CC BY
166
УДК 574.632: 574.633
М. Е. Макушенко, А. А. Потапов, Р. А. Филин
ЗООПЛАНКТОН КАК ИНДИКАТОР КАЧЕСТВА ВОДЫ ПРИРОДНЫХ ВОДОТОКОВ В РАЙОНЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЛМАЗОВ ИМ. М. В. ЛОМОНОСОВА
Горнодобывающая промышленность является интенсивным источником техногенного воздействия на окружающую среду. Хорошими показателями изменений водной среды, в том числе и техногенного характера, традиционно служат гидробионты, в частности зоопланктон. При этом методы, в основе которых лежит биоиндикация, регистрируют реакции водных биосистем на наличие в водном объекте техногенных и антропогенных загрязняющих веществ, что позволяет реально оценить качество природных вод — как среды воспроизводства и обитания водных организмов.
Для оценки воздействия горных работ на качество воды рек Золотица, Светлая и ручья Светлого в районе месторождения алмазов им. М. В. Ломоносова в 2QQ3-2QQ6 гг. были проведены гидробиологические исследования.
Цель данной работы — изучение основных характеристик сообществ зоопланктона акваторий в районе алмазоносной трубки и анализ характерных изменений в структуре этих сообществ при разработке месторождения.
Материалы и методы исследования. В ходе работ были изучены гидрохимические и гидрологические показатели и состав сообществ зоопланктона водотоков в районе проведения горных работ (рисунок, табл. l). В основу статьи положены материалы, полученные при анализе результатов гидробиологической съемки, проводимой по стандартным методикам [11] В течение всего периода исследований применялись единые орудия сбора материала.
Для отбора проб зоопланктона применялась планктонная сеть Джеди (средняя модель, газ N° 58); в прибрежной зоне пробы брались путем фильтрации 5Q л воды через планктонную сеть. С глубины более 3 м пробы брались путем протягивания планктонной сети от дна до поверхности. Пробы с каждой станции отбора дублировались. Для сбора фитофильного зоопланктона использовался «планктонный колокол» — мешок из мельничного сита, при помощи которого изолировались водные растения со всеми находящимися на них или поблизости организмами, затем все переносилось в емкость с водой и профильтровывалось через сито № 58. Со стеблей и листьев растений организмы смывались кисточкой. Фиксация проб производилась 7Q %-ным раствором этилового спирта. Количественные пробы обрабатывались общепринятыми в гидробиологии методами. Индивидуальная масса планктонных организмов определялась при помощи уравнения зависимости массы тела от длины организма [5].
Отбор гидробиологических проб осуществляли на 6 станциях (т.н.1-т.н.6) (рисунок). Пробы отбирались выше и ниже по течению зоны возможного влияния горных работ (сброса дренажных вод через поле поверхностной фильтрации (ППФ) в водотоки). Для определения качества воды с использованием организмов зоопланктона применялся сапробиологический анализ (метод Пантле и Букка в модификации Сладечека), индекс структуры сообщества Шеннона-Уивера, показатель трофии Хаккари, коэффициент трофии E в модификации Мяэметса.
Камеральная обработка результатов исследований производилась с использованием стандартного программного пакета Microsoft Office (Word, Exel); пакета статистической обработки STATISTICA; графических программных пакетов CorelDRAW.
© М. Е. Макушенко, А. А. Потапов, Р. А. Филин, 2QQ8
Схема отбора гидрохимических и гидробиологических проб
Таблица 1
Структура отобранного материала (2003-2006)
Водоток Пробы 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. Итого
р. Золотица Гидрохимия 2 6 12 12 32
Зоопланктон 2 6 12 18 38
р. Светлая Гидрохимия 2 6 8 12 28
Зоопланктон 2 6 8 12 28
ручей Светлый Гидрохимия 1 4 4 4 15
Зоопланктон 1 4 4 4 15
Анализ гидрохимических проб проводился в лаборатории Регионального аналитического центра ЗАО «МЕХАНОБР инжиниринг аналит» (Санкт-Петербург). Анализ производился по следующим методикам: металлы и другие микрокомпоненты — НД Ф 14:1.2:4.140-98 и ПНД Ф 14:1.2:4.135-98; рН — ПНД Ф 14:1.2:3:4.121-97; сульфаты — РД 52.24.483-95; хлориды — ПНД Ф 14:1.2. 111-97; гидрокарбонаты — ПНД Ф 14:1.2. 99-97; мутность — РД 52.08.104-2002; нефтепродукты — на месте отбора проб с применением концентратомер КН-2м; кислород — по методу Винклера
Результаты исследований и их обсуждение. Физико-химическая характеристика изученных водотоков. Месторождение алмазов им. М. В. Ломоносова расположено вблизи восточного побережья Белого моря (Зимний Берег) на северо-западе Русской плиты. Административно оно располагается на территории Приморского района Архангельской области РФ в центральной части Беломорско-Кулойского плато и приурочено к излучине
р. Золотицы в ее верхнем течении. Природные условия района месторождения характерны для севера европейской части России. Климат прибрежно-континентальный с избыточным увлажнением [4].
Месторождение им. М. В. Ломоносова пересекают несколько поверхностных водотоков, главным из которых является р. Золотица.
Все водотоки являются равнинными и характеризуются очень пологими склонами. Русла имеют асимметричную корытообразную форму, относительно устойчивые. Питание водотоков — смешанное, осуществляется за счет снеговых, дождевых и подземных вод. Режим рек и ручьев типичен для восточно-европейских рек, у которых максимальные расходы и уровни отмечаются при вскрытии и таянии снегов весной, а также в период осенних затяжных дождей.
Река Золотица относится к малым рекам и располагается в западной части Беломорско-Кулойского плато. Длина этого водотока составляет 177 км, площадь водосбора — 2010 км2, средний уклон — 0,68 %. Водосборная площадь р. Золотицы располагается в зоне северной тайги в районе, где залесенность территории достигает 70 %, а заболоченность — 30 %. Из наиболее крупных боковых притоков р. Золотицы следует выделить реки Светлую и Белую. Русло р. Золотицы преимущественно неразветвленное и сильно извилистое. Русловые образования на данном водотоке значительного развития не получили, если не считать довольно часто встречающихся перекатов. Перекаты, как правило, имеют протяженность 10-15 м и наиболее типичны для среднего течения реки. Здесь река приобретает черты близкие к водотокам полугорного характера. В районе месторождения им. М. В. Ломоносова ширина русла реки достигает 13-16 м. Максимальные глубины в верховьях реки в меженных условиях изменяются в интервале 0,1—0,7 м. Ниже по течению они возрастают до 1,5—2,0 м, а на ямах до 3-5 м и более. Дно водотока преимущественно неровное и представлено чаще всего песчаными и глинисто-песчаными грунтами. На перекатах доминируют гравелисто-галечные грунты с наличием валунов.
Водность р. Золотицы и ее боковых притоков в районе рассматриваемого месторождения отличается хорошо выраженной сезонной изменчивостью. При этом ее колебания заметно ослабевают по мере уменьшения водосборной площади водотока. Для р. Золотицы характерно преобладание снегового питания, которое формирует высокий весенний сток. Его доля достигает 30-40 % от годового стока реки в годы с маловодной весной и 60-70 % в годы с многоводной весной [4]. В другие сезоны питание стока реки осуществляется за счет жидких атмосферных осадков и грунтовых вод. Минимальные расходы чаще всего отмечаются в августе. Над алмазоносной трубкой протекает ручей Светлый, а в 700 и 900 м северо-западнее границы рудного тела находятся слияния ручья Светлого с р. Светлой и р. Светлой с р. Золотицей (см. рисунок).
Гидрохимические исследования. С июля 2003 г. был начат крупномасштабный опытно-промышленный эксперимент по сбросу дренажных вод, откачиваемых из карьера на поверхностное поле фильтрации, в качестве которого используется болото, расположенное к западу от трубки в междуречье р. Светлой и ручья Светлого. Система водоотведения представляет собой рассредоточенный сброс на поверхность болота через лоток длиной 250 м без предварительного использования отстойников. За время этого эксперимента на поверхность ППФ было сброшено 730 тыс. м3 карьерных вод с расходом, колебавшимся в пределах 20-75 м3/ч, в основном — 25-65 м3/ч.
Мутность вод карьерного водоотлива при этом менялась от десятков миллиграммов на литр до 2 г/л, в среднем составляя 100-400 мг/л. Нефтепродукты отмечались лишь в единичных пробах, не превышая 0,2 мг/л. По макрокомпонентному химическому составу
карьерные воды сначала были гидрокарбонатными магниево-кальциевыми с минерализацией до 300 мг/л, жесткостью до 3,5 мг-экв./л и рН в пределах 7,9-8,2. Колебания показателей химического состава были незначительными. С октября 2004 г. по настоящее время водоотведение ведется без специального рассредоточения, но с предварительным использованием двух последовательных отстойников, расположенных выше по течению лотка. Расход карьерного водоотлива постепенно нарастал с 680 до 900 м3/ч. Изменение макрокомпонентного состава интегральных вод карьерного водоотлива происходило в сторону некоторого увеличения концентраций натрия, хлоридов и сульфатов. При этом воды оставались слабощелочными с рН = 7,9-8,4, пресными с минерализацией до 310 мг/л и гидрокарбонатными по своему анионному составу; в катионном составе постепенно начинает преобладать натрий. Содержание нефтепродуктов в данных суммарных водах остается на уровне естественного фона природной органики, составляя в среднем (по медиане) 0,030-0,035 мг/л.
Средние же значения содержания взвешенных веществ существенно отличаются. До введения в эксплуатацию отстойников (до сентября 2004 г.) содержание взвесей достигло 535 мг/л с максимальным значением 4,6 г/л, после введения в эксплуатацию отстойников — 115 мг/л с максимальным значением 1,0 г/л. При этом каких-либо закономерностей в сезонном изменении содержаний нефтепродуктов и взвешенных веществ не выявлено.
Содержания микрокомпонентов в целом свидетельствуют о достаточно высоком качестве вод карьерного водоотлива в период 2003-2006 г. Минерализация и макрокомпо-нентный химический состав откачиваемых вод, переносимых в осевой части потока, как в среднем течении ППФ, так и на стоке с болота в р. Светлую мало отличаются от минерализации сбрасываемых вод. При этом стекающие с ППФ воды продолжают оставаться мутными, несмотря на снижение исходной мутности за счет отстойников. Среднее значение содержания взвешенных веществ в воде на стоке в р. Светлую составляет порядка 30 мг/л. Увеличение дебита водоотведения к июню 2006 г до 900 м3/ч никак не могло изменить ситуацию в лучшую сторону. Уровень поверхностных вод в пределах всего ППФ оказался к настоящему времени ориентировочно на 10-15 см выше естественного, что отчетливо фиксируется по затоплению специализированных шурфов. В итоге, окончательно сложилась ситуация, когда механизм потока стал таким, каким он был ранее только в периоды особо интенсивных паводков — существенная часть поверхностной болотной воды, а вместе с ней и взвешенных веществ переносится выше поверхности мха. При этом проявляется отчетливая закономерность в увеличении содержания взвешенных веществ на стоке с ППФ в периоды весеннего половодья, когда большая часть потока, вероятно, мигрирует, не фильтруясь через мох и очес.
Микрокомпонентный состав вод, стекающих с ППФ в р. Светлую, включая содержание нефтепродуктов, в целом отвечал требованиям, предъявляемым к качеству природных вод (СанПин 2.1.4.559-96 «Питьевая вода»).
Отбор проб на гидрохимический анализ проводился на 6 пунктах наблюдения. (см. рисунок; табл. 2).
Водотоки характеризовались гидрокарбонатным магниево-кальциевым составом с минерализацией, не превышающей 200 мг/л. Из показателей химического состава поверхностных вод, которые с началом отработки статистически увеличили свои значения, можно назвать лишь содержание взвешенных веществ. Средние значения показателей химического состава вод рек Золотица, Светлая и ручья Светлого приведены в табл. 2.
Содержание кислорода всегда было близко к насыщению, и поэтому кислородный режим можно считать удовлетворительным в течение всего года во всех водотоках. Результаты гидрохимических исследований поверхностных водотоков показали, что к настоящему
Таблица 2
Средние значения показателей химического состава поверхностных речных вод на 2006 г*.
№ п/п Минерализация, мг/л Нефтепродукты Взвешенные вещества, мг/л Кислород, мг/л
т.н.1 164 Q,Q2 1,0 10,2
т. н.2 153 <0,01 14,5 1Q,Q
т. н.4 153 <Q,Q1 1,4 9,9
т.н.5 84 <Q,Q1 6,8 9,9
т. н.6 1Q1 <Q,Q1 3,7 9,9
* В 2006 г. отбор проб на станции отбора т.н.3 не производился.
моменту никакого существенного воздействия на их химический состав со стороны карьера или ППФ не наблюдается (за исключением содержания взвешенных веществ).
Исследования зоопланктона. Для исследования видовой, пространственновременной структур, показателей обилия (численность, биомасса) зоопланктона водотоков в районе влияния горных работ были отобраны биологические пробы. Всего за исследованный период была отобрана 81 проба зоопланктона для оценки качества вод по гидробиологическим показателям (см. табл. 1).
В реках Золотица, Светлая и ручье Светлом были обнаружены организмы зоопланктона, относящиеся к 21 таксону, из них коловраток — 9 видов, Cladocera — 6 видов, Copepoda — 5 видов (табл. 3).
Таблица З
Видовой состав и сапробность зоопланктона исследованных акваторий. Степени сапробности, рекомендованные для Rotatoria — Кутиковой Л. А.(1976), для Cladocera и Copepoda — Макрушиным А. В., Ивановой М. Б., (1976), Андрониковой И. Н. (1996)
Видовой состав Сапробность ручей Светлый р. Золотица р. Светлая
1 2 З 4 5
Rotatoria
Euchlanis dilatata Her o + + +
Euchlanis parva Rousselet - - - -
Euchlanis lucksiana Hauer o-p - + -
Lecane luna (Muller) o + + +
Keratella cochlearis hispida (Gosse) o + + +
Notholca acuminata Ehrenberg o + + +
Notommata copeus Ehrenberg o-p - + -
Synchaeta sp. - + + +
Trichocerca cylindrica (Imhof) o + + +
Cladocera
Bosmina longispina (Leydig). - + + +
Chidorus sphaericus (Muller) P-o - + +
Holopedium gibberum Zaddach o-x + - -
Daphnia cristata Sars о + + +
Scapholeberis mucronata (O.F. Muller) e + + +
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5
Polyphemus pediculus (Linnaeus) o + - +
Simocephalus vetulus (O. F. Muller) o- p + + +
Copepoda
Cyclops scutifer Sars - + + +
Eudiaptomus graciloides (Lilljeborg) o - + +
Heterocope appendiculata Sars o + + -
Heterocope borealis Fisch. - + + -
Mesocyclops leuckarti (Claus) o + + +
Примечание. о — олигосапробы, в — бета-мезосапробы, о-в — виды, обытающие как в ологоса-пробных, так и в бета-мезосапробных условиях.
Минимальная численность и биомасса зоопланктона отмечалась в период зимней межени (280-720 экз./м3), а также на станциях отбора проб, находящихся в зоне влияния горных работ (ниже по течению сброса вод с ППФ) во время летней межени 2005 г. (180-740 экз./м3). Исключение составляет сентябрь 2004 г., когда наряду с общим снижением численности зоопланктонных организмов на некоторых станциях наблюдения на р. Зо-лотица были отмечены необычные пики численности Bosmina longispina (до 580 экз./м3). Такое явление нередко можно встретить в озерах и на участках рек с замедленным течением.
Позднелетние и осенние вспышки в развитии популяций, относящихся к роду Bos-тта, которые чаще всего имеют локальный характер, возможно, связаны с появлением холодноводных рас из яиц, сохраняющихся в грунте до наступления периода осеннего охлаждения [1]. Для других групп ракообразных осенних вспышек не наблюдалось, напротив, они, меняя свой биотоп, выпадают в этот период из планктона, их численность сокращается. Сезонные изменения показателей обилия зоопланктона в исследуемых водотоках отражены в табл. 4 и табл. 5.
Таблица 4
Численность зоопланктона ручья Светлого и рек Золотица и Светлая
Период отбора Численность, экз./м3
ручей Светлый р. Золотица р. Светлая
т.н.1 т.н.3 т. н.5 т. н.6 т. н.2 т. н.4
Февраль-март 2004 720 580 640 600 540 560
Февраль-март 2005 490 520 700 420 - 320
Март 2006 280 320 580 490 - 370
Июнь 2004 1520 1550 910 1450 980 1660
Июнь-июль 2005 970 1260 740 1090 180 1640
Июнь-июль 2006 1900 1835 1790 1800 1970 1870
Сентябрь-октябрь 2003 990 870 600 710 980 740
Сентябрь 2004 1410 860 1060 1450 450 1365
Сентябрь 2005 1400 1250 1940 1890 1280 1470
Сентябрь 2006 1080 1300 1070 1200 1200 770
Таблица 5
Сезонные изменения биомассы зоопланктона ручья Светлого и рек Золотица и Светлая
Период отбора Биомасса, г/м3
ручей Светлый р. Золотица р. Светлая
т.н.1 т.н.3 т.н.5 т. н.6 т. н.2 т. н.4
Февраль-март 2004 0,01 0,015 0,01 0,005 0,005 0,01
Февраль-март 2005 0,015 0,01 0,02 0,005 - 0,005
Март 2006 0,005 0,01 0,015 0,01 - 0,005
Июнь 2004 0,025 0,04 0,02 0,035 0,045 0,025
Июнь-июль 2005 0,02 0,03 0,025 0,04 0,0005 0,02
Июнь-июль 2006 0,035 0,04 0,05 0,035 0,02 0,045
Сентябрь-октябрь 2003 0,025 0,015 0,015 0,02 0,01 0,025
Сентябрь 2004 0,015 1,2 0,01 0,95 0,005 0,01
Сентябрь 2005 0,02 0,02 0,02 0,035 0,03 0,02
Сентябрь 2006 0,015 0,02 0,01 0,02 0,015 0,01
Rotatoria. В зоопланктоне рек, особенно равнинных, коловраткам часто принадлежит доминирующая роль [8, 11]. Большинство коловраток, отмеченных в реках Золотица, Светлая и ручье Светлом имеют вертикационный способ питания, чаще называемый седиментацией, или фильтрацией, и питаются бактериями, детритом и мелкими водорослями (Euchlanis, Brachionus, Keratella и т. д.). В эту группу входят коловратки, обладающие определенным типом локомоторного и трофического аппаратов. Строение этих органов дает коловраткам возможность привлекать, избирать, захватывать пищевые частицы. Коловраток с другим способом питания (хватательным и сосущим) в планктоне исследованных рек отмечено немного (в основном представители рода Synchaeta).
Стрежневая зона реки, несмотря на немногочисленное население, содержала большее число видов коловраток, чем прибрежная. Особенности строения и жизненного цикла коловраток делают их незаменимыми объектами в процессах самоочищения водотоков. Многие группы коловраток могут служить хорошими индикаторами качества вод. О загрязнении воды говорит массовое развитие Rotaria rotatoria, о пониженном рН среды — Keratella serrulata, Brachionus sericus, о солености — Brachionus plicatilis, Hexarthra fennica и др. [8].
На станциях пробоотбора т.н.1 (ручей Светлый вне зоны влияния горных работ) и т.н.4. (выше зоны влияния дренажных вод по течению р. Светлой) основу ротаторной фауны составляют Notholca acuminata и Keratella cochlearis hispida — типичные представители олиготрофных северных водоемов. Также здесь были отмечены такие всевестные и эврибионтные виды, как Euchlanis dilatata и представители рода Synchaeta. На этих станциях отмечается наибольшая биомасса коловраток среди точек пробоотбора. Ниже по течению, в зоне повышенной мутности (сброс вод системы водоотведения карьера), приходится сталкиваться практически с полным выпадением ротаторного комплекса организмов. На станции пробоотбора т.н. 2 на р. Светлая в зоопланктоне из коловраток продолжает встречаться только E. dilatata — эврибионтный вид, легко приспосабливающийся к обитанию в самых широких пределах факторов среды.
В р. Золотица было обнаружено 9 видов коловраток. Качественно наиболее разнородным оказался состав фауны на станциях пробоотбора т.н.6, где найдены фитофильные и планктонные олигосапробные и Р-мезосапробные формы. Отмеченные здесь Notholca acuminata и Keratella cochlearis hispida — типичные представители олиготрофных
северных водоемов. Euchlanis lucksiana — частый компонент зоопланткона водоемов и водотоков мезотрофного типа, часто встречающийся при развитии сине-зеленых водорослей. Разнокачественная фауна ротаторных компонентов на станциях наблюдения является показателем ненарушенных биологических систем [12, 13].
Большое значение в оценке загрязнения рек и других водоемов имеют не только качественные и количественные показатели, но и сезонность, поскольку многие виды северных и умеренных широт бицикличны и обычно в большом количестве развиваются дважды: в мае-июне и в конце августа — начале сентября. В эти месяцы коловратки могут быть наиболее эффективными индикаторами качества вод.
Cladocera и Copepoda. Относительная легкость при отборе проб зоопланктона, их последующей обработке, большие размеры ракообразных по сравнению с другими планктонными организмами создают предпосылки для применения данных по копеподам и кладоцерам при использовании методов оценки качества воды в водоемах и водотоках. При прослеживании изменений в видовом составе и показателях обилия Cladocera и Copepoda на участках реки с разной степенью загрязнения, отмечались следующие основные тенденции: уменьшение общего числа видов ракообразных в планктоне при увеличении загрязнения (при самоочищении число видов вновь увеличивается), качественное и количественное обеднение ветвистоусых рачков вплоть до полного их исчезновения в наиболее загрязненных местах, значительное уменьшение суммарной численности на участках с массированным поступлением сточных и дренажных вод.
При описании влияния дренажных вод на биоту природных водотоков были использованы в качестве индикаторов как абсолютные величины (численность ракообразных, число видов и т. д.), так и относительные (отношение числа видов Cladocera к числу видов Copepoda, численности Cladocera к численности Copepoda и др.) В ряде случаев при сравнении загрязнения в разных водоемах и водотоках использование абсолютных показателей оказывалось невозможным. Таким примером могут служить величины численности Cladocera и Copepoda, которые зависят не столько от степени загрязнения, сколько от трофии водоема. Так, было бы нецелесообразно использовать абсолютные показатели для определения степени влияния дренажных вод на биоту водотоков, сравнивая их с показателями участков, незатронутыми иными видами антропогенного влияния (например антропогенным эвтрофированием) [1, 11].
Основу зоопланктона выше по течению зоны влияния дренажных вод (т.н.1 и т.н.4) на ручье Светлом и р. Светлая составляют такие индикаторы олиготрофных, олигосапробных и в-мезосапробных условий, как Polyphemus pediculus, Daphnia cristata, Mesocyclops leucarti.
На станции т.н.2 ниже по течению р. Светлая, затронутой техногенным влиянием наблюдаются следующее явление: уменьшение числа видов до 1-2 в наиболее мутных речных водах вызывает изменения в трофической структуре зоопланктонного комплекса. Трофическая структура комплекса планктонных ракообразных в прибрежной зоне участков рек Светлая и Золотица представлена в табл. 6.
Примерами сообществ, в которых представлены все типы питания могут служить комплексы планктонных ракообразных на станциях пробоотбора т.н.1 на ручье Светлом и т.н.4 на р. Светлой и т.н.6 на р. Золотица. Такая трофологическая структура характеризует наиболее незагрязненные и благоприятные для жизни гидробионтов ценозы.
По мере увеличения мутности и обеднения видового состава уменьшается разнообразие типов питания. В наиболее загрязненных участках остаются собиратели-полифаги и небольшое число хватателей.
Таблица 6
Трофическая структура комплекса планктонных ракообразных в прибрежной зоне участков рек Светлая, Золотица и ручья Светлого
Класс вод*, станция Трофический уровень Основная пища Тип питания Основные виды зоопланктонных организмов
II т.н.1 т. н.4 т. н.6 нехищный планктонные водоросли, бактерии, детрит фильтрация, фильтрация + собирание Keratella cochlearis hispida, Euchlanis dilatata, E. parva, Bosmina longispina, Daphnia cristata, Eudiaptomus graciloidess
смешанный водоросли обрастаний, детрит собирание, активный захват Cyclops scutifer, Polyphemus pediculus
хищный Protozoa, Rotatoria, мелкие ракообразные собирание, активный захват Heterocope appendiculata, H. borealis, Mesocyclops leucarti
III-IV т.н.3 т.н.5 нехищный планктонные водоросли, бактерии, детрит фильтрация + собирание Euchlanis dilatata, Bosmina longispina, Daphnia cristata, Eudiaptomus graciloidess
смешанный водоросли обрастаний, детрит собирание, активный захват Cyclops scutifer
хищный Protozoa, Rotatoria, мелкие ракообразные собирание, активный захват Heterocope borealis, Mesocyclops leucarti
V т. н.2 нехищный планктонные водоросли, бактерии, детрит фильтрация + собирание Euchlanis dilatata, Bosmina longispina,
хищный Protozoa, Rotatoria, мелкие ракообразные активный захват Mesocyclops leucarti
* Классы качества вод, рекомендованные Росгидрометом
Образуется сообщество, специализированное по типу питания, среди ракообразных полностью исчезают формы, потребляющие водоросли. Подобная ситуация наблюдается на станции т.н.2. Следует отметить, что количество бактерий и водорослей здесь достаточно, чтобы фильтраторы могли существовать. Основным фактором, воздействующим на беспозвоночных, является наличие зоны повышенной мутности, распространяющейся вниз по течению. Зоопланктонные организмы малочисленны, что объясняется наличием большого количества взвесей, приводящим к изменению физических свойств воды, ухудшению газового режима; а также, воздействуя механически взвеси разбивают колониальные водоросли, засыпают придонные виды, забивают фильтрационные аппараты организмов-фильтраторов. Обеднение качественного и количественного состава происходит от неустойчивых к загрязнению и повышению концентрации взвесей видов к устойчивым формам. Происходит уменьшение видового разнообразия, выпадают наиболее чувствительные виды.
Зоопланктон как индикатор качества природных вод. Одним из наиболее информативных показателей структуры сообщества является индекс разнообразия, который впервые был применен Р. Маргалефом [12] при изучении фитопланктона, а затем в различных видоизменениях широко использовался и для других сообществ. В настоящее время чаще всего употребляется индекс видового разнообразия Шеннона-Уивера, который относится к индексам неоднородности, так как учитывает одновременно и выравненность,
и видовое богатство. Индекс Шеннона-Уивера, основанный на относительном обилии видов, относится к непараметрическим, поскольку не требует никаких предположений о распределениях [13]. Его применение углубляет оценку биоразнообразия по сравнению с индексами видового богатства, которые опираются лишь на один параметр.
Поскольку количество информации в системе является мерой ее организованности, индекс видового разнообразия характеризует сложность структуры биоты, связанную с видовым составом. Большинство гидробиологов отмечают закономерное уменьшение числа доминант в направлении от олиготрофии к эвтрофии.
Причины неточностей в оценке разнообразия с использованием этого индекса могут заключаться в том, что обычно невозможно включить в выборку все виды изучаемого сообщества. Подобных ошибок обычно удается избежать при достаточно длительных исследованиях на водоемах.
Если под термином «сапробность» понимать способность организмов жить при большом содержании органических веществ в среде, то сапробность является показателем как потребностей организма в органическом питании, так и устойчивости к возникающим при разложении органических соединений ядовитых веществ: Н2Б, С02, КЫ3, Н+, органических кислот. Установлено, что фактически, в ряду олигосапробы-мезосапробы-полисапробы возрастают не только специфическая стойкость к органическим загрязняющим веществам и к таким их последствиям, как дефицит кислорода, но и их эврибионтность, т. е. способность существовать в различных условиях среды [1, 12]. Это положение значительно расширяет возможности использования сапробиологического анализа. Сапробность, как правило, хорошо соотносится с показателями трофического типа водоемов — ксено- и олигосапроб-ные виды являются индикаторами олиготрофных условий, а- и Р-мезосапробы — индикаторами эвтрофии.
При проведении сапробиологического анализа применялся метод Пантле и Букка в модификации Сладечека. При этом учитывалось, что индикаторное значение видов может быть неодинаковым в различных климатических зонах. При исследованиях на водотоках северо-запада России индикаторные значения видов заведомо несколько искажены и должны быть скорректированы. Однако долгосрочные исследования на малых северных реках и совместное комплексное применение нескольких видов биологического анализа и гидрохимических методов показали, что состав планктона в целом достаточно правильно отражает степень загрязненности участков разных водных объектов, хотя несколько хуже передает различия между отдельными станциями в пределах одного водоема или водотока.
Тем не менее для оценки общего загрязнения поверхностных вод, например, в случае токсического загрязнения, антропогенного увеличения минерализации, или мутности, использование только сапробиологического анализа оказывается уже недостаточным, поэтому в настоящей работе были применены как сапробиологический анализ, так и индекс структуры сообщества и коэффициенты трофии. Полученные результаты представлены в табл. 7.
Таблица 7
Качество воды рек Золотица, Светлая и ручья Светлого (2006)
Водоток Станция отбора проб Класс качества По зоопланктону
Кол-во видов N. С^оевг N. Copepoda Индекс Н Индекс Б Е Е/О
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ручей Светлый т.н.1 II 16 0,67 3,1 1,2 0,10 0,4
Окончание табл. 7
1 2 з 4 5 6 7 8 9
Р. Золотица т. н.3 III 1б 1,1 2,9 2,1 0,30 0,5
т. н.5 III 14 1,3 2,б 1,9 0,35 0,7
т. н.б II 18 0,48 3,2 1,7 0,25 0,4
Р. Светлая т. н.2 V 9 1,45 1,1 - - -
т. н.4 II 15 0,70 3,1 1,3 0,20 0,3
Заключение. Данное исследование дало возможность выявить наиболее существенные изменения в структуре сообществ зоопланктона рек в районе ведения горных работ:
• уменьшение общей численности, биомассы и числа видов зоопланктона на станциях отбора ниже зоны влияния дренажных вод по отношению к фоновым участкам;
• уменьшение видового разнообразия (происходит упрощение структуры зооплан-ктонного сообщества в результате усиления техногенного влияния на водотоки);
• доминирование эврибионтных форм (многие из таких форм имеют обширные ареалы или являются космополитами — на станциях отбора проб в районе влияния горных работ на долю 3-б видов приходится обычно более 75 % общей численности и биомассы сообщества);
• упрощение трофической структуры (в составе зоопланктона происходит замещение крупных ветвистоусых и каляноид на мелких грубых фильтраторов (босмины), способных питаться в условиях повышенной мутности воды).
Проведенные исследования позволяют сделать следующие заключения: 1. Исследованные водотоки характеризуются гидрокарбонатным магниево-кальциевым составом с минерализацией, не превышающей 180 мг/л. Микрокомпонентный состав вод рек Светлая, Золотица и ручья Светлого отвечает требованиям, предъявляемым к качеству природных вод. Исключение составляет такой показатель, как повышенное содержание взвешенных веществ. 2. В реках Золотица, Светлая и ручье Светлом были обнаружены организмы зоопланктона, относящиеся к 21 таксону, из них коловраток — 9 видов, Cla-docera — б видов, Copepoda — 5 видов. 3. Выше по течению влияния карьерных вод структура, распределение, видовой состав, показатели обилия характерны для водотоков незатронутых антропогенным влиянием. Применение методов биоиндикации и сапробио-логического анализа позволило отнести воды рек Золотица и Светлая выше зоны влияния дренажных вод к чистым и слабозагрязненным II-III классов качества. 4. Основным фактором, воздействующим на зоопланктон, является наличие зоны мутных карьерных вод, распространяющейся из системы водоотведения вниз по течению рек Светлая и Золотица.
5. Начиная с зоны поступления мутных вод системы водоотведения карьера в природные воды, сапробиологический анализ и методики биоиндикации позволяют отнести воды на станции отбора проб т.н.2 на р. Светлая к грязным V класса качества, на станции т.н.5 на р. Золотица к слабозагрязненным I класса качества.
Summary
Makushenko M. E., Potapov A. A., Filin R. A. Zooplankton as indicator of water quality of natural water-currents in the area of Lomonosov diamond pipe.
Hydrobiological methods of water quality estimation of natural water-currents in the area of the diamond deposit are examined. Specific, existential structures, seasonal dynamics of specific structure and parameters
of abundance of zooplankton are investigated. During the examination of water quality it is shown that the major factor influencing on invertebrate near the open pit is the zone of muddy waters extending from the open pit drainage system downstream the river.
E-mail: maria@hge.pu.ru
Литература
1. Андроникова И. Н. Структурно-функциональная организация зоопланктона озерных экосистем. СПб., 1996.
2. Аржанова В. С., Елпатьевский П. В. Геохимия ландшафтов и техногенез. М., 1990.
3. Биоиндикация и оценка повреждения организмов и экосистем // Матер. докл. первой междунар. конф. Евро-Арктического региона 10-12 июня 1997 г. Петрозаводск, 1997.
4. Заключительный отчет по НИР «Изучение гидрогеологических условий отработки месторождения им. М. В. Ломоносова». СПб., 1992.
5. Кожова О. М. Инструкция по обработке проб планктона счетным методом: Методическое руководство / Под. ред. О. М. Кожова, Н. Г. Мельник. Иркутск, 1978.
6. Крючкова Н. М. Структура сообществ зоопланктона в водоемах разного типа // Продукционногидробиологические исследования водных экосистем. Л., 1987. С. 184-198.
7. Макарцева Е. С. Зоопланктон озер различных ландшафтов Кольского полуострова // Озера различных ландшафтов Кольского полуострова. Ч. 1. Л., 1974. С. 143-179.
8. Макрушин А. В. Библиографический указатель по теме «Биологический анализ качества вод» с приложением списка организмов-индикаторов загрязнения. Л., 1974. С. 1-53.
9. Методы биоиндикации и биотестирования природных вод. Вып. 2 // Науч. труды Л., 1989.
10. Методы биологического анализа пресных вод. Л., 1976.
11. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / / Под ред. В. А. Абакумова, Л., 1983.
12. Унифицированные методы исследования качества вод. М., 1983.
13. Margalef R. Information theory in ecology // Gen. Syst. 1958. Vol. 3. P. 36-71.
14. Shannon С.В., Weaver W. The Mathematical Theory of Communication. Urbana, 1963.
