CC BY
99
БИОЛОГИЯ 2007. №10
УДК 504.4.054.(470.51X045)
Н.В. Холмогорова
ВОЗДЕЙСТВИЕ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ НА СООБЩЕСТВА ДОННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ МАЛЫХ РЕК УДМУРТИИ
Проведена оценка степени загрязнения речных грунтов УР нефтяными углеводородами. Исследовано воздействие загрязнения донных отложений нефтью на количественные и качественные показатели макрозообентоса малых рек Удмуртии.
Ключевые слова: макрозообентос, загрязнение нефтью, малые реки.
Удмуртия является крупным нефтедобывающим регионом России. Годовой объем добычи нефти составляет около 10 млн. т нефти в год. Предприятия по разведке и добыче минерального сырья Удмуртии по интенсивности воздействия на окружающую среду стоят на одном из первых мест среди объектов хозяйственной деятельности [1]. Значительная часть кустов нефте-качалок расположена в бассейнах малых рек, что отрицательно сказывается на экологическом состоянии водотоков.
В данной работе произведена оценка изменения количественных и качественных характеристик макрозообентоса под воздействием компонентов нефтяного загрязнения на примере малых рек Удмуртской Республики.
Материал и методика исследования
Сбор материала проводили с мая по октябрь 2001-2005 гг. на реках Во-тке (66 км), Лозе (127), Нязь (42) по общепринятым методикам [2]. Кроме того, в 2004-2005 гг. были обследованы малые реки и ручьи на Ижевском, Мещеряковском, Бурановском, Гремихинском, Архангельском, Алексеев-ском, Никольском, Северо-Никольском и Ельниковском месторождениях нефти. Все исследуемые реки относятся к бассейну Камы.
За весь период исследований отобрано 340 количественных проб макрозообентоса и 110 проб донных отложений на химический анализ. Отбор проб бентоса на мягких грунтах проводили трубчатым дночерпателем с площадью захвата 0,01 м2, каждая проба включала содержимое 4 дночерпателей. Степень загрязнения каменистых субстратов оценивали по концентрации компонентов нефти в наносных грунтах, оседающих под камнями, или в местах с замедленным течением. Массовую долю нефтяных углеводородов в пробах донных отложений измеряли на анализаторе жидкости «Флюорат - 02», аттестованный диапазон измерений от 0,005 до 20 мг/г (ПНД Ф 16.1.21-98).
Основываясь на данных химического анализа грунтов, мы выделили три уровня загрязнения нефтью: слабое < 50 мг/кг; умеренное 51- 400 мг/кг и экстремальное > 400 мг/кг.
Видовое разнообразие сообществ зообентоса оценивали с помощью индекса Шеннона-Уивера (Н). Для оценки выравненности видового обилия рассчитывали показатель Пиелу [3]. Определение биотического индекса проводи-
ли по системе Вудивисса [4], а также в модификации этой системы В.И. Пше-ницыной [5], разработанной для средней Волги.
На основании гидробиологических и химических данных рассчитывали коэффициенты ранговой корреляции Спирмена (г8), проводили однофакторный дисперсионный анализ, множественные сравнения средних проводили с помощью Шефетеста. Статистическую обработку данных вели в программе 81ай8йса 6.0.
Результаты и их обсуждение
Данные по степени загрязненности водотоков УР нефтяными углеводородами представлены в таблице.
По результатам исследования можно сказать, что наибольшее количество нефтяных углеводородов накапливается в донных отложениях ручьев и истоков рек с шириной русла не более 1 м. Самоочищающая способность их понижена из-за слабой водности и очень тесной связи с водосборной поверхностью.
В июне 2005 г. на левом притоке р. Докшанки (Гремихинское м.н.) зарегистрирована концентрация нефтяных углеводородов 9540 мг/кг, что соответствует 477 ПДК. На Бурановском месторождении нефти в донных отложениях ручья (левый приток р. Яганки) (ширина 0,5-0,7 м) концентрация углеводородов достигала 3700 мг/кг (185 ПДК). На более крупных реках промывная способность значительно выше и самоочищение идет эффективнее, поэтому зарегистрированная концентрация поллютантов намного ниже.
Из таблицы видно, что концентрация нефтепродуктов в донных отложениях р. Лозы возрастает вниз по течению, при этом концентрация нефти в воде не изменяется.
На р. Нязь максимальные уровни загрязнения донных отложений нефтепродуктами отмечаются в среднем течении. В нижнем течении, за счет процессов самоочищения, этот показатель снижается в 1,6 раз. Вода в данной реке наиболее загрязнена в нижнем течении.
Сильнейшему антропогенному прессу подвержена р. Вотка. Уже в верхнем течении концентрация нефтепродуктов в донных отложениях достигала 30,7 ПДК. В среднем течении загрязнение носило мозаичный характер, тем не менее, ПДК была превышена в среднем в 17,4 раза. В нижнем течении реки процессы самоочищения преобладали над загрязнением, и концентрация нефти заметно снижалась - 1,5 ПДК.
Вода в р. Вотке сильно загрязнена как в верхнем, так и в среднем течении, концентрация нефтепродуктов превышала предельно допустимые для рыбохозяйственных водоемов в 11-15 раз.
На месторождениях южной части республики преобладают реки с песчаными донными отложениями, поэтому нефтепродукты в них задерживаются слабо. На Алексеевском, Никольском и Северо-Никольском м.н. превышения ПДК по нефтепродуктам не зарегистрировано. Водотоки Ельниковского м.н. отличаются илистыми и глинистыми грунтами, при этом концентрация нефтепродуктов в них достигает 15 ПДК, что соответствует сильному загрязнению.
БИОЛОГИЯ 2007. №10
Таблица
Концентрация нефтепродуктов в донных отложениях и воде малых рек ______________________________Удмуртии_________________________________
Исследуемый участок В воде, мг/дм3 Превышение ПДК рыбохоз (0,05 мг/дм3), раз В ДО, мг/кг Превышение ПДК (20мг/кг), раз [6]
Р. Лоза общее < 0,05 0 43,7 2,2
верхнее течение < 0,05 0 24,4 1,2
среднее течение < 0,05 0 54,9 2,7
Р. Нязь общее 0,113 2,3 106,5 5,3
верхнее течение 0,2 4 52,1 2,6
среднее течение 0,072 1,4 150 7,5
нижнее течение 0,109 2,2 91,8 4,6
Р. Вотка общее 0,679 13,6 439,5 22
верхнее течение 0,55 11 614,9 30,7
среднее течение 0,744 14,9 347 17,4
нижнее течение - - 30 1,5
Левый приток р. Сия (Архангельское м.н.) < 0,05 0 90 4,5
Правый приток р. Неч-кинка (Ижевское м.н.) - - 102 5,1
Р. Чультемка, (Меще-ряковское м.н.) - - 31 1,6
Р. Яганка и ручей (Бу-рановское м.н.) - - 814 40,7
Р. Докшанка с притоком и левый приток р. Позимь, (Гремихинское м.н.) 0,09 1,8 2439,6 122
Р. Тушинка и правый приток р. Кама (Ельниковское м.н.) 0,06 1,2 301,3 15,1
Ручей Красноярка (Северо-Никольское м.н.) < 0,05 0 16,8 0
Ручей Мельничный ключ (Алексеевское м.н.) < 0,05 0 12,5 0
Р. Камбарка, (Никольское м.н.) - - 15,3 0
Примечание. М.н. - месторождение нефти.
Структура МЗБ при загрязнении нефтью менялась в зависимости от грунта.
На илистых грунтах при увеличении концентрации углеводородов нефти до 51-400 мг/кг наблюдалась тенденция к уменьшению численной доли двустворчатых моллюсков (21,8% ^ 18,2%), личинок ручейников (11,7% ^ 6,2%) и пиявок (3,7% ^ 1,2% (р = 0,027)) (рис. 1).
При загрязнении свыше 400 мг/кг отмечалось уменьшение численной доли двустворчатых моллюсков до 3,6%, личинок ручейников - до 1,2% и
пиявок (семейства Glossiphoniidae и ЕгроЪёеШёае) до 0,4%. Чувствительность пиявок к нефтяному загрязнению в литературе не освещена, однако, по мнению Е.И. Лукина [7], обилие пиявок напрямую зависит от количества пищи, в качестве которой выступают обитатели чистых вод (брюхоногие моллюски, мелкие хирономиды и олигохеты).
При экстремальном загрязнении донных отложений компонентами нефти достоверно увеличивалась доля личинок хирономид (26% ^ 42,3%; р=0,0029) особенно подсемейства Prodiamesinae (р = 0,0049) (рис. 2) отмечалась тенденция к росту численности олигохет семейства TuЪificidae (23,2% ^ 28,2%).
♦ ВгуаЬта “■ _ ТпсИор1ега —к. — Нгпйюа
Рис. 1. Численные доли групп зообентоса при разных уровнях загрязнения илистых донных отложений нефтяными углеводородами
Chironomidae —■ - Prodiamesinae
Рис.2. Численная доля личинок комаров-звонцов при разных уровнях загрязнения илистых грунтов нефтяными углеводородами
БИОЛОГИЯ 2007. №10
Освободившуюся экологическую нишу занимают более устойчивые к нефтяному загрязнению личинки хирономид. От умеренного загрязнения к экстремальному их доля (р = 0,0029) достоверно увеличивается. Этот факт уже описывался некоторыми гидробиологами [8; 9]. Более тщательный анализ показал достоверное увеличение роли подсемейства Prodiamesinae в сообществе при экстремальном загрязнении (р = 0,0049). Изменение доли других подсемейств комаров-звонцов в сообществе бентоса недостоверно.
На илистых отложениях отмечено также снижение биомассы (р = 0,004), количества видов (р = 0,0017) и индекса Шеннона (р = 0,0076) при экстремальном уровне загрязнения. По показателям индекса Шеннона и количества видов достоверно отличаются 1 - 3 и 2 - 3 уровни загрязнения нефтью.
Глинистые донные отложения. На глинистых грунтах увеличение концентрации нефтяных углеводородов до 51-400 мг/кг привело к сокращению численной доли личинок хирономид (44% ^ 32,6%). Доля двустворчатых моллюсков при этом возрастала (5,9% ^ 13,4%, р = 0,013).
Дальнейший рост концентрации компонентов нефти в донных отложениях (> 400 мг/кг) вызвал наиболее заметные изменения в видовой структуре аргиллореофильных сообществ. Резко увеличилась доля олигохет (с 9% до 31,3%), преимущественно семейства TuЫficidae (р = 0,001), и до 0,8% сократилась доля двустворчатых моллюсков (р = 0,006) (рис. 3). Достоверно уменьшилась численность поденок (р = 0,002), причем снижение происходило как за счет фитофильных личинок (семейство Baetidae), так и живущих непосредственно в донных отложениях (семейство Caenidae).
Численная доля семейства хирономид менялась незначительно, но, несмотря на это, доля подсемейства продиамезин достоверно возрастала (р = 0,001) (рис. 4).
—♦ - ВтаЪта Lymnaeidae —А— Бркетегор1ега
Рис. 3. Численные доли групп зообентоса при разных уровнях загрязнения глинистого грунта нефтяными углеводородами
Отрицательная корреляция установлена между массовой долей нефтяных углеводородов в донных отложениях и численной долей брюхоногих моллюсков (г8 = - 0,44; п = 30; р < 0,05), семейства Lymnaeidae (г8 = - 0,38; п = 30; р < 0,05), семейства Valvatidae (г8 = - 0,39; п = 30; р < 0,05), а также долей личинок поденок (г8 = - 0,55; п = 30; р < 0,05).
Как и на илистых грунтах, общая биомасса макрозообентоса, индекс Шеннона и число видов в аргиллореофильных сообществах достоверно снижались (р < 0,01) при увеличении степени загрязнения донных отложений от слабого уровня до экстремального.
—♦ - О%осИае1а —■— Рго&аше8тае
Рис. 4. Численные доли олигохет и комаров-звонцов подсемейства Prodiamesinae при разных уровнях загрязнения нефтью глинистого грунта
Песчаные донные отложения. При увеличении концентрации нефтяных углеводородов до 51-400 мг/кг наблюдалась тенденция к уменьшению доли двустворчатых моллюсков (17,6% ^ 13,1%), ручейников (10,9% ^ 9,5%) и поденок (11,2% ^ 8,8%). Было отмечено достоверное увеличение доли брюхоногих моллюсков на песчаных ДО (1,9% ^ 5,3%) (р = 0,003) и хирономид подсемейства Prodiamesinae (р = 0,008), незначительно повышалась численность олигохет (17,8% ^ 18,4%). Однако при экстремальном загрязнении в пробах полностью отсутствовали как брюхоногие, так и двустворчатые моллюски.
Рост концентрации компонентов нефти до 400 мг/кг и выше привел к полному исчезновению моллюсков, сокращению численной доли личинок ручейников (4,9%), поденок (5,6%). Общая доля малощетинковых червей в сообществе сокращалась (10,4 %), но доля олигохет семейства Lumbriculidae возрастала (р = 0,048). При экстремальном загрязнении важную роль в псам-мореофильных сообществах играли личинки длинноусых двукрылых (семейства Limoniidae и Tipulidae), их численная доля увеличилась до 15%.
Умеренное загрязнение нефтью способствует увеличению доли хиро-номид семейства Рго^аше8тае (р = 0,008), но при дальнейшем загрязнении их показатели снижаются. Достаточно устойчивыми к нефтяному загрязнению на песчаных грунтах оказались олигохеты семейства Lumbriculidae, которые увеличивают свою долю при экстремальном загрязнении (р = 0,048).
%
—♦ - кл. Gastropoda
сем. Lymnaeidae
Рис. 5. Численные доли брюхоногих моллюсков при разных уровнях загрязнения песчаных грунтов нефтью
-♦— Lumbriculidae
- Prodiamesinae
Рис. 6. Численные доли групп зообентоса на песчаных грунтах при разных уровнях загрязнения нефтью
Также в псаммореофильных биоценозах отмечено достоверное снижение биоразнообразия (число видов) (р = 0,005) и общей биомассы макрозообентоса (р = 0,029) при экстремальном уровне загрязнения нефтью.
Каменистый грунт
Увеличение массовой доли нефтяных углеводородов до 51-400 мг/кг ведет к сокращению доли олигохет (семейства TuЫficidae и Lumbriculidae) (24,2 % ^ 13,4 %) и общей доли личинок поденок (16,1 % ^ 14 %). При этом достоверно возрастала доля пелореофильных моллюсков семейства Valvati-dae (р = 0,037). Показатели личинок хирономид и ручейников практически не менялись.
Концентрация углеводородов нефти свыше 400 мг/кг вызвала упрощение структуры литореофильного биоценоза. Это проявилось в сокращении доли олигохет (1,74%), гастропод (0,1%), двустворчатых моллюсков (0,5%), ручейников (1,6%). Представители семейств Hydropsychidae (отряд Trichoptera), Heptagenii-dae и Caenidae (отряд Ephemeroptera) при отмеченной выше концентрации углеводородов полностью отсутствовали. В то же время значительно повысилась доля личинок поденок семейства Baetidae (с 9,7% до 23%).
Достоверное увеличение численной доли при экстремальном загрязнении отмечено только для комаров-звонцов подсемейства Prodiamesinae (р = 0,006).
На основании корреляционного анализа выявлено отрицательное воздействие нефтепродуктов на фауну олигохет (г8 = - 0,48; п = 28; р < 0,05), в частности семейства Lumbriculidae (г8 = - 0,47; п = 28; р < 0,05), хирономид подсемейства Orthocladiinae (г8 = - 0,40; п = 28; р < 0,05) и двукрылых семейства Limoniidae (г8 = - 0,40; п = 28; р < 0,05).
♦ камни —■— песок —А - глина - - ил
Рис. 7. Количество видов макрозообентоса в пробе при разной степени загрязнения донных отложений нефтью
Заключение
Максимальные изменения в структуре макрозообентоса малых рек отмечались при концентрации нефтепродуктов в донных отложениях >400мг/кг. При этом наблюдалось снижение видового разнообразия (общее число видов макрозообентоса) на всех типах грунтов (р < 0,01) (рис. 7). По-
БИОЛОГИЯ 2007. №10
добный эффект при нефтяном загрязнении отмечался и другими исследователями [8-14]. На илах, глинах и песках отмечалось снижение общей биомассы макрозообентоса. Подобная зависимость отмечена Ю.В. Ершовым с соавторами для Чебоксарского водохранилища [15]. Индекс Шеннона достоверно снижался на всех биотопах, за исключением песчаных.
При экстремальном загрязнении донных отложений нефтью возрастала доля личинок хирономид и реже олигохет.
На всех типах донных отложений отмечено достоверное увеличение численной доли комаров-звонцов подсемейства Prodiamesinae. Устойчивость продиамезин к нефтепродуктам в литературе не освещена, однако есть данные, что вид Prodiamesa olivacea (Meigen) менее чувствителен к загрязнению металлами, чем другие представители семейства. Это свидетельствует о толерантности вида к разным загрязнителям пресных вод.
Наиболее уязвимыми организмами в бентоценозе оказались личинки ручейников и двустворчатые моллюски. Их численная доля сокращалась при загрязнении нефтью на всех грунтах.
Личинки поденок относятся в основном к фито- или литореофилам, поэтому имеют слабую связь с мягким грунтом. Их количественные показатели незначительно менялись на илистых и песчаных грунтах, а на каменистых даже возрастали. Только в аргиллореофильных биоценозах, где велика численность поденок родов Ephemera и Caenis, отмечено достоверное уменьшение доли личинок при экстремальном загрязнении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. О состоянии окружающей природной среды Удмуртской Республики в 1998 г.: Государственный доклад. Ижевск, 1999. 242 с.
2. Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах. Зообентос и его продукция / Под ред. Ю.А. Барулина. Л.: ГосНИОРХ, 1984. 51 с.
3. Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. М.: Мир, 1992. 181 с.
4. Woodiwiss F.S. The biological system of streem classification used by the Trent river board // Chemistry and industry. 1964. P. 443-447.
5. Пшеницына В.И. Об эффективности шкалы Вудивисса при биоиндикации качества воды // Гидробиол. журн. 1986. Т. 22, № 4. С. 42-45.
6. Михайлова Л.В. Разработка нормативов загрязняющих веществ в донных грунтах (на примере нефти) // Тез. докл. VII съезда гидробиологического общества РАН. Калининград, 2001. Т. 2. С.152-153.
7. Лукин Е.И. Пиявки пресных и солоноватых водоемов // Фауна СССР. Пиявки. Т. 1. Л.: Наука, 1976. 484 с.
8. Богатов В.В., Морозова Н.И. Загрязнение вод нефтепродуктами в районе Амурско-комсомольского ТПК // Изучение природной среды Амурско-комсомольского территориально-производственного комплекса под влиянием хозяйственной деятельности. Владивосток, 1984. С. 106-115.
9. Строганов Н.С. Токсическое загрязнение водоемов и деградация водных экосистем // Общая экология, биогеоценология, гидробиология: Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1976. Т. 3. С. 5-47.
10. Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф., Лысяный Г.И. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 1986. 245 с.
11. Шарапова Т.А. Зообентос и зооперифитон реки Иртыш // Гидробиол. журн. 1998. Т. 34, № 4. С. 32-44.
12. Михайлова Л.В., Исаченко-Боме Е.А. Изменение качественного и количественного состава зообентоса реки Ватинский Еган в связи с антропогенным воздействием // Чистая вода: Тез. докл. науч.-практ. семинара. Тюмень, 1998. С. 42, 43.
13. Лозовой Д.В. Биологический способ обнаружения нефтяного загрязнения: Дис. ... канд. биол. наук. Иркутск, 2003. 172 с.
14. Балушкина Е.В. Оценка состояния экосистем водоемов и водотоков северо-запада России // Тез. докл. IX съезда Гидробиологического о-ва РАН. Тольятти, 2006. Т. 1. С. 32.
15. Ершов Ю.В., Баканов А.И., Бисеров В.И., Бикбулатова Е.М. Органическое вещество, битумоиды и углеводороды в донных отложениях водохранилищ Волги и их влияние на бентос // Органическое вещество донных отложений Волжских водохранилищ: Тр. Рос. АН. Борок, 1993. Вып. 66(69). С.74-91.
Поступила в редакцию 30.09.07
N. V. Kholmogorova
Oil carbon’s effect on bottom invertebrate communities of the Udmurt Republic’s
small rivers
Estimation of Udmurt river bottom pollution by oil carbons is conducted. Influence of river
bottom pollution by oil on quantitative and qualitative indices of Udmurtia’s small rivers
macrozoobenthos is researched.
Холмогорова Надежда Владимировна ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп. 1) E-mail: Nadi aHolm@rambler. ru
