Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка водотоков государственного комплексного заказника "Сенгилеевские горы" по состоянию макрозообентоса

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка водотоков государственного комплексного заказника "Сенгилеевские горы" по состоянию макрозообентоса"

На правах рукописи

Льюис Эрл Уэсли

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОДОТОКОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО КОМПЛЕКСНОГО ЗАКАЗНИКА «СЕНГИЛЕЕВСКИЕ ГОРЫ» ПО СОСТОЯНИЮ МАКРОЗООБЕНТОСА

03.02.08 - экология (биология)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ульяновск — 2014

5 гон т

005549619

Работа выполнена на кафедре биологии, экологии и природопользования в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Каменек Валерий Михайлович

Официальные оппоненты:.

Ручин Александр Борисович - доктор биологических наук, ФГБУ «Мордовский государственный природный заповедник имени П.Г. Смидовича»

Назаренко Владимир Александрович - кандидат биологических наук, профессор, ФГЪОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова», кафедра зоологии, профессор

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина», г. Саратов

Защита состоится «27» июня 2014 г. в -73 • 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет» по адресу: г. Ульяновск, ул. Набережная реки Свияги, 106, корп.1, ауд.703.

С диссертацией и авторефератом • можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, на сайге ВУЗа http://www.Dpo.ulsu.ru и на сайте Высшей аттестационной комиссии при Министерстве образования и науки Российской Федерации-1гПр://уак.ес1еоу.ги.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432017, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, Ульяновский государственный университет, Отдел послевузовского и профессионального образования.

Автореферат разослан 05_2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, В XXI веке охрана окружающей среды продолжает оставаться одной из самых острых, глобальных проблем человечества. Люди имеют доступ ко всем природным ресурсам земного шара, нередко вызывая своей деятельностью нежелательные изменения в природе (Калачева, 2001). Количество особо охраняемых природных территорий в мире постоянно растет, Ульяновская область не является исключением. 5 июня 2008 года в Ульяновской области был создан Государственный природный комплексный (ландшафтный) заказник «Сенгилеевские горы» для сохранения биологического разнообразия в регионе. В лесостепи обитают редкие животные (олени, косули и др.), крупные хищные птицы, в том числе, орлы-могильники (Калачева, 2001). Произрастают исчезающие виды растений, занесенные в Красную книгу России и Ульяновской области. Организация особо охраняемой природной территории областного значения значительно активизировала работу областных экологов (Богданов, Умнов, 2000; Яковлева, 2001).

К числу уникальных объектов территории заказника «Сенгилеевские горы» относятся малые реки и ручьи, так называемые водотоки горного типа. Территория заказника имеет очень развитую гидрологическую сеть. Реки и ручьи заказника являются катаробными водоемами с чистой физиологически полноценной питьевой водой. Водотоки активно используются в народном хозяйстве - забор питевой воды, выпас крупного рогатого скота, создание прудов, рыбоводное хозяйство. Воды заказника питают большинство населенных пунктов района - с. Тушна, г. Сенгилей, г. Новоульяновск, с. Шиловка и др (Яковлева, 2001).

В этих условиях остро стоит задача исследования антропогенного воздействия на водные экосистемы района, контроля состояния водоемов и качеством питьевой воды. Проблема мониторинга состояния подобных природных объектов является актуальной (Проблема контроля на фоне антропогенного воздействия).

Основу населения проточных водоемов на территории заказника составляют так называемые крупные донные беспозвоночные - макрозообентос. Данная группа организмов обитает в весьма узком диапазоне факторов среды (проточность, температура, каменистые субстраты, высокое содержание в воде кислорода) (Жадин, 1949; Константинов, 1972; Кожова, 1987). Первые методики оценки экологического состояния по показателям макрозообентоса были разработаны более ста лет назад. Гидробиологическая наука располагает

совершенными методами биоиндикации водоемов по показателям макробентофауны, которые дают ясную интегральную оценку состояния водных объектов и качества воды (Pantle, Buck, 1955; Shannon, Weaver 1963; Woodiwiss, 1964; Абакумов, 1981 и др.).

Научная новизна. До настоящего времени на территории Сенгилеевских гор не были проведены исследования по инвентаризации донных сообществ малых рек. Единичные работы были посвящены проблеме оценки экологического состояния водотоков, протекающих частично или полностью в государственном заказнике «Сенгилеевские Горы» (Яковлева, 2000; 2001). Масштабных комплексных исследований не проводилось. В последние 10 лет водотоки района не изучались.

В работе впервые дана структурно-функциональная характеристика сообществ макрозообентоса, определено экологическое состояние исследованных рек с использованием различных методов биоиндикации.

Цель исследования. Изучить структурно-функциональные особенности сообщества крупных донных беспозвоночных Государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевские горы» и дать оценку экологического состояния рек по структуре и количественным показателям макрозообентоса.

Задачами нашего исследования являются:

1. инвентаризация макробентофауны водотоков на территории государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевские Горы»;

2.выявление показателей биоразнообразия и биомассы макрозообентоса;

3. определение экологического состояния исследованных рек с использованием различных методов биоиндикации;

4. сравнительный анализ видовых составов макробентофауны изученных водотоков.

Объектом исследования являются малые проточные водоёмы на территории государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевские Горы» - реки и ручьи.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Снижение видового разнообразия макробентофауны в результате создания прудов и другие антропогенного воздействия (выпаса крупно-рогатого скота и сброса бытовых отходов).

2. Наличие в реках и ручьях биоиндикаторных организмов макрозообентоса — показателей антропогенного воздействия — следующих таксономических

групп: Nematomorpha, Oligochaeta, Crustacea, Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Coleóptera, Díptera, Mollusca

3. Оценка состояния водотоков с использованием показательных организмов макрозообентоса.

4. Сапробный статус вод по течению реки изменяется в диапазоне от альфаолигосапробной зоны до полисапробной зоны.

Практическая значимость. Совокупность полученных данных по систематическому составу, экологии и зоогеографии макробентофауны горных водотоков государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевские Горы» создают основу для составления региональных кадастров фауны.

Полученные результаты могут быть использованы при планировании мероприятий по нормированию антропогенного влияния на экосистемы, организации на водотоках системы гидробиологического мониторинга, оценке экологического состояния водоёмов и качества питьевой воды.

Апробация работы. Результаты исследований были освещены в ходе участия на Международных научно-практических конференциях «Научные достижения Биологии, Химии, Физики», (Новосибирск, 2012), «Научная дискуссия: Вопросы Математики, Физики, Химии, Биологии», (Москва, 2013).

Декларация личного участия автора. Работа выполнена на кафедре биологии, экологии и природопользования Ульяновского государственного университета. Все результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии. Автор участвовал в постановке целей и задач исследований, сборе и обработке материала, подготовке публикаций по материалам диссертационного исследования.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 статьи в журналах из списка рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 113 страницах, состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (156 источников, из которых 26 на иностранных языках), шести приложений. Содержит 14 таблиц, 10 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор литературы

Обзор литературы посвящен анализу литературных источников по изучаемой проблеме и состоит из 6 подразделов, в которых дается обзор

5

экологического состояния Куйбышевского водохранилища и водотоков Ульяновского Предволжья; приводятся данные исследования донных сообществ водотоков Сенгилеевских гор; дается характеристика теоретических основ биоиндикации и зообентоса как индикатора качества поверхностных вод. На всех без исключения рассмотренных нами водотоках отсутствуют системы гидрологического, гидрохимического и гидробиологического мониторинга; данный об их современном состоянии практически нет. Принимая во внимание всё выше сказанное, было бы актуальным изучить экологическое состояние водотоков Ульяновского Предволжья в районе Государственного природного комплексного заказника «Сенгилеевские горы».

Глава 2. Физико-географическая характеристика района исследований 2.1. Физико-географическая характеристика района

По устройству поверхности Карсунско-Сенгилевский возвышенно-водораздельный район представляет собой возвышенную равнину - плато с ясно выраженными двумя ступенями - высокой и низкой. Низкая ступень плато окаймляет высокую и имеет абсолютные отметки 180-240 м, высокая ступень имеет в высоту 280-330 м. Высшая точка района 336 м находится недалеко от г. Сенгилей. Низшая точка - урез Куйбышевского водохранилища - 42 м. Амплитуда высот рельефа —294 м.

На нижнем плато, которое сложено, главным образом, меловыми породами, преобладают безлесные пространства. Верхнее плато покрыто лесами. Государственный ландшафтный заказник «Сенгилеевские горы» приурочен к верхнему плато и занимает примыкающий участок правобережья Волги от города Сенгилея почти до города Ульяновска.

Широкое развитие имеют отложения маастрихтского яруса. Они представлены нижнемаастрихтским и верхнемаастрихтским подьярусами. Нижнемаастрихстский подъярус подразделяется на нижнюю и верхнюю свиты. Первая из них слагается глинами и глинистыми окопами, вторая - белым писчим мелом, выраженными двумя ступенями — высокой и низкой (Дедков, 1978; Калачева, 2001).

Почвенный покров довольно разнообразен. Нижнее плато повсюду занято выщелоченными черноземами и перегнойно-карбонатными почвами, обладающими ценными качествами. Материнскими породами здесь являются белый писчий мел, мергели, глины. Для верхнего плато характерны

оподеоленные серые и светло-серые лесные почвы. Механический состав их песчаный (Дедков, 1978).

По растительности район является типичным лесостепным. Растительный мир района очень разнообразен. Здесь есть сосновые леса, смешанные широколиственные леса и мелколиственные леса. Широколиственный лес характеризуется разнообразием древесных пород. Богат в лесах видовой состав кустарников: бересклет бородавчатый, орешник, жимолость лесная и крушина. В лесах хорошо развит травяной покров. Лиственные леса района с преобладанием пород березы, осины, липы, дуба, орешника. В районе встречаются почти все имеющиеся в области типы степей: кустарниковые, ковыльно-типчаковые, луговые и каменистые (Калачева, 2001).

Разнообразие рельефа и растительности обуславливают богатство животного мира района. Благодаря пересеченному рельефу, хорошей обводненности, богатой кормовой базе, леса района благоприятны для обитания многих зверей и птиц (Калачева, 2001).

Район богат подземными и поверхностными водами. В отложениях верхнего мела развиты два наиболее мощных в Предволжье водоносных горизонта -маастрихтский и надальбский. Маастрихтский горизонт заключен в толще трещиноватого мела Маастрихта и имеет широкое распространение в Предволжье. Водоупором служат плотные глины (2-13 м) нижнего горизонта Маастрихта. Обильный подземный сток обеспечивает довольно густую и полноводную сеть малых рек. Густота постоянных водотоков составляет 0,29 км/км2 (Дедков, 1978; Ревелль П., Ревелль Ч., 1995).

Глава 3. Материал и методы исследований

Материал для настоящей работы был собран на водотоках Ульяновского Предволжья на территории государственного заказника «Сенгилеевские горы». Материалы исследования собрали летом и осенью 2011-2012 гг. Всего собрано и отработано 130 проб (станций) с шести рек (табл. 1).

Все исследованные водные объекты относятся к типу малых рек. На территории государственного заказника «Сенгилеевские горы» работы проводились на реках: Атца (в окрестностях р.п. Тушна), Арбуга (в окрестностях р.п. Шиловка Сенгилеевского административного района Ульяновской области), Сенгилейка (в окрестностях посёлка Дом инвалидов Сенгилеевского административного района Ульяновской области), Елаурка (у

7

села Елаур Сенгилеевского административного района Ульяновской области), Каранинский (у села Каронина административного района Ульяновской области), Тушенка (у посёлка Тушна).

Таблица. 1. Объем материала, положенный в основу работы

Название водотока Количество проб

1. Атца 25

2. Арбуга 17

3. Сенгилейка 22

4. Елаурка 25

5. Каранинский 14

6. Тушенка 27

Всего: 130

Отбор проб макробентофауны осуществлялся гидробиологическим сачком квадратного сечения 0.30 на 0.30 м (коэффициент пересчёта на метр квадратный к=11). Количественные пробы отбирались пробоотборником типа «Surber». Все пробы отобрались с глубин не более 1 м.

При обработке материала использовались определители С.Г. Лепнёвой (Лепнёва, 1964, 1966), Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР (Определитель пресноводных, 1977), определители в книгах "Жизнь пресных вод СССР"(Фёдоров, 2000), "Пресные воды и их жизнь"(Липин, 1950), "Зоологические экскурсии" (Райков, 1994). Обработку проб проводили в лаборатории. Качественный состав организмов определяли используя микроскоп (МВС-10). Организмы взвешивались на технических весах (ЕТ-300П-М).

Рис. 1. Карта-схема пунктов отбора проб в реках Атца, Арбуга и Тушенка.

Встречаемость видов животных вычислялась по формуле: Р=(т/п)*100%.

| Нами была использована девятабалльная шести-ступенчатая шкала частот Ь со следующими обозначениями: - очень редко; 2 - редко; 3 - нередко; 5 - часто; 7 -очень часто; 9 - масса (Котова, Рыжков и др., 1989). Для количественной и качественной характеристики водотоков и для выявления донных биоценозов

] был использован индекс плотности (доминирования) В.А.Броцкой и Л.А.Зенкевича в модификации Ф.Д.Мордухай-Болтовского (Мордухай-

| Болтовской, 1975).

|

I

:

Рис. 2. Карта-схема пунктов отбора проб в реках Сенгилейка, Елаурка и ручей

Каранинский.

Для отражения видового разнообразия макробентофауны нами использовался индекс Шеннона-Уивера (Shannon, Weaver, 1963), Для оценки экологического состояния водоёмов (т.е. для оценки качества поверхностных вод) применялся Биотический индекс реки Трент, предложенный Ф.С.Вудивиссом в 1977 году (Woodiwiss, 1977). Для выявления донных биоценозов изученных водотоков, их количественной и качественной оценки использованы коэффициент видового сходства Жаккара (Леванидов, 1977; Биологическая продуктивность.., 1975; Jaccord, 1908). Количественную оценку качества вод рассчитывали с применением математических расчетов предложены Р. Пантле и X. Букк в виде индекса сапробности (S) (Pantle, Buck, 1955). Для определения трофической структуры изучаемых водотоков была

ю

использована классификация Яковлева (2000). Обработка данных и описательная статистика осуществлена с использованием табличного процессора Microsoft ® EXCEL 2003.

Глава 4. Макрозообентос водотоков государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевскне горы»

4.1. Состав фауны беспозвоночных реофильных сообществ

На водотоках государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевскне Горы» на период исследования обнаружены представители следующих систематических групп беспозвоночных: Hemiptera, Gastropoda, Coleoptera, Nematomorpha, Diptera, Ephemeroptera, Oligochaeta, Plecoptera, Trichoptera, Amphipoda. Общее число обнаруженных видов - 33, из них клопов -2, брюхоногов - 1, жесткокрылых - 2, волосатиков - 1, двукрылых - 5, поденок - 6, олигохет - 2, веснянок - 6, ручейников - 7, бокоплавов - 1. Наибольшим видовым разнообразием в макробентофауне водотоков отличались насекомые (93%). .

4.2. Количественные характеристики результатов исследования по основным бентосам изучаемых водотоков и их анализ

Состав и распредедение макрозообенгоса по водотокам

[DAmphipoda HTrichoptera Ш Plecoptera

□ Oligochaeta

a Ephemeroptera S Diptera И Nematomorpha И Coleoptera

□ Gastropoda Ш Hemiptera

Рис. 3. Доля различных таксонов в видовом составе в процентном соотношении

11

Река Атца -впадает в Криупшнский залив Куйбышевского водохранилища. Истоки на склоне Сенгилеевских гор, в 15 км к западу от г. Сенгилея на высоте 320 м. Длина реки 28 км, падение русла 260 м. Два небольших притока длиной 7,8 км и 2,2 км. Питание смешанное. Вода используется для хозяйственных целей. В долине Атцы есть остатки древних городков. Доминант по численности - поденки Baetis fuscatus (206 экз./м2). Высокая численность отмечена и у личинок мошек (102 экзУм2), но встречаемость их невелика, так как они распределены лишь в местах скопления детрита и растительности и редко встречаются в других субстратах. Наиболее высокая биомасса у Halesus digitata (93322,2 мг/м2). Очень часто встречаемые виды: Halesus digitata (76%), Limoniidae (64%); часто встречаемые виды: Nemoura flexuosa (60%) и Baetis fuscatus (56%) (Котова, Рыжков и др., 1989).

Река Арбуга. По материалам исследования на участке от истока до устья ширина реки составляет от 0,15 м до 1,5 м, глубина от 0,05 м до 0,6 м. Средняя скорость течения 0,29 м/с. Основные типы грунтов: крупно-, средне- и мелкокаменистые грунты на ил ах, меловой на илах, среднекаменистый грунт на глинистой подстилке, среднекаменистый на материнской породе (мел).

Среди видов антропогенного воздействия можно выделить забор питьевой воды, создание систем прудового хозяйства, выпас крупного рогатого скота по берегам водотока. Доминант по численности - Simuliidae (1015,73 ЭКЗ./М2). Наиболее высокая биомасса у Odontocerum albicorne (средняя масса по разрезу -32510 мг/м2) В процентном соотношении от общей численности организмов наиболее широко представлены таксоны: часто встречаемый Simuliidae (55,50%), редко встречаемый Tanypodinae(24,89%), очень редко встречаемые Odontocerum albicorne (8,78%), Nemoura flexuosa (3,61%), Hydropsyche instabilis (3,61%). В бентосе водотока на момент исследования доминировали следующие группы организмов: Halesus digitata, Baetis fuscatus, представители Limoniidae.

Река Сенгилейка берет свое начало в лесах Сенгилеевского мехлесхоза и течет на северо-восток до впадения в Куйбышевское водохранилище. Общая протяженность' реки 17 км, она протекает по территории Сенгилеевского района. Реку питают ручьи и р. Чутурка, общая протяженность их составляет 16 км. Река зарегулирована прудом площадью зеркала 4,8 га, питают реку три ручья с постоянным живым током общей протяженностью 20,3 км. Основными загрязнителями реки являются: животноводческая ферма крупного рогатого скота и летние лагеря. Река используется для водопоя скота, хозяйственных и бытовых нужд. По численности в данном водотоке преобладают поденки Baetis

vermis (73 экз. /м2), а по биомассе Halesus digitata (73533,3 мг/ м2). Baetis vernus — часто встречаемый вид (65%) р. Сенгилейка (Котова, Рыжков и др., 1989). Равномерно по водотоку представлены и личинки Chironomidae, хотя их численность и биомасса невелики.

Река Елаурка берет начало в лесу, из родника, и течет с запада на восток, впадая в Куйбышевское водохранилище. Водосбор реки в основном распахан, река протекает в каньоне, глубиной 2,5—3 м, ширина водного потока 1,5 - 2,5 м. Елаурка — река, правый приток Волги. Истоки, пересыхающие в Сенгилеевских горах на высоте 160 метров. Длина реки 21,6 км, имеет 3 притока. Долина ассиметрична, склоны покрыты лесом. Общее падение русла около 130 метров, ширина реки у устья 2 метра, глубина 80 см. Вода используется для водоснабжения сел (Калачева, 2001). Здесь наблюдается ситуация аналогичная той, что была на реке Сенгилейка. По численности на первое место выходят поденки вида Baetis fuscatus (546 экз./м2) и личинки Simuliidae (501экз./м2). Доминант по биомассе - Halesus digitata (65955,6 мг/м2). В р. Елаурка очень встречаемая груша организмов являются Limoniidae (84%) (Котова, Рыжков и др., 1989). Отмечено увеличение по численности (267 экз./м2) и встречаемости (66,7%) приобрели ещё и личинки Chironomidae.

Ручей Каранинский зарегулирован тремя прудами площадью зеркала 6,0 га, которые используются для орошения сельскохозяйственных культур. На северной окраине с.Каранино вдоль ручья расположена животноводческая ферма, которая подлежит обвалованию. Для предотвращения размыва берегов предусмотреть посадку водоохранной лесной полосы на площади 2,1' га. Загрязнителем ручья является летний лагерь для крупного рогатого скота на 300 голов, который расположен на левом берегу (Калачева, 2001).

По численности можно выделить три доминирующие таксономические категории - два вида - Baetis fuscatus (95 экз./м2) и Nemoura flexuosa (111 экз./м2) и отряд Amphipoda (102 экз./м2). Однако по биомассе явными доминантами являются ручейники вида Halesus digitata (15122,2 мг/м2).

Река Тушенка берет начало на территории Терентульского района южнее с.Артюшкино в лесу и течет на север. Длина реки составляет 23 км, площадь водосборного бассейна не превышает 206 км2. По территории района протекает по земле пользованиям с.Артюшкино и с.Тушна. Меженный расход 75% обеспеченности в устье реки составляет 0,46 м3 /с. В р. Тушенка по численности преобладают веснянки Nemoura flexuosa (44 экз./м2) и личинки мошек Simulidae (42 экз./м2). По биомассе преобладает Halesus digitata (14322,2 мг/м2).

Полученные результаты показывают, что веснянки Nemoura flexuosá являются очень часто встречающимся видом р. Тушенка (80%), что говорит о чистоте данного водотока. Личинки мошек Simulidae, имея высокую численность, представлены в водотоке нередко (встречаемость - 40%), как Nemoura flexuosá. Их личинки обнаружены только в двух местах: у устья и у истока.

Таким образом, полученные нами в 2011-2012 гг. результаты исследования водотоков государственного комплексного заказника «Сенгилеевские горы» значительно отличаются от результатов полученных Яковлевой (2000). Можно отметить явное снижение количества таксонов (например, в реке Арбуга). Отмечается также снижение численности и биомассы макрозообентоса. Это объясняется тем, что большинство рек протекает вблизи от промышленных объектов и городских поселений, а также интенсивным использованием водотоков для водоснабжения и выпаса крупного рогатого скота.

Серьёзные опасения вызывает отсутствие на водоёмах системы регулярного гидробиологического и гидрохимического мониторинга.

4.3. Таксономическая структура макробентофауны

В составе бентоса водотоков государственного заказника «Сенгилеевкие горы» преобладают представители четырёх основных групп: Trichoptera, Plecoptera, Díptera, Ephemeroptera. На рисунке 4 приводятся данные о процентном соотношении видового состава макрозообентоса в каждом из изученных водотоков (Рис. 4).

Класс Nematomorpha (Волосатики). У взрослых волосатиков обычно редуцированно или ротовое или анальное отверстие, поэтому они живут (около года) за счет веществ, накопленных в период их паразитического существования (Павловский, 1937). Численность 2 экз/м2 во всех водотоках, максимальная биомасса 988,9 мг/ м2 в р. Сенгилейка и, максимальная встречаемость 14,3% наблюдается в руч. Каранинский.

Класс Oligochaeta (Малощетинковые черви). В изучаемых водотоках обнаружен только один класс - Малощетинковые черви (Oligochaeta). Класс представлен несколькими видами, многие из которых принадлежат к семейству Lumbricidae. Максимальная численность 18 экз/м2 (р. Елаурка), максимальная биомасса 10589 мг/м2 (р. Атца), максимальная встречаемость 58,3% наблюдается в р. Елаурка.

Данные о процентном соотношении видового состава макрозообентоса в каждом из изученных водотоков

Рис. 4. 1- руч. Каракинский; 2 - р. Тушенка; 3 - р. Сенгилей; 4 - р. Атца; 5 - р. Елаурка; б-р. Арбуга.

Класс Gastropoda (Брюхоногие). В результате исследования в составе этого типа выделен один класс - брюхоногие (Gastropoda). Встречаемость этой группы животных в текучих водах колеблется от 14 до 20%. Средняя численность составляет 3 экз./м2, средняя биомасса - 186 мг/м2. Максимальная численность 44 экз./м2 (р. Сенгилейка у с. Дом Инвалидов) при биомассе 2420 мг/м2. Максимальная биомасса 2453 мг/м2 (руч. Каранинский) при численности 22 экз./м2.

Класс Amphipoda (Бокоплавы). Максимальная численность и биомасса отмечается в руч. Каранинский 102 экз/м2 и 3266,7 мг/м2 соответственно, встречаемость 14,3%. Максимальная встречаемость 20% наблюдается в р. Тушенка. Максимальная численность 704 экз./м2 при биомассе 3234 мг/м2 (руч. Каранинский, около 200 м от истока). Бокоплавы подобно равноногим распространены очень широко. В пресных водах видовое разнообразие бокоплавов гораздо меньше, чем в море (Шуйский, Максимова и др., 2002).

Отряд Plecoptera(BecMHKH). Личинки веснянок имеют те же адаптивные черты, что и личинки Ephemeroptera, но не так рельефно выраженные. Сильные

мускулы позволяют некоторым личинкам быстро бегать и вести хищнический образ жизни. Личинки веснянок также широко распространены в изучаемых водотоках. Численность колеблется от 19 до 169 экз/м2, биомасса от 3128 до 9717 мг/ м2, встречаемость в пределах от 71,4 до 86,7%.

Отряд Coleóptera (Жесткокрылые). Водяные жуки менее широко представлены в текучих водоёмах Ульяновского Предволжья, чем представители других групп организмов. Их средняя встречаемость в водотоках 32%. Средняя численность и биомасса соответственно 8 экз./м2 и 34 мг/м2. Численность местами доходит до 121 экз./м2 (р. Сенгилейка, ниже с. Слобода), биомасса - до 550 мг/м2 (руч. Каранинский).

Отряд Hemiptera (Клопы). Находки являются единичными; представлены видом Nepa cinerea. Вид был встречен в р. Елаурка.

Отряд Trichoptera (Ручейники). Ручейники имеют наибольшее количество представителей в биоценозе каменистого дна. Ручейники одна из самых распространённых групп гидробионтов в текучих водоёмах. Колебания численности от 12 до 103 экз/м2 (р. Елаурка), биомассы от 18000 до 116730 мг/м2 (р. Атца), встречаемость в пределах от 46,7% (р. Тушенка) до 100% (руч. Каранинский).

Соотношение показателей средней численности представителей подотрядов Integripalpia и Ammlipalpia по водотокам составляет: руч. Каранинский - 2/3, р. Тушенка -1/2, р. Сенгилейка - 2/1, р. Атца - 2/1, р. Елаурка- 5/8. Соотношение показателей средней биомассы тех же подотрядов для р. Атца, р. Елаурка, руч. Каранинский, р. Тушенка, р. Сенгилейка составляют соответственно: 17/1, 7/4, 1/2,7/2, 6/1.

Отряд Díptera (Двукрылые). Численность в среднем 219 экз/м2 (максимальная 773 экз/м2 в р. Елаурка биомасса - 20696 мг/м2(максимальная -45828 в р. Елаурка)), встречаемость от 72 до 100%. Семейство Stratiomydae (Львинки) — показатели загрязнённой воды. Были встречены в двух водотоках (р. Тушенка и р. Арбуга) в местах обильного выпаса крупного рогатого скота. Находки являются единичными. Вид Dicranota bimaculata встречены во всех водотоках. Семейство Simuliidae (Мошки). Встречены во всех водотоках. Большинство видов мошек - стенотопные животные, т.е. каждый вид нуждается в определённых условиях. Семейство Chironomidae (Комары-звонцы) - найден один экземпляр в р. Сенгилейка в пробе, отобранной около дороги. Обитают в загрязнённых лужах и ручьях (Мамаев, 1972).

4.5. Индекс доминирования

Доминантом ручья Каранинский являются ручейники НсЛехив сИ^Ма, имеющие наибольшее значение биомассы. Второстепенными по значению являются веснянки Ыетоига Аехиоэа, доминирующие по численности и встречаемости, и ручейники Р1есЛгоспет1а сотрегеа, доминирующие по встречаемости. Таким образом, биоценоз ручья Каранинский представляет собой бентосный, литореофильный, олигомиксный биоценоз, в котором доминантами являются виды #а/ет$ сИ^Ша, Ь7етоига]1ехио$а и Р1ес1госпет1а сотрегва. (Рис. 5)

Рис. 5. Соотношение численности таксономических групп в руч. Каранинский.

Доминантом, в соответствии со значением индекса в р. Тушенка, являются веснянки Nemoura flexuosa, доминирующие также по численности и встречаемости. Выделяются четыре наиболее значимых вида {Nemoura flexuosa, Lumbricidae, Halesus digitata и Limoniidae).Отмечается сокращение видов: Similidae, Baetis vernus, Rhyacophyla pascoi, Baetis fuscatus, Plectrocnemia conspersa, Chironomidae, Amphinemoura sulcicollis, Oligochaeta, Coleóptera, Gordius, Stratiomyidae, Leuctra digitata (Рис. 6).

Река Тушенка

6000

1 5000

4>

=1 в 4000

Б

§ ВООО

я ■11 г 2000

я в 1ОО0

еч

0

Рис. 6. Соотношение численности таксономических группв р. Тушенка

Ведущим видом реки Сеншлейка является На1езш ¿//^//яйя. Второстепенное значение в биоценозе данного водотока имеет вид ВаеШ уегпш (занимающий первое место по численности и встречаемости) (Рис. 7).

Река Сенгилейка

шфшшфшш ф II |ф I «/фи | ф

. . . . . т .

о __

'/¿г?

Рис. 7. Соотношение численности таксономическихтрупп в р. Сенгилейка

Видом-эдификатором р. Атца является ручейник На1еяш digitata (доминирующий по биомассе). Доминирующие по численности: ВаеШ /иэсаШз Ьшюгшёае и Nетоига Аехиова (Рис. 8).

Река Атца

Рис. 8. Соотношение численности таксономических группв р. Атца

Доминирующими в реке Елаурка являются виды сИ^Ша, ВаеНи

/изсаШз, Птоппёае и Иетоига /\exuosa. Доминантные и субдоминантные виды р. Елаурка совпадают с соответствующими видами реки Атца (Рис. 9).

Река Елаурка

16000 г------------------------

я 14000 \---------------------- -...................................................................... - ________________ .

£ 12000 [~Х-------------------------------------,---------------------

I 10000 I--------V----------------------------------------------------------------------------------- -

| 8000 ;-----------\------------------------------------------_--------------------------

= 6000 --------- \-------------------------------------------------------------------------------------

Рис. 9. Соотношение численности таксономических группв р. Елаурка

Доминирующим таксоном реки Арбуга является Odontocerum albicorne. Субдоминантами являются Simuliidae, Tanypodinae и Hydropsyche instabilis (Рис. 10).

Река Арбуга

Рис. 10. Соотношение численности таксономических группв р. Арбуга

Таким образом, почти во всех изучаемых водотоках (кроме р. Тушенка, где доминируют веснянки Метоига /¡ехиояа и р.Арбуга, где доминируютручейник ОсктЮсегит а!Ысогпе) доминантам являются ручейники //а/ал«- (И^ИаГа. Второстепенное значение имеют веснянки А'етоига ]]ехиот и ручейники Р1еагоспет'ш сопзрегха (руч. Каранинский); поденки )шсаш (р.

Сенгилейка, р. Атца и р. Елаурка); малощетинковые черви ЬитЬпайае (р. Тушенка).

Несмотря на низкие показатели биомассы и численности бентоса, в составе макрозообентоса изученных водотоков присутсвуют ярко выраженные доминанты и субдоминанты.

4.6. Коэффициент видового сходства по Жаккару

Таблица 2.

Коэффициент видового сходства, в %.

Водотоки руч. Каранинский р.Тушенка р. Сенгилейка р. Атца р. Елаурка р.Арбуга

руч. Каранинский - 64 50

р. Тушенка 64 - 56

р. Сенгилейка 50 56

р. Атца 40 40 46

р. Елаурка 48 61 48

р.Арбуга 50 48 50

40 48 45

40 ~ТбТ" 40

46 .....-48 'В»

"Г 71 42

.71 - 45

40...... 52 -

Самый большой коэффициент видового сходства (71%) у р. Елаурка и р. Атца. Значение коэффициентов для остальных водотоков колеблется от 40 до 64% - в целом, их значения достаточно высокие (табл. 2). Таким образом, состав макробентофауны изученных водотоков схож по таксономическому составу. Это можно объяснить тем, что данные изучаемые водотоки протекают в одном районе.

4.7. Видовое разнообразие

Таблица 3.

Распределение индекса Шеннона - Уивера на различных водотоках

Водотоки Р 1 Р 2 РЗ Р 4 Р 5 Р6 Р 7 Р 8__ Р 9____

руч. Каранинси 1,65 1,55 1,92 1,43 1,56 1,37 1,63

р. Тушенка 1,83 2,05 1,5 1,83 1,89 1,43 1,31 1,75 1,47

р. Сенгилейка 1,64 2,25 1,27 2,04 1,45 2,22 1,82 1,35 1,22

р. Атца 1,36 0,8 1,44 1,8 1,27 0,69 0,67 1,46 1,56

р. Елаурка 0,29 0,7 1,35 1,87 0,9 1,34 1,74 1,36 1,26

р. Арбуга 1,22 1 1,3 1,25 1,39 1,19 0,72 0,09

Для р. Арбуга коэффициент видового разнообразияколеблется от 0,09 до 1,39, среднее значение 1,02, что свидетельствует о бедности видового разнообразия этой реки. Большее видовое разнообразие безпозвоночных донных животных наблюдается в р. Сенгилейка (от 1,22 до 2,25, среднее 1,7), руч. Каранинский (от 1,37 до 1,92 среднее 1,63), р. Тушенка (1,31 до 2,05, среднее 1,7), р. Атца (от 0,69 до 1,56, среднее 1,25) и р. Елаурка (от 0,29 до 1,39, среднее 1,21) (табл. 3). Неотмечено изменение видового разнообразия от истока к устью на данных водотоках. Полученные значения индекса Шеннона-Уивера (Shannon, Weaver, 1963), характеризуют биоразнообразие изученных водотоков как низкое.

4.8. Оценка экологического состояния водоёмов

Биологический индекс Вуддивисса (БИВ) на створах водотоков «Сенгилеевские горы» составил 4-6 по десятибалльной шкале, что соответствует «умеренно-загрязненной» природной воде (Woodiwiss, 1964). Индекс сапробности показывает, что исследуемые реки в целом относятся к категории «умеренно-загрязненной» (Ш класс) (Pantle, Buck, 1955).

Таблица 4.

Классы.качества вод исследуемых водоемов

Водоток Биотический индекс по Вудивиссу (БИ) Класс качества вод Индекс сапробности Пантле-Букка Класс качества вод

руч. Каранинский 5 умеренно-загрязненная 2,39 умеренно-загрязненная

р. Тушенка 6 умеренно-загрязненная 2,43 умеренно-загрязненная

р. Сенгилейка 4 загрязненная 2,52 загрязненная

р. Атца 5 умеренно-загрязненная 2,50 загрязненная

р. Елаурка 6 умеренно-загрязненная 2,38 умеренно-загрязненная

р. Арбуга 5 умеренно-загрязненная 2,39 умеренно-загрязненная

4.9. Трофическая структура макробентофауны

Таблица 5.

Показатели численности и встречаемости различных трофических групп.

Водоток Троф. группа Численность, экз./м2 Биомасса, мг/м2

р. Атца зоофаги 40,5 20830,0

фитофаги 569,5 163331,0

р. Елаурка зоофаги 83,0 41800,2

фитофаги 1465,0 149160,9

р. Сенгилейка зоофаги 20,0 15022,3

фитофаги • 224,5 107983,2

руч. Каранинский зоофаги 32,0 3500,0

фитофаги 455,0 32454,7

р. Тушенка зоофаги 14,0 9977,8

фитофаги 178,4 37738,8

Р. Арбуга зоофаги 29,0 2145,5

фитофаги 183,4 42369,2

Трофическая структура определяется наличием детритной цепи: листовой опад - детритофаги (которые представлены) - хищники (Trichoptera - R. nubila, R. pascoei, Р. conspersa, H. angustipennis-, Diptera - Atherix, Dicranota, Pedidla, Limnophila, Nepacinereá). Наибольшая численность Plecoptera и ручейников

Rhyacophila nubile отмечена в зонах реокренов, лимнокренов и смежных с ними участках. В местах интенсивного листового опада (особенно руч. Каранинский и р. Тушенка) наблюдается увеличение растительноядных форм организмов, а, следовательно, и хищных форм.

Принимая во внимание трофические группы макрозообентоса водотоков (по Яковлеву, 2000), можно сделать вывод, о том, что изученные водотоки относятся к горным водотокам, с характерной для них бедностью собственных продуцентов.

выводы

1. В водотоках Государственного природного комплексного заказника «Сенгилеевские горы» обнаружено 33 вида макрозообентоса, следующих таксономических групп: Nematomorpha, Oligochaeta, Crustacea, Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Coleóptera, Díptera, Mollusca. Отмечен ручьевой характер фауны с преобладанием амфибиотических насекомых (93%). Присутствуют ярко выраженные доминирующие виды и виды субдоминанты.

2. Анализ видовой структуры обследованных сообществ показал, что по численности доминантными являются Diptera, а по биоразнообразию и биомассе доминируют Trichoptera. Локально, на участках, расположенных в черте города и ниже по течению р. Сенгилейки, установлено снижение видового разнообразия бентоса, общей численности, биомассы и сокращение чувствительных к загрязнению видов: веснянок (Plecoptera), поденок (Ephemeroptera), ручейников (Trichoptera).

3. Вдоль речного континуума наблюдается неоднородность таксономической структуры, сапробный статус вод по течению реки изменяется в диапазоне от альфаолигосапробной зоны до полисапробной зоны; высокий сапробный статус вод наблюдается в местах поступления органики.

4.Трофическая структура изученных водотоков относится к горным водотокам со свойственной для них бедностью собственных продуцентов и характеризуется наличием детритной цепи (листовой опад-детритофаги-хищники).

5. Преобладание в сообществах амфибиотических насекомых, низкие показатели численности и биомассы, сапробный статус водоемов свидетельствует о неудовлетворительном в настоящее время экологическом состоянии водотоков.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

2. Об- изменениях в экологическом состоянии реки Арбуга в условиях антропогенного воздействия [Текст] / А.Ю.Умнов, Э.У. Льюис // Проблемы региональной экологии, 2013г.: Вып. 4. - С. 83-86.

2. Современное экологическое состояние реки Сенгилейки по сообществу макрозообентоса [Текст] / Э.У. Льюис, В.М. Каменек // Глобальный научный потенциал . - СПб, 2014г. - Вып. 2. - С.84-86.

Статьи в научных журналах и сборниках

3.Macrozoobenthos communities used as a bioindicator to assess eutrophication [Текст] /Э.У. Льюис, А.Ю. Умнов //Интеллектуальный потенциал молодых ученых России и зарубежья: материалы междунар. науч.-практ. конф. -Москва, 2012г. - С. 5-8.

4. Макрозообентос как индикатор качества водной среды [Текст] / А.Ю Умнов, Э.У. Льюис // Научные достижения Биологии, Химии, Физики: Материалы междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск, 2012г. - С. 32-35.

5. Экологическая оценка рек и ручьёв, протекающих в природном заказнике «Сенгилеевские Горы» [Текст] / Э.У. Льюис // Проблемы современной биологии: Материалы VII междунар. науч.-практ. конф. -Москва, 2013г. - С. 76-78.

6. О результатах исследования вод и макробентофауны горных водотоков Сенгилеевского возвышенного района в 1999-2000 годах [Текст] / В.М. Каменек, А.Ю. Умнов, Э.У. Льюис[и др.] // Научная дискуссия: вопросы Математики, Физики, Химии, Биологии: Материалы I междунар. науч.-практ. конф. - Москва, 2013г. - С. 129-134.

7. О современном состоянии водотоков государственного природного комплексного (ландшафтного) заказника «Сенгилеевские Горы» река Арбуга [Текст] / А.Ю. Умнов, Э.У. Льюис, В.П. Свеколкин [и др.] // - Пенза, 2013г. -С. 258-260.

Подписано в печать 25.04.2014. Формат 60 х 84/16. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 120. Заказ № 37 / -/SO

Отпечатано с оригинал-макета в Издательском центре Ульяновского государственного университета 432017, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Льюис Эрл Уэсли, Ульяновск

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

042014601

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОДОТОКОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО КОМПЛЕКСНОГО ЗАКАЗНИКА «СЕНГИЛЕЕВСКИЕ ГОРЫ» ПО СОСТОЯНИЮ МАКРОЗООБЕНТОСА

Льюис Эрл Уэсли

03.02.08. - Экология (биология) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: д.б.н., профессор Каменек Валерий Михайлович

Ульяновск, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................4

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Экологическое состояние Куйбышевского водохранилища....................9

1.2.Экологическое состояние водотоков Ульяновского Предволжья...........11

1.3. Исследования донных сообществ водотоков Сенгилеевских гор..........13

1.4. Теоретические основы биоиндикации......................................................20

1.5. Понятие о макробентофауне.......................................................................36

1.6. Характеристика зообентоса как индикатора качества поверхностных вод.................................................................................................................41

Глава 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Физико-географическая характеристика района......................................46

2.1.1. Тектоника и геологическое строение...............................................47

2.1.2. Рельеф..................................................................................................47

2.2. Климат...........................................................................................................49

2.3. Почвенный покров.......................................................................................50

2.4. Растительный мир........................................................................................50

2.5. Животный мир..............................................................................................52

2.6. Гидрологическая сеть..................................................................................53

Заключение................................................................................................................54

Глава 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Материал исследований..............................................................................56

3.2. Сбор материала и первичная обработка....................................................58

3.3. Камеральная обработка...............................................................................59

3.4. Методы анализа результатов исследования..............................................59

Глава 4. МАКРОЗООБЕНТОС ВОДОТОКОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО КОМПЛЕКСНОГО ПРИРОДНОГО ЗАКАЗНИКА «СЕНГИЛЕЕВСКИЕ

ГОРЫ»

4.1. Состав фауны беспозвоночных реофильных сообществ

4.1.1. Беспозвоночные речных сообществ................................................63

4.2. Количественные характеристики по основным бентосам

изучаемых водотоков..................................................................................65

4.3. Таксономическая структура макробентофауны.......................................71

4.4. Качественные показатели макробентофауны...........................................78

Заключение................................................................................................................79

4.5. Индекс доминирования...............................................................................80

4.6. Коэффициент видового сходства по Жаккаре..........................................84

4.7. Видовое разнообразие.................................................................................84

4.8. Оценка экологического состояния водоёмов............................................86

4.9. Трофическая структура макробентофауны...............................................87

Заключение................................................................................................................90

Выводы.......................................................................................................................92

Список литературы...................................................................................................93

Приложение 1..........................................................................................................108

Приложение 2..........................................................................................................109

Приложение 3..........................................................................................................110

Приложение 4..........................................................................................................111

Приложение 5..........................................................................................................112

Приложение 6..........................................................................................................113

Введение

Актуальность темы

В XXI веке охрана окружающей среды продолжает оставаться одной из самых острых, глобальных проблем человечества. Люди имеют доступ ко всем природным ресурсам земного шара, нередко вызывая своей деятельностью нежелательные изменения в природе (Калачева, 2001). Количество особо охраняемых природных территорий в мире постоянно растет. Ульяновская область не является исключением. 5 июня 2008 года в Ульяновской области был создан Государственный природный комплексный (ландшафтный) заказник «Сенгилеевские горы» для сохранения биологического разнообразия в регионе. В лесостепи обитают редкие животные (олени, косули и др.), крупные хищные птицы, в том числе, орлы-могильники (Калачева, 2001). Произрастают исчезающие виды растений, занесенные в Красную книгу России и Ульяновской области. Организация особо охраняемой природной территории областного значения значительно активизировала работу областных экологов (Богданов, Умнов, 2000; Яковлева, 2001).

К числу уникальных объектов территории заказника «Сенгилеевские горы» относятся малые реки и ручьи, так называемые, водотоки горного типа. Территория заказника имеет очень развитую гидрологическую сеть. Реки и ручьи заказника являются катаробными водоемами с чистой физиологически полноценной питьевой водой. Водотоки активно используются в народном хозяйстве - забор питевой воды, выпас крупного рогатого скота, создание прудов, рыбоводное хозяйство. Воды заказника питают большинство населенных пунктов района - с. Тушна, г. Сенгилей, г. Новоульяновск, с. Шиловка и др. (Яковлева, 2001).

В этих условиях остро стоит задача исследования антропогенного воздействия на водные экосистемы района, контроля за состоянием водоемов и качеством питьевой воды. Проблема мониторинга состояния подобных природных объектов является актуальной.

Основу населения проточных водоемов на территории заказника составляют так называемые крупные донные беспозвоночные - макрозообентос. Данная группа организмов обитает в весьма узком диапазоне факторов среды (проточность, температура, каменистые субстраты, высокое содержание в воде кислорода) (Жадин, 1949; Константинов, 1972; Кожова, 1987). Первые методики оценки экологического состояния по показателям макрозообентоса были разработаны более ста лет назад. Гидробиологическая наука располагает совершенными методами биоиндикации водоемов по показателям макробентофауны, которые дают ясную интегральную оценку состояния водных объектов и качества воды (Pantle, Buck, 1955; Shannon, Weaver 1963; Woodiwiss, 1964; Абакумов, 1981 и др.).

Научная новизна

До настоящего времени на территории Сенгилеевских гор не были проведены исследования по инвентаризации донных сообществ малых рек. Единичные работы были посвящены проблеме оценки экологического состояния водотоков, протекающих частично или полностью в государственном заказнике «Сенгилеевские Горы» (Яковлева, 2001; 2005). Масштабных комплексных исследований не проводилось. За последние 10 лет водотоки района не изучались.

В работе впервые дана структурно-функциональная характеристика сообществ макрозообентоса, определено экологическое состояние исследованных рек с использованием различных методов биоиндикации.

Цель исследования

Изучить структурно-функциональные особенности сообщества крупных донных беспозвоночных Государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевские горы» и дать оценку экологического состояния рек по структуре и количественным показателям макрозообентоса.

Задачами нашего исследования являются:

1. инвентаризация макробентофауны водотоков на территории государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевские Горы»;

2.выявление показателей биоразнообразия и биомассы макрозообентоса;

3. определение экологического состояния исследованных рек с использованием различных методов биоиндикации;

4. сравнительный анализ видовых составов макробентофауны изученных водотоков.

Объектом исследования являются малые проточные водоёмы на территории государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевские Горы» - реки и ручьи.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Снижение видового разнообразия макробентофауны в результате создания прудов и другие антропогенного воздействия (выпаса крупно-рогатого скота и сброса бытовых отходов).

2. Наличие в реках и ручьях биоиндикаторных организмов макрозообентоса - показателей антропогенного воздействия - следующих таксономических групп: Nematomorpha, Oligochaeta, Crustacea, Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Coleóptera, Díptera, Mollusca.

3. Оценка состояния водотоков с использованием показательных организмов макрозообентоса.

4. Сапробный статус вод по течению реки изменяется в диапазоне от альфаолигосапробной зоны до полисапробной зоны.

Практическая значимость

Совокупность полученных данных по систематическому составу, экологии и зоогеографии макробентофауны горных водотоков государственного комплексного природного заказника «Сенгилеевские Горы» создают основу для составления региональных кадастров фауны.

Полученные результаты могут быть использованы при планировании мероприятий по нормированию антропогенного влияния на экосистемы, организации на водотоках системы гидробиологического мониторинга, оценке экологического состояния водоёмов и качества питьевой воды.

Апробация работы

Результаты исследований были освещены в ходе участия на Международных научно-практических конференциях «Научные достижения Биологии, Химии, Физики», (Новосибирск, 2012), «Научная дискуссия: Вопросы Математики, Физики, Химии, Биологии», (Москва, 2013).

Декларация личного участия автора

Работа выполнена в лаборатории биологии, экологии и природопользования Ульяновского Государственного Университета. Все результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии в случае коллективных работ. Автор участвовал в постановке целей и задач исследований, сборе и обработке материала, подготовке публикаций по материалам диссертационного исследования.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах из списка рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Работа изложена на 113 страницах, состоит из введения, 4 главы, выводов, списка литературы (156 источников, из которых 26 на иностранных языках), шести приложений. Содержит 14 таблиц, 10 рисунков.

Благодарности

Выражаю признательность моему научному руководителю д.б.н., профессору В.М. Каменёк за помощь и поддержку.

За помощь в организации полевых исследований, в сборе и обработке материала на разных этапах работы, выражаю признательность к.б.н., доценту

А.Ю. Умнову, студентам 4 курса экологического факультета УлГУ (В .П. Свеколкину и др.)

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Экологическое состояние Куйбышевского водохранилища

Все изученные водотоки Ульяновского Предволжья относятся к бассейну реки Волга. Крупнейшая река в Европе, протянувшаяся на 3531 км - Волга -принимает в свои воды 2,3 куб. км загрязненных вод, что составляет 20% от всех загрязненных вод России (Розенберг, 1996). Качество воды в Куйбышевском водохранилище в районе г. Ульяновска отнесено к четвертому классу (загрязненная вода) (О состоянии.., 1997). В результате, в Ульяновской области 65,8% населения находится под угрозой заражения острыми кишечными инфекциями и 78,5% - вирусом гепатита А, что связано с употреблением некачественной по микробиологическим показателям водопроводной питьевой воды (Киселев и др., 1997).

Важнейшей причиной стремительного ухудшения экологического состояния водоёмов бассейна реки Волга является нарастающее антропогенное загрязнение реки и её притоков промышленными, сельскохозяйственными, коммунально-бытовыми стоками, а также нефтью и нефтепродуктами (Никишина, 1987). Недостаточная обеспеченность очистными сооружениями городов и предприятий, низкий технологический уровень очистки сточных вод, слабая производственная дисциплина и аварийное состояние многих из имеющихся очистных сооружений приводят к поступлению в Волжский бассейн огромного, трудно поддающегося реальному учёту количества загрязнений органической и неорганической породы, содержащей сотни, а подчас и тысячи токсичных для гидробионтов соединений (Сергиенко, 2003).

По данным наблюдений, отмечено значительное превышение ПДК по фенолу в Свияге, Суре, Большом Черемшане и Волге. Наблюдается увеличение содержания хлорорганических пестицидов и нефтепродуктов.

В последнее время увеличилось число аварийных ситуаций. В 1996 году был крупнейший сброс фекальных масс в р. Свиягу при аварии КНС-14 (Смирнов, Назаренко, 1997). В 1997 году произошли 4 аварийных сброса (НПК

«Лесоматюнинский», АО «Волжские моторы», Спиртзавод «Неюподовский», КНС ОАО «Витязь») и одна авария на КНС-3 МП «Ульяновскводоканал», приведшие к загрязнению поверхности вод. Аварийное загрязнение рек Канадейки и Волги (сброшено 31,1 тонн вредных веществ) произошло в 1998 году на АООТ Маслозаводе «Николаевский» и МП «Ульяновскводоканал» (О состоянии.., 1997).

Среднегодовая токсическая нагрузка на экосистемы Волги и её притоков в 5 раз превосходит среднегодовую токсическую нагрузку на водные экосистемы других регионов России. Более половины объёма годового стока не удовлетворяет нормативам по нефтепродуктам, фенолам, аммонию и нитратам, а содержание меди и цинка превышает допустимые концентрации в течении всего года (Розенберг, Краснощеков, 1996). Загрязнение воды Куйбышевского водохранилища значительно превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК): нефтепродуктами в 5 - 7, фенолом в 4 - 7, ионами меди до 5 ПДК (Ваганова, Давыдова и др., 2009).

Особую опасность для водных экосистем представляет применение пестицидов в сельском хозяйстве Поволжья: каждые 4 тонны минеральных удобрений из 10 смываются с полей в Волгу и другие реки (Ханина, 2005). Массовое и бесконтрольное использование пестицидов, минеральных удобрений, регуляторов роста, многие из которых обладают канцерогенными и мутагенными эффектами, оказывает огромное негативное влияние на водные экосистемы. Грубые нарушения правил применения, транспортировки и хранения удобрений приводят к массовому попаданию минеральных удобрений (от 30 % до 70%) в водоёмы Ульяновской области (Сергиенко, 2003).

Негативное влияние на состояние воды Куйбышевского водохранилища оказывали предприятия жилищно-коммунального хозяйства, машиностроения, приборостроительной и авиационной промышленности, сельского хозяйства.

По данным Федерального Государственного Бюджетного Учреждения

«Ульяновский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (2006), основными водопользователями и загрязнителями бассейна реки Волга являются следующие предприятия промышленности и жилищно-коммунального хозяйства:

1. МУП ВКХ «Ульяновскводоканал» забрало поверхностной воды из реки Волги в 2006 году 96,485 млн. куб. м. Сбросило 86,735 млн. куб. м сточных вод (дополнительно в Волгу предприятие сбрасывает 16,499 млн. куб. м ливневых сточных вод). Общая масса загрязняющих веществ, поступивших в составе сточных вод, составляет 48963,823 т. По объяснительным предприятия, принятая исходная сточная вода от водопользователей в отчётном году была грязнее, чем в 2005 году. Примером предприятий, сбрасывающих сточные воды в р. Волга худшие по качеству, чем в 2005 году, являются: ОАО «Волжские моторы», ОАО ПК «Витязь», ОАО «Мясокомбинат «Ульяновский», ОАО «Ульяновский патронный завод», ОАО «Контактор», ОАО «Автодетальсервис», ОАО «Комета», ФГУП ОАО НПО «Марс».

2. ОАО «Ульяновскцемент» забрало поверхностной воды из реки Волги 2,015 млн. куб. м. Объём сброса сточных вод в р. Волга составил 1,07 млн. куб. м. Общая масса загрязняющих веществ, поступивших в составе сточных вод, составляет 761,381 т.

3. ООО «Производственно-торговое агентство». За 2006 год сброшено в р. Волга 0,184 млн. куб. м сточных вод, что на уровне прошлого года. Общая масса загрязняющих веществ в сточных водах составляет 246,03 т, что на 1707,73 т, или 87,4%.

Качество воды Куйбышевского водохранилища оценивается в 2006 - 2007 гг. 3 «Б» классом - «очень загрязненная», в 2008 г. 4 «А» классом - «грязная». УКИЗВ Куйбышевского водохранилища за 2009 г. равен 4,07; 4 «А» класс -«грязная» (в 2005 г. - 3,10; в 2006 г. - 3,39; в 2007 г. - 3,43; в 2008 г. - 4,35). Начиная с 2009 года, наметилось резкое снижение значение УКИЗВ с 4,07

и

(2009 г.) до 2,96 (2011 г.), что говорит об улучшении состояния воды в Куйбышевском водохранилище. Также произошло и снижение класса качества воды на 1 единицу - с 4 «А» в 2009 году до 3 «А» в 2011 году. В 2011 вода Куйбышевского водохранилища характеризуется как «весьма загрязнённая» (Ульяновский центр.., 2006).

1.2. Экологическое состояние водотоков Ульяновского Предволжья Ульяновская область имеет разветвленную гидрографическую сеть. Главным водоразделом для рек Ульяновского Предволжья является возвышенность Сурская Шишка, создающая разветвление для рек области: Барыш и Свияга, Терешка, Кадада, Сызрань, Ус