Структура зооперифитона и его информативность в оценке качества воды разнотипных водных объектов бассейна енисея
На правах рукописи
Морозова Инна Ивановна СТРУКТУРА ЗООПЕРИФИТОНА И ЕГО ИНФОРМАТИВНОСТЬ В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ РАЗНОТИПНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ БАССЕЙНА ЕНИСЕЯ Специальность 03.02.10 - гидробиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Красноярск - 2010
Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» на ка федре водных и наземных экосистем Института фундаментальной биологии и био технологии
Научный консультант: кандидат биологических наук, профессор Гольд Зоя Георгиевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Кратасюк Валентина Александровна кандидат биологических наук, с.н.с Шарапова Татьяна Александровна Ведущая организация НИИ Биологии при Иркутском государ ственном университете (г. Иркутск)
Защита состоится «28» января 2011 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.15 при Сибирском федеральном университете По адресу: 660041, г. Красноярск, проспект Свободный, 79, ауд. Р8- Факс: 8(391)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального уни верситета Автореферат разослан «_» 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д.б.н. доцент Н.А.Гаевский
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Рациональное использование и охрана водных ресурсов одна из важнейших проблем современности, решение которой невозможно без хо рошего объективного контроля за состоянием экосистемы и качеством воды. Про блема экспертных оценок качества воды и состояния водных экосистем достаточно удовлетворительно может быть решена определением пределов варьирования хи мического состава природных вод (Максимов и др., 2000) и соответствующих эво люционно закрепленных пределов изменчивости структурно-функциональных ха рактеристик природных популяций и сообществ (Кожова и др., 1999). Вредное действие физических, химических и других факторов при их комбинировании мо жет суммироваться (аддитивное или независимое действие), ослабляться (антаго низм) или усиливаться (синергизм), ПДК химических компонентов не ориентиро ваны на экосистему в целом (Баренбойм, 1998;
Булгаков, 2002). Указанные ограни чения в значительной степени могут быть нивелированы использованием биологи ческих методов контроля качества вод и состояния экосистем (биоиндикация, био тестирование). Биотестирование дает интегральную оценку качества вод по токси ческим эффектам у биотестов. Биоиндикация, включающая анализ природных со обществ, дает объективные оценки качества вод, учитывающие ретроспективные ситуации в водных объектах (Филенко, 1999).
Основу определения качества вод, расчетов нормативов допустимого вредного воздействия на водные экосистемы, составляет учет регионального фактора, спе цифика которого убедительно доказана разнообразными эколого токсикологическими разработками (Яковлев, 1988;
Гольд, Морозова и др., 2003) и учтена в природоохранных нормативных документах (Методические указания … от 23.01.2008 г. №10974).
Среди водных сообществ, особенно водотоков важную роль играют донные и перифитонные сообщества. Перифитон, включающий автотрофное (фитоперифи тон) и гетеротрофное (бактерио- и зооперифитон) звенья наиболее значим в мони торинге водных экосистем (Руководство по методам …, 1983). Структурные и функциональные характеристики зооперифитона важны в экологическом контроле, санитарно-гигиеническом и рекреационном планах для конкретных регионов (Ша рапова, 1998;
Силаева и др., 1999;
Протасов, 2000;
Скальская, 2002).
Зооперифитон водных объектов бассейна среднего Енисея ранее не изучался.
Объект исследования. Литоральный зооперифитон с галечно-каменистого субстрата (эпилитон) и тест-объекты Ceriodaphnia affinis Lilljeborg, Paramecium caudatum Ehrenberg, в биомониторинге природных вод бассейна р. Енисей Исследуемые водные объекты:
- водная система «Ручей Черемушный - р. Енисей», состоящая из ручья Чере мушный, принимающего стоки алюминиевого производства (водоток), и прилежа щего участка р. Енисей;
- водная система «Пруды-отстойники фармацевтического производства - р.
Енисей», состоящая из прудов-отстойников, принимающих стоки фармацевтиче ского производства с выходом в р. Енисей (система «смешанного» типа «водоем водоток»);
- Красноярское водохранилище, принимающее оформленные и рассеянные сто ки с водосборной площади (водоем лимнического типа).
Цель работы: Изучить структуру зооперифитона и его информативность в оценке качества воды разнотипных водных объектов р. Енисей, находящихся в разных условиях антропогенной нагрузки.
Задачи работы:
1. Изучить таксономическую структуру зооперифитона исследуемых водных объектов.
2. Исследовать пространственно-временную динамику численности и биомассы зооперифитонного сообщества.
3. Оценить качество вод исследуемых водных объектов по химическим показа телям и токсическим эффектам по рачковому и протозойному тестам.
4. Определить качество воды по сапробным и токсобным характеристикам зоо перифитонтов (индивидуальная сапробность, индивидуальная сапротоксобность, индекс сапробности, индекс сапротоксобности).
Положения, выносимые на защиту:
1. Исследованные водные системы имеют как общие, так и специфические комплексы доминирующих видов зооперифитона.
2. Плотность (численность, биомасса) зооперифитонных сообществ варьирова ла как в пространственном (водоем, районы загрязнения, участки Енисея), так и во временном (месяц, год) аспектах.
3. Дифференцированные оценки качества воды по химическим показателям (БПК5, ХПК, К, ИЗВ) и токсическим эффектам (реакции рачкового и протозойного тестов) адекватны уровню антропогенной нагрузки.
4. Индексы сапробности, рассчитанные по индивидуальным сапробностям зоо перифитонтов, дают в исследованных водных объектах более выровненные и за вышенные оценки качества вод по сравнению с оценками по величинам индивиду альных сапротоксобностей и индексам сапротоксобности.
Научная новизна. Впервые изучен зооперифитон водных объектов бассейна среднего Енисея, выделены структурообразующие комплексы, изучена простран ственно-временная динамики плотности сообщества зооперифитона. Впервые дана оценка современного уровня сапробности и токсобности (по рачковому и прото зойному тестам) вод исследуемых водных объектов на основе структурной органи зации зооперифитонных сообществ.
Практическая значимость. Полученные данные по структуре и плотности зооперифитона, токсичности и взаимосвязи показателей в биоиндикации и биотес тировании могут быть использованы как компонент комплексной экспертной оценки качества воды водных объектов бассейна Енисея. Они необходимы для экологического контроля: по линии биотестирования - эксперсс-метод с Parame cium caudatum и острые и хронические эксперименты Ceriodaphnia affinis, биоин дикации - плотность популяций зооперифитона. С учетом реакций тест-объекта Ceriodaphnia affinis и гетеротрофного звена перифитона природных сообществ до полнен унифицированный классификатор качества вод по химическим и биологи ческим показателям. Результаты включены в информационную модель Краснояр ского водохранилища. Они могут быть использованы при организации экологиче ского мониторинга и при разработке региональных нормативов допустимого воз действия на экосистемы бассейна р. Енисей. Данные входят в базу данных «Биота» (Свидетельство об официальной государственной регистрации базы данных № 2003620149, Роспатент РФ).
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на: Научных чтениях памяти Б.Г.Иоганзена (Томск, 1998), V Международном симпозиуме «Чистая вода России – 99» (Екатеринбург – 1999);
2-й Всероссийской научно практической конференции «Проблемы экологии и развития городов» (Красноярск, 2001), VIII съезде Гидробиологического общества РАН (Калининград, 2001);
Меж дународной конференции «Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах» (Москва, 2002);
II Международной научной конференции «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество во ды» (Минск-Нарочь, 2003);
VII Дальневосточной молодежной школе-семинаре по актуальным проблемам химии и биологии, (Владивосток, 2003);
Второй междуна родной научной конференции "Биотехнология-охране окружающей среды" и третьей школы-конференции молодых ученых и студентов "Сохранение биоразно образия и рациональное использование биологических ресурсов" (Москва, 2004);
IX- X съездах гидробиологического общества при РАН (Тольятти, 2006, Владиво сток, 2009);
Международной конференции «Биоиндикация в мониторинге пресно водных экосистем» (Санкт-Петербург, 2007).
Исследования проводились в рамках и при поддержке: целевых заказов Красноярского государственного краевого экологического фонда, Енисейского бассейнового водного управления на тему «Разработка принципов комплексной биологической оценки качества воды и состояния экосистемы р. Енисей в черте г.
Красноярска»;
госбюджетной темы «Разработка критериев комплексной биологи ческой оценки состояния природных экосистем и качества окружающей среды», программ Министерства образования Российской Федерации «Фундаментальные проблемы окружающей среды», «Университеты России – фундаментальные иссле дования»;
гранта Министерства образования Российской Федерации, программ:
«Фундаментальные исследования в области естественных наук», «Фундаменталь ные исследования и высшее образование» и Американского фонда гражданских исследований и развития (CRDF № REC-002);
гранта № 1М0001 совместного кон курса НОЦ "Енисей" и Красноярского краевого фонда науки.
Место проведения работы. Работа выполнялась в лаборатории "Биотестиро вания вод" кафедры водных и наземных экосистем Сибирского федерального уни верситета (г. Красноярск). Полевые исследования проводились на водных объектах бассейна р. Енисей, расположенных в окрестностях г. Красноярска (ручей Чере мушный, пруды-отстойники фармацевтического производства, река Енисей, Крас ноярское водохранилище).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи в ведущих рецензи руемых научных журналах (перечень ВАК), а также 14 работ в форме тезисов, ма териалов конференций и статей в сборниках.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 138 страницах, включает введение, 4 главы, выводы, проиллюстрирована 25 таблицами и 19 ри сунками. Библиографический список состоит из 175 источников, в т.ч. 16 - ино странных.
Автором работы осуществлялся сбор и обработка проб зооперифитона, внесе ние материала в базу данных «Биота» модули «Зооперифитон», «Биотест». Автор принимала непосредственное участие в разработке списков индивидуальной сапро токсобности видов зооперифитона. Автором проведены все работы по биотестиро ванию вод по рачковому тесту и частично по парамецийному. Рассчитаны индексы по структуре зооперифитона, оценкам качества воды и проведена статистическая обработка полученных данных.
Глава 1. Обзор литературы В главе рассматриваются современные взгляды на использование единого ком плекса биологических параметров, учитывающих воздействие загрязнения при родного и антропогенного происхождения, «перифитон» и «зооперифитон», его структура и разнообразие. Анализируется использование зооперифитонтов как объектов биомониторинга (биоиндикация и биотестирование). Описывается роль видов-обрастателей в функционировании и в оценках состояния водных экосистем различных географических местоположений.
Глава 2. Объекты и методы исследований Сбор и обработка материала осуществлялись в соответствии с методами "Руко водства по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных от ложений" (1983), «Руководства по гидробиологическому мониторингу пресновод ных экосистем» (1992) и модифицированными разработками применительно к ис следуемым объектам.
Зооперифитон отбирался в литорали на глубине 0.3-0.5 м с камней, соскоб - см в трех повторностях. Видовое разнообразие оценивалось по индексу Шеннона (цит. по Песенко, 1982, стр. 276). Сравнение списков видов проводилось по коэф фициенту Серенсена-Чекановского (Кsc) (Василевич, 1969) с оценкой достоверно сти различий по критерию Фишера (Зайцев, 1984). Качество воды оценивалось по индексу сапробности S, рассчитанному методом Пантле и Букка в модификации Дзюбана и Кузнецовой (Дзюбан, Кузнецова, 1977) и индексу сапротоксобности (Sт) (Яковлев, 1988), с включением региональных индивидуальных сапротоксобно стей (Sтi), разработанных для водных объектов бассейна Енисея (Гольд, Морозова и др., 2003, 2007, 2008). Количество собранного материала и проведенных экспе риментов приведено в таблице 1.
Таблица 1 - Объем материала, собранного на различных водных объектах бассейна р. Енисей Водный объект Период отбора Объем со- Количество Количество проб бранного экспериментов экспериментов материала, с Ceriodaphnia с Paramecium проб affinis caudatum Ручей Черёмушный и июнь - август 162 54 прилежащий к нему 1998 г., 2000 г.
район р. Енисей июль 1999 г.
Пруды – отстойники июнь - август 108 47 и прилежащий к ним 1998 г., 2000 г.
район р. Енисей июль 1999 г.
Красноярское водо- август, 2001-2003, 180 68 хранилище 2005 гг., июнь – август Химический состав вод исследуемых водных объектов предоставлен Центром лабораторного анализа и технических измерений по Красноярскому краю, лабора торией Центра коллективного пользования приборами СФУ, химической лаборато рией Института биофизики Сибирского отделения РАН.
Оценка качества воды и степени загрязнения вод проводилась по комплексу химических и биологических показателей: индекс загрязнения воды (ИЗВ), коэф фициент комплексности загрязненности воды (К, %), биохимическое и химическое потребление кислорода (БПК5, ХПК) индексы сапробности (S) и сапротоксобности (Sт). Класс, степень загрязнения оценивались по классификаторам (ГОСТ 17.1.3.07 82, 1982;
Гусева и др., 2000;
РД 52.24.643–2002, 2002;
Шитиков и др., 2005;
Гольд, Морозова и др., 2003).
Биотестирование проведено с тест-объектами Paramecium caudatum Ehrenberg (Методика … ПНД ФТ 14.1:2:3:4.2-98, 1998;
Методика …, 2005), Ceriodaphnia affi nis Lilljeborg (РД-118-02-90., 1991;
Методика … ФР.1.39.2001.00282, 2001;
).
Экспресс-метод по хемотаксической реакции парамеций: показатель токсично сти – число выходов клеток в зону тестируемой воды, регистрируемое на приборе Биотестер-2, критерий токсичности – достоверность различий активности выходов инфузорий в опыте от контроля. Степень загрязнения вод устанавливалась по по роговым значениям индекса токсичности (Т): 0.00Т0.40 - допустимая степень за грязнения;
0.41Т0.70 - умеренная степень загрязнения;
Т0.71 - высокая степень загрязнения.
В экспериментах с рачком Ceriodaphnia affinis, Lilljeborg, острые (48 час.) и хронические (7 сут.) токсические эффекты оценивались по двум показателям – вы живаемость и темп отрождения молоди в пересчете на одну исходную самку;
кри терий токсичности – 50% порог гибели рачков в острых экспериментах, 20% ги бель рачков и достоверное отличие опытных значений темпа отрождения молоди от контрольных в хронических вариантах экспериментов.
В заключительных рекомендациях установки класса качества воды использован принцип, рекомендованный Н.С. Жмур (1997, с.14): «… в случае получения не совпадающих и даже противоречивых данных сохраняет свое действие правило:
итоговое заключение делается по тому параметру, который выявляет максимальное воздействие на окружающую среду».
Глава 3. Структура зооперифитонных сообществ исследуемых водных объек тов Видовая структура. В составе зооперифитона зарегистрировано 139 видов, из них: в водной системе «ручей Черемушный - р. Енисей» - 47 видов;
в водной сис теме «Пруды-отстойники - р. Енисей» – 62 вида, в Красноярском водохранилище 82 вида.
Водная система «Ручей Черемушный - р. Енисей». За 3-хлетний период иссле дований зооперифитона указанной водной системы «Ручей Черемушный - река Енисей» (1998-2000 гг.) обнаружено 47 видов, относящиеся к 10 таксономическим группам: двукрылые (Diptera) – 12 видов, коловратки (Rotatoria) - 11, ракообраз ные (Crustacea) – 6, олигохеты (Oligochaeta) - 7, моллюски (Gastropoda) - 4, пиявки (Hirudinea) - 3, гидрозои (Hydrozoa), тихоходки (Tardigrada), ручейники (Trichoptera) и нематоды (Nematoda) по одному виду.
Пространственная динамика рассмотрена на примере средних значений струк турных показателей зооперифитона в пробах, отобранных в июле 2000 г.
Число видов по районам исследования водной системы «Ручей Черемушный – р. Енисей» варьировало незначительно на уровне 4-6 видов. Доминировали на уча стке поступления сточных вод алюминиевого производства в ручей Черемушный с численностями по 0.74 тыс. экз./м2 пиявка Erpobdella octoculata Linne, хирономида Cricotopus гр. algarum Kieffer и моллюск Choanomphalus rossmaessleri A. Schmidt. На участке ручья Черемушного ниже поступления сточных вод по численности преоб ладали моллюски Choanomphalus rossmaessleri и Physa acuta Draparnaud с числен ностями по 3.89 тыс. экз./м2. В устье ручья Черемушного виды по численности распределялись равномерно. На участке р. Енисей 500 м выше впадения ручья Че ремушного доминировали нематоды Nematoda sp. с численностью 18.88 тыс.
экз./м2. На участке р. Енисей 500 м ниже впадения ручья доминировали представи тели двукрылых: Cricotopus гр. algarum и Cricotopus гр. silvestris Fabricius.
Общая численность зооперифитона водной системы «ручей Черемушный – р.
Енисей» варьировала от 2.59±0.04 тыс. экз./м2 (поступление сточных вод в ручей) до 38.87±5.00 тыс. экз./м2 (р. Енисей выше устья ручья) (рис. 3.1.1).
а б 2 Число видов N, тыс. экз/м B, г/м Численность 45 25 Число видов 25 10 0 поступление ниже устье ручья р. Енисей выше р. Енисей ниже поступление ниже устье ручья р. Енисей выше р. Енисей ниже сточных вод в поступления Черемушного устья ручья устья ручья сточных вод в поступления Черемушного устья ручья устья ручья ручей сточных вод в ручей сточных вод в Район Черемушный ручей Район Черемушный ручей Рисунок 3.1.1 – Пространственная динамика: а - числа видов и численности (N, тыс.
экз./м2), б - биомасса (В, г/м2) зооперифитона водной системы «Ручей Черемушный – р.
Енисей», июль 2000 г.
Высокая численность на участке р. Енисей выше устья ручья обусловлена до минированием мелких нематод Nematoda sp., их высокая численность может сви детельствовать о существовании токсического загрязнения (Скальская, 1992;
Ша рапова, 2007). На других участках анализируемой системы нематоды были пред ставлены единично. Только на этом участке зарегистрировано достоверное разли чие (р0.05) численности зооперифитона по сравнению с другими районами вод ной системы.
В устье ручья Черемушного не проявился эффект экотона с наибольшим чис лом видов и высокой численностью.
По биомассе максимум зарегистрирован на участке ниже поступления стоков за счет доминирования моллюска Physa acuta, обусловившей превышение биомассы в 4 раза по сравнению с другими участками.
Межгодовая динамика числа видов и плотности зооперифитона проанализиро вана на примере проб, отобранных в июле 1998-2000 гг. (рис. 3.1.2).
Видовое разнообразие в межгодовом аспекте варьировало от 2 видов (р. Енисей выше устья ручья) в 1999 г. до 10 видов (район поступления сточных вод в ручей) в 1999 г. Межгодовые достоверные различия в числе видов в пределах одного участ ка не зарегистрированы.
а б 248.80 N, тыс.экз./м 1998 г. B, г/м 1998 г.
1999 г. 200 1999 г.
2000 г.
180 70 2000 г.
Среднее 160 Среднее 80 0 поступление ниже устье ручья р. Енисей выше р. Енисей ниже поступление ниже устье ручья р. Енисей выше р. Енисей ниже сточных вод в поступления Черемушного устья ручья устья ручья сточных вод в поступления Черемушного устья ручья устья ручья ручей сточных вод в ручей сточных вод в Черемушный ручей Район Черемушный ручей Район Рисунок 3.1.2 – Межгодовая динамика плотности зооперифитона водной системы «Ручей Черемушный – р. Енисей», июль 1998-2000 гг. а – численность (N, тыс. экз./м2), б - био масса (В, г/м2).
В межгодовой динамике общей численности зооперифитона зарегистрировано достоверное увеличение в 1999 г. (в 12 раз) за счет доминанта по численности Cricotopus гр. algarum (205.19 тыс. экз./м2) в районе ниже поступления сточных вод в ручей по сравнению с другими годами и районами исследованной водной систе мы.
В динамике биомассы по исследуемым годам максимальные величины зареги стрированы в 1998 г. (74.60 г/м2) и в 2000 гг. (59.08 г/м2) на участке ниже поступ ления сточных вод в ручей, где в целом проявилось увеличение биомассы в 12- раз по сравнению с другими участками (р0.05).
Летняя (внутрисезонная) динамика структурных показателей зооперифитона рассмотрена на примере проб, отобранных в летний период 1998 г. В летней дина мике величин числа видов проявилась тенденция снижения от июня к августу на участках поступления сточных вод в ручей, ниже поступления сточных вод в ручей и в р. Енисей ниже устья ручья Черемушного. Противоположная тенденция увели чения числа видов от июня к августу отмечена в районе устья ручья Черемушного.
Аналогичная динамика по районам проявилась и в величинах плотности зоопери фитонного сообщества, отмеченные различия между летними месяцами в рассмот ренных структурных показателях были не достоверны (р0.05). Исключение (р0.05) составил июнь в районе поступления сточных вод в ручей, где высокая численность зооперифитона была обусловлена большим количеством молоди оли гохет.
а б июнь июнь Число видов N, тыс. экз./м июль июль 140 август август среднее среднее 6 0 поступление ниже устье ручья р. Енисей р. Енисей ниже поступление ниже устье ручья р. Енисей выше р. Енисей ниже сточных вод в поступления Черемушного выше устья устья ручья сточных вод в поступления Черемушного устья ручья устья ручья ручей сточных вод в ручья ручей сточных вод в Черемушный ручей Район Черемушный ручей Район Рисунок 3.1.3 – Летняя динамика числа видов – а, численности (N, тыс. экз./м ) - б зоопе рифитона водной системы «Ручей Черемушный – р. Енисей», 1998 г.
Достоверное различие в видовом разнообразии зооперифитона по экологиче скому коэффициенту общности Серенсена –Чекановского (Кsс) (р0.05) зарегист рировано между июнем и июлем на всех участках (Кsc=0.33-0.40);
июлем и авгу стом в районе поступления сточных вод, устье ручья Черемушного и в р. Енисей ниже устья ручья.
В динамике структурных характеристик зооперифитона анализируемой водной системы зарегистрирован высокий уровень вариабельности по районам, годам и месяцам, что может быть обусловлено сезонными изменениями метеоусловий, ре жимом работы предприятия алюминиевого производства, меняющим химический состав сточных вод, поступающих в ручей Черемушный.
Водная система «Пруды-отстойники – р. Енисей». За 3-хлетний период иссле дований водной системы «Пруды-отстойники – р. Енисей» (1998-2000 гг.), было обнаружено 62 вида зооперифитона, которые относятся к 12 таксономическим группам: коловратки (Rotatoria) – 24, хирономиды (Chironomidae) – 12, ракообраз ные (Crustacea) – 9, олигохеты (Oligochaeta) – 6, моллюски (Gastropoda) - 3, тихо ходки (Tardigrada) - 2, пиявки (Hirudinea), веснянки (Plecoptera), ручейники (Trichoptera), поденки (Ephemeroptera), нематоды (Nematoda) и симулиды (Simuliidae) - по одному виду.
Пространственная динамика структурных показателей рассмотрена на примере средних значений зооперифитона в пробах, отобранных в летний период 2000 г.
Число видов по районам исследо Число видов N, тыс. экз./м ;
Число видов N B, г/м вания водной системы «Пруды 180 B отстойники – р. Енисей» варьировало 160 140 на уровне 24-32 видов (рис. 3.1.4).
120 Доминировали в районе поступления 100 80 сточных вод фармацевтического про 60 изводства в пруд-отстойник: по чис 40 24 26 ленности коловратки Habrotrocha 20 0 bidens Gosse – 19.47 тыс. экз./м2, по Район поступления Устье прудов- Р. Енисей выше Р. Енисей ниже стоков в пруды- отстойников устья прудов- устья прудов биомассе - пиявка Erpobdella отстойники отстойников отстойников Район octoculata – 2.69 г/м. В районе устья Рисунок 3.1.4 - Пространственная дина мика числа видов, численности - N, тыс. прудов-отстойников по численности экз./м2), биомассы (B, г/м2) зооперифито- доминировала хирономида Eukiefferi на водной системы «Пруды-отстойники - ella longicalear Kieffer (28.63 тыс.
река Енисей», 2000 г. экз./м2), субдоминантом являлся вид, преобладавший в районе поступления стоков, Habrotrocha bidens (21.23 тыс.
экз./м2), по биомассе, как и в районе поступления сточных вод, доминант - пиявка Erpobdella octoculata (9.13 г/м2). На участке Енисей выше устья прудов отстойников по численности и биомассе доминировала хирономида Cricotopus гр.
algarum – 19.96 тыс. экз./м2, 1.16 г/м2. В районе р. Енисей ниже устья прудов отстойников доминант по численности и биомассе, как и в районе р. Енисей выше устья прудов отстойников, был Cricotopus гр. algarum – 17.63 тыс. экз./м2, 1. г/м2.
В устье прудов-отстойников зарегистрированы максимальные значения чис ленности (129.00±68.30 тыс. экз./м2), обусловленные присутствием мелких хиро номид и коловраток и биомассы (23.16±17.30 г/м2), обусловленной крупной пияв кой Erpobdella octoculata, зооперифитона, что соответствует проявлению эффекта экотона.
Межгодовая динамика видового состава и плотности зооперифитона проанали зирована на примере проб, отобранных в июне-августе 1998-2000 гг. (рис. 3.1.5).
а б N, тыс.экз/м Число видов 1998 г.
1998 г.
1999 г.
35 1999 г.
2000 г.
2000 г.
Среднее Среднее 0 Поступление Устье Р. Енисей Р. Енисей стоков в прудов- выше устья ниже устья Поступление Устье прудов- Р. Енисей выше Р. Енисей ниже пруды- отстойников прудов- прудов стоков в пруды- отстойников устья прудов- устья прудов отстойники отстойников отстойников отстойники отстойников отстойников Район Район Рисунок 3.1.5 - Межгодовая динамика а - числа видов, б - численность (N, тыс. экз./м2) зооперифитона водной системы «Пруды-отстойники - река Енисей», 1998-2000 г.
Минимальное (4 вида в 1999 г.) и максимальное (29 видов в 2000 г.) количество видов зарегистрировано в районе поступления сточных вод в пруды-отстойники, на остальных участках исследуемой водной системы имелась тенденция увеличе ния числа видов от 1998 г. к 2000 г. Средние за 3 года величины числа видов по районам исследований достоверно не отличались (p0.05).
В межгодовой динамике общей численности зооперифитона в устье прудов за регистрировано достоверное (р0.05) увеличение (в 6 раз) в 2000 г. за счет мелкого доминанта Cricotopus гр. silvestris (8.40 тыс. экз./м2). По другим участкам системы «Пруды-отстойники – р. Енисей» достоверных различий в численности зоопери фитона между годами исследований не зарегистрировано (p0.05).
Летняя (внутрисезонная) динамика структурных показателей зооперифитона рассмотрена на примере проб, отобранных в период июнь – август 2000 г.
В летней динамике величин числа видов проявилась достоверное (р0.05) уве личение числа видов от июня (17 видов) к июлю (32 вида), а затем снижение к ав густу (8 видов) на участке поступления сточных вод в пруды отстойники.
В районе устья прудов-отстойников в динамике общей численности зоопери фитона зарегистрировано достоверное увеличение от июня к июлю и уменьшение от июля к августу. В динамике биомассы зооперифитонтов максимальная величи на зарегистрирована в августе (доминировали пиявки Erpobdella octoculata – 27. г/м2), когда проявилось увеличение биомассы в 7-25 раз по сравнению с другими участками и где имели место достоверные различия и в численности, и в биомассе (р0.05) (рис. 3.1.6), это соответствует эффекту экотона.
По другим участкам системы «Ручей Черемушный – р. Енисей» достоверных различий в плотности зооперифитона между летними месяцами не зарегистриро вано (p0.05).
а б 57. B, г/м N, тыс. экз./м июнь июнь 350 июль июль 40 август 300 август среднее среднее 200 0 Поступление Устье прудов- Р. Енисей выше Р. Енисей ниже Поступление Устье прудов- Р. Енисей выше Р. Енисей ниже стоков в пруды- отстойников устья прудов- устья прудов- стоков в пруды- отстойников устья прудов- устья прудов отстойники отстойников отстойников Район отстойники отстойников отстойников айон Р Рисунок 3.1.6 – Летняя (внутрисезонная) динамика плотности: а – численность (N, тыс.
экз./м2), б – биомасса (B, г/м2) зооперифитона водной системы «Пруды-отстойники – р.
Енисей», июнь-август, 2000 г.
Достоверное различие в видовой структуре зооперифитона по экологическому коэффициенту общности Серенсена –Чекановского (Кsс) (р0.05) зарегистрирова но между: июнем и июлем только на участке р. Енисей ниже устья прудов отстойников (Кsc=0.33);
июлем и августом в районе поступления сточных вод (Кsc=0.23), устье прудов-отстойников (Кsc=0.17). В динамике видовой структуры зооперифитонного сообщества за летний период не зарегистрировано определен ных закономерностей – это может быть следствием изменяющегося режима рабо ты предприятия, влияющего на состав токсических соединений в воде.
Красноярское водохранилище. За шестилетний (2000-2005 гг.) период исследо ваний на Красноярском водохранилище обнаружено 82 вида зооперифитона, кото рые относятся к восьми таксономическим группам: коловратки (Rotatoria) – 24, хирономиды (Chironomidae) – 20, ракообразные (Crustacea) – 17, малощетинковые черви (Oligochaeta) – 14, моллюски (Gastropoda) - 2, веснянки (Plecoptera), поденки (Ephemeroptera), стрекозы (Odonata), клопы (Hemiptera), паукообразные (Arachnoidea) по 1 виду.
Пространственная динамика структурных показателей зооперифитона рас смотрена на примере августа 2005 г.
Верхний район водохранилища. Максимальное количество видов – 10 зареги стрировано на Усть-Абаканском плесе, минимальное - на Краснотуранском – 4 ви да. Доминировали в верхнем районе по численности Nais pseudobtusa Piguet - 6. тыс. экз./м2, хирономиды Cricotopus гр. silvestris и моллюски Choanomphalus rossmaessleri по 1.85 тыс. экз./м2. Специфичных, характерных только для верховья водохранилища зарегистрировано 12 видов зооперифитона. Индекс видового раз нообразия Шеннона варьировал от 1.90 до 2.63 бит.
Средний район водохранилища. В зооперифитоне Новоселовского и Примор ского плесов зарегистрировано по 2 вида зооперифитона. На Новоселовском - Nais pseudobtusa - 0.38 тыс. экз./м2 и науплии ракообразных - 0.75 тыс. экз./м2. На При морском - моллюск Choanomphalus rossmaessleri - 0.37 тыс. экз./м2 и представи тель паукообразных Hydracarina sp. - 0.74 тыс. экз./м2, который был специфичен для данного участка. Индекс видового разнообразия обоих районов по 0.92 бит.
Нижний район водохранилища. На Щетинкинском плесе в зооперифитоне за регистрировано 4 вида, доминировал по численности представитель олигохет Nais pseudobtusa - 1.11 тыс. экз./м2, по биомассе моллюск Choanomphalus rossmaessleri 10.91 г/м2. Специфичных видов в данном районе не отмечено. Индекс видового разнообразия Шеннона - 1.84 бит.
В Приплотинном районе в зооперифитоне зарегистрированы только представи тели моллюсков (2 вида). Доминантом по численности и биомассе был моллюск Lymnaea (Radix) ovata Draparnaud (Ni=1.48 тыс. экз./м2, Bi=47.56 г/м2), он же был и специфичен для данного участка.
В динамике плотности зооперифитона по акватории Красноярского водохра нилища в августе 2005 г. максимум численности приходился на Усть-Абаканский плес (16.72 тыс. экз./м2), биомассы - на Щетинкинский плес (12.52 г/м2).
По оси водохранилища от верховья плотность зооперифитона по численности снижается к средней части в 7 раз, от средней к низовью возрастает в 2 раза, по биомассе - возрастает от верховья к плотине в 7 раз. Индекс видового разнообра зия снижался от верховья (2.63 бит) к плотине (0.72), т.е. прослеживалась четкая тенденция упрощения структуры сообщества зооперифитона. В среднем по 7 ана лизируемым плесам Красноярского водохранилища за 2005 г. численность зоопе рифитона составляла 3.87±2.23 тыс. экз./м2, биомасса - 4.00±2.42 г/м2.
Межгодовая динамика видового состава и плотности зооперифитона проанали зирована по августу 2000-2003, 2005 гг. на Приплотинном плесе. За данный период не обнаружены постоянно присутствующие виды. По одному общему виду прихо дится на 2000 г. и 2003 г. – Nais barbata O.F. Muller, 2001 г. и 2003 г. – Chydorus sphaericus O.F. Muller.
Видовое разнообразие зооперифитона Красноярского водохранилища умень шалось от 2001 г. (52 вида) к 2005 г. (19 видов). Из 82 видов, отмеченных в зоопе рифитоне, 32% встречались в пробах зоопланктона (Морозова и др., 2008), 40% за регистрированы в пробах зообентоса (Гольд и др., 2008).
В межгодовой динамике общей численности зооперифитона зарегистрировано достоверное увеличение (от 2 раз в 2000 г. до 19 раз в 2002 г.) за счет доминантов по численности: Chydorus sphaericus, Testudinella patina Herman, Endochironomus albipennis Meigen (по 6.67 тыс. экз./м2). В динамике биомассы по исследуемым го дам максимальная величина зарегистрирована в 2005 г. (доминировали моллюски Lymnaea (Radix) ovata) (рис. 3.1.7). По коэффициенту общности видового состава зооперифитона Серенсена–Чекановского между 2000–2005 гг. различия в видовой структуре зооперифитона достоверны (p0.05).
Летняя (внутрисезонная) динамика структурных показателей зооперифитона рассмотрена за период июнь – август 2003 г. на Приплотинном плесе (рис. 3.1.8).
В июне видовое разнообразие N, тыс. экз/м В, г/м представлено 9-ю видами из класса численность биомасса Cructacea, отряда Cyclopoida (58% от общего числа видов) и представите лями класса Rotatoria (42 %). В июле видовое разнообразие увеличилось, по сравнению с июнем, и составило 15 видов с доминированием Rotatoria и Cructacea по 40%. Появились пред 2000г. 2001г. 2002г. 2003г. Годы ставители подсемейства Chironominae Рисунок 3.1.7 – Межгодовая динамика (Diptera) – 20%. Специфичными для плотности зооперифитона Приплотинно данного месяца являлись– Cryptochi го плеса Красноярского водохранилища, ronomus defectus Kieffer, Limnochiro август, 2000-2005 гг.
Staeger и nomus nervosus Micropsectra praecox Meigen.К августу видовое разнообразие значительно умень шилось до 4 видов, за счет уменьшения числа видов в классе Crustacea, отсутствия организмов зооперифитона из класса Rotatoria и подсемейства Chironominae. Спе цифичным видом была олигохета Pristinа longiseta.
Июль - 15 видов Июнь - 9 видов Август - 4 вида 20% 40% 44% 50% 50% 56% 40% Rotatoria Crustaceae Oligochaeta Crustaceae Rotatoria Crustaceae Diptera Рисунок 3.1.8 - Соотношение (%) таксономических групп зооперифитона Красноярского водохранилища, Приплотинный плес, 2003 г.
По коэффициенту общности видового состава (2003 г.) Серенсена– Чекановского в июне и июле (Ksc=0.33 бал.), июле и августе (Ksc=0.11 бал.), июне и августе (Ksc=0 бал.) различия в видовой структуре зооперифитона достоверны (p0.05). В летние период формируются различные комплексы доминирующих ви дов. Отсутствовали виды, которые наблюдались в течение всего вегетационного периода.
Плотность зооперифитонного сообщества на Приплотинном плесе Краснояр ского водохранилища достоверно возрастала от июня к июлю и снижалась к авгу сту (рис. 3.1.9). По численности (35.50 тыс. экз./м2) и биомассе (30.60 г/м2) доми нировал Chydorus sphaericus (Cructacea).
а б B, г/м N, экз./м 80 53. 70. 34. 40 29. 20. 5. 10 3. 4. 0 июнь июль август среднее июнь июль август среднее Рисунок 3.1.9 – Летняя (внутрисезонная) динамика плотности зооперифитона Припло тинного плеса Красноярского водохранилища, июнь – август 2003 г. а - численность (тыс. экз./м2), б - биомасса (г/м2) Сравнительный анализ структурных характеристик зооперифитона. Общими для изучаемых трех водных систем были 13 видов (9%) из которых 7 были доми нантами (табл. 3.2). В каждой водной системе обозначился комплекс доминирую щих видов. В загрязняемых прудах и ручье Черемушном был общий доминант Cricotopus гр. аlgarum.
Таблица 3.2 - Среднегодовые величины плотности, комплексы доминирующих видов со обществ зооперифитона водных систем бассейна р. Енисей Ручей Черемушный - р. Пруды-отстойники - р. Красноярское водохра Енисей Енисей нилище По- Р.Ени Сред- По- Р.Ени Сред- Мохов При- Сред Показатель ступ- сей нее ступ- сей нее хов- пло- нее ление 500 м ление 500 м ский тин стоков ниже стоков ниже плес ный устья устья плес Число видов 6.00± 6.33 ± 6.17 ± 14.67± 19.00± 16.84± 3.50± 7.02± 5.35± 2.08 0.33 0.17 8.74 4.73 2.17 1.50 1.43 1. Числен 6.86± 21.18± 14.02± 47.87± 75.55± 61.71± 4.59± 12.48± 3.03± ность, тыс.
2.99 7.72 7.16 18.41 7.99 13.84 0.59 6.26 1. экз./м Биомасса, 0.85± 14.12± 7.49± 1.31± 20.05± 10.68± 1.46± 16.14± 14.31± г/м 0.63 4.24 6.64 1.05 13.29 9.37 0.27 9.41 1. Комплекс Cricotopus гр. silvestris, Habrotrocha bidens, Nais pseudobtusa, домини Cricotopus гр. algarum Erpobdella octoculata, Choanomphalus рующих ви Nematoda sp., Cricotopus гр. algarum rossmaessleri дов Виды доминанты общие для Euchlanis dilatata, Nais pseudobtusa, Nais communis, Cricotopus гр. silvestris, исследуемых Cricotopus гр. algarum, Chironomus plumosus, Choanomphalus rossmaessleri водных объ ектов Специфичными видами (встречающимися только в одной из водных систем) были: для водной системы «Ручей Черемушный - р. Енисей» -14;
для водной сис темы «Пруды-отстойники – р. Енисей» - 26;
для Красноярского водохранилища 56.
По исследуемым водным объектам от района поступления стоков к участку р.
Енисей, ниже впадения устья ручья Черемушного и устья прудов-отстойников и от Моховского плеса к Приплотинному в Красноярском водохранилище в среднем за весь период исследований отмечено возрастание величин плотности зооперифито на. По числу видов достоверных различий по районам водных систем «Ручей Че ремушный – р. Енисей», «Пруды-отстойники – р. Енисей» не зарегистрировано, в Красноярском водохранилище – закономерное увеличение по оси от верхнего рай она к нижнему (см. табл. 3.2).
Глава 4. Анализ качества вод исследуемых водных объектов по химическим и биологическим показателям В главе оценивается качество вод по химическим и биологическим показате лям. Оценка качества воды проводилась по комплексу химическим показателям (индекс загрязнения воды (ИЗВ), коэффициент комплексности загрязненности во ды (К, %), БПК5, ХПК) и биологическим (биоиндикация – по индексам сапробно сти и сапротоксобности зооперифитона;
биотестирование - оценка токсичности по рачковому и парамецийному тестам.
Водная система «Ручей Черемушный – р. Енисей». Химический анализ прове ден по 17 химическим ингредиентам. Ко второму классу опасности относились 22% химических веществ, к третьему - 33%, к четвертому - 45% (Перечень…, 1995).
Участок поступления сточных вод алюминиевого производства в ручей Чере мушный. Максимальное превышение ПДК было по фторидам в 192 раза. Коэффи циент комплексности загрязненности воды составил 69%, III категория, высокий уровень загрязненности по комплексу ингредиентов. ИЗВ равен 28.90 - воды чрез вычайно грязные, 7 класс качества воды.
На участке р. Енисей 500 м выше устья ручья Черемушного. Максимальные превышения ПДК по содержанию меди и цинка в 3 раза, по нефтепродуктам в раза. Коэффициент комплексности загрязненности воды был равен 50%, III кате гория, высокий уровень загрязненности по комплексу ингредиентов. ИЗВ равен 1.62, воды умеренно загрязненные, 3 класс качества.
На участке р. Енисей 500 м ниже впадения ручья Черемушного. Максимальное превышение ПДК составило в 9 раз по содержанию фторидов. Коэффициент ком плексности загрязненности воды равнялся 50%, III категория, высокий уровень за грязненности по комплексу ингредиентов. ИЗВ составил 2.67 - воды загрязненные 4 класс качества воды.
Большое расхождение в оценках качества вод на участках р. Енисей выше и ниже устья ручья Черемушного вод давали значения БПК5 и ХПК. Загрязнители различной природы могут повышать (понижать) значение БПК. Низкие значения БПК могут объясняться наличием в воде тяжело окисляющихся («биологически жестких») веществ. ХПК является интегральным (суммарным) и одним из наибо лее информативных показателей антропогенного загрязнения вод (Муравьев, 1999;
Гусева и др., 2000).
Биоиндикация. На участке поступления сточных вод алюминиевого производ ства в ручей Черемушный доля видов с известной сапробностью составила 70%, из них: 14% -сапробы, 14% о-сапробы, 29 % -m-сапробы, 43% -m-сапробы). Класс качества воды между годами исследований изменился от II класса (в 1999 г.) - вода чистая, S=1.35 балл до IV класса качества - вода загрязненная, S=2.87 баллов (рис.
4.1).
На участке р. Енисей 500 м выше устья ручья Черемушного доля видов с из вестной сапробностью - 67%, все они являлись -m-сапробами. Доминировали не матоды Nematoda sp. (Si=2.80). Воды данного участка по индексу сапробности (S=2.6 балла) оценены IV классом – воды загрязненные.
а б Класс 1999 г.
S, балл 1999 г.
2000 г. 2000 г.
3 2 1 0 Поступление Р. Енисей, Р.Енисей, ниже Поступление Р. Енисей, Р.Енисей, ниже стоков в ручей выше устья устья ручья стоков в ручей выше устья устья ручья Черемушный ручья Черемушного Черемушный ручья Черемушного Район Черемушного Черемушного Район Рисунок 4.1 - Динамика классов качества воды – а, индекса сапробности (S, балл) б водной системы «Ручей Черемушный – река Енисей», июль 1999-2000 гг.
На участке р. Енисей 500 м ниже устья ручья Черемушного доля видов с из вестной сапробностью была 67%. Из них 50% - о-сапробы, 50% - -m-сапробы.
Вода по сапробности видов зооперифитона оценивалась как умеренно загрязнен ная, III класс качества, S=2.15 баллов (см. рис. 4.1).
Индивидуальные сапробности некоторых видов (Dissotrocha macrostila, Si=1.00, Philodina acuticornis, Si=0.50, Asplanchna priodonta, Si=1.55), зарегистри рованных в пробах района поступления стоков алюминиевого производства в ру чей Черемушный, где вода оценена по химическим показателям как чрезвычайно грязная, 7 класс качества, давали не объективную (II класс качества) оценку каче ства воды данного района по индексу сапробности. Аналогичная ситуация наблю далась при индикации качества речной воды с помощью коловраток на отдельных участках рек Ленинградской (Вуокса, Луга, Ижора), Калининградской (Преголя) и Московской (Москва-река) областей (Кутикова, 1976).
Биотестирование. Тест-объект Ceriodaphnia affinis. За исследуемый период времени воды не оказывали острого токсического воздействия на C. affinis. Выжи ваемость рачков составляла 90-100% при пороге токсичности 50%.
На участке поступления сточных вод алюминиевого производства в ручей Че ремушный тестируемые воды в длительном хроническом опыте вызывали токси ческий эффект на уровне стимуляции темпа отрождения молоди рачка опыт (10.00±0.80 экз.) контроль (6.40±0.50экз.) (p0.05). Токсичность снималась 8 кратным разбавлением вод из ручья, воды среднетоксичные.
На участке р. Енисей 500 м выше устья ручья Черемушного токсические эф фекты от тестируемой воды были аналогичны участку поступления вод в ручей, Уровень биологически безопасного разбавления 50 раз.
Вода р. Енисей 500 м ниже впадения ручья Черемушного не оказывала нега тивного воздействия на рачка C. affinis за весь период исследований.
В целом по водной системе «Ручей Черемушный – р. Енисей» в хронических экспериментах токсичность регистрировалась в 60% на первом поколении рачков, 20% - на втором и на третьем. Во временном и пространственном аспектах прояв ление эффекта токсичности не стабильно, что информирует о больших вариациях качества воды.
Тест-объект Paramecium caudatum. Воды ручья Черемушного и прилежащего района р. Енисей тестировались на приборе "Биотестер-2", регистрировался уро вень выхода пармеций в тестируемые слои Ji±mi, усл. ед.
На участке поступления сточных вод алюминиевого производства в ручей Че ремушный неразбавленная вода ингибировала выход P. caudatum в тестируемые слои - J0=49.48±3.47, контроль Jк=118.70 ± 4.03 усл. ед. (р0.05), индекс токсично сти Тi=0.58, умеренная степень токсичности. Разбавление в 8 раз нормализовало движение инфузорий до контрольного уровня.
Неразбавленные воды р. Енисей 500 м выше устья ручья Черемушного ингиби ровали двигательную активность инфузорий (J0=1.13±0.41 усл. ед., Jк=61.33±2. усл. ед.). По индексу токсичности вод (Тi=0.45- 0.98) тестируемая вода оценена как умеренно токсичная - высокотоксичная. Уровень биологически безопасного раз бавления 50 раз.
Тестируемые воды р. Енисей 500 м ниже устья ручья Черемушного вызывали токсическое воздействие на уровне ингибирования движения парамеций Индекс токсичности равнялся 0.94 - высокая степень токсичности. УББР вод данного уча стка равнялся 4 раза.
В целом по рачковому и парамецийному тестам оценки токсичности вод сов падали в районе поступления сточных вод алюминиевого производства - воды ток сичные. Оценки степени токсичности вод районов р. Енисей прилежащих к устью ручья Черемушного по тест-объектам не совпадали: по оценкам тест-объекта C.
affinis воды нетоксичны, по P. caudatum - токсичны.
Водная система «Пруды-отстойники – р. Енисей». Химический анализ прове ден по 15 химическим ингредиентам. Ко второму классу опасности относились 12.5% химических веществ, к третьему – 37.5%, к четвертому - 50% (Перечень…, 1995).
Участок поступления сточных вод в пруды-отстойники. Максимальное превы шение ПДК было по содержанию железа - в 10 раз. Коэффициент комплексности загрязненности воды равен 56% - это III категория, высокий уровень загрязненно сти по комплексу ингредиентов. ИЗВ=4.24 - воды грязные, 5 класс качества воды.
По значениям БПК5 =1.44 мгО2/л – воды чистые, по значениям ХПК=3.00 мгО2/л – воды грязные.
Устье прудов-отстойников. Максимальное превышение ПДК по железу - в раза. Коэффициент комплексности загрязненности воды равен 13% - II категория, высокий уровень загрязненности по нескольким ингредиентам. ИЗВ равен 1.06 воды умеренно загрязненные, 3 класс качества воды. По значениям БПК5 и ХПК– воды чистые.
Участок р. Енисей 500 м выше устья прудов-отстойников. Максимальное пре вышение ПДК у нефтепродуктов - в 9, цинка - в 7, меди – в 3, железа - в 2. Коэф фициент комплексности загрязненности воды равен 40% - II категория воды, вы сокий уровень загрязненности по нескольким ингредиентам. ИЗВ составлял 2.20 воды загрязненные, 4 класс качества воды. По значениям БПК5 – воды чистые, по значениям ХПК – воды грязные.
Участок р. Енисей 500 м ниже устья прудов-отстойников Максимальное пре вышение ПДК меди в 5 раз, железа и цинка – в 3. Коэффициент комплексности за грязненности воды равен 33% - II категория воды, высокий уровень загрязненно сти по нескольким ингредиентам. ИЗВ равнялся 1.49 воды умеренно загрязненные, 3 класс качества воды.
Биоиндикация. Качество вод в оценках по индексу сапробности водной систе мы «Пруды-отстойники – река Енисей».
На участке поступления сточных вод в пруды-отстойники количество видов сапробионтов соответствовало 50%, среди которых 6% - -сапробные виды, 56% составляли о-сапробные виды, по 19% - -m- и -m-сапробные организмы. Вода оценена II классом качества (S=1.33), о-сапробная зона, вода чистая, что обуслов лено высокой долей о-сапробных видов-зооперифитонтов.
В районе устья прудов-отстойников доля видов с известной сапробностью со ставила 48%, в том числе: 7% - -сапробы, 43% - о-сапробы, 29% - -m-сапробы и 21% - -m-сапробные виды. Вода соответствовала III классу качества (S=1.97), m-сапробная зона, вода умеренно-загрязненная (см. рис. 4.2).
а б S, балл 1999 г.
Класс 1999 г. 2000 г.
2000 г.
0 Поступления Устье прудов- Р. Енисей, выше Р. Енисей, ниже Поступления Устье прудов- Р. Енисей, выше Р. Енисей, ниже стоков в пруды- отстойников устья прудов- устья прудов стоков в пруды- отстойников устья прудов- устья прудов отстойники отстойников отстойников Район отстойники отстойников отстойников Район Рисунок 4.2 - Динамика классов качества воды – а, индекса сапробности (S, балл) - б вод ной системы «Пруды-отстойники – река Енисей» В районе р. Енисей 500 м выше устья прудов-отстойников доля видов с извест ной сапробностью составляла 65 % среди них 10% - -сапробные, 30% - о сапробные, 20% - -m-сапробные организмы, 40% - -m-сапробные.
Качество воды оценивалось III классом (S=2.20), -m-сапробная зона, вода умеренно-загрязненная.
В районе р. Енисей 500 м ниже устья прудов-отстойников доля видов с извест ной сапробностью 30%, среди которых доля о-сапробов составила 67%, -m сапробы - 22%, -m-сапробы - 11 %. Вода оценивалась III классом качества (S=2.28), соответствовала -m-сапробной зоне, вода умеренно-загрязненная.
Биотестирование. В острых (краткосрочных) экспериментах с водами прудов отстойников фармацевтического производства и прилежащих районов р. Енисей за исследуемый период времени выживаемость рачков составляла 90-100% при поро ге токсичности 50%. Воды не оказывали острого токсического воздействия на Ceriodaphnia affinis.
Хронические (до 7 сут.) эксперименты. Воды района поступления сточных вод в пруды-отстойники вызывали стимуляцию в темпе отрождения молоди (опыт 5.8±0.5 экз., Контроль 1.3±0.4 экз.) (р0.05). Токсичность проявилась по второму показателю – выживаемости рачков, которая составила 80%, порог токсичности – 20% достигнут: вода токсична по двум показателям. УББР 20 раз, воды среднеток сичные.
Воды района устья прудов-отстойников вызывали хронический токсический эффект на первом поколении по показателю выживаемость – летальность 60% УББР 20 раз, воды среднетоксичные.
Воды р. Енисей 500 м выше устья прудов-отстойников вызывали летальный исход в первом поколении рачков у 20% тест-объектов – воды токсичные. УББР 20 раз, вода среднетоксичная.
Воды р. Енисей 500 м ниже устья прудов-отстойников вызывали токсический эффект у рачков первом поколении по показателю выживаемости. Выживаемость 80 %. УББР 20 раз. Воды среднетоксичные.
По результатам биотестирования с тест-объектом Сeriodaphnia affinis вод пру дов-отстойников фармацевтического производства и прилегающих участков р.
Енисей при длительном воздействии токсический эффект проявлялся:
- по выживаемости рачков (критерий токсичности - 20%): а) в первом поколе нии - в 95% случаев;
б) во втором поколении - в 5% случаев;
- ингибирование темпа отрождения молоди рачков в первом поколении про явилось в 75% случаев;
стимулирование - в 25% случаев.
Тест-объект Paramecium caudatum. С тест-объектом P. caudatum воды прудов отстойников фармацевтического производства и прилежащих районов р. Енисей тестировались совместно с Шадриным И.А. (Гольд, Морозова и др., 2000, 2004;
Шадрин, 2004).
Воды района поступления сточных вод в пруды-отстойники ингибировали дви гательные реакции парамеций (Jk=123.00±6.07, Jо=2.80±0.57 усл. ед.), по коэффи циенту токсичности (Тi=0.96) воды оценивались как высокотоксичные. УББР - раз.
Воды устья прудов-отстойников в р. Енисей ингибировали двигательные реак ции парамеций (Jk=146.00±4.51, Jо=6.60±1.07 усл. ед.), индекс токсичности равен 0.95 воды оценивались как высоко токсичные. УББР - 100 раз.
Воды р. Енисей 500 м выше устья прудов-отстойников ингибировали двига тельные реакции парамеций (Jk=146.00±4.51, Jо=11.80±1.76), по коэффициенту токсичности (Тi=0.92) оценивались как высокотоксичные, УББР - 200 раз.
Воды р. Енисей 500 м ниже устья прудов-отстойников ингибировали двига тельные реакции парамеций (Jk=171.00±3.90, Jо=45.00±2.92), воды оценивались как высоко токсичные (Тi=0.74). УББР 6 раз.
Таким образом, неразбавленные воды всех анализируемых районов, оценива лись в основном на уровне высокой токсичности, ингибирующие двигательные ре акции парамеций. Уровни биологически безопасного разбавления вод прудов отстойников определены в пределах 4-200-кратных разбавлений вод.
В целом, по рачковому и парамецийному тестам оценки токсичности имели большее совпадение в 1999 г., общая по двум тест-объектам тенденция изменений оценок токсичности сохранилась и в 2000 г. Также как и в на водной системе «Ру чей Черемушный – река Енисей» более строгие оценки были получены по параме цийному тесту.
По рачковому и парамецийному тестам воды водной системы «Пруды отстойники – р. Енисей» оценены как средне- и высокотоксичные Красноярское водохранилище. Химический анализ проведен по 12 химическим ингредиентам, определенным в пробах, отобранных в августе 2005 г. по всей аква тории Красноярского водохранилища. Ко второму классу опасности относились 20% химических веществ, к третьему - 80% (Перечень…, 1995). Анализ химиче ского режима в межгодовом аспекте с 1982 г. по 2002 г. представлен в Моногра фии Красноярское водохранилище …, 2008.
Верхний район (Усть-Абакансий, Моховский, Красноткранский плесы). Мак симальные превышения ПДК отмечались по содержанию меди в 5 раз. Коэффици ент комплексности загрязненности воды варьировал от 25% до 50% (II-III катего рия, высокий уровень загрязненности по комплексу ингредиентов). ИЗВ варьиро вал от 1.48 - воды умеренно загрязненные, 3 класс качества воды до 2.25 – воды за грязненные, 4 класс качества. По значениям БПК5 (0.16-1.49 мг/л) – воды очень чистые – чистые.
Средний район (Новоселовский, Приморский плесы). Максимальные превы шения ПДК отмечались по содержанию меди и цинка в 12 раз. Коэффициент ком плексности загрязненности воды равнялся 50% - III категория, высокий уровень загрязненности по комплексу ингредиентов. ИЗВ составлял 2.64- 4.17 воды загряз ненные - грязные, 4-5 класс качества воды. По значениям БПК5 (0.50-1.93) – воды очень чистые.
Нижний район (Щетинкинский, Приплотинный плесы). Максимальные пре вышения ПДК отмечались по содержанию меди в 9 раз. Коэффициент комплекс ности загрязненности воды варьировал на уровне 50-63% - III категория, высокий уровень загрязненности по комплексу ингредиентов. ИЗВ на уровне 2.72-3.01 - во ды загрязненные, 4 класс качества воды. По значениям БПК5 (2.01 мг/л) воды чис тые - умеренно загрязненные.
Максимально неблагоприятная ситуация по химическому составу зарегистри рована в среднем районе на Приморском плесе.
Биоиндикация. Верхний район. Доля видов с извествной сапробностью варьи ровала на уровне 60-80 %, в том числе 12% о-сапробы, 88% -m-сапробы. Вода со ответствовала III классу качества (S=1.80-2.45), -m-сапробная зона, вода умерен но-загрязненная (рис. 4.3).
а б 4 S, балл Класс 3 2 1 0 й ий й й ий й й й й й ны ны ки ки ки ки ки ки ск ск нс нс нс нс нс нс Плесы Плесы ин ин ов ов ка ка ки ки ра ра от от ох ох ба ба ту ту ин ин пл пл М М А А но но ет ет ри ри т т ас ас Щ Щ П П Ус Ус Кр Кр Рисунок 4.3 Динамика классов качества воды – а, индекса сапробности (S, балл) - б по ак ватории Красноярского водохранилища, август, 2005 г.
Средний район. Число видов сапробионтов было менее 30 % поэтому индекс сапробности не рассчитывался.
Нижний район. Доля видов зооперифитона с известными сапробностями со ставляла 75-100%, все они являлись -m-сапробами. Вода соответствовала III классу качества (S=1.85-2.40), -m-сапробная зона, вода умеренно-загрязненная.
(см. рис. 4.3).
Биотестирование. На всех исследуемых плесах Красноярского водохранилища в острых (красткосрочных) экспериментах токсичность по тест-объекту С. affinis не зарегистрирована (выживаемость варьировала на уровне 60-100%, 50% порог летального исхода не достигнут.
В хронических экспериментах с водами Верхнего района водохранилища ток сичность зарегистрирована по показателю выживаемость: 60-80%, порог 20%-ной гибели превышен.
Средний район. Токсический эффект проявился в ингибировании темпа отрож дения молоди рачков контроль - 4.50±0.48 экз., опыт - 1.90±0.35 экз. (p0.05).
Нижний район. Воды плесов нижнего района не выявили токсичности ни в выживаемости, ни в темпе отрождения молоди, для рачков они нетоксичны.
Тест-объект Paramecium caudatum. Верхний район. Тестируемые воды ингиби ровали активность перемещения парамеций, по коэффициенту токсичности (Тi=0.47) токсичность умеренная, УББР 10 раз.
Средний район. В тестируемых водах токсичность проявлялась в ингибирова нии активности P. caudatum (Jк=74.67±3.39 усл. ед., Jо=15.27±2.06 усл. ед.), степень токсичности высокая (Тi=0.80), токсичность снималась разбавлением опытной во ды в 8 раз.
Нижний район. В экспериментах с водой плесов нижнего района достоверных отличий в активности перемещения парамеций в контрольных и опытных вариан тах не зарегистрировано, коэффициент токсичности варьировал в пределах 0.04 0.07 (токсичность допустимая).
Сравнительный анализ качества вод исследуемых водных объектов (табл. 4.4).
В водных системах, принимающих стоки алюминиевого и фармацевтического производств, по данным анализа химических ингредиентов, по оценке токсических эффектов у рачкового и парамецийного тестов, сапротоксобному анализу, рассчи танному по величинам индивидуальных сапротоксобностей, наблюдалось улучше ние качества вод от района поступления стоков к участку р. Енисей ниже впадения устья ручья Черемушного и устья прудов-отстойников. Индекс сапробности давал заниженные выровненные оценки по большинству районов исследуемых водных систем, на уровне III класса, воды умеренно загрязненные. II класс качества вод был в районе поступления сточных вод фармацевтического производства.
Таблица 4.4 - Оценка качества вод водных объектов бассейна р.Енисей по индексу за грязнения вод (ИЗВ), коэффициенту комплексности загрязненности воды (К, %), индексу сапробности (S, балл), индексу сапротоксобности (Sт, балл), токсичность вод по реакцям тест-объектов Ceriodaphnia affinis, Paramecium caudatum, кк- класс качества воды Показатель Ручей Черемушный - р. Пруды-отстойники - р. Красноярское во дохранилище Енисей Енисей Поступле- р. Енисей Поступле- р. Енисей Мохов- Припло ние стоков ниже устья ние стоков ниже устья ский тинный ручья прудов- плес плес отстойников ИЗВ 28.70±0.19 1.79±0.88 1.65 2. 3.15±1.10 1.49±0. кк VII IV III IV IV-V III К, % 47.00±22.00 40.50±9.50 47.00±9.00 30.00±3.00 50 категория II-III II-III II-III II III III токс. нетокс. малотокс. – нетокс. - токс. нетокс.
C. affinis, токсичность среднетокс. среднетокс. 0.31±0.27 0.76±0.19 0.97±0.02 0.58±0.17 0.26 0. P.сaudatum, Тi, усл. ед.
токсичность допуст. высокая высокая умерен. допуст. допуст.
S, 2.23±0.34 2.31±0.13 1.27±0.07 2.09±0.19 2.41 2. кк III III II III III III Sт 3.35±0.10 2.95±0.10 3.53±0.03 2.78±0.01 3.45 2. кк V IV V IV V IV В Красноярском водохранилище оценки качества вод по химическим и биоло гическим показателям существенно варьировали и не имели определенной направ ленности.
Реакции зооперифитонтов на сапробные и токсобные воздействия оценены по величинам индексов сапротоксобности. Индивидуальная сапротоксобность видов установлена заново у 15% видов зооперифитонтов, более высокие величины, по сравнению с индивидуальной сапробностью, присвоены 56% видов, величины са протоксобности и сапробности совпадают у 29% видов. Индекс сапротоксобности (Sт) по анализируемым водным системам варьировал в пределах: водная система «Ручей Черемушный-р. Енисей» 2.95-3.35, IV-V класс качества вод, воды загряз ненные – грязные;
водная система «Пруды отстойники – р. Енисей» - Sт=2.78-3. IV-V класс качества вод, воды загрязненные – грязные;
Красноярское водохрани лище - Sт=2.68-3.45 IV-V класс качества вод, воды загрязненные – грязные (см.
табл. 4.4).
Выводы 1. В составе зооперифитона трех разнотипных водных объектов бассейна р.
Енисей зарегистрировано139 видов и таксонов более высокого ранга. Доля зоо планктеров составила по 15% (от общего числа видов) в водных системах «Ручей Черемушный – р. Енисей», «Пруды-отстойники – р. Енисей», 32% - в Краснояр ском водохранилище;
бентосных форм – 47%, 37%, 40% соответственно.
2. Общее количество видов зооперифитона в исследуемых водных объектах возрастало по мере снижения скорости течения вод: 47 видов в водной системе «Ручей Черемушный – р. Енисей» (1998-2000 гг.) с доминированием по числу ви дов Rotatoria и Chironomidae;
62 вида в водной системе «Пруды-отстойники – р.
Енисей» (1998-2000 гг.) с доминированием Rotatoria;
82 вида в Красноярском во дохранилище (2000-2005 гг.) с доминированием Rotatoria и Chironomidae. В соста ве зооперифитона всех исследуемых водных объектов обнаружено 13 общих ви дов.
3. В изученных водных объектах выявлены специфичные для них виды: в ру чье Черемушном - Dissotrocha macrostyla, Ehrenberg, в прудах-отстойниках Habrotrocha bidens Gosse, в Красноярском водохранилище – Synorthocladius semivirens Kieffer, виды р. Dicranophorus, р. Keratellа.
4. Среднегодовые величины численности и биомассы по исследованным вод ным объектам возрастали от районов поступления загрязненных вод (N=4.6-47.9, тыс. экз./м2, В=0.85-1.5 г/м2) к ниже расположенным (устье, река Енисей, Плоти на) (N=12.5-75.6, тыс. экз./м2, В=14.2-20.1 г/м2).
5. Оценки качества вод по химическим показателям (индекс загрязнения вод, коэффициент комплексности загрязненности вод) и эффектам токсичности, оце ненным по реакциям Ceriodaphnia affinis Lilljeborg и Paramecium caudatum Ehrenberg, определили улучшение качества вод от районов поступления сточных вод к районам реки Енисей ниже устья ручья Черемушного и устья прудов отстойников. В Красноярском водохранилище оценки качества вод в пространст венной динамике по оси от верхнего района к нижнему не имели определенной направленности.
6. По индексам сапробности, учитывающим уровень органического загрязне ния, оценки качества воды по исследованным районам водных объектов бассейна р. Енисей варьировали на уровне II-III классов, вода чистая – умеренно загрязнен ная. По индексам сапротоксобности, рассчитанным по региональным величинам индивидуальной сапротоксобности зооперифитонтов, учитывающих сапробность и токсобность вод, получены оценки худшего качества: воды грязные, V класс (районы поступления загрязненных вод), воды загрязненные, IV класс (р. Енисей, Приплотинный район).
Публикации по теме диссертации 1. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А.
Классификация качества вод по химическим и биологическим показателям (на примере водной системы "Ручей Черемушный - река Енисей") // Водные ресурсы.
2003. Т. 30, № 3. С. 335-345.
2. Гольд З. Г., Чупров С.М., Гольд В.М., Сапожников В.А., Глущенко Л. А., Морозова И. И., Кожевникова Н. А., Попельницкий В.А., Шапошников А.В. Эко логический мониторинг Красноярского водохранилища (принципы, этапы органи зации, схема, модель) // Вестник Красноярского государственного университета, Естественные науки, №5. Красноярск, изд-во КрасГУ, 2003. -С. 69-78.
3. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А., Глазков А.Е. Качество воды реки Кача по биологическим (перифитон, макрозоо бентос, биотестирование) и химическим дескрипторам // Вестник Красноярского госуниверситета «Биологическая серия», 2005, Вып. 3. С. 137-146.
4. Дубовская О.П., Гладышев М.И., Есимбекова Е.Н., Морозова И.И., Гольд З.Г., Махутова О.Н. Изучение связи сезонной динамики естественной смертности зоопланктона в водоеме с изменением токсичности воды // Биология внутренних вод, 2002, №3, -С.39-43.
5. Морозова И.И. Зооперифитон // Красноярское водохранилище: мониторинг, биота, качество вод. – Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. – С. 302-314.
6. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И. Оценка токсичности вод Красно ярского водохранилища по биотестам // Проблемы использования и охраны при родных ресурсов Центральной Сибири, Красноярск: КНИИГиМС, 2000. -С.64-68.
7. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шадрин И.А. Оценка токсично сти природных вод пруда Бугач (бассейн р. Енисея) по биотестам // Токсикологи ческий вестник, -М., 2000. -№5. -С.28-33.
8. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А.
Анализ качества воды водной системы "ручей Черемушный - река Енисей" по унифицированному классификатору химических и биологических дескрипторов // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири.
Красноярск: КНИИГиМС, 2001. -С.85-96.
9. Морозова И.И. Видовая структура зооперифитона, как дескриптор качества воды ручья Черемушного и прилежащего участка р. Енисей // Проблемы экологии и развития городов. Сборник статей по материалам 2-й Всероссийской научно практической конференции. - Том II - Красноярск: Сиб ГТУ, 2001. С. 110-114.
10. Гольд З.Г., Морозова И.И., Глущенко Л.А., Шулепина С.П., Шадрин И.А.
Комплексная оценка качества воды и состояния водных экосистем по результатам биоиндикации и биотестирования на региональной основе // Биотехнология - ох ране окружающей среды. Труды Международного биотехнологического центра МГУ, М.: Изд-во "Спорт и культура", 2004. -С. 42-47.
11. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А.
Биологические приемы оценки качества вод в разработках нормативов предельно допустимых вредных воздействий // Биотехнология, экология, охрана окружаю щей среды. Сборник научных трудов, М.: Изд-во ООО "Графикон-принт", 2005. С. 27-35.
12. Гольд З.Г., Глущенко Л.А, Морозова И.И., Шулепина С.П. Сравнительный анализ качества воды Красноярского водохранилища по химическим и биологиче ским показателям // Естествознание и гуманизм, сб. науч. работ, т.3., №1. Томск, 2006. –С. 102-105.
13. Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Беляева А.М. Сравнительный анализ информативности биологических (биоиндикация, биотестирование) и хи мических показателей в оценке качества воды в пелагиали Красноярского водо хранилища // Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем. Сб. мате риалов междунар. конф. С-Пб.: ЛЕМА, 2007. С. 36-42.
14. Морозова И.И., Еникеев Г.А., Еникеева И.Г. Зоопланктон // Красноярское водохранилище: мониторинг, биота, качество вод. –Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. –С. 137-162.
Подписано в печать 23.12. Формат 60х84/16. Уч.-изд. л. 1, Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано:
Полиграфический центр Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а