанции пути, расположенной в водоохранной зоне Бобруйки.
Сбор, обработку проб и определение видов зоопланктона проводили стандартными, принятыми в гидробиологии методами [3]. Для оценки разнообразия применяли индекс видового богатства Маргалефа [4]. При фаунистическом анализе рассматривали степень сходства видового состава зоопланктона по индексу Чекановского-Соренсена [5]. Экологические и трофические группы зоопланктона выделяли по Ю. С. Чуйкову [6] и А. В. Крылову [1, 7-8]. При оценке экологического состояния водотоков использовали метод Пантле-Букка в модификации Сладечека [7].
Изучались также 18 гидрохимических характеристик, включая концентрацию растворенного в воде кислорода, насыщение кислородом, прозрачность, величину БПК 5, содержание взвешенных веществ, цветность воды, рН, концентрации азота аммонийного, нитритного, нитратного, фосфатов и др.
Результаты исследований и их обсуждение
Установлено, что во всех исследованных реках концентрации железа общего в 1,09-9,01 раз превышают ПДК. Большинство рек также загрязнены марганцем (1,11-2,72 ПДК), азотом аммонийным (1,02-5,26 ПДК), азотом нитритным (1,14-2,04 ПДК), цинком (1,11-1,19 ПДК), фосфором фосфатным (1,21-7,48 ПДК), БПК5 (1,04-2,12 ПДК), реки Уза и Бобруйка -нефтепродуктами (1,05-1,40 ПДК).
В зоопланктоне исследованных рек обнаружено 58 видов и вариететов, относящихся к 4 отрядам, 15 семействам и 31 роду (таблица 1).
Количество видов и вариететов, обнаруженных в разных реках, значительно варьирует и составляет 13 (Журбица), 15 (Бобруйка), 16 (Грабовка), 24 (Столбунка), 25 (Терюха), 27 (Липа), 50 (Уза). Среди отмеченных видов к коловраткам (Rotifera) относится 32 (55,2%), ракообразным -26 (44,8%), в том числе Cladocera - 20 (34,5%), Copepoda - 6 (10,3%). На первом месте по числу видов находится отряд Ploimida, включающий 29 видов и вариететов, что составляет 50,0% видового разнообразия всего зоопланктона и 90,6% - коловраток, на втором месте - отряд Daphniiformes (34,5% общего видового разнообразия, включает все обнаруженные виды Cladocera).
Таблица 1 - Таксономическая структура зоопланктона исследованных рек
Таксономические единицы Группы Всего
Rotifera Cladocera Copepoda
Отряды 2 1 1 4
Семейства 10 4 1 15
Роды 13 13 5 31
Виды 26 20 6 52
Виды и вариететы 32 20 6 58
Наибольшей видовой насыщенностью характеризуется семейство Brachionidae, включающее 13 видов и вариететов (22,4% биоразнообразия всего зоопланктона и 40,6% -коловраток). Семейству Daphniidae принадлежат 9 видов (15,5% общего видового богатства и 45,0% -такового планктонных ракообразных). К трем семействам - Lecanidae, Chydoridae и Cyclopidae относится соответственно 7, 7 и 6 видов и вариететов, семь семейств - Asplanchnidae, Filodinidae, Notommatidae, Synchaetidae, Trichocercidae, Bosminidae, Macrothricidae - включают по 2 вида, два семейства - Conochilidae, Filinidae - по одному.
На первом месте по количеству видов и вариететов (9) находится род Brachionus, которому принадлежит 15,5% общего разнообразия зоопланктона и 28,1% - такового коловраток. Второе место занимает род Lecane, включающий 7 видов и вариететов (12,1% общего видового богатства и 21,9% - такового Rotifera) К трем родам (Ceriodaphnia, Daphnia, Keratella) принадлежит по 3-4 вида, к шести родам (Asplanchna, Cephalodella, Trichocerca, Alona, Pleuroxus, Thermocyclops) относится по 2 вида, остальные одиннадцать родов включают по одному виду. Всего в зоопланктоне рек 19,4% родов являются двухвидовыми, 35,5% - одновидовыми, и их суммарный вклад в биоразнообразие зоопланктона составляет более 55%.
В составе зоопланктона прежде всего имеются виды с обширным всесветным распространением - Bosmina longirostris (O. F. Muller, 1785), Bosminopsis deitersi zernovi Linko, 1901 Ceriodaphnia quadrangular (O. F. Muller, 1785), Daphnia longispina (O. F. Muller, 1785), Dp. pulex Leydig, 1860, Graptoleberis testudinaria (Fischer, 1851), Eucyclops serrulatus (Fischer, 1851), Macrocyclops albidus (Jurine, 1820), Mesocyclops leuckarti (Claus, 1857), Paracyclops fimbriatus (Fischer, 1853), Thermocyclops crassus (Fischer, 1853), др. Из обнаруженных в исследованных реках во всех частях света, кроме Австралии, встречаются Alona quadrangularis (O. F. Muller, 1785), Ceriodaphnia reticulata (Jurine, 1820), Simocephalus vetulus (O. F. Muller, 1776). Представителями Голарктики и Палеарктики являются Asplanchna priodonta Gosse, 1850, Keratella qudrata quadrata (Muller, 1786), Disparalona rostrata (Koch, 1841), Ceriodaphnia setosa Matile, 1891, Thermocyclops oithonoides (Sars, 1863), др. Виды, распространенные в водных экосистемах Белорусского Полесья: A. priodonta, Brachionus angularis Gosse, 1851, Synchaeta pectinata Ehrenberg, 1832, Alona rectangula Sars, 1862, B. longirostris, Chydorus sphaericus sphaericus (O. F. Muller, 1785), Daphnia cucullata Sars, 1862, Dp. longispina, Scapholeberis mucronata (O. F. Muller, 1785), M. leuckarti. В реках отмечены представители северной фауны - Kellicottia longispina longispina (Kellicot, 1879), виды, которые характерны для вод, имеющих повышенную трофность - Brachionus diversicornis diversicornis (Daday, 1883), Br. d. homoceros (Wierzejski, 1891).
Во всех реках отмечены 5 видов: Br. angularis, Brachionus calyciflorus amphyceros Ehrenberg, 1838, Br. c. calyciflorus Pallas, 1766 Keratella cochlearis cochlearis (Gosse, 1851), K. c. tecta (Gosse, 1851), B. longirostris, Sc. mucronata. В большинстве водотоков обнаружены A. priodonta, Br. quadridentatus. quadridentatus Hermann, 1783, Ch. s. sphaericus, Dp. cucullata. Dp. longispina Th. oithonoides, др., представителями редких или единичных находок были Lecane (Monostyla) bulla bulla (Gosse, 1832), Trichocerca (s.str.) cylindrica (Imhof, 1891), Cr. setosa.
Видовая структура зоопланктона большинства рек Гомельской области сходна - индекс фаунистической общности составляет 0,45-0,68. Данный показатель для р. Бобруйка и других рек существенно ниже - 0,18-0,30 (таблица 2).
Индекс видового разнообразия в разные периоды наблюдений изменялся в реках в пределах 1,06-2,11 (Уза), 0,99-1,88 (Журбица), 0,95-2,05 (Столбунка), 0,96-2,04 (Терюха), 1,091,82 (Грабовка), 0,99-2,11 (Липа), 0,96-1,84 (Бобруйка). По средним величинам индекса (в порядке убывания) реки располагаются следующим образом: Уза (1,74) ^ Липа (1,46) ^ Столбунка (1,40) ^ Терюха, Бобруйка (1,37) ^ Грабовка (1,35) ^ Журбица (1,32).
Таблица 2 - Величины индекса сходства Соренсена
Реки Реки
Уза Жур-бица Столбунка Терюха Грабовка Липа Бобруй ка
Уза 0,68 0,54 0,59 0,57 0,52 0,30
Журбица 0,68 0,47 0,51 0,56 0,49 0,26
Столбунка 0,54 0,47 0,49 0,45 0,54 0,25
Терюха 0,59 0,51 0,49 0,65 0,59 0,22
Грабовка 0,57 0,56 0,45 0,65 0,48 0,30
Липа 0,52 0,49 0,54 0,59 0,48 0,18
Бобруйка 0,30 0,26 0,25 0,22 0,30 0,18
В трофической структуре рек доминирующими экологическими группами зоопланктона являются вертикаторы, первичные и вторичные фильтраторы, добывающие пищу в толще воды и с поверхности субстрата (рисунок 1, таблица 3). Антропогенное воздействие в виде сброса в реки сточных вод, рекреационного использования проявляется в высоком количественном обилии групп организмов, добывающих пищу с поверхности субстрата и снижении обилия групп организмов, добывающих пищу в толще воды.
1а
Примечание: обозначения экологических групп приведены в таблице 3 Рисунок 1 - Распределение числа видов зоопланктона исследованных рек в зависимости от способов передвижения и захвата пищи
Для 50 видов зоопланктона из всех обнаруженных в исследованных реках, то есть более чем для 86% отмечена видовая принадлежность к той или иной степени сапробности (таблица 4). В реках встречаются индикаторные организмы с большим интервалом сапробности - от олиго-(индикаторы чистых вод) до а-мезосапробности (индикаторы грязных вод). Наибольшее их количество - 16 (32%) относится к олигосапробной зоне, чуть меньше - 15 (30%) -к р-мезосапробной зоне. В общем, количество обнаруженных Р-о-, Р-, Р-а-, а-р-мезосапробных видов (индикаторов умеренно загрязненных и загрязненных вод) составляет 24, или 48% всех показательных организмов. В реках, подверженных влиянию сточных вод (Уза, Бобруйка и Журбица) отмечается тенденция к уменьшению количества индикаторов чистых вод и увеличению количества индикаторов загрязненных и грязных вод. Последнее наиболее ярко выражено в летний период и происходит за счет развития а-Р-мезосапробных коловраток рода Бгаскюпш, достигающих 42,3-74,6% плотности всего зоопланктона. В исследованных реках не отмечены ксено- и полисапробы, являющиеся индикаторами очень чистых и очень грязных вод соответственно.
Таблица 3 - Распределение видов на экологические группы (в %) по способам передвижения и захвата пищи
Реки
Группа Подгруппа Способы передвижения и питания Уза Журбица Столбунка Терюха Грабовка Липа Бобруйка
Добываю- 1 а) Плавание / вертикация 11,5 13,2 15,4 14,8 22,3 13,9 17,6
щие пищу в б) Плавание / первичная фильтрация 13,5 13,2 11,5 11,1 16,6 13,9 17,6
толще воды 2 Плавание / захват + всасывание 1,9 6,7 3,8 - 5,6 3,4 -
3 Плавание / активный захват - - - 3,7 - - -
Добываю- 4 а) Плавание + ползание / вертикация 17,3 26,7 19,2 18,6 16,6 24,2 23,5
щие пищу с поверх- б) Плавание + ползание / вертикация + всасывание 11,5 - 3,8 7,4 - 6,9 -
ности 5 а) Ползание + плавание / всасывание 3,9 - 3,8 7,4 5,6 3,4 -
субстрата б) Ползание + плавание / вторичная фильтрация 9,5 6,7 15,4 7,4 5,6 3,4 11,8
6 а) Ползание + плавание / собиратели-фито-, детритофаги 3,9 6,7 - 3,7 - - -
б) Ползание + плавание / собиратели-эврифаги 3,9 - 3,8 3,7 - 3,4 -
Ползание + плавание / активный захват 7,7 6,7 7,6 11,1 11,1 10,4 5,9
Плавание + прикрепление к субстрату / первичная фильтрация 5,8 6,7 3,8 3,7 5,6 6,9 5,9
Прикрепление к субстрату + плавание / вертикация 5,8 - 3,8 - - 3,4 5,9
7 а) Смешанная по способу передвижения группа 1,9 6,7 3,8 3,7 5,6 3,4 5,9
Прикрепленные к 8 б) Смешанная по способу передвижения и питания группа 1,9 6,7 3,8 3,7 5,6 3,4 5,9
субстрату и способные к плаванию 9 Прикрепление к субстрату + плавание / вертикация 5,8 3,8 3,4 5,9
Смешанные по способам 10 а) Смешанная по способу передвижения группа 1,9 6,7 3,8 3,7 5,6 3,4 5,9
питания и передвижения б) Смешанная по способу передвижения и питания группа 1,9 6,7 3,8 3,7 5,6 3,4 5,9
Таблица 4 - Систематическая принадлежность индикаторных организмов зоопланктона в исследованных реках
Группы Сапробность
о о-Р Р-о Р Р-а а Всего
КоШ"ега 10 4 2 6 4 - 26
СМосега 3 6 2 7 - 1 19
Copepoda 3 - - 2 - - 5
Всего: 16 10 4 15 4 1 50
Примечание: о - олигосапробность, р - бетамезосапробность, а - альфамезосапробность (обозначения приняты для индикаторов чистых, загрязненных, грязных вод соответственно)
Рассчитанный индекс сапробности составляет 1,1-2,56 (Уза), 1,22-2,15 (Журбица), 1,33— 2,14 (Столбунка), 1,35—2,15 (Терюха), 1,44—2,40 (Грабовка), 1,27—2,57 (Липа), 1,47—2,42 (Бобруйка). Средние величины индекса характеризуют исследуемые реки как «умеренно (слабо) загрязненные», что соответствует III классу качества воды: 1,83 (Уза), 1,59 (Журбица), 1,71 (Столбунка), 1,76 (Терюха), 1,84 (Грабовка), 1,82 (Липа), 1,90 (Бобруйка). Однако р. Уза летом и осенью в разные годы исследований по величинам индекса относится к категории «загрязненная» (величины индекса 2,51—2,56), то есть IV классу качества. Кроме этого, постоянное загрязнение сточными водами рек Уза, Бобруйка и Журбица заметно сказывается на фауне зоопланктона, которая включает виды ß- и а- мезосапробных комплексов.
Сопоставление индексов видового разнообразия Маргалефа и индексов сапробности Пантле и Букка (рисунок 2) показало, что во всех реках наблюдается снижение величин индекса видового разнообразия при увеличении индекса сапробности, что подтверждается результатами регрессионного анализа.
2 1,5
ь §1
0,5
р. Бобруйка
* *
у=-0,7346х +2,7655 R2 = 0,7744
1,5 2
Индекс сапробности
2,5
Рисунок 2 - Изменение индекса видового разнообразия зоопланктона исследованных рек
в зависимости от индекса сапробности
Выводы
Исследования, проведенные в 2006-2012 гг. на 7 малых реках, относящихся к бассейну Днепра, показали, что качество воды в них по некоторым гидрохимическим показателям не соответствует нормативам. Реки загрязнены железом, азотом аммонийным, азотом нитритным, фосфором фосфатным и другими компонентами, которые в 1,02-9,01 раз превышают ПДК. В зоопланктоне рек обнаружено 58 видов и вариететов, относящихся к 4 отрядам, 15 семействам и 31 роду. В трофической структуре зоопланктона рек преобладают вертикаторы, первичные и вторичные фильтраторы, добывающие пищу в толще воды и с поверхности субстрата. В реках встречаются индикаторные организмы с большим интервалом сапробности. Количество индикаторов умеренно загрязненных и загрязненных вод составляет 48% всех показательных организмов.
Под влиянием различных видов антропогенного воздействия в зоопланктоне рек снижается индекс видового разнообразия, возрастает доминирование групп организмов, добывающих пищу с поверхности субстрата, увеличивается доля видов-индикаторов загрязнения и индекс сапробности Пантле и Букка. В целом, все исследуемые реки характеризуются как «умеренно (слабо) загрязненные», что соответствует III классу качества воды.
Литература
1. Крылов, А. В. Зоопланктон равнинных малых рек / А. В. Крылов. - М. : Наука, 2005. - 263 с.
2. Ткачев, Б. П. Малые реки: современное состояние и экологические проблемы: Аналитический обзор / Б. П. Ткачев, В. И. Булатов. - Новосибирск, 2002. - 114 с.
3. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / под ред. В. А. Абакумова. - Л. : Гидрометеоиздат, 1983. - 240 с.
4. Margalef, R. Diversity and stability a proposal and a model of inter dependence / R. Margalef // Brookhaven Symp. Biol. - 1969. - Vol. 22. - P. 25-37.
5. Sorensen, T. A method of establishing groups of equal amplitude in plant sociology based on similarity of species content / T. Sorensen // Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. Biol. Krifter., K. danske vidensk Selsk. - 1968. - Vol. 5. - № 4. - Р. 1-34 .
6. Чуйков, Ю. С. Методы анализа трофической структуры сообщества планктонных беспозвоночных как стационарного явления / Ю.С. Чуйков // Экология. - 1983. - № 5. - С. 56-62.
7. Pantle, R. Die biologische Urerwachung der Gawasser und die Darstellung der Ergebnisse / R. Pantle, H. Buck // Gas und Wasserfach. - 1955. - Bd. 96, № 18. - S. 604.
Summary
The results of plantografic research were submitted in the article. The aim of the research is to identify the forming of foot arch deviations at senior preschool age. Specific characteristics of foot arch deformation in children who live in the city and in the village were identified.
Поступила в редакцию 28.01.14
