Трансформация донных сообществ в условиях нефтяного загрязнения

Трансформация донных сообществ в условиях нефтяного загрязнения

Рузанова А.И., Воробьев Д.С 

Нефтепродукты одни из самых распространенных химических соединений загрязняющих как пресноводные так морские водоемы. Широко используемые в настоящее время для оценки нефтяного загрязнения водных экосистем химические методы малоинформативны, так как они характеризуют экологическую ситуацию только для периода взятия проб и по ограниченному перечню гидрохимических показателей. Причем все разнообразие разнохарактерных компонентов нефти сводится к общему содержанию нефтепродуктов. В таких ситуациях актуально использовать методы биоиндикации, которые позволяют установить не только сам факт загрязнения, но и оценить последствия, а также определить степень вредности для биоты совокупного действия всех присутствующих в воде загрязнителей.

В условиях речного потока по ряду объективных причин (аккумуляция поллютантов в придонных слоях воды и отложениях, ограниченная лабильность организмов зообентоса, значительная длительность жизненных циклов), только донные сообщества дают интегральную оценку состояния водной среды, вызванную кумулятивным действием присутствующих в воде загрязняющих веществ. Преимущество донных сообществ заключается еще и в том, что по их состоянию можно определить не только степень загрязнения донных ценозов, но и его характер. Применительно для водотоков бассейна Васюгана, нами было условно выделено 2 типа загрязнения: нетоксическая органика нефти и биогены, вызывающее увеличение количественных показателей бентоса, и токсическое (токсичные компоненты нефти), угнетающе действующие на сообщества донных организмов, тем самым, снижая продуктивность донных ценозов и разнообразие населения (Рузанова, 1995).

Цель работы - выявить особенности развития бентосных сообществ в водотоках загрязненных нефтепродуктами и на основе биоиндикационной значимости этих сообществ оценить уровень техногенной нагрузки на водные экосистемы.

Материалы представленные в данной работе являются результатом мониторинговых гидробиологических исследований притоков р. Васюган (рр. Махня, Катыльга, Еллен-Кулуньях и др.), протекающих по территории основных нефтяных месторождений НГДУ "Васюганнефть" (Первомайское, Оленье, Ломовое, Катыльгинскре, Западно-Катыльгинское) в летние месяцы с 1993 по 1998 гг. (рис). 



Рис. Карта-схема речной системы в районе нефтяных месторождений НГДУ "Васюганнефть" с пунктами отбора проб. 

Сбор и обработка материала проводилась сотрудниками лаборатории гидробиологии и рыбоводства НИИББ при ТГУ согласно стандартных гидробиологических методик (Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов, 1975). Для оценки состояния донных сообществ использовались биоиндикационные показатели: состав и структура донного населения, количественные показатели бентоса (численность и биомасса), индекс удельного разнообразия Шеннона, индекс сапробности в модификации Тодераша и олигохетный индекс Гуднайта-Уитлея (Временные методические указания по гидробиологическому анализу малых рек, 1994; Рузанова, 1995).

Донное население исследованных водотоков насчитывало 16 таксономических групп зообентоса: олигохеты, пиявки, моллюски, жуки, клещи, бокоплавы, нематоды, и личинки насекомых: хирономид, хелеид, симулид, табанид, речейников, поденок, вислокрылок, стрекоз и бабочек. Наибольшим видовым разнообразием выделялась группа хирономид, где было встречено 58 видов и форм. Структурообразующий комплекс донных сообществ в этих реках представлен в основном личинками хирономид, олигохетами, моллюсками и реже хелеидами.

Рассмотрим состояние донных сообществ на этих водотоках, наиболее полно обследованных в 1993 г. На участках рек с удовлетворительной экологической обстановкой (удаленных от очагов загрязнения) развиваются донные сообщества близкие к норме для данного типа водотоков. В качестве фонового участка, были взяты ценозы р. Ледяной (приток р. Махни; станция № 19). Для данного водотока характерны сообщества с высоким групповым и видовым разнообразием донных животных, сложной структурой и высокой численностью, но относительно низкой биомассой (табл. 1). Основу по численности сообщества здесь составляют типичные речные формы хирономид с низким индивидуальным весом. Биомасса бентоса определяется развитием моллюсков, хирономид и пиявок. Заметную роль в донных ценозах р. Ледяной играют хелеиды, клещи, вислокрылки, а остальные группы бентоса (олигохеты, табаниды, жуки, нематоды) существенной роли в сообществе не играют.

Таблица 1

Показатели состояния донных сообществ рек в районе нефтяных месторождений НГДУ "Васюганнефть", 1993 г. 

Участок

N

B

S

H

Js

Hg

р. Еллен-Кулуньях

Выше Первомайского н. м. (1)

2320

6,680

5/4

1,9

2,0

5,2

Центр Первомайского н. м. (2)

120

0,440

1/0

--

--

100

Ниже Первомайского н. м. (3)

8880

4,320

3/6

1,56

2,3

3,2

Выше Катыльгинского н. м. (4)

3320

3,132

5/12

3,47

1,9

1,2

На территории Катыльгинского н. м. (5)

3320

2,13

6/4

3,47

2,0

0

Ниже Катыльгинского н. м. (6)

1640

5,400

5/3

1,90

3,1

58,5

Устье р. Еллен-Кулуньях (7)

1520

11,752

9/8

3,27

1,9

18,4

Р. Большая Налимка (приток) (18)

780

1,130

4/7

2,12

3,2

60,0

р. Катыльга

На территории Первомайского н. м. (8)

3720

14,440

9/17

3,35

3,2

1,6

Центр Западно-Катыльгинского н. м. (9)

16200

52,970

10/19

2,83

2,3

13,8

Ниже Западно-Катыльгинского н. м. (10)

2400

23,800

7/8

3,14

2,4

1,7

Ниже впадения р. Еллен-Кулуньях (11)

640

5,720

6/2

2,65

0

12,5

Устье р. Катыльга (12)

1827

2,180

3/14

0,91

2,9

13,1

р. Махня

На территории Оленьего н. м. (13)

1200

0,94

6/4

1,64

3,1

10,0

Ниже Оленьего н. м. (14)

160

2,340

3/1

1,5

3,5

0

Выше Ломового н. м. (15)

2293

4,668

8/12

3,26

3,2

11,0

Ниже Ломового н. м. (16)

2700

5,170

5/11

3,37

2,4

10,4

Устье р. Махня (17)

1340

1,890

4/11

3,30

2,4

11,9

Р. Ледяная (приток) (19)

4320

2,910

10/9

2,43

1,9

0,5

Примечание. N - численность; B - биомасса; H - индекс удельного разнообразия Шеннона; S - количество таксонов (слева - количество групп бентоса, справа - количество видов хирономид); Js - индекс сапробности; Hg - "олигохетный" индекс; н.м. - нефтяное месторождение. В скобках - номер станции (см. рисунок).

Река Еллен-Кулуньях протекает по территории Первомайского и Катыльгинского нефтяных месторождений. Анализируя состояние донных сообществ водотока и его притоков, можно выделить три очага загрязнения: центр Первомайского н.м. (ст. № 2), участок на территории Катыльгинского н.м. (ст. № 5) и р. Б. Налимку (ст. № 18) (см. рисунок). На этих участках формируются нарушенные сообщества с низким разнообразием животных, упрощенной структурой и доминированием личинок хирономид -мезо-полисапробной зоны и олигохет, выдерживающих значительные загрязнения. Биоиндикационные показатели свидетельствуют (табл. 1), что в районе станций № 2 и № 5, преобладают загрязнения органического характера (нетоксичная органика), а в р. Б. Налимке - токсического, подавляющие развитие донных животных. На остальных участках р. Еллен-Кулуньях: выше Первомайского н.м. (ст. № 1), выше Катыльгинского н.м. (ст. № 4) и в устье реки (ст. № 7), развиваются сообщества близкие к норме для данного типа водотоков. 

Среди исследованных в 1993 г. водотоков, многие участки р. Катыльги отличались максимальным разнообразием донного населения и повышенной продуктивностью ценозов. Особенно разнообразен бентос реки в районах Первомайского (ст. № 8) и Западно-Катыльгинского месторождений (ст. № 9). Здесь формируются очень своеобразные донные сообщества речного типа со сложной структурой, повышенным разнообразием и очень высокими продуктивными свойствами (табл. 1), что не свойственно рекам этой зоны. Такое состояние сообществ (явление экологического прогресса) обычно обусловлено дополнительным поступлением в реки биогенных веществ антропогенного происхождения, источником которых могут быть и нефтепродукты, богатые легкоусваемой органикой. 

На участке р. Катыльги, ниже впадения р. Еллен-Кулуньях и до устья развиваются более угнетенные донные сообщества - снижается продуктивность ценозов, из состава организмов выпадают представители речных ценозов (поденки, ручейники, моллюски и др.), более требовательные к чистоте воды. Здесь формируются сообщества с упрощенной структурой, представленные личинками хирономид, олигохетами, хелеидами, более устойчивыми к загрязнениям.

Таким образом, в р. Катыльга прослеживается тенденция увеличения загрязнения донных отложений от верхних участков к устью, причем за счет токсических веществ, подавляющих развитие зообентоса.

Донные ценозы р. Махни характеризуются сравнительно низкими продуктивными свойствами на фоне довольно разнообразного донного населения. В 1993 г. из всех обследованных участков реки, только на двух были выявлены нарушенные сообщества - ниже Оленьего н.м. (ст. № 14) и в устье р. Махни (ст. № 17). На этих участках загрязнения носили токсический характер, которые вызывали снижение продуктивности ценозов, разнообразия населения и упрощение структуры сообщества (табл. 1). Основу зообентоса здесь составляли по численности личинки хирономид, а биомасса определялась развитием хирономид, моллюсков и пиявок. Из других представителей бентоса встречались единично олигохеты и хелеиды.

Таблица 2

Показатели состояния донных сообществ в некоторых притоках бассейна р. Васюган 

Примечание. N - численность; B - биомасса; H - индекс видового разнообразия Шеннона; Js - индекс сапробности; Hg - "олигохетный" индекс; н.м. - нефтяное месторождение. 

Приведенный выше анализ пространственного развития донных организмов отображает значительную неоднородность сообществ на разных участках водотоков. Однако дальнейшие мониторинговые исследования выявили нарушения развития не только в пространстве, но и во времени (табл. 2). Из года в год здесь наблюдаются постоянные "скачки" биоиндикационных показателей, что наиболее характерно для водоемов подверженных техногенному прессу (Попков В.К., Рузанова А.И., 1995; Рузанова А.И., 1995). Усиление нагрузки, а именно пагубное воздействие токсических фракций нефти приводит к полной деградации донных сообществ (р. Еллен-Кулуньях, 1995 г.). 

Сравнивая условно "чистый" приток Васюгана - р. Чижапку с исследованными притоками, подверженными высокой техногенной нагрузке, очевидно, что для этого участка (и для бассейна р. Чижапки в целом) характерна значительная стабильность в качественном и количественном развитии бентоса, как в пространстве, так и во времени и близкие значения биоиндикационных индексов (табл. 2). По комплексу показателей устьевой участок оценивался как чистый (II - III класс) и был близок к естественному состоянию. 

Подводя итог пространственно-временного анализа донных сообществ водотоков, протекающих по территории нефтяных месторождений, необходимо отметить локальный характер загрязнения. Благодаря наличию постоянного течения, а исходя из этого и подвижности донных отложений, эти загрязнения постоянно перемещаются вниз, и создают временные промежуточные очаги загрязнения. Донное население чутко реагирует на все изменения в водном потоке, и ответом на все воздействия слижит перестройка сообществ. Критическими зонами в водотоках являются устьевые участки, где в силу особенностей гидрологического режима и характера донных грунтов идет основная аккумуляция веществ (Рузанова, А.И., 1999). 

Наши исследования в 1993 г. показали, что в бассейнах рр. Катыльга и Махня проявляется тенденция к усилению токсического загрязнения от верхних участков к устью. В период высоких весенних паводков происходит вынос из устьевых участков рек загрязненых донных отложений и основная их часть выносится в р. Васюган и далее в р. Обь (Попков В.К. и др., 1999).

За весь период исследований наиболее тяжелая ситуация отмечалась в донных ценозах р. Еллен-Кулуньях в районе Первомайского месторождения, где уровень загрязнения ценозов колебался в пределах IV - VI (т.е. от напряженной экологической ситуации до критической). На остальных участках рек класс чистоты ценозов варьировал в пределах III - IV классов (т.е. от удовлетворительной до напряженной экологической ситуации). Повышенная динамичность развития бентоса в пространстве и времени определяется в основном сочетанием двух факторов - нестабильности поступления загрязняющих веществ с территорий нефтепромыслов (техногенный фактор) и скоростью речного потока (природный фактор).

Список литературы

1. Временные методические указания по гидробиологическому анализу малых рек. - М.: "Наука", 1994. - 106c.

2. Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов / Под ред. Ф.Д. Мордухай-Болтовского. - М.: Изд-во "Наука", 1975. - 240c.

3. Попков В. К., Воробьев Д. С., Лукьянцева Л. В., Рузанова А. И. Особенности оценки экологического состояния рек в нефтепромысловых районах // Материалы международной научно-практической конф. "Экологические, гуманитарные и спортивные аспекты подводной деятельности". - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1999, С. 106-109.

4. Попков В.К., Рузанова А.И. Экологические последствия и критерии нормирования антропогенной нагрузки на речную систему в нефтепромысловых районах бассейна Средней Оби // Чтения памяти Ю.А. Львова. - Томск, 1995. - С.219-223.

5. Рузанова А. И. Сравнительная оценка методов биоиндикации загрязнения водоемов по донным сообществам // Чтения памяти Ю.А. Львова. - Томск, 1995. - С.225-228.

6. Рузанова А. И. Оценка экологического состояния водотоков бассейна нижней Томи по сообществам донных организмов // Материалы международной научно-практической конф. "Экологические, гуманитарные и спортивные аспекты подводной деятельности". - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1999, С.109-113.