Структура донных сообществ реки Мулянки и оценка её экологического состояния

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2007 Биология Вып. 5

УДК 591.524.11

СТРУКТУРА ДОННЫХ СООБЩЕСТВ РЕКИ МУЛЯНКИ И ОЦЕНКА ЕЁ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

М. С. Алексевнина, Е. В. Преснова

Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

Приведены данные по видовому составу зообентоса р. Мулянки, дан анализ количественного развития бентофауны, выявлен характер изменений донных сообществ реки от истока до устья. Рассчитаны индексы загрязнения, свидетельствующие о нарушении речных экосистем в местах интенсивного антропогенного воздействия.

Введение

Для контроля качества воды малых рек широко используются гидробиологические методы, которые позволяют установить интегральное воздействие загрязнителей на экосистему. Наиболее достоверную оценку качества воды можно получить при изучении зообентоса водотоков (Макрушин, 1974; Алимов, Балушкина, Умнов, 1996).

Наблюдения за состоянием донных сообществ р. Мулянки от истока до устья проведены впервые. Подобные исследования вносят большой вклад в решение практических задач, связанных с биологическим контролем за качеством воды.

Объект и методы исследования

Объект исследования - река Мулянка, которая является левым притоком Камы. Её верхнее течение находится на территории Пермского района, среднее и нижнее, а также устьевая часть - в Индустриальном районе г. Перми.

Мулянка - равнинная река, длина её 52 км, площадь водосбора - 467 км2. Река принимает 35 притоков, наиболее крупными являются Пыж и Рыж (Комлев, Черных, 1984). Бассейн р. Мулянки претерпел значительные изменения в результате хозяйственной деятельности (вырубка лесов, распашка земель и др.). Естественные условия характерны только для верхнего течения реки, а за 16.5 км до устья они полностью нарушены - многочисленными трубами, мостами, переездами, теплотрассой. Химический состав воды в р. Мулянке и её притоках обусловлен воздействием промышленных предприятий г. Перми, объектов нефтеперерабатывающей промышленности и коммунально-бытовых стоков.

На реке отмечается неблагоприятный кислородный режим. Химическое потребление кислорода (ХПК) составляет 40-70 мгО2/л при норме 30 мгО2/л;

биохимическое потребление кислорода (БПК5) -5,15 - 7,08 мгО2/л при норме - 5 мгО2/л (Двинских, Китаев, 2005).

В среднем течении р. Мулянки в районе впадения р. Пыж ПДК по нефтепродуктам превышена в 49.4 раза. В приустьевом участке установлены превышения ПДК по азоту аммония в 1.3 раза, азоту нитритов в 2.5 раза, нефтепродуктам в 2 раза. Высокое содержание нефтепродуктов в р. Мулянке отмечено ниже впадения р. Пыж и составляет 2.47 мг/л при их фоновой концентрации в районе д. Субботино 0.2 мг/л. Таким образом, средний и особенно нижний участки реки оказываются наиболее загрязненными (Состояние и охрана..., 2003).

В результате антропогенного воздействия произошли значительные изменения в характере грунта реки. Если раньше преобладающим типом донных отложений являлись чистые пески (с кварцем и даже яшмой), то в настоящее время дно реки значительно заилено, увеличилась зарастаемость Мулян-ки, особенно в нижнем течении. По берегам много мусора и техногенных отходов.

Гидробиологический материал собирали на 8 разрезах реки, которые располагались в верхнем (3), среднем (2) и нижнем (3) течении. Сбор бентоса осуществляли с июня по октябрь 2003 г. За вегетационный сезон собрано и обработано 32 бентосные пробы. Для сбора зообентоса использовали гидробиологический скребок. Анализ материала проведен по общепринятой методике (Методика, 1975).

В сборе и обработке материала большое участие принимала студентка Н.П. Побережник.

Результаты исследований

В результате исследований в донной фауне р. Мулянки зарегистрировано 75 видов животных: Oligochaeta (10 видов), Hirudinea (2 вида), Gastropoda (4 вида), Bivalvia (2 вида), Insecta (55 видов).

© М. С. Алексевнина, Е. В. Преснова, 2007

142

Кольчатые черви встречаются по всему тече- роко распространенных в реке тубифицид и наи-

нию р. Мулянки. Из олигохет разнообразно пред- дид, здесь обнаружены люмбрикулиды и люмбри-

ставлено семейство Tubiflcidae. В верхнем течении циды, а также два вида пиявок (табл. 1).

реки фауна кольчатых червей богаче. Кроме ши-

Таблица 1

Таксономический состав донной фауны реки Мулянка_________________________

Таксон Течение Устьевой участок

верхнее среднее нижнее

Класс Oligochaeta Сем. Naididae Stylaria lacustris L. ++

Nais simplex (Pig.) + - - +

Сем. Tubificidae Tubifex tubifex (Mull) +++ +++ ++ +

Tubifex newaensis Mich. ++ - - -

Spirosperma ferox Eisen + - - -

Limnodrilus udekemianus Clap. + + - -

L. hoffmeisteri Clap. - - + -

Potamothrix hammoniensis (Mich.) - ++ ++ -

Сем.Tubificidae juv. ++++ ++ +++ +++

Сем. Lumbriculidae Lumbriculus variegatus (Mull) +

Сем. Lumbricidae Eiseniella tetraerda (Sav.) +

Класс Hirudinea Glossiphonia complanata L. ++ +

Erpobdella octoculata (L.) ++ + + -

Класс Gastropoda Lymnaea auricularia L. + +

L. stagnalis (L.) + - - +

L. lagotis (Schr) ++ + + -

Cincinna piscinalis (Mueller) + + - +

Сем. Planorbidae juv. - - - +

Класс Bivalvia Dreissena polymorpha (Pal) - - - +

Sphaerium corneum (L.) +++ + - -

Класс Insecta О. Ephemeroptera Сем. Baetidae Baetis rodani (Pic) ++

B. vernus (Curt) + - - -

Cloeon dipterum (Lin) + - - -

Сем. Heptageniidae + - - -

Сем. Ephemeridae Ephemera vulgata (Lin) + ++ +

О. Plecoptera Сем.Perlodidae Isoperla sp. +++

О. Hemiptera Notonecta glauca (Lin) +

О. Coleoptera сем. Dytiscidae +++ ++ +

О. Trichoptera Сем. Hydropsychidae Hydropsyche angustipennis (Curt) ++

Сем. Limnephilidae Limnephilusflavicornis (Fab.) +

Halesus radiatus (Curt) ++ + - -

Stenophylax sequax (McL) + - - -

Сем. Brachycentridae Brachycentrus subnubilis Curtis ++ +

Сем. Molannidae Molanna angustata (Curt) + - - -

Окончание табл. 1

Таксон Течение Устьевой участок

верхнее среднее нижнее

Сем. Phryganeidae Phryganea bipunctata (Retz) +

О. Diptera Сем. Stratiomyidae ++

Сем. Sciomyzidae + - - -

Сем. Athericidae Atherix ibis (F.) +

Сем. Limoniidae Dicranota bimaculata (Sch.) ++

Limnophila sp. Сем. Dixidae - + +

Сем. Simuliidae + - + -

Сем. Chaoboridae + - - -

Сем. Ceratopogonidae - + - -

Сем. Chironomidae Micropsectra junci (Meigen) + +

Tanytarsus lestagei Goetg. + - + -

Paratanytarsus austriacus K. - - + -

Reotanytarsus sp. - - - +

Cladopelma sp. + - - -

Paratendipes gr. albimanus ++ - + -

Microtendipes gr. pedelus + + - -

Paracladopelma gr. camptolabis + - - -

Sergentia gr. longiventris - - ++ -

Dicrotendipes nervosus (St.) - - ++ ++

Polypedilum gr. nubeculosum - + + ++

Endochironomus impar (Walk.) ++ - - ++

Harnischia curtilamellata (Malloch) - - + -

H. fuscimana Kieff - - + -

Cryptochironomus gr. defectus - + - +

Cryptochironomus sp. - + - -

Stictochironomus histrio (Fab) ++ - - -

Chironomus plumosus (L.) ++ - + ++

Ch. anthracinus (Zet) - - - +

Ch. annularius (Mg) + - - -

Pseudodiamesa gr. nivosa + - - -

Prodiamesa olivacea (Mg.) +++ + + -

Psectrocladius obvius (Walk.) ++ ++ - -

P. barbimanus (Edw.) ++ - - -

Brillia modesta (Mg.) - + - -

Cricotopus gr. algarum + - - -

Thienemannimyia gr. lentiginosa +++ + - +

Procladius ferrugineus Kieff. ++ + ++ -

P. choreus Meigen + + ++ -

Anatopynia plumipes (Fries.) + - - -

Всего таксонов 53 26 21 15

Примечание: - вид не обнаружен; + 1-30 экз/м ; ++ 31-150 экз/м ;

151-1000 экз/м2; ++++ 1001 и более экз/м2.

Моллюски встречаются в р. Мулянке от истока до устья. Двустворчатые наиболее многочисленны в верхнем течении за счет массового развития Sphaerium согпеит и в устье реки, где обитает Dreissena polymorpha, которая является основным компонентом бентофауны Воткинского водохранилища (Биология ..., 1988). Из брюхоногих моллюсков часто встречается L. lagotis.

Как и в других реках, в бентосе Мулянки разнообразно представлены насекомые (55 видов, 20 семейств и 6 отрядов) (табл. 1). Наиболее многочисленны в видовом отношении личинки хироно-мид (31 вид). По всему течению реки в массе

встречаются Prodiamesa о1^асеа, Thienemannimyia gr.lentiginosa и Procladius ferrugineus. Средняя биомасса макрозообентоса р. Мулянка в 2003 г. составила 24.7 г/м2, при численности - 2.4 тыс. экз/м2 (табл.2). Большую часть биомассы бенто-фауны обеспечивают своим развитием личинки амфибийных насекомых (41.3%), 33.6% - моллюски и 25.1% - кольчатые черви.

На протяжении реки структура донных сообществ значительно изменяется от истока до устья. В верхнем течении формируются богатые в видовом отношении (53) и наиболее продуктивные донные сообщества, биомасса зообентоса составляет 57.9

г/м2 при численности 4.8 тыс.экз/м2 (табл. 2). Около

чинки ручейников (Мо1аппа angustata) и личинки хирономид (Prodiamesa о1п>асеа и Thienemannmyia gr.lentigino.sa). Наряду с этими группами животных достаточно плотные поселения (1,5 тыс. экз/м2) образуют олигохеты, среди которых наиболее многочисленны Tubifex tubifex.

Таблица 2

Состав и распределение численности (Ч, экз/м2) и биомассы да, г/м2) зообентоса р. Мулянка в 2003 г.

40% биомассы обеспечивают своим развитием моллюски, среди которых доминируют Sphaerium сог-пеит и Lymnaea lagotis. Также широко представлены насекомые, составляющие 38% биомассы всего зообентоса. Преобладающее развитие получают ли-

Течение Средний пока- Устьевой

Таксон верхнее среднее нижнее затель участок

N B N B N B N B N B

Oligochaeta 1571 2.9 580 1.56 673 1.94 941 2.1 406 0.4

Hirudinea 147 8.6 50 3.6 6 0.003 67 4.1 18 0.07

Gastropoda 99 7.9 30 0.4 6 0.4 45 2.8 31 1.73

Bivalvia 255 16.2 10 0.42 -- -- 88 5.5 25 12.1

Insecta, в том числе: 2733 22.3 590 5.8 488 2.5 1270 10.2 597 0.4

О. Coleoptera 416 3.48 80 0.65 18 0.13 168 1.41 -- --

О. Trichoptera 208 10.6 20 0.8 6 0.11 78 3.8 -- --

О. Ephemeroptera 538 0.9 220 3.7 12 0.8 256 1.8 -- --

О. Plecoptera 202 0.1 -- -- -- -- 67 0.003 -- --

О. Heteroptera 6 0.1 25 0.05 -- -- 10 0.05 -- --

О. Diptera, в т. ч. 1288 7.1 255 0.67 452 1.4 665 3.05 597 0.4

Сем. Chironomidae 1140 4.5 215 0.3 440 1.3 598 2.0 597 0.4

Всего 4806 57.9 1260 11.8 1173 4.82 2413 24.7 1065 14.7

В среднем течении реки биоразнообразие и продуктивность бентофауны значительно снижается. В донных сообществах нами отмечено 26 видов, а биомасса их при численности 1.26 тыс. экз/м2 составляет 11.8 г/м2. Около половины её (49%) обеспечивают своим развитием насекомые (табл. 2). Массовыми среди них являются личинки поденок (Ephemera vulgate) и личинки хирономид. Большой вклад в биомассу донного сообщества вносят пиявки, главным образом Erpobdella octoculata, составляя 30% от общей биомассы зообентоса, и олигохе-ты, среди которых доминирует Tubifex tubifex, причем численность (0.4 тыс. экз/м2) и биомасса (1.13 г/м2) его возрастают по сравнению с показателями количественного развития в верхнем участке реки (0.29 тыс. экз/м2 и 0.39 г/м2).

В нижнем течении формируются ограниченные в видовом отношении (21 вид) и самые малопродуктивные донные сообщества. Биомасса бентоце-нозов составила 4.8 г/м2, при численности 1.2 тыс. экз/м2(табл. 2). Более 90% биомассы зообентоса обеспечивают своим развитием личинки хироно-мид (52%) и олигохеты (40%). Остальные группы донных животных встречаются крайне редко, двустворчатые моллюски полностью отсутствуют.

Таким образом, в верхнем течении реки обитают полимиксные донные сообщества, в которых преобладающее развитие получают моллюски и личинки ручейников. Величина индекса видового разнообразия, по Шеннону, оказалась самая высокая - 4.3 бит/экз. Видовое разнообразие бентоцено-зов в среднем течении реки снижается (индекс Шеннона равен 3.15 бит/экз). Доминирующее по-

ложение в них занимают личинки поденок, при этом увеличивается доля олигохет, главным образом тубифицид. В нижнем течении сформировались олигомиксные хирономидно-тубифицидные бентоценозы. Индекс видового разнообразия снижается до 2.8 бит/экз.

Устьевой участок реки нами выделен как своеобразный биотоп, являющийся по существу заливом Воткинского водохранилища. Здесь сформировалось монодоминантное донное сообщество, в котором моллюск Dreissena polymorpha составляет 82% биомассы зообентоса (14.7 г/м2). Происходит значительное обеднение фауны насекомых, нами отмечено только 8 таксонов комаров-звонцов. Из других групп животных достаточно плотные поселения создают олигохеты, представленные молодью тубифицид (табл. 2).

Очевидно, изменение структуры донных сообществ р. Мулянки связано как со сменой основных характеристик реки: скорости течения, расхода воды, аккумуляцией взвеси, так и характером распространения загрязнений. С продвижением от истока к устью происходит ухудшение качества воды, что отражается на видовом составе и структуре донных сообществ.

Донные животные и их сообщества благодаря особенностям их экологии могут служить хорошим показателем изменений внешней среды, в том числе и антропогенного характера. Поскольку у большинства представителей донной фауны продолжительность жизненного цикла превышает несколько месяцев, а иногда и лет, то их сообщества, по сути, аккумулируют изменения условий жизни

в течение достаточно длительного периода времени. Поэтому при биологическом анализе вод важно учитывать состояние донных сообществ (Фино-генова, Алимов, 1976).

В основу биологического анализа качества воды положены данные о таксономическом составе бентоценозов, соотношении отдельных таксонов в них и представленности видов-индикаторов. Достоинство методов биологического анализа воды заключается, во-первых, в систематическом накоплении объективных биологических данных, характеризующих состояние экосистем природных вод. Во-вторых, структура бентических сообществ не только отражает состояние реки в момент исследования, но и дает интегральное представление об условиях, существующих длительное время.

Таблица 3

Показатели качества воды р. Мулянки в 2003 г.

Индекс Течение Характер измене- ний

верхнее сред- нее нижнее

No/Nb 32.6 46.6 56.5 +*

Bn/Bo 8.48 3.66 1.29 -

St 2.34 2.73 3.12 +

Kch 1.45 0.65 4.8 +

BI 8 6 5 -

* "+" - показатели индекса увеличиваются при загрязнении; "-" - показатели индекса уменьшаются при загрязнении.

Для оценки качества воды нами выбраны следующие показатели: биотический индекс Вуди-висса (BI) (Woodiwiss, 1964), индекс Гуднайта-Уитлея (No/Nb) (Goodnight, Whitley, 1961), индекс соотношения численности подсемейств хирономид (Kch) (Балушкина, 1976), индекс сапротоксобно-сти (St) (Яковлев, 1988), индекс Кинга и Балла (Bn/Bo) (King Ball, 1964). Значения их для разных

участков реки приведены в табл. 3, и, как видно из таблицы, с продвижением от верхнего участка к нижнему величины индексов Вп/Во, В1 - уменьшаются, а №/ЫЪ, КЛ, St - увеличиваются, что свидетельствует о повышении сапробности реки с продвижением вниз по течению, особенно ниже впадения р. Пыж.

Для более достоверной оценки качества воды разработан интегральный показатель (1Р), отражающий средние значения индексов в преобразованной форме (Balushkina, Finogenova, 2003). Интегральный показатель максимально учитывает характеристики донного сообщества - наличие видов индикаторов сапротоксобности ^), соотношение индикаторных групп животных более высокого таксономического ранга (Ко/ЫЪ), степень доминирования различных групп хирономид (КсК) и структуру сообщества в целом (В1). Для расчета 1Р необходимо провести преобразование отдельных индексов, учитывая тот факт, что с увеличением загрязнения значения индексов St, №/ЫЪ, КЛ возрастают, а значения биотического индекса Ву-дивисса и индекса Кинга и Балла - снижаются. Величины вышеуказанных индексов выражены в условных баллах, а индекс №/ЫЪ - в процентах. Все это затрудняет сравнение результатов оценки по отдельным показателям и делает невозможным получение единого 1Р. Поэтому А.Ф.Алимов, Е.В. Балушкина, А.А.Умнов (1996) предлагают выразить В1 величиной, обратной его значению, и в этом случае показатели индекса по мере возрастания загрязнения будут увеличиваться от 0.1 до 1. Таким образом, значения индекса приобретают ту же направленность, что и остальные три показателя. Поскольку сравнение целых чисел удобнее, показатели St, КЛ и 1/В1 были выражены в процентах от их максимальных значений (табл. 4).

Таблица 4

Значения преобразованных индексов загрязнения и интегральный показатель оценки качества

воды на разных участках р. Мулянки

Течение Индекс Класс вод

No/Nb St Kch BI IP

Верхнее 32.6 58.5 12.6 20 30.7 Умеренно загрязненные

Среднее 46.6 68.2 5.6 40 40.1 Умеренно загрязненные

Нижнее 56.5 78.0 41.7 50 56.5 Загрязненные

Рассчитанный нами интегральный показатель (IP) для разных участков р. Мулянки позволяет достаточно аргументированно дать оценку состояния экосистемы реки и определить степень её загрязнения. Согласно полученным результатам верхнее и среднее течение р. Мулянки можно отнести к умеренно загрязненному, а нижнее характеризуется как загрязненное. Следует отметить, что изменения величины интегрального показателя (IP) четко коррелируют с изменениями индексов видового разнообразия Шеннона (Н) и индексом Кинга и Балла (Bn/Bo), что свидетельствует о

достаточной надежности этих показателей. Выводы

1. Изменение условий обитания донных животных при хроническом длительном загрязнении р. Мулянки, особенно ниже впадения р. Пыж, приводят к нарушению речной экосистемы. С продвижением от истока к устью происходит качественное и количественное обеднение бентофауны, бентоценозы с преобладанием моллюсков, личи-

нок ручейников и поденок сменяются хирономид-но-тубифицидными.

2. Рассчитанный нами интегральный показатель ІР позволяет достаточно достоверно определить степень загрязнения водотока и четко классифицировать его. Согласно полученным данным верхнее и среднее течение Мулянки можно характеризовать как в-мезосапробный участок, а нижнее - а-мезосапробный.

3. По результатам исследования донной фауны р. Мулянки, можно утверждать, что "городские" реки, находятся в крайне неустойчивом состоянии. В то же время они сохраняют тот резерв, который при сокращении загрязнений позволит им восстановить естественные экосистемы. Необходимо обратить серьезное внимание на состояние рек, протекающих по территории г. Перми, принять все возможные меры для снижения на них антропогенного стресса.

Список литературы

Алимов А.Ф., Балушкина Е.В., Умнов А.А. Подходы к оценке состояния водных экосистем // Экологическая экспертиза и критерии экологического нормирования (теоретические и прикладные аспекты). СПб., 1996. С. 15-18.

Балушкина Е.В. Хирономиды как индикаторы степени загрязнения воды // Методы биологического анализа пресных вод. Л., 1976. С. 106-118. Биология Воткинского водохранилища / Под ред.

М.С. Алексевниной. Иркутск, 1988. 184 с. Двинских СА., Китаев А.Б. Характеристика химического состава и состояния вод малых рек г. Перми // Состояние и охрана окружающей среды

Пермской области в 2004 году. Пермь, 2005. С. 59-61.

Комлев А., Черных Е. Реки Пермской области. Пермь, 1984. 214 с.

Макрушин А.В. Биологический анализ качества воды. Л., 1974. 55 с.

Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов. М.: Наука, 1975.

Состояние и охрана окружающей среды Пермской области. Пермь, 2003. 136 с.

Финогенова Н.П., Алимов А.Ф. Оценка степени загрязнения вод по составу донных животных // Методы биологического анализа пресных вод. Л., 1976. С. 95-106.

Яковлев В.А. Оценка качества поверхностных вод Кольского севера по гидробиологическим показателям и данным биоестествознания. Апатиты, 1988. С. 17-25.

Balushkina E.V., Finogenova N. P. Changes in the bentic cjmmuniti structure and assessment of the water quality and the state of the ecosystems of Neva Bay and the eastern Gulf of Finland in 19942001 // Proc. Estonian Acad. Sci. Biol.Ecol. 2003. Vol. 52, № 4. Р. 365-377.

King D.I., Ball R.C. Aquantitative biologicalmeasure of stream pollution // J. Water Pollution Control Federation. 1964. Vol. 36, № 5. Р. 650-653.

Goodnight C. J., Whitley L. S. Oligochaetes as indicators of pollution // Proc.15th Ind. Waste Conf., Pardue Univ. Ext. Ser. 106: 139. 1961.

Woodiwiss F.S. The biological system of stream classification used by the Trent River Authority // Chemistry and Industry. 1964. P. 443-447.

Поступила в редакцию 27.01.2006

The structure of the benthonic fauna in the Muljanka River and the estimation of an ecological conditions

M.S. Aleksevnina, E.V. Presnova

The species structure, diversity and number development of benthonic communities in the Muljanka River are change for the worse under anthropogenic influence. The integration index (IP) was counted and it was showed, that the head stream and the middle stream of the Muljanka River may account to b - mesosaprobic zone, the down stream may account to a - mesosaprobic zone.