Динамика состояния экосистемы водоема урбанизированной территории

БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ

23

УДК 504.064.36.574

А. А. Козлова, И. Ф. Рассашко, О. В. Ковалева

ДИНАМИКА СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ ВОДОЕМА УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ

Изучение динамики состояния экосистемы водоема урбанизированной территории показало, что водоем «Девятый карьер» (г. Гомель, крупный промышленный район) имеет превышение концентраций некоторых нормативных показателей качества воды, наблюдается перестройка структуры сообществ планктона, происходит возрастание доли видов-индикаторов загрязнения. На протяжении трех последних лет качество воды соответствует умеренно загрязненной категории.

Введение

Рациональное использование и охрана водных ресурсов - одно из приоритетных направлений проводимой экологической политики в Республике Беларусь [1]. Водная экосистема представляет собой природный объект, который является единством взаимозависимых и взаимосвязанных компонентов - среды и обитающей в ней биоты. Поэтому для того чтобы охарактеризовать состояние водной экосистемы, необходимо установить показатели качества воды как среды обитания и показатели биотической (организменной) части экосистемы.

Материал и методы исследований. Настоящие исследования проводились с начала июня до середины сентября 2008-2009 гг. на водоеме «Девятый карьер» (оз. «Сельмашевское»). Водоем расположен в крупном промышленном районе г. Гомеля, в 500 м от ПО «Гомсельмаш». Водоем является объектом хозяйственного и культурно-бытового водопользования.

Его длина составляет 1,36 км, средняя ширина - 0,1 км, максимальная ширина - 0,22 км,

2

площадь водосбора - 2,1 км . Водоем в целом неглубокий, но в отдельных местах имеются глубины до 3 м.

Объектом исследования были коловратки (Rotifera) и ветвисто-усые (Cladocera) и веслоногие (Copepoda) ракообразные водоема. Планктонные пробы отбирали на пяти станциях. Станция 1 является местом купания отдыхающих, расположена на расстоянии 2-3 м от берега, дно песчаное, глубина - 50 см. Станция 2 расположена вблизи места купания отдыхающих. Расстояние от берега составляет 1-1,5 м, дно илистое, заросшее водной растительностью, вода мутная, берег устлан травянистым покровом. Станция 3 находится на середине водоема, является местом купания отдыхающих, глубина составляет 1-1,2 м. Станция 4 является местом любительского лова рыбы, берег илистый, вода мутная, расстояние от берега 2 м. Станция 5 расположена на середине водоема, глубина составляет порядка 50 см.

Расчеты плотности и биомассы, индекса видового разнообразия Маргалефа, индекса фаунистической общности (сравнения), показателей сапробности проводились по методам, общепринятым в гидро-биологических исследованиях [2]. Кроме изучения планктона, осуществлялись гидрохимические анализы для установления содержания ключевых показателей качества воды. Для сбора количественных проб была использована планктонная сеть с номером 76, через которую процеживали 50-100 л воды. Качественные пробы отбирали многократным притягиванием сети для определения видового состава зоопланктона. Для учета коловраток брали осадочные пробы объемом 1 л. Материал фиксировался 4%-ым формалином. Определение видов проводилось под микроскопами МБИ, «Биолам», МБС - 10 с использованием определителей и каталогов по разным группам гидробионтов [3]. Виды-индикаторы устанавливали по спискам таких видов. Статистическую обработку делали общепринятыми методами.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследований показали, что качество воды водоема «Девятый карьер» по гидрохимическим показателям на протяжении нескольких последних лет изменялось. По данным, полученным в 2008 г., водоем «Девятый карьер» имел следующие показатели качества воды: содержание кислорода (по среднегодовым данным) составляло 9,53 мг/дм3, БПК5 - 4,37 мгО2/дм3, азота аммонийного - 0,191, азота нитритного - 0,014, цинка - 0,01, СПАВ - 0,04 мг/дм3, концентрации хрома и нефтепродуктов имели величины ниже ПДК.

24

ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА

Концентрация железа в водоеме в 1,9 раз превышала ПДК и составляла 0,57 мг/дм3, что характерно в целом для водных объектов региона. Сопоставление приведенных данных с гидрохимическими показателями, установленными в 2006-2007 гг., показало, что имеет место неудовлетворительное качество воды водоема по следующим показателям: в 1,8—1,9 раз была превышена величина БПК5, в 8,5 раз — концентрация цинка, в 5,2 — железа, в 1,4 раза — фосфора фосфатного. На протяжении указанных лет качество воды соответствовало умеренно загрязненной категории.

Результаты исследований по планктону показали, что экосистема водоема характеризуется достаточно сформированными сообществами. В 2008 г. фитопланктон представлен 15 видами из пяти отделов: синезеленые (4), динофитовые (1), пирофитовые (1), зеленые — хлорококковые (8) и диатомовые (1) водоросли, среди которых чаще встречались Pediastrum duplex Meyen, Ceracium hirundinella (O. F. M.) Schrank и некоторые другие. Наиболее разнообразны зелёные водоросли, где хорошо представлены следующие роды: Pediastrum (2 вида), Scenedesmus (4). Роды Ankistro-desmus и Coelastrum имеют по одному виду. В 2009 г. в фитопланктоне обнаружено 28 видов из шести отделов: синезеленые (6), эвгленовые (1), динофитовые (1), пирофитовые (1), зеленые — хлорококковые (15) и диатомовые (1). Наиболее часто в водоеме встречались представители синезеленых водорослей Anabaena spiroides Keeb., Ceratium hirundinella, Aphanizomenon flos - aquae (L.). Эти виды развиваются в значительном количестве при «цветении» водоемов.

Результаты исследований по видовому разнообразию зоопланктона, приведённые в таблице 1, показывают, что в 2008 г. в водоеме обнаружено 39 видов и внутривидовых таксонов: Rotifera — 12 (30,8%), Cladocera — 16 (41%), Copepoda — 11 (28,2%) (рисунок 1). Все представленные виды относятся к 9 семействам. Наибольшее видовое разнообразие свойственно семействам Brachionidae, Chydo-ridae и Cyclopidae — по 7, 7, 8 видам и вариететам соответственно. Два рода — Brachionus и Keratella — достигали наибольшего разнообразия и были представлены 5 и 3 видами. Сопоставление полученных данных с результатами более ранних исследований показало, что в 2006—2007 гг. вклад коловраток в видовое разнообразие зоопланктона был в 1,7 раза выше по сравнению с 2008 г. Ветвистоусые ракообразные, имевшие наибольшее разнообразие в 2008 г., включают в себя 2 рода — Bosmina и Daphnia, каждый из которых представлен 2 видами. Веслоногие ракообразные, по сравнению с коловратками и кладоцерами, менее разнообразны. Обнаруженные виды копепод относятся к 4 родам Eudiaptomus, Acanthocyclops, Thermocyclops и Eucyclops, которые включают в себя по 2—3 вида. Остальные 18 родов зоопланктона представлены одним видом. Большинство обнаруженных видов являются широко распространенными.

Таблица 1 — Видовое разнообразие зоопланктона водоема «Девятый карьер», 2008—2009 гг.

№ п/п Таксоны Виды- инди- каторы Станции водоема

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5 6 7 8

Rotifera

1 Asplanchna (Gosse, 1888) sp. +

2 A. priodonta Gosse, 1850 o-в - - - -

3 А. herricki Guerne, 1888 o - - - -

4 Brachionus angularis angularis (Gosse, 1851) P- a * * * * *

5 B. a. bidens (Plate, 1886) в - + - *

6 B. diversicornis diversicornis (Daday,1883) в * * * * *

7 B. d. homoceros (Daday, 1883) в * * * * *

8 B. quadridentatus (Herman, 1783) в +

9 B. q. brevispinus Ehr., 1832 в -

10 B. q. cluniorbicularis Skor., 1894 в - -

11 Euchlanis dilatata dilatata Ehr., 1832 o-в - - -

12 E. d. unisetata (Leydig, 1854) o-в +

13 E. pyriformis (Gosse, 1851) o-в -

БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ

25

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8

14 Keratella cochlearis cochlearis (Gosse, 1851) P-о - - - - -

15 K. cochlearis tecta (Gosse, 1851) * * * * *

16 K. ticinensis (Ehrenberg, 1832) o-p - * -

17 K. irregularis (Lauterborn, 1990) - - -

18 K. i. irregularis (Lauterborn, 1898) o - - -

19 K. i. wartmanni (Asper et Heuscher, 1889) - - -

20 K. valga monospina (Ehrenberg, 1834) +

21 Lecane (Monostyla) closterocerca (Schmarda, 1859) o +

22 L. luna luna (Mull., 1776) O-p -

23 Platyias quadricornis quadricornis (Ehrenberg, 1832) в - -

24 Polyarthra dolichoptera Idelson, 1925 o - -

25 P. vulgaris Carlin, 1943 в - -

26 Testudinella reflexa (Hermann, 1783) в +

27 Trichocerca bicristata (Gosse, 1887) o -

28 T. capucina (Wier. et Zach., 1893) o - -

29 T. longiseta (Schrank, 1802) o -

30 T. pusilla (Laut., 1898) o - -

31 T. rattus (O. F. Muller, 1776) o -

Cladocera

32 Acroperus harpae (Baird, 1834) о-в +

33 Alona guttata (Sars, 1862) о-в - - - -

34 A. quadrangularis (O. F. Muller, 1785) о-в - - + -

35 A. rectangula (Sars, 1862) - -

36 Bosmina crassicornis (O. F. Muller, 1785) +

37 B. longispina (Leyding, 1860) -

38 B. longirostris (O. F. Muller, 1785) о-в * * - - -

39 Camptocercus rectirostris (Schoedller, 1862) о +

40 Ceriodaphnia laticaudata (P. E. Muller, 1867) o - - -

41 C. megops (Sars, 1862) o - - - -

42 Chydorus sphaericus (O. F. Muller, 1785) в - - - - *

43 Daphnia cristata (Sars, 1862) - -

44 D. cucullata (Sars, 1862) в-о * * * * *

45 D. longiremis (O. F. Muller, 1785) + - -

46 D. longispina (O. F. Mull., 1785) в -

47 Diaphanosoma brachyurum (Lievin, 1848) о * - - - -

48 Disparalona rostrata (Koch, 1841) * * + + *

49 Ilyocryptus agilis (Lievin, 1848) в + + +

50 Leptodora kindti Foske, 1844 0-в -

51 Macrothrix hirsuticornis (Norman et Brady) в + +

52 Pleuroxus aduncus (Jurine, 1820) о - - - - *

53 P. trigonellus (O. F. Mull., 1785) в - -

54 Scapholeberis mucronata (Muller, 1785) в - - - - *

55 Sida crystalline (O. F. Mull., 1776) o * - - - -

56 Simocephalus lusaticus (Koch, 1841) o-в -

57 S. vetulus (O. F. Muller, 1776) o-в - - - - *

Copepoda

58 Acanthocyclops bicuspidatus (Sars, 1863) o + + -

59 A. viridis (Jurine, 1820) * -

60 Diaptomus castor (Jurine, 1820) в - - - -

61 Eucyclops macruroides (Lilljeborg, 1901) o + - -

26

ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8

62 E. macrurus (Sars, 1863) o-p * - -

63 E. speratus (Lill., 1901) -

64 Mesocyclops leuckarti (Claus, 1857) o * * * * *

65 Thermocyclops crassus (Fischer, 1853) + +

66 T. oithonoides (Sars, 1863) o * * * * *

67 Eudiaptomus coeruleus (Sars, 1863) * + -

68 E. gracilis (Sars, 1863) o + *

69 E. graciloides (Lilljeborg, 1888) p-o * * * * *

70 Eurytemora (Giesbrecht, 1881) sp. +

71 Heterocope appendiculata (Sars, 1863) - -

Примечание:

+ - виды, обнаруженные только в 2008 г.;

- - виды, обнаруженные только в 2009 г.;

* - виды, обнаруженные в 2008 и в 2009 гг.

Rotifera

Cladocera

41%

31%

Copepoda

28%

Рисунок 1 - Таксономическая структура зоопланктона водоема «Девятый карьер», 2008 г.

В 2009 г. биоразнообразие, количественные характеристики и состав доминирующих видов планктона претерпевают изменения. Разнообразие зоопланктона увеличивается в 1,5 раза и составляет 58 видов. К типу Rotifera относится 25 видов и вариететов (43,1%), к типу Arthropoda, классу Crustacea - 27 (56,9%), из них 21 вид (36,2%) - Cladocera и 12 видов (20,7%) - Copepoda (рисунок 2). Более разнообразной в 2009 г. оказалась ротаторная фауна, которая составила 43% от общего числа видов (в 2008 г. - 31%). Наибольшее видовое разнообразие наблюдалось в семействах Tricho-cercidae и Brachionidae. К семейству Brachionidae принадлежат 12 видов из 2 родов -Brachionus и Keratella, включающих в себя по 6 видов. В классе ракообразных более разнообразны Cladocera: они представлены 4 семействами - Daphniidae, Chydoridae, Sididae и Bosminidae, из которых наибольшее число видов - 9 и 7 - приходится на первые два. Copepoda включает в себя 12 видов, но при этом к ним относится доминирующий вид T. oithonoides, который по своим количественным характеристикам во много раз превосходит все остальные группы гидробионтов.

Cladocera

21%

Rotifera

43%

Рисунок 2 - Таксономическая структура зоопланктона водоема «Девятый карьер», 2009 г.

БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ

27

На протяжении периода исследований на пяти станциях водоема «Девятый карьер» обнаружено 8 видов зоопланктона: B. a. angularis, B. d. diversicornis, B. d. homoceros, K. c. tecta, D. cucullata, E. graciloides, M. leuckarti, T. oithonoides. В составе зоопланктона встречаются космо-политные виды: B. longirostris, D. cucullata и др. Обнаружены также виды, имеющие широкое голарктическое распространения, - D. rostrata. Имеются виды, которые характерны для вод повышенной трофности, - S. mucronata. Наибольшая степень сходства сообщества наблюдается на двух прибрежных станциях - индекс фаунистической общности Соренсена в 2008 г. был равен 71%, в 2009 г. - 73-74%. Степень сходства зоопланктона, представленного на центральной и прибрежных станциях, менее значительная, но достаточно высокая: индекс фаунистической общности здесь равен в 2008 г. 45% и 63%, в 2009 г. - 62%. Эти данные отражают сходство условий обитания на одних биотопах и определенные отличия - на других.

Способность некоторых видов занимать главенствующее положение и оказывать преобладающее влияние в биоценозе, экосистеме получило название доминирование. Виды-доминанты, благодаря их относительному обилию, преобладают количественно. Богатство и таксономический состав зоопланктона водоема «Девятый карьер» в исследуемый период существенно различаются. Таксономическая структура сообщества характеризуется тем, что в нем выраженно доминирует один вид, но при этом доминантами в разное время являются различные виды. В 2008 г. в летнее время - это T. oithonoides из копепод (плотность его составляет 65,2% - 65,7% от общей), осенью - S. vetulus, который является представителем кладоцер. В 2009 г. к доминирующим видам относятся два представителя - B. d. diversicornis из коловраток и T. oithonoides из копепод. Но доминирование их разграничивается во времени: в конце июня - начале июля доминирует B. d. diversi-cornis, а с середины июля - T. oithonoides. Преобладание в сообществах 1-2 видов имеет место и в других группах гидробионтов -фитопланктоне, простейших, что может значительно воздействовать на водоем. Уменьшение количества доминирующих видов и преобладание коловраток в сообществах экосистем имеет место при возрастании антропогенной нагрузки на водоемы.

Данные по количественным характеристикам показывают, что в водоеме «Девятый карьер» плотность и биомасса зоопланктона колеблются в следующих пределах: в 2008 г. -27,42-31,03 экз./л и 0,78 г/м3, в 2009 г. - 8,35-35,50 экз./л и 0,14-0,78 г/м3. В период исследований в водоеме «Девятый карьер» наблюдалось доминирование двух видов: B. d. diversicornis (с общей величиной плотности в 2008 г. - 0,27%, в 2009 г. - 40,65% от общей плотности зоопланктона) и T. oithonoides (с общей величиной плотности в 2008 г. - 65,20%, в 2009 г. - 56,80%). Необходимо отметить, что появление доминирующего вида из рода Brachionus вызывает обеспокоенность, так как виды этой группы развиваются в массе при загрязнении. В литературе отмечается, что сокращение количества структурообразующих видов и повышение степени доминирования 1-2 видов наблюдается при евтрофировании и загрязнении вод.

Структуру сообществ характеризует индекс видового разнообразия Маргалефа, так как этот показатель является функцией не только количества видов, но и их численности. Наиболее высокая величина индекса, рассчитанная по зоопланктону, в 2008 г. наблюдается на одной прибрежной (1) - 6,8 - и на одной центральной станциях (5) - 4,6. Величины индекса в 2009 г. имеют тенденцию к увеличению в 2-3 раза. Наиболее высокие величины наблюдаются на прибрежных станциях (1 и 2) и на одной из центральных станций (5) - 8,4, 10,6 и 10,1 соответственно.

Многие виды планктона являются индикаторами качества воды. Одни из них способны развиваться в чистых водах, массовое развитие других характеризуют воду как загрязненную или грязную. Анализ данных по индикаторным характеристикам показывает, что в 2008 г. фитопланктон включает в себя виды-индикаторы разных классов качества воды, и они составляют 58,8% от общего количества видов. К видам-индикаторам чистых вод относится 17,6%, умеренно загрязненных - 41,2%. В 2009 г. состав показательных видов изменяется: доля видов-индикаторов разных классов качества воды увеличивается до 67,9%, доля видов-индикаторов чистых вод составляет 3,6%, умеренного загрязнения - 53,5%, загрязненных вод (о - в) - 3,6%, грязных вод (а) - 3,6% и в - а - 3,6%.

Зоопланктон водоема включает также виды-индикаторы. В 2008 г. виды-индикаторы составляют 76,9% от общего числа видов (рисунок 3). Обнаруженные виды являются индикаторами как чистых вод, так и вод умеренного загрязнения: их доля составляет по 23%. Имеются также индикаторы загрязненных и довольно грязных условий. Удельный вес первых -около 30%, вторых - 3%. К индикаторам, характерным для чистых вод, относятся доминирующий вид T. oithonoides, а также M. leuckarti из копепод, D. brachyurum из кладоцер. Видом, характерным

28

ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА

для вод невысокого загрязнения, является S. vetulus. Представитель коловраток B. a. angularis относится к индикаторам весьма высокого загрязнения. Следует отметить, что, несмотря на наличие последнего, массовые виды зоопланктона позволяют сделать вывод об относительно небольшом загрязнении водоема в исследуемый период.

23%

23,10%

23,10%-

2,60%

28,20%

Индикаторы чистых вод Ш Индикаторы

Индикаторы загрязненных вод EI Индикаторы

Виды, не являющиеся индикаторами

Рисунок 3 - Структура видов-индикаторов разных классов качества воды водоема «Девятый карьер», 2008 г.

В 2009 г. доля видов-индикаторов зоопланктона близка к таковой в 2008 г. и равна 75,8%. Обнаруженные виды являются индикаторами чистых вод - 27,5%, вод умеренного загрязнения -20,7%, загрязненных - 25,9% и довольно грязных - 1,7% (рисунок 4). К индикаторам, характерным для чистых вод, относятся доминирующий вид T. oithonoides, S. crystallina из кладоцер. Видом, характерным для вод невысокого загрязнения, является B. longirostris. Представители коловраток - B. a. angularis, B. d. diversicornis (один из числа доминирующих видов) - относятся к индикаторам весьма высокого загрязнения. Как отмечено выше, увеличение загрязненности воды влечет за собой массовое развитие коловраток, в частности рода Brachionus, что и наблюдалось в водоеме в 2009 г.

О Индикаторы загрязненных вод И Индикаторы грязных вод

П Виды, не являющиеся индикаторами

Рисунок 4 - Структура видов-индикаторов разных классов качества воды водоема «Девятый карьер», 2009 г.

БІЯЛАГІЧНЫЯ НАВУКІ

29

Индекс сапробности Пантле и Букка, рассчитанный по зоопланктону, составляет 1,63 (2009 г.) и характеризует воду в водоеме как «умеренно загрязненную». По данным литературы [4], в озерах городской зоны (г. Г омель) наблюдается перестройка структуры сообществ зоопланктона, возрастание доли видов-индикаторов загрязнения, увеличение индекса сапробности.

Выводы

Изучение динамики состояния экосистемы водоема «Девятый карьер», расположенного в крупном промышленном районе городской территории, позволяет сделать вывод, что на протяжении 2006-2008 гг. качество воды в водоеме не соответствует нормативам по ряду показателей - железу, цинку, фосфору фосфатному, БПК5, величины которых составляют 1,4-8,5 ПДК. Экосистема водоема в период 2008-2009 гг. включает в себя достаточно сформированные сообщества фито- и зоопланктона. Фитопланктон представлен 31 видом из разных отделов с преобладанием зеленых водорослей. Разнообразие зоопланктона более значительное - 71 вид и вариетет. Структура зоопланктона имеет отличия в разные годы -в 2008 г. более разнообразны кладоцеры, в 2009 г. - коловратки. Установлены отличия в величинах плотности и биомассы с преобладанием на протяжении исследуемых лет копепод. В целом планктонные сообщества водоема характеризуются умеренным разнообразием, наличием как эврибионтных, так и редких видов, присутствием видов-доминантов, имеющих разную индикаторную значимость. Виды-индикаторы и ИЗВ, рассчитанный по зоопланктону, показывают умеренное загрязнение водоема (III класс качества воды).

Литература

1. Акушко, О. Г. О состоянии водных объектов Гомельской области: проблемы и перспективы / О. Г. Акушко // Сотрудничество в области использования природных ресурсов и экологического оздоровления бассейна Днепра : материалы Междунар. науч.-практ. конф., Гомель, 9-10 июля 2011 года / БелГУТ ; редкол.: О. Г. Акушко [и др.]. - Гомель , 2011. - С. 3-6.

2. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / под ред. В. А. Абакумова. - Л. : Гидрометеоиздат, 1983. - 240 с.

3. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий : в 6 т. / под ред. С. Я. Цалолихина. - СПБ., 1995. - Т. 2 : Ракообразные. - 632 с.

4. Ковалева, О. В. Качество воды, разнообразие и структура планктонных сообществ разнотипных водоемов городской зоны / О. В. Ковалева, И. Ф. Рассашко // Изв. ГГУ им. Ф. Скорины. - 2008. - № 5(50). -Ч. 2. - С. 48-56.

Summary

It’s revealed that the water quality of the reservoir «The ninth pit» has not changed and corresponds to the moderately polluted category. There is an excess of some standard indicators of water quality in the lake.

Поступила в редакцию 24.11.11.