CC BY
88
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2015, том 21, №3 (64), с. 72-83
=——— ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ ——==
УДК 574.52 (556.531.5)
ЗООПЛАНКТОН И КАЧЕСТВО ВОДЫ Р. ИШИМ В СЕВЕРНОМ КАЗАХСТАНЕ
© 2015 г. Н.И. Ермолаева
Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН Россия, 630090 Новосибирск, Морской просп., д. 2. Е-mail: [email protected]
Поступила 14.04.2014
Использованы данные рекогносцировочного обследования экологического состояния среднего течения реки Ишим на территории Северо-Казахстанской области. Проведена оценка экологического состояния реки выполнена методами биоиндикации. Приведены данные по сапробности и по количественным показателям зоопланктона на различных створах реки. Выявлена присутствие в Сергеевском водохранилище Е^а8Йш 81еЬо1& Ког^апп.
Ключевые слова: зоопланктон, Ишим, экология, биоиндикация, сапробность
Введение
Состояние качества воды водохозяйственных систем Казахстана становится угрозой для здоровья населения и развития экономики. Постановлением Правительства Республики Казахстан от 9 ноября 2010 г. № 1176 «Об утверждении Программы «А^-б^ла^» на 2011 - 2020 годы» решен вопрос о плановой поддержке системы водоснабжения в стране. В 2008-2010 гг. Институт водных и экологических проблем СО РАН, по просьбе правительства Казахстана совместно с СевероКазахстанским государственным университетом им. Манаша Козыбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан проводил исследования по теме: «Изучение закономерностей формирования и функционирования водных экосистем Северного Казахстана как источников обеспечения населения питьевой водой».
Речная сеть в Северо-Казахстанской области развита слабо. Основной источник водоснабжения -река Ишим. Река протекает по районами, интенсивно используемым сельским хозяйством (Алешина и др., 2009). На реке располагается несколько крупных городов, в том числе столица Казахстана — Астана. Воды реки Ишим широко используется в самых разнообразных целях: для водоснабжения и бытовых нужд населения, и в хозяйственно-промышленных целях. Понижение уровня воды в реке за счет роста водопотребления привело к существенным неблагоприятным изменениям гидрологических, и гидрохимических условий реки, вызвало трансформацию биоты (Новикова и др., 2011). Кроме того, с 2016 г. в Астане сточные воды после очистки и переработки, планируют сбрасывать в реку Ишим. По прогнозам экспертов около 150 тыс. м3 переработанной и очищенной воды ежегодно будут попадать в реку. Если не обеспечить должной очистки сбрасываемых сточных вод, то они ухудшат качество воды ниже по течению. Поэтому состояние р. Ишим и качество ее воды нуждается в постоянном экологическом мониторинге. Наряду с гидрологическими и гидрохимическими методами мониторинга, необходимо проводить и гидробиологический мониторинг, используя в этих целях методы биоиндикации на основании показателей состояния популяций организмов-индикаторов (Губанова, 2012).
Цель данной работы охарактеризовать современное состояние водоемов и водотоков, расположенных на территории Северо-Казахстанской области методами биоиндикации с использованием зоопланктона, что позволяет оперативно оценить степень эвтрофированности водоема и возможности его самоочищения.
Материалы и методы
Материалом для настоящей работы послужили пробы зоопланктона, отобранные в июле 2009 и в июле 2010 гг. на 9 створах р. Ишим и в Сергеевском (створы № 5-7) и Петропавловском (створы № 11-12) водохранилищах (рис.). На каждом створе сбор проводили на 3 станциях (правый и левый берег, центр). Пробы отбирали процеживанием 50 л воды через планктонную сеть Апштейна (газ №
72), фиксировали 4 % формалином и обрабатывали общепринятыми в гидробиологии методами (Руководство..., 1992).
Расчет индекса Шеннона (Н = рг ■ 1о§2 ) производили с учетом показателей численности
и биомассы, поскольку данная версия расчета гармонично сочетает оба фактора обилия (Розенберг, 2010). В индексе использовали такой расчет вероятности рг:
Рг = N • В )1/2/Е N • В )1/2 (1),
где (N i ■Bi )1/2 - индекс плотности населения (Розенберг, 2010).
Рис. Карта-схема расположения створов на р. Ишим на территории Северного Казахстана (номера створов соответствуют номерам в табл. 3 и в тексте). Fig. Schematic map of the studied river station of the Ishim in the North Kazakhstan region (numbers correspond to the number of river station in Table 3 and in the article text).
Для оценки экологического состояния водотоков использовали метод биоиндикации по индексу сапробности Пантле и Букк (Sladecek V, 1973). При расчете этого индекса использованы значения региональных индексов индикаторной значимости, полученные для зоопланктонных организмов водоемов юга Западной Сибири, степень эврибионтности и стенобионтности зоопланктонных организмов оценивалась по их индикаторному весу (Ермолаева, Двуреченская, 2013, 2014а). Степень стабильности и устойчивости сообщества зоопланктона оценивалась по видовому разнообразию (индекс Шеннона, Н) (Алимов, 2000).
Экологические характеристики видов (фитофилы, пелагобионты и др.) приняты согласно ряду крупных обзоров по экологии зоопланктона (Чуйков, 2000; Аннотированный список..., 2001, 2009; S. Radwan et. al, 2004).
Длина реки Ишим 2450 км, площадь водосбора 177 тыс. км2. В пределах области расположен участок реки длиной 690 км. Ишим у Петропавловска течёт с юго-запада на северо-восток. Ниже г. Сергеевки река выходит на Западно-Сибирскую равнину и течёт по плоской Ишимской равнине в широкой пойме с многочисленными старицами, в низовьях протекает среди болот и впадает в Иртыш у г. Усть-Ишим. Русло реки извилистое, ширина его от 40 до 200 м. Дно преимущественно песчаное. Глубины на перекатах - 0.1-0.3 м, на плесах - до 8-10 м. Средняя ширина долины от 4 до 22 км. Питание реки снеговое. Максимум весеннего половодья приходится на май-июнь. Минерализация Ишима меняется в зависимости от сезона от 0.3 до 0.7 г/л. В пределах области русло реки
зарегулировано Сергеевским и Петропавловским водохранилищами. Сергеевское водохранилище образовано в 1969 году. Длина - 75 км, ширина - 7 км. Максимальная глубина 20 метров, объем воды более 693 млн.м3. Петропавловское водохранилище сооружено на р. Ишим практически в черте города. Водохранилище руслового типа, площадь водной поверхности составляет 9.7 км2, средние глубины 4-5 м, объем 19.2 млн. м3.
В настоящее время уровень воды в реке Ишим снизился на несколько метров. Несмотря на то, что на реке нет промышленных предприятий, вода в ней загрязняется местным населением. Берега завалены различным мусором и бытовыми отходами. При разливе все это вместе с талыми водами поступает в реку. В последние годы река Ишим по качеству воды относится к 3 классу - «умеренно загрязненная», ИЗВ=1.41. Превышения ПДК наблюдались по общему железу (1.9 ПДК) и цинку (3.4 ПДК). Сергеевское водохранилище характеризуется как «чистое» - 2 класс, ИЗВ = 0.93. Содержание загрязняющих веществ также превышено по концентрации общего железа и цинку (до 1.6 ПДК). На отдельных участках наблюдалось превышение БПК 5 в 1.5-2.0 раза (до 4.32 мг О 2/дм3) (Долматова, 2011; Кириллов и др., 2011).
Река Ишим мало изучена в гидробиологическом отношении. По планктонным организмам работ мало (Пильгук, 1973; Пильгук, Жолболсынова, 1981; Алешина, 2009; Акбаева и др., 2012) и они имеют эпизодический характер. Учитывая возрастающую антропогенную нагрузку, такие исследования стоило бы сделать регулярными для мониторинга изменения экосистемы реки. Задачей данного исследования было изучить таксономическую структуру и количественные характеристики зоопланктонных сообществ и на основании полученных данных оценить экологическое состояние р. Ишим на территории Северного Казахстана.
Результаты
В составе зоопланктона р. Ишим на территории Северного Казахстана было зафиксировано 87 видов (табл. 1). Представители зоопланктона относятся к 3 основным таксономическим группам: С^осега, Copepodа и Rotifera. Наименьшим видовым разнообразием характеризовались веслоногие рачки, среди которых выявлен 21 таксон. Из ветвистоусых рачков обнаружено 28 таксонов. Наибольшим разнообразием в зоопланктоценозе отличались коловратки - 38 таксонов. Преобладание этой группы в качественном отношении над низшими ракообразными является характерной чертой речного планктона. В целом количество видов по участкам значительно варьирует, что обусловлено морфологическими и гидрологическими особенностями реки, а также разной степенью антропогенного воздействия на них.
Таблица 1. Видовой состав зоопланктона р. Ишим на створах в пределах Северо-Казахстанской области . Table 1. The species composition of zooplankton at different river station of the Ishim in the North Kazakhstan region.
Виды створы 2009 г. створы 2010 г.
4 5, 6, 7 8 11 1 2 3 5, 6, 7 8 9 10 12 13 14
Rotifera
Asplanchna herrickii de Guerne + + +
Asplanchna priodonta Gosse + + + + +
Brachionus angularis Gosse + + + + + +
Br. calyciflorus anuraeiformis Brehm + +
Br. quadridentatus Hermann +
Br. quadridentatus brevispinus Ehrenberg + + +
Br. leydigii leydigii Cohn + + + +
Cephalodella catellina Müller + + + +
Cephalodella gibba gibba (Ehrenberg) + +
Colurella obtusa Gosse + + + +
Euchlanis deflexa (Gosse) + + + + + + + +
Euchlanis dilatata Ehrenberg + + + + + + + + + +
Продолжение таблицы 1
Euchlanis incisa Carlin +
Filinia longiseta (Ehrenberg) + + +
Filinia major (Golditz) + + + +
Kellicottia longispina (Kellicott) + +
Keratella cochlearis (Gosse) + + +
Keratella cochlearis tecta (Gosse) +
K. quadrata quadrata (Müller) + + + + + + + + + + + + +
Lecane luna luna (Müller) + + + + +
Lecane ungulata (Gosse) + +
Lecane (Monostila) hamata (Stokes) + + + + + +
Lecane (М.) obtusa (Murray) +
Lepadella ovalis (Müller) + +
Mytilina mucronata spinigera (Ehrenberg) +
Mytilina ventralis (Ehrenberg) + +
Notommata aurita (Müller) +
Polyarthra major Burckhardt +
Polyarthra minor Voigt + + +
Polyarthra remata Skorikov + + + + + +
Synchaeta pectinata Ehrenberg +
Testudinella patina patina (Hermann) + + + + + +
Trichocerca capucina (Wierzejski & Zacharias) +
Trichocerca cylindrica (Imhof) + + + + + +
Trichocerca (Diurella) bidens (Lucks) +
Trichocerca (Diurella) tenuior (Gosse) +
Trichotria pocillum pocillum (Müller) + +
Trichotria truncata (Whitelegge) +
Число видов в группе 2 1 2 6 13 12 9 13 8 10 19 7 13 13
Cladocera
Acroperus harpae (Baird) + + + +
Alona affinis (Leydig) + + + + + +
Alona rectangula Sars +
Alonella nana (Baird) +
Bosmina longirostris (O.F. Müller) + + + + + + + + + +
Ceriodaphnia affinis Lill. + + +
Ceriodaphnia quadrangula (O.F. Müller) + + + + + + + + + + +
Chydorus ovalis Kurz + + +
Chydorus sphaericus (O.F. Müller) + + + + + +
Daphnia cucullata Sars +
Daphnia longispina O.F. Müller + + + + + + +
Diaphanosoma brachyurum (Lievin) + + + + + + + + +
Disparalona rostrata (Koch) + +
Graptoleberis testudinaria (Fischer) + + + + + +
Ilyocryptus acutifrons Sars + + +
Leydigia leydigii (Leydig) + + +
Leptodora kindtii (Focke) + +
Macrotrix hirsuticornis Norman + + + + +
Moina rectirostris (Leydig) +
Monospilus dispar Sars + + + +
Продолжение таблицы 1
Peracantha truncata (O.F. Müller) +
Pleuroxus adunctus (Jurine) + + + +
Pleuroxus (Picripleuroxus) striatus Schödler + + + + + + + +
Polyphemus pediculus (Linnaeus) + +
Pseudochydorus globosus (Baird) +
Scapholeberis mucronata (O.F. Müller) + + +
Sida crystallina (O.F. Müller) + + + +
Simocephalus vetulus (O.F. Müller) + +
Число видов в группе 6 12 6 19 3 5 3 11 s s 4 14 9 5
Copepoda
Diacyclops bicuspidatus (Claus) + +
Cyclops kolensis Lilljeborg + + + + + +
Cyclops scutifer Sars +
Cyclops strenuus strenuus Fischer + +
Cyclops vicinus Uljanin +
Macrocyclops albidus (Jurine) +
Macrocyclops fuscus (Jurine) +
Megacyclops gigas (Claus) +
Megacyclops viridis (Jurine) + + + + + +
Mesocyclops leuckarti Claus + + + + + + + + + + + + +
Paracyclops fimbriatus (Fischer) + + + +
Thermocyclops oithonoides (Sars) + + + + + + + +
Thermocyclops crassus (Fischer) +
Acanthodiaptomus denticornis (Wierzejski) +
Arctodiaptomus dentifer (Smirnov) + +
Eudiaptomus graciloides (Lilljeborg) + + + + + +
Eudiaptomus gracilis (Sars) + +
Eurytemora affinis (Poppe) +
Laophonte mohammed Blanchard & Richard + + + + +
Nitocra hibernica (Brady) + + + + + +
Ergasilus sieboldi Nordmann + + +
Число видов в группе 5 s 4 7 2 5 4 12 5 3 4 6 4 3
Общее число видов в водоеме 13 21 12 32 18 22 16 36 21 21 27 27 32 21
На различных исследованных створах количественные показатели зоопланктона и видовая структура сообщества заметно различаются (табл. 2). Для некоторых створов приведены данные для 2009 и 2010 гг, позволяющие оценить межгодовую изменчивость исследованных показателей (табл. 1, 2).
Значения индекса видового разнообразия Шеннона (Н) и индекса сапробности Пантле-Букк для всех исследованных участков приведены в таблице 3. Далее охарактеризованы отдельные створы на реке.
В 5 км выше с. Разгульное (створ № 1). Перекат. Глубина 0.4 м., температура воды 23.0 °С. Грунт на данном участке щебнисто-дресвяный. Выявлено 18 видов зоопланктона (табл. 1). Численность и биомасса были не высоки (табл. 2). Доминировали науплии и копеподиты Mesocyclops leuckarti Claus (20 % общей численности). Низкие показатели индекса Шеннона (H <2.0) (табл. 3) свидетельствуют о том, что на данном участке наблюдался трансформированный монодоминантный биоценоз.
Таблица 2. Численность и биомасса различных групп зоопланктона на створах р. Ишим в пределах Северо-Казахстанской области. Table 2. The number and biomass of different groups of zooplankton at different river station of the Ishim in the North Kazakhstan region.
Номер створа на карте-схеме Дата N общ. в -0 общ. Rotifera Cladocera Copepoda
Calanoida Cyclo poida Harpacticoida
N* B** N B N B N B N B
1 05.08.2010 2500 9.7 1840 2.2 80 4.1 0 0.0 560 3.1 20 0.3
2 05.08.2010 3120 22.3 2320 3.3 200 12.1 0 0.0 560 6.2 40 0.7
3 05.08.2010 1300 9.8 700 0.8 80 3.4 0 0.0 360 2.9 160 2.7
4 02.07.2009 87274 4621.3 990 0.4 16764 1115.8 880 96.8 68640 3408.3 0 0.0
5,6,7 03.07.2009 3696 94.2 440 0.4 2420 58.2 66 7.3 770 28.3 0 0.0
03.07.2009 69366 2942.8 25960 21.0 33066 2525.8 220 24.2 10120 371.8 0 0.0
03.07.2009 15510 6107.8 1760 1.4 6050 5828.6 110 12.1 7590 265.7 0 0.0
05.08.2010 375160 3150.2 188460 94.4 8980 545.3 80 5.8 177600 2504.0 40 0.7
05.08.2010 152940 3547.1 63720 31.4 25620 2370.1 6800 489.6 56800 656.0 0 0.0
05.08.2010 170460 4816.7 46400 214.7 22240 1691.5 14400 1036.8 87200 1870.0 220 3.7
8 04.07.2009 5324 156.60 1210 1.9 286 23.9 110 12.1 3718 118.7 0 0.0
06.08.2010 74980 856.6 14340 24.6 6580 196.3 1200 86.4 52860 549.3 0 0.0
9 29.07.2010 1220 14.5 580 0.4 360 11.2 0 0.0 260 2.6 20 0.3
10 29.07.2010 10540 42.0 6840 5.1 100 3.5 260 18.7 3340 14.7 0 0.0
11 23.06.2009 46840 1345.5 4430 6.7 19320 307.4 2660 177.7 20430 853.7 0 0
23.06.2009 33790 1420.2 1562 1.9 21582 968.4 350 38.5 10296 411.4 0 0.0
12 27.07.2010 176740 1179.9 40600 13.7 2240 160.5 120 8.6 133760 996.8 20 0.3
13 27.07.2010 6840 38.5 2860 4.5 360 15.7 0 0.0 3560 17.3 60 1.0
14 27.07.2010 3060 22.3 920 1.4 700 13.4 0 0.0 1360 6.1 80 1.4
Примечания: * N - численность экз./м3, **В - биомасса мг/м3. Notes: *N - number of individuals/m3, ** B - biomass, mg/m3
Выше с. Западное (створ № 2). Перекат. Глубина 0.4 м., температура воды 24.2 °С. Грунт такой же, что и на вышележащем участке. Зоопланктон был представлен 22 видами (табл. 1). Численность и биомасса несколько выше, чем на створе выше по течению (табл. 2). Такие показатели характерны для медленно текущих участков с высшей водной растительностью. Доминировали науплии и копеподиты - Thermocyclops oithonoides Sars (13 % от общей численности). Этот вид является индикатором повышенного органического загрязнения. Индекс индикаторной значимости, вычисленный для водоемов юга Западной Сибири, составляет для данного вида 2.33, что соответствует а-мезосапробным условиям обитания (Ермолаева, Двуреченская, 2013, 2014а). Кроме него были многочисленны Keratella quadrata quadrata (Müller) 13 %, Euchlanis deflexa deflexa Gosse 12 %. Наблюдался трансформированный биоценоз с доминированием двух-трех ß-мезосапробных видов. В планктоне были обнаружены свободно плавающие самцы Ergasilus sieboldi Nordmann.
У с. Куприяновка (створ № 3). Грунт щебнисто-галечный. Глубина русла не превышала 1 м, при этом грунт на 90 % был покрыт фитоперифитоном. Температура воды 24.9 °С. Зарегистрировано 16 видов зоопланктона (табл. 1). Численность и биомасса были невысокими (табл. 2). Основу численности составили копеподитные стадии M. leuckarti Claus 25 % и Colurella obtusa Gosse 20 %. Индекс Шеннона вновь имел низкие показатели (табл. 3). Наблюдался трансформированный биоценоз с доминированием двух видов.
Река Ишим выше Сергеевского водохранилища (створ № 4). На дне глина с примесью песка. Глубина всего 0.7 м. Температура воды 24.9 °С. Обнаружено 13 видов зоопланктона, в основном ветвистоусых и веслоногих раков. Коловратки были представлены всего двумя видами. Численность и биомасса зоопланктона весьма высокие для рек, характерны для медленно текучих участков с высшей водной растительностью, либо заболоченных участков, связанных со старицами и затонами. Доминировали эврибионты M. leuckarti Claus (все возрастные стадии, 36 % от общей численности), взрослые особи Cyclops kolensis Lill. без яйцевых мешков (32 %), Daphnia longispina Müller (10 %). Довольно многочисленным являлся индикатор повышенного загрязнения T. oithonoides Sars.
Согласно многолетним наблюдениям (Ермолаева, 2007) Cyclops kolensis в Сибири имеет два пика развития: первая генерация достигает половой зрелости в феврале-марте, вторая - в начале июня, взрослые особи встречаются до конца июля. Согласно индексу Шеннона (табл. 3), наблюдался трансформированный биоценоз с доминированием двух-трех Р-мезосапробных видов.
Таблица 3. Координаты створов р. Ишим и индексы сапробности Пантле и Букк и видового разнообразия Шеннона. Table 3. Coordinates of river station of Ishim, indexes saprobity Pantle and Buck, indexes species diversity Shannon.
Номер створа на карте-схеме GPS координаты створа Индекс Пантле и Букк (S) Индекс Шеннона (H) Загрязнение по степени сапробности
1 N 52°21'21" E 66°40'21" 1.60 1.72 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
2 N 52°56'59" E 66°37'32" 1.62 1.56 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
3 N 53°20'49" E 66°59'25" 1.60 1.69 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
4 N 53°24'55" E 67°03'47" 1.66 1.56 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
5 N 53°31'47" E 67°05'39" 1.52 2.04 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
6 N 53°39'80" E 67°12'06" 1.53 2.19 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
7 N 53°51'03" E 67°24'23" 1.55 2.25 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
8 N 55°90'43" E 69°15'47" 1.60 1.61 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
9 N 54°15'27" E 68°13'51" 1.61 1.59 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
10 N 54°41'50" E 68°58'42" 1.65 2.42 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
11 N 54°52'35" E 69°03'49" 1.58 2.44 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
12 N 54°56'05" E 69°07'06" 1.66 1.99 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
13 N 55°03'04" E 69°08'39" 1.67 2.16 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
14 N 55°22'30" E 69°22'48" 1.59 2.46 Р-мезосапробность, умеренное загрязнение
Сергеевское водохранилище (створы № 5, № 6, № 7). Отбор проб производился в прибрежных участках на глубинах до 1.5 м. Грунт представлен илом с суглинками и примесью песка. Температура воды в период исследования составила 25.6 - 27.0°С. В 2009 году выявлен 21 вид зоопланктона, а в 2010 - 36 видов (табл. 1). Численность достигала 375160 экз./м3, а биомасса - 4816.7 мг/м3 (табл. 2). Доминировали Mesocyclops leuckarti Claus 13 % (все возрастные стадии), Brachionus angularis Gosse 28 %, D. longispina Müller 8 %. На отдельных участках наблюдалось развитие крупных хищных ветвистоусых Leptodora kindtii (Focke) - до 300 экз./м3. Кроме того, на всех обследованных участках водохранилища в планктоне обнаружены свободно плавающие самцы жаберного паразита рыб Ergasilus sieboldi количестве до 50-100 экз./м3, что указывает на высокую степень зараженности водоема. Индекс видового разнообразия Шеннона имел достаточно высокие значения (Н >2.0) (табл. 3). В водохранилище на всех исследованных участках наблюдался биоценоз, основой которого являлись ß-мезосапробные эврибионтные формы. На отдельных участках в состав субдоминантов
входили стенобионтные фитофильные формы: Colurella obtusa Gosse, Disparalona rostrata (Koch), Macrotrix hirsuticornis Norman, Sida crystallina (O.F. Müller).
Река Ишим ниже Сергеевского водохранилища (створ № 8). Глубина 4.7 м. Температура воды 22.2 °С. На дне заиленный щебень и крупный песок. Обнаружен 21 вид зоопланктона. Численность и биомасса были значительно выше, чем в реке выше водохранилища (табл. 2). Основу сообщества составили Mesocyclops leuckarti Claus (41 % от общей численности, все возрастные стадии), взрослые особи без яйцевых сумок и копеподиты III - IV стадии Cyclops strenuus Fisch. (25 %) и Keratella quadrata (Müller) (12 %). На данном участке, несмотря на влияние вышерасположенного водохранилища, наблюдался трансформированный биоценоз с доминированием двух-трех ß-мезосапробных видов. Индекс видового разнообразия Шеннона низкий (табл. 3).
Выше с. Есильское (створ № 9). Грунт илистый с примесью глины и песка. Глубина 0,8 м. Температура 21,4 °С. В зоопланктоне зарегистрирован 21 вид. Количественные показатели очень низкие (табл. 2). Основу численности составляли науплии и копеподиты 2-3 стадии M. leuckarti Claus 18 % и Filinia major (Golditz) 18 %. По индексу сапробности Пантле и Букк участок реки можно охарактеризовать как ß-мезосапробный. Индекс Шеннона (табл. 3) характеризует сообщество, как трансформированное. Единично отмечены стенобионтные планктобентические и нейстонные виды, такие как Paracyclops fimbriatus (Fischer), Ilyocryptus acutifrons Sars, Scapholeberis mucronata (O.F. Müller).
35 км выше г. Петропавловск (створ № 10). На дне ил с примесью песка. Глубина на створе не превышала 0.75 м. Температура 22.4°С. В сообществе зоопланктона было отмечено 27 видов (табл. 1), в том числе много фитофильных. Количественные показатели невысокие (табл. 2). Доминировали по численности науплии и копеподиты 2-4 стадии M. leuckarti Claus (30 %), коловратки Polyarthra remata Skorikov (15 %) и F. major (Golditz) (15 %). Высокий индекс Шеннона свидетельствует, что на данном участке сформировался многовидовой биоценоз. Основой сообщества являлись ß-мезосапробные эврибионтные формы, при этом значительное развитие получили стенобионтные фитофильные виды коловраток: Lecane (Monostila) hamata (Stokes), Mytilina mucronata spinigera (Ehrenberg), Trichotria truncata (Whitelegge) (табл. 3).
В окрестностях г. Петропавловска (створ № 11, Петропавловское водохранилище). Отбор проб проводился на участках с глубиной до 1.5 м. Температура воды в период исследования составила 24.9-25.2°С. На дне глина с примесью песка, на отдельных участках ил с запахом сероводорода. Зарегистрировано 32 вида, в том числе много фитофильных Cladocera, характерных для озер и водохранилищ. Коловраток всего 6 видов. Зоопланктон развит для речной экосистемы весьма значительно (табл. 2). Количественно преобладали крупные циклопы. Доминировали на отдельных участках взрослые особи Cyclops scutifer Sars (до 27 % от общей численности), Acanthodiaptomus denticornis Wierz. (до 3 %), Bosmina longirostris (Müller) (до 36 %), Ceriodaphnia quadrangula (Müller) (до 39 %), K. quadrata (Müller) (3-7 %), т.е. эврибионтные ß-мезосапробные и а-ß-мезосапробные формы. Отметим, что C. scutifer ранее считался холодноводным видом. Однако в наших сборах на водоемах на юге Западной Сибири в июле неоднократно встречались самки с яйцевыми сумками, при этом, как правило, молоди данного вида летом в пробах очень мало (Ермолаева, 2007). Отмечено и значительное число стенобионтных фитофильных Cladocera, таких как D. rostrata, Graptoleberis testudinaria (Fischer), M. hirsuticornis, S. crystallina, Simocephalus vetulus (O.F. Müller) (табл. 1). Сообщество многовидовое, поэтому индекс видового разнообразия Шеннона высокий (табл. 3).
Ниже г. Петропавловска, у п. Борки (створ № 12). Река разливается плесами. Глубина 0.9 м. Температура 22.2°С. Грунт песчано-илистый. Отмечено 27 видов зоопланктона. В качественном отношении преобладали Cladocera, в том числе стенобионтные формы (например, Ilyocryptus acutifrons Sars, Leydigia leydigii (Leydig), Monospilus dispar Sars, S. mucronata). Вследствие влияния вышерасположенного водохранилища количественные показатели достаточно высоки (табл. 2). По численности доминировали копеподиты IV-V стадий и науплии M. leuckarti Claus 60 %, коловратки F. major (Golditz) 4 % и P. remata Skorikov 16 %, т.е. ß-мезосапробные формы. Судя по индексу Шеннона (табл. 3), зоопланктоценоз находится в достаточно благоприятных условиях.
Выше с. Большая Малышка (створ № 13). Перекат. Глубина 0,8 м. Температура 21.4°С. Грунт крупнозернистый песчаный. Обнаружено 32 вида зоопланктона. Качественно преобладали Rotifera. Основу численности составляли Rotifera и науплии Cyclopoida, а биомассу обеспечивали крупные
Cladocera и взрослые Cyclopoida (табл. 2). По численности доминировали ß-мезосапробные эврибионты Brachionus calyciflorus calyciflorus Pallas 17 %, M. leuckarti Claus 24 %. Субдоминантом являлся T. oithonoides Sars (12 %) - индикатор повышенного загрязнения (Ермолаева, Двуреченская, 2013, 2014а). Судя по значению индекса Шеннона (табл. 3), на данном створе наблюдался нетрансформированный многовидовой биоценоз.
У с. Красный Яр (створ № 14). Глубина 0.7 м. Температура 22.2°С. На дне ил с примесью суглинка и макрофитным детритом. В составе зоопланктона был выявлен 21 вид. По видовому разнообразию преобладали коловратки. Численность и биомасса были сопоставимы с показателями на 13-ом створе (табл. 2). Доминировали по численности ß-мезосапробные эврибионты M. leuckarti Claus (39 % от общей численности, все возрастные стадии) и Chydorus sphaericus (Müller) (15 %). Отмечены представители фитофильного комплекса: Lecane ungulata (Gosse), Lepadella ovalis (Müller), Peracantha truncata (O.F. Müller). Биоценоз на данном створе многовидовой, его основу создают эврибионтные формы, индекс Шеннона достаточно высокий (табл. 3).
Обсуждение результатов
По данным В.Я. Пильгук и А.С. Жолсболсыновой (1981) в составе зоопланктона р. Ишим на территории Северо-Казахстанской области было обнаружено 86 видов зоопланктона. Наши данные по видовому богатству зоопланктона и оценке качества воды по его показателям близки к приведенным в данной работе. Видовой состав зоопланктона среднего течения р. Ишим на территории Северо-Казахстанской области сходен с таковым нижнего течения реки (Алешина и др., 2009) и других равнинных рек юга Западной Сибири (Ермолаева, 2010; Кухарская, 2011). Наибольшее видовое разнообразие отмечено среди коловраток, что в целом характерно для зоопланктона рек (Крылов, 2005).
Река на территории Северо-Казахстанской области получает загрязнения в основном с бытовыми стоками. Биота водотока пока справляется с вносимыми загрязнениями, отвечая на них, однако, нарушением структуры биоценоза. Снижение значения индекса Шеннона (H) на отдельных участках показывает, что структура сообщества становится менее однородной и возрастает доминирование отдельных элементов. Иначе говоря, происходит упрощение структуры. Напротив, возрастание величины индекса (H) характерно для увеличения неопределенности и однородности структуры изучаемой системы и свидетельствует о более благоприятных условиях в сообществе, при которых видовое разнообразие высокое и уровень развития каждого вида равноценен (Алимов, 2000). Чем выше видовое разнообразие и видовое богатство экосистемы, тем труднее изменить ее состояние, тем устойчивее система, так как различные виды в системе через сложные трофические, топические и другие связи функционально дополняют и замещают друг друга.
Сложность структуры сообществ организмов, оцениваемую их видовым разнообразием, многие исследователи связывают с их стабильностью: чем разнообразнее система, тем она стабильнее (Margalef,1968; MacArthur,1955; Voris et al.,1980). Под влиянием антропогенных факторов при эвтрофировании водоемов разнообразие и стабильность систем уменьшаются. В олиготрофных водоемах разнообразие сообществ высокое, доминирование отдельных видов менее выражено, по сравнению с эвтрофными, которые отличаются меньшим разнообразием видов (Margalef, 1964; Reed,1978). При естественном развитии водоемов наблюдается стабильность видового состава сообществ зоопланктона десятилетиями и даже столетиями (Андронникова, 1996). Наиболее устойчивы сообщества и экосистемы с более высоким видовым разнообразием, в которых преобладают стенобионтные виды (Алимов, 1989). Количество видов-доминантов (относительная плотность или биомасса более 5%) в стабильных экосистемах составляет 4-5 (Алимов, 2000). При эвтрофировании существенно трансформируются состав и структура доминантных комплексов зоопланктона, формируются моно- или бидоминантные сообщества, в которых 1-2 вида образуют основную часть численности и биомассы (Андроникова, 1996; Макарцева Е.С. 1986, Иванова, 1997).
На исследованных створах реки индекс (H) варьирует от 1.56 до 2.46. Наиболее усложненная структура сообщества, а соответственно, и наиболее устойчивые комплексы зоопланктона отмечены на участках Сергеевского и Петропавловского водохранилищ. В водохранилищах происходит изменение гидрологического режима реки, что отражается на резком замедлении течений, изменении морфометрии, на сезонной и суточной динамике внутриводоемных процессов, связанных с действием физико-химических (температура, процессы сорбции, десорбции, седиментации,
выщелачивание и др.) факторов (Болгов и др, 2008). Изменяются биологические показатели (численность и видовой состав гидробионтов, их миграция, функционирование и др.) (Ермолаева, Двуреченская, 2007, 2014б).
Вниз по течению реки от створа №1 до №14 значения индекса Шеннона возрастали, что может свидетельствовать о формировании более стабильной структуры сообщества зоопланктона и некотором восстановлении экосистемы реки ниже г. Петропавловска. Описание видового и количественного состава зоопланктона р. Ишим на территории Тюменской области (Алешина и др., 2009) примерно соответствуют нашим данным, полученным на разрезах №13 и №14 ниже Петропавловского водохранилища.
Для оценки общего уровня загрязнения различный участков водотока был рассчитан индекс сапробности Пантле-Букк, показатели которого представлены в табл. 3. Величина индекса на различных створах р. Ишим изменялась в пределах 1.52-1.67. Полученные значения соответствуют классу «ß-мезосапробная зона». Согласно комплексной экологической классификации качества поверхностных вод суши, показатель сапробности соответствует классу качества вод 3 -«удовлетворительной чистоты» и разряду 3а - «достаточно чистая» (Оксиюк и др., 1993).
При сравнении величины индекса Пантле и Букк на различных створах вновь отметим, что наименьшие показатели индекса, а значит более высокое качество воды по показателям сапробности, отмечены на зарегулированных участках. Водохранилища оказывают очищающее влияние на качество воды по ряду показателей, таких как концентрации общего азота, нитратов, нитритов, общего фосфора, взвешенных наносов и общего содержания взвешенных твердых частиц и др. (Morris et al, 2014; Huang et al, 2014; Савкин, Двуреченская, 2014).
Выше по течению реки в районе г. Астана в 2004-2009 гг. выявлено 75 видов зоопланктона, что может быть связано с более длительным периодом наблюдения (Акбаева и др., 2012). Индекс Пантле и Букк в модификации Сладечека на данном участке варьировал от 1.5 до 1.6, что позволяет отнести воды р. Ишим на данном участке к ß-мезосапробным. В нижнем течении реки на территории Тюменской области значения индекса колебались от 1.5 до 1.8 (Алешина и др., 2009). Т.е. класс качества воды р. Ишим по сапробным показателям, рассчитанным по зоопланктону, практически не меняется вниз по течению.
В настоящий момент, если оценивать состояние реки в целом, то по гидрохимическим показателям оно удовлетворительное, тогда как по гидробиологическим - явно неблагополучное. Можно отметить, что с 1973 г. (Пильгук, 1973) общий характер загрязнения реки практически не изменился. На большинстве исследованных створов зоопланктонный биоценоз трансформирован. Сообщество преимущественно моно- и бидоминантные , что характеризует их как крайне неустойчивые. Однако есть и участки с ненарушенным биоценозом. Это показывает, что потенциал самовосстановления и самоочищения реки разрушен не полностью и при проведении природоохранных мероприятий экосистему реки можно восстановить. Зарегулированные участки реки могут являться рефугиумами, которые поставляют отдельные виды зоопланктона в экосистему водотока. Однако существует опасность того, что при недостаточной очистке стоков в районе г. Астана, произойдет накопление загрязняющих веществ как раз на участках водохранилищ, что может привести к деградации речной экосистемы среднего и нижнего течения р. Ишим в целом.
Выводы
Основу численности и биомассы зоопланктона на незарегулированных участках формируют в первую очередь науплии и копеподиты Cyclopoida, тогда как в водохранилищах и в нижнем течении реки, ниже г. Петропавловск, отмечается численное превосходство Cladocera.
В настоящий момент на большинстве исследованных створов сообщество зоопланктона трансформировано: оно, как правило, имеет упрощенную моно- или бидоминантную структуру. Однако потенциал самовосстановления и самоочищения реки разрушен не полностью, о чем свидетельствует достаточно высокое видовое разнообразие, и при проведении природоохранных мероприятий экосистему реки можно регенерировать.
Отдельную опасность для рыбного хозяйства представляет высокая зараженность некоторых участков р. Ишим (особенно акватории Сергеевского водохранилища) паразитом Ergasilus sieboldi Nordmann.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Акбаева Л.Х., Хромов В.М., Малашенков Д.В., Карташева Н.В. 2012. Оценка качества воды по планктонному сообществу реки Ишим в районе города Астана // Естественные и технические науки. № 3. С. 101-106.
Алешина О.А., Воронова О.Г., Швецова Н.В. 2009. Планктонные сообщества реки Ишим и ее притоков как показатель их экологического состояния (в пределах Тюменской области) // Вестник Томского государственного университета. № 3. С. 223-231.
Алимов А. Ф. 1989. Введение в продукционную гидробиологию. Л.: Гидрометеоиздат. 152 с.
Алимов А.Ф. 2000. Элементы теории функционирования водных экосистем. СПб: Наука. 147 с.
Андроникова И. Н. 1996. Структурно-функциональная организация зоопланктона озерных экосистем. СПб.: Наука. 189 с.
Аннотированный список фауны озера Байкал и его водосборного бассейна. 2001. В 2 томах. Новосибирск: Наука. Т. 1. 832 с.
Аннотированный список фауны озера Байкал и его водосборного бассейна. 2009. В 2 томах. Новосибирск: Наука. Т. 2. 416 с.
Болгов М.В., Кочарян А.Г., Лебедева И.П., Шашков С.Н. 2008. Качество природных вод в каскаде Волжских водохранилищ // Аридные экосистемы. Т. 14. № 35-36. С. 68-82.
Губанова Л.В. 2012. Экологическая оценка качества воды реки Ишим в пределах города Ишима Тюменской области: автореферат дис. к.б.н. Омск. 24 с.
Долматова Л.А. 2011. Особенности гидрохимического режима среднего течения р. Ишим и озер его бассейна // Мир науки, культуры, образования. № 1. С. 347-351.
Ермолаева Н.И. 2007. Веслоногие раки семейства Cyc1opidae водоемов Обь-Иртышского бассейна. Новосибирск: НГУ. 90 с.
Ермолаева Н.И., Двуреченская С.Я. 2007а. Изучение влияния химического состава воды на формирование и функционирование зоопланктоноценозов Новосибирского водохранилища // Матер. Всерос. конф. "Биологические аспекты рационального использования и охраны водоемов Сибири". Томск: ТГУ. С. 95-103.
Ермолаева Н.И., Двуреченская С.Я. 2013. Региональные индексы индикаторной значимости зоопланктонных организмов в водоемах юга Западной Сибири // Экология. № 6. С. 476-480.
Ермолаева Н.И., Двуреченская С.Я. 2014а. Определение индикаторной значимости зоопланктона с учетом региональных особенностей водоемов юга Западной Сибири // Вода: химия и экология. № 5 (71). С. 60-67.
Ермолаева Н.И., Двуреченская С.Я. 2014б. Выявление взаимосвязей химического состава воды Новосибирского водохранилища и характеристик зоопланктона // Сибирский экологический журнал. № 4. С. 615-625.
Иванова М.Б. 1997. Экспресс-метод определения степени загрязнения равнинных рек по составу планктонных ракообразных // Биол. внутр. вод. № 3. С. 51-56.
Кириллов В.В., Зарубина Е.Ю., Белецкая Н.П., Вилков В.С., Липчанская М.А. 2011. Водные экосистемы Северного Казахстана. Петропавловск: СКГУ. 138 с.
Крылов А.В. 2005. Зоопланктон равнинных малых рек. М.: Наука. 262 с.
Кухарская Е.В. 2011. Зоопланктон бассейна реки Чулым: автореферат дисс. к.б.н.. Томск. 20 с.
Макарцева Е.С. 1986. Оценка общей стабильности зоопланктонного сообщества и его отдельных показателей при антропогенном эвтрофировании водоемов // Гидробиологический журнал. Т. 22. № 5. С. 33-37.
Новикова Н.М., Волкова Н.А., Уланова С.С., Шаповалова И.Б., Вышивкин А.А. 2011. Ответные реакции экосистем на изменение водного режима территорий в степной зоне // Аридные экосистемы. Т. 17. № 3. С. 38-48.
Оксиюк О.П., Жукинский В.Н. Брагинский Л.П., Линник Г.Н., Кузьменко М.И., Кленус В.Г. 1993. Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши // Гидробиологический журнал. Т. 29. Вып. 4. С. 62-76.
Пильгук В.Я. 1973. Зоопланктон реки Ишим // Водоемы Сибири и перспективы их рыбохозяйственного использования: Материалы регион. совещ. по изуч. водоемов Сибири. Томск: ТГУ. С. 156-166.
Пильгук В.Я., Жолболсынова А.С. 1981. Состояние качества воды р. Ишим на территории СевероКазахстанской области // Рациональное использование и охрана природных ресурсов Северного и центрального Казахстана. Алма-Ата: Кайнар. С. 125-127. Розенберг Г.С. 2010. Информационный индекс и разнообразие: Больцман, Котельников, Шеннон, Уивер...// Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. Т. 19. № 2. С. 4-25. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем. 1992. Под ред.
В.А. Абакумова. СПб.: Гидрометеоиздат. 318 с. Савкин В.М., Двуреченская С.Я. 2014. Ресурсные и водно-экологические проблемы комплексного
использования Новосибирского водохранилища // Водные ресурсы. №4. С. 456-465. Чуйков Ю.С. 2000. Материалы к кадастру планктонных беспозвоночных бассейна Волги и Северного
Каспия. Коловратки (Rotifera). Тольятти: Изд-во Самарского научного центра РАН. 196 с. Huang YuLing, Zhang Ping, LiuDeFu,Yang ZhengJian, Ji DaoBin 2014. Nutrient spatial pattern of the upstream, mainstream and tributaries of the Three Gorges Reservoir in China // Environmental Monitoring and Assessment. V. 186. I. 10. P. 6833-6847. MacArthur R. H. 1955. Fluctuations of animal populations and measure of community stability // Ecology. Vol. 36. P. 533-536.
MacArthur R. H., Wilson E. O. 1967. The Theory of Inland Biogeography. Princeton, New York: Princeton University Press. 208 p.
Margalef R. 1964. Correspondence between the classic types of lakes and structural and dynamic properties of their population // Verh. Inern. Vereinig. fur thcorretische u. angew. Limnologie. Vol. 15. pt. 1. P. 169-175.
Margalef R. 1968. Perspective in ecological theory. Chicago: Univ. Press. 102 p.
Morris D.M., Gemeinhardt T.R., Gosch N. J. C., Jensen D. E. 2014. Water quality during two high-flow years on the lower Missouri River: the effects of reservoir and tributary contributions // River Research and Applications. V. 30. I. 8. P. 1024-1033. Radwan S., Bielanska-Grajner I., Ejsmont-Karabin J. 2004. Fauna Slodkowodna Polski. Wrotki (Rotifera).
Lodz: Oficyna Wydawnicza Tercja. 448 p. Reed C. 1978. Species diversity of aquatic microecosystems // Ecology. Vol. 59. P. 481-488. Sladecek V. 1973. System of Water Quality from the Biological point of View // Archive Hydrobiolgia.
Ergebnisse der Limnologie. Heft. 7. P. 1-218. Voris P. V., O'Neill R. V., Emanuel W. R., Shugart H. H. 1980. Functional complexity and ecosystem stability // Ecology. Vol. 61. P. 1352-1360.
ZOOPLANKTON AND WATER QUALITY OF ISHIM RIVER IN NORTHERN KAZAKHSTAN
© 2015. N.I. Yermolaeva
Institute for Water and Environmental Problems, Siberian Branch RAS Russia, 630090, Novosibirsk, Morskoyprosp. 2. E-mail: [email protected]
The article presents the data of the reconnaissance survey of the ecological condition of the middle reaches of the Ishim river in the Northern Kazakhstan region. The purpose of this study was to evaluate the ecological status and the level of saprobity of river by methods of bioindication. The research presents data on the saprobic indices, the species composition and quantitative parameters of zooplankton at different cross-sections of the river. A separate risk to fisheries is a high parasite infestation of reservoir Sergeevskoye by Ergasilus sieboldi Nordmann.
Keywords: zooplankton, Ishim, ecology, bioindication, saprobity.
