Оценка экологического состояния устья реки Дон по стабильности развития позвоночных гидробионтов

Костылева, Любовь Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Оценка экологического состояния устья реки Дон по стабильности развития позвоночных гидробионтов
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Оценка экологического состояния устья реки Дон по стабильности развития позвоночных гидробионтов"

На правах рукописи

КОСТЫЛЕВА Любовь Александровна

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УСТЬЯ РЕКИ ДОН ПО СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ ГИДРОБИОНТОВ

03.02.08 — экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Саратов —2012

005044656

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент, Пескова Татьяна Юрьевна

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Шашуловский Владимир Анатольевич, доктор биологических наук, директор Государственного научно-исследовательского института озёрного и речного рыбного хозяйства (г. Саратов)

Кузнецов Вячеслов Александрович, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой зоологии Мордовского государственного университета

им. Н. П. Огарёва (г. Саранск)

Краснодарский филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (г. Краснодар)

Защита состоится « 30 »_марта_2012 г. в 12 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.243.13 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского» по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83. E-mail: biosovet@sgu.ru. Fax: 8(8452) 27-85-29

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке имени В. А. Артисевич государственного образовательного учреждения высшего профессионального- образования «Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского».

Автореферат разослан « »_Февраля_2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

С. А. Невский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Загрязнение окружающей среды в современных условиях становится важным эволюционным фактором, существенно изменяющим условия жизни на планете. Особенно подвержены естественным и антропогенным факторам оказываются водные экосистемы, которые являются в конечном итоге коллекторами всех видов «загрязнения». В настоящее время воды практически всех крупных и мелких водных экосистем претерпели в той или иной степени трансформацию. Качество водной среды определяется процессами, которые происходят на всём протяжении водотока — от его истоков до устья. При этом водные организмы являются наиболее чувствительными к состоянию качества водной среды, как важному фактору их существования. В бассейнах крупных рек, включая р. Дон, наиболее загрязнёнными являются их устья, так как в них стекает и накапливается наибольшее количество различных токсикантов. Это обусловливает актуальность проведения экологического мониторинга устьев рек с целью получения объективной характеристики состояния качества воды и оценки суммарного воздействия абиотических и биотических факторов на водные экосистемы и их биологические компоненты.

Одним из наиболее современных методов в биомониторинге оценки состояния живых организмов является метод морфогенетического анализа уровня стабильности их развития, который проводится по показателям флуктуирующей асимметрии (Захаров и др., 2000; Чубинишвили, 1997).

Дельта р. Дон представляет собой уникальное природное образование, имеющее важное значение для функционирования экосистемы всего бассейна реки, Таганрогского залива и Азовского моря в целом. В последние годы стремительно увеличивается антропогенная нагрузка на экосистему дельты р. Дона. (Жукова и др., 2009). Дон является одной из крупнейших рек в Европейской части России: его длина составляет 1 870 км, а площадь бассейна равна 422 000 км2. Его дельта разделяется на ряд рукавов (Кутерма, Каланча) и проток (Егурча, Переволока), в неё впадают многие притоки (Койсуг, Кагальник, Донец). Их воды кумулируют различные токсиканты, которые скапливаются именно в устье Дона, это также обусловливает актуальность и практическую необходимость биомониторинга данной части донского бассейна.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационного исследования — дать интегральную оценку качества вод Нижнего Дона по токсикологическим, гидрохимическим и биологическим показателям позвоночных гидробионтов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Определить с помощью гидрохимического анализа качество вод устья р. Дон и её притоков;

2. Оценить показатели стабильности развития фоновых видов рыб и земноводных из различных рукавов р. Дон и его притоков;

3. Выявить характеристики стабильности развития видов, наиболее пригодные для целей биоиндикации состояния водных экосистем;

4. Определить репрезентативные виды-биоиндикаторы качества вод р. Дон.

Научная новизна. Впервые проанализированы различные показатели флуктуирующей

асимметрии фоновых видов рыб, при их совместном обитании в нижнем течении р. Дон, а также земноводных. Выявлены особенности изменений таких показателей стабильности развития, как частота асимметричного проявления на особь, частота асимметричного проявления на признак, частота встречаемости фенодевиантов, характер распределения асимметричных по разному числу признаков особей и их роль в экологической оценке состояния водотоков. Предложены репрезентативные виды рыб (серебряный карась и речной окунь) и земноводных (озёрная лягушка) — биоиндикаторы качества вод дельты р. Дон. Предложены также наиболее удобные характеристики стабильности их развития; обосновано их применение в целях биомониторинга.

Теоретическая и практическая значимость результатов. Предложена система биоиндикации состояния вод дельты р. Дон по показателям флуктуирующей асимметрии фоновых видов рыб (карпообразных, окунеобразных, лососеобразных), а также фонового вида бесхвостых земноводных — озёрной лягушки. Обосновано использование показателей стабильности развития (частоты асимметричного проявления на особь, частоты асимметричного проявления на признак, частоты возникновения мелких фенодевиантов) в зависимости от задач экологического мониторинга состояния водоёмов. Основные положения диссертации используются в учебном процессе кафедр зоологии, водных ресурсов и аква-культуры ФГБОУ ВПО КубГУ, а также при проведении мониторинговых исследований лабораториями ФГБУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора».

Личный вклад соискателя. Диссертант в 2009—2011 гг. лично провела полевые исследования на Нижнем Дону. Все работы, связанные с камеральной обработкой полевого материала, интерпретацией полученных данных, а также с написанием текста диссертации, осуществлены автором по плану, согласованному с научным руководителем. Доля личного участия автора в сборе материала, написании и подготовке публикаций составляет 40— 100%.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены и обсуждались на конференциях различных уровней, в том числе на: XXII, XXIII, XXIV Межреспубликанских научно-практических конференциях «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» (г. Краснодар, 2009—2011 гг.); Международной научно-практической интернет-конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований — 2009» (г. Одесса, 2009 г.); V Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды (г. Ростов-на-Дону, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Региональные особенности функционирования и взаимодействия предприятий рекреационной отрасли и промышленного сектора» (г. Туапсе, 2010 г.); Всероссийской научной конференции с международным участием «Проблемы изучения и сохранения позвоночных животных антропогенных водоёмов» (г. Саранск, 2010 г.); VI Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды (г. Азов, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных Перечнем ВАК РФ.

Объём и структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 129 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 11 рисунками, 23 таблицами. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка использованной литературы, в котором приведено 140 источников, в том числе 14 на иностранных языках.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Для оценки качества воды Нижнего Дона наиболее эффективно использовать из рыб — серебряного карася и речного окуня, а из земноводных — озёрную лягушку.

2. Наиболее показательными характеристиками стабильности развития видов рыб и земноводных являются; частоты асимметричного проявления на особь, встречаемости мелких фенодевиантов и особей с разным числом асимметричных признаков.

3. Разновозрастные особи рыб одного вида дают возможность одномоментно оценить динамику состояния экосистемы р. Дон за ряд лет.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОЭКОСИСТЕМ (обзор литературы)

Глава посвящена анализу литературы по различным методам оценки прижизненного состояния организма, изменяющегося под влиянием стрессовых факторов, в первую очередь, антропогенного. Проведён анализ работ по использованию показателей флуктуирующей асимметрии водных видов позвоночных для оценки стабильности их развития и экологического состояния водоёма, в котором они обитают. Выявлены преимущества такого подхода по сравнению с другими методами биоиндикации. Проанализирована возможность использования различных показателей стабильности развития гидробионтов в целях биоиндикации состояния водоёмов и водотоков.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Характеристика мест исследования. Сбор материала для экологического мониторинга состояния экосистемы устья р. Дон проводили в 2009—2011 гг. в 10 точках, расположенных в судоходных и несудоходных рукавах реки и её притоках. Обследования реки производили на судах типа КС-100 «Надежда» и «Ипомея», а проток, малых рек и гирл — на моторных лодках «Прогресс» и с мостов. При определении точек отбора проб использовали карт-плоттер (эхолот-навигатор) «CARMIN 420-S». обеспечивающий точность определения расстояний до 1 м. Места сбора материала показаны на рис. 1.

1 — р. Дон в районе г. Ростов-на-Дону (Аксайский мост); 2 — р. Дон в районе г. Азов; 3 — р. Дон в районе хут. Шмат; 4 — гирло Большая Кутерьма в районе хут. Рогожкино; 5 — Кабачный ерик; 6 — Церковный ерик; 7 — р. Узяк; 8 — р. Азовка; 9 — р. Малый Койсуг;

10 — р. Кагальник

Рис. 1. Места сбора материала в устье р. Дон 5

Точки отбора проб были объединены в 3 группы: 1—3 расположены в судоходных рукавах Нижнего Дона, 4—6 — в несудоходных рукавах Нижнего Дона, 7—10 находятся на малых реках — притоках Нижнего Дона.

Материал исследований. Материалом для биоиндикационных исследований послужили взрослые особи фоновых видов рыб Нижнего Дона, а также взрослые особи озёрной лягушки. Объём исследованного материала и виды (подвиды) представлены в табл. 1. Отлов проводили ставными сетями с размером ячеи от 18 до 70 мм. Определение рыб проводили по Е. Д. Васильевой (2004). Латинские названия рыб приведены по С. К. Троицкому, Е. П. Цуниковой (1988). Всего проанализировано 2 572 экз. рыб и 140 экз. озёрной лягушки.

Таблица I

Объём исследованного биологического материала

Объект Судоходные рукава Несудоходные рукава Притоки

Серебряный карась — Carassius аи-ratus gibelio (Bloch) 252 188 282

Лещ — Abramis brama (L.) 194 54 —

Густера — Blicca bjoerkna (L.) 103 — —

Белый толстолобик — Hypophthal-michlhys molitrix (Valenciennes) 50 — —

Шемая — Chalcalburnus chalcoides schischkovi Drensky — 33 —

Тарань — Rutilus rutilus heckeli (Nordmann) — 118 169

Речной окунь — Perca fluviatilis L. 282 120 162

Судак — Stizostedion lucioperca (L.) 127 70 —

Щука — Esox lucius L. 123 71 26

Пиленгас — Mugil soiuy Basilevvsky 70 78 —

Озёрная лягушка — Rana ridibunda (Pall). — 60 80

Примечание: «—» — вид не был пойман в данном водотоке

Методы индикации состояния водоёмов. Для биоиндикационной оценки состояния исследуемых водотоков был проведён анализ уровня стабильности развития указанных выше видов рыб и озёрных лягушек, обитающих в основных рукавах р. Дон и его притоках. Для оценки стабильности развития рыб использовали 4—7-ми летних особей, возраст которых определяли по годовым кольцам на чешуе. Возраст озёрных лягушек устанавливали по срезам фаланг пальцев (Смирила, 1989; Замалетдинов, 2003).

Был проведён анализ следующих меристических признаков рыб и земноводных. У рыб изучали асимметрию остеологических признаков — числа лучей в грудных и брюшных плавниках, межжаберной перегородке, а также число чешуй в боковой линии, число сенсорных пор на жаберной крышке и нижней челюсти (Методические рекомендации 2003). У земноводных рассматривали признаки окраски тела — число полос и пятен на дорсальной стороне бедра, голени, стопы, а также число пятен на спине и плантарной сто-

роне второго пальца задней конечности (Захаров и др., 2000).

Оценку отклонения стабильности развития рыб и земноводных от условно нормального состояния проводили по соответствующим шкалам (Захаров и др., 2000; Методические рекомендации ... , 2003; Пескова, Жукова, 2007).

Оценку флуктуирующей асимметрии озёрной лягушки и рыб проводили по интегральным показателям: частоте асимметричного проявления на особь (ЧАЛО), которое рассчитывается как отношение числа особей, имеющих асимметричный признак, к общему числу особей и частоте асимметричного проявления на признак (ЧАПП), рассчитываемое по отношению числа признаков, проявляющих асимметрию, к общему числу учтённых признаков. Кроме того, были определены показатели частоты возникновения у особей мелких фенодевиантов, количество особей, асимметричных по разному числу признаков, характер распределения асимметрии среди особей в выборке.

В 2009—2011 гг. был проведён эколого-токсикологический анализ воды на основные гидрохимические показатели, а также было определено содержание основных групп токсикантов. Отборы проб воды проводили с помощью батометра. Пробы воды, объёмом 8 л, отбирали на гидрохимический и эколого-токсикологический анализ согласно методике М 01-39-2000 (2007) в водах прибрежной зоны и в центре водотока. Анализ пробы осуществляли в течение 24 ч с момента её отбора.

БПК5 и ХПК определяли титриметрическим методом (ПНД Ф 14.1:2:3:4., 2004; ПНДФ 14.1:2:4., 2005). ПДК для ВПК составляет 3мг/л, ПДК для ХПК— 30мг/л (ГОСТ 2761-84). рН воды определяли потенциометрическим методом (ПНД Ф 14.1:2:3:4., 1997).

Уровень минерализации природных пресных вод, обусловленный содержанием сульфат-ионов (SO4 "), карбонат-ионов (СО}'), гидрокарбонат-ионов (#СОэ~) и хлорид-ионов (СГ) определяли титриметрическим методом (РД 52.24.493, 2006; ГОСТ 4011-64, 1992) и методом ионной хроматографии (ПНД Ф 14.1:2:4., 1998). Содержание общего Fe в воде определяли фотоколориметрическим методом (ГОСТ 011 -72, 2003). Анализ воды на углеводороды нефти проводили методом хромато-масс-спектрометрии с использованием инфракрасного фурье-спектрометра «ИнфраЛЮМ ФТ-02» (М 01-39-2000, 2007). Определение фенолов проводили фотоколориметрическим методом (РД 52.24.480, 2006).

Математическую обработку полученных данных проводили стандартными статистическими методами (Плохинский, 1979; Лакин, 1980) с помощью пакета программ Statistica for Windows 6.0 фирмы StatSoft Inc. Достоверность результатов определяли с помощью критерия Стьюдента для 5 % уровня значимости (Лакин, 1980).

Глава 3. ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ НИЖНЕГО ДОНА ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫБ

Оценка качества вод Нижнего Дона по частоте асимметричного проявления на особь (ЧАПО) фоновых видов рыб. Способность организма функционировать без отклонений от нормы, т. е. стабильность развития, является достаточно чувствительным показателем состояния природных популяций. В нормальных условиях организм реагирует на воздействия среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатиче-ских механизмов. Под воздействием неблагоприятных условий эти механизмы могут быть повреждены, что приводит к нарушению развития, что хорошо выявляется при оценке стабильности развития по уровню флуктуирующей асимметрии (Захаров, 1981, 1987; Захаров, Стрельцов, 2003).

Мы оценивали состояние основных групп водотоков Нижнего Дона по комплексу показателей флуктуирующей асимметрии. Ненаправленность асимметрии для всех признаков исследованных видов рыб и земноводных была установлена при попарном сравнении средних величин указанных признаков на двух сторонах тела (Плохинский, 1970).

Выявляемые фенотипические различия носят ненаследственный характер и являются отражением определённого уровня нарушений развития, возникая в первом поколении, развитие которых протекало при неоптимальных условиях, и, исчезая при восстановлении оптимальных, они оказываются обратимыми. Это позволяет, наблюдая за одной популяцией длительное время, следить за динамикой стабильности развития при нарастании или снижении степени антропогенного воздействия (Захаров, 1987). В то же время показатели ЧАПО, определённые отдельно для разновозрастных рыб одного и того же вида, дают возможность оценить динамику экологического состояния водотоков за несколько лет. В табл. 2 приведены сведения об одной из характеристик флуктуирующей асимметрии у рыб разных видов и возрастов, пойманных в основных рукавах р. Дон.

Таблица 2

Частота асимметричного проявления на особь (ЧАПО / балл) некоторых фоновых видов _ рыб, обитающих в различных рукавах р. Дон_

Вид рыбы Возраст Судоходные Несудоходные

рукава рукава

Щука 4+ 0,30 ± 0,062 / 2 —

5+ 0,34 ± 0,069 / 2 0,33 ±0,120/2

6+ 0,34 ± 0,058 / 2 0,39 ±0,116/3

Окунь 4+ 0,55 ± 0,030 / 5 —

5+ 0,51 ±0,054/5 0,70 ± 0,074 /5

6+ 0,48 ± 0,075 / 5 0,40 ± 0,088 / 4

7+ 0,35 ± 0,035 / 3 0,36 ±0,095/3

Судак 4+ 0,52 ±0,100/5 -

5+ 0,50 ± 0,079 / 5 0,49 ± 0,055 / 5

6+ 0,55 ±0,070/5 0,50 ± 0,064 /5

7+ — 0,50 ± 0,098 / 5

Лещ 4+ 0,49 ± 0,078 /5 0,50 ±0,080/5

5+ 0,51 ±0,048/5 0,54 ±0,078/5

6+ 0,50 ± 0,052 / 5 —

Карась 4+ 0,63 ± 0,087 / 5 —

5+ 0,68 ± 0,050 / 5 0,58 ± 0,024 / 5

6+ 0,67 ± 0,045 / 5 0,43 ± 0,062 / 4

7+ - 0,50 ±0,108/5

Пиленгас 5+ 0,40 ± 0,061 / 4 —

6+ 0,46 ± 0,036 / 5 0,38 ±0,070/3

7+ 0,42 ±0,042/4 0,53 ±0,060/5

8+ — 0,58 ± 0,035 / 5

Примечание: «— -» — особи данного возраста не были пойманы

Судя по величинам ЧАПО рыб, качество вод основных рукавов р. Дон оценивается в большинстве случаев 5-м баллом по балльной шкале. При этом обращают на себя внимание очень высокие показатели флуктуирующей асимметрии серебряных карасей из судоходного Дона, которые хоть и оцениваются 5-м баллом, но достоверно выше, чем 5-балльные показатели других видов карповых рыб (например, при сравнении с одновоз-растными особями леща 1факт = 2,45 при = 2,00). Исключение составляют щуки всех исследованных возрастов, которые во всех водотоках в течение нескольких лет стабильно характеризуются 2-м или 3-м баллами, демонстрируя высокий уровень стабильности онтогенеза.

У особей некоторых видов (речной окунь, пиленгас, серебряный карась) во всех типах водотоков в отдельные годы встречаются значительно более низкие показатели флуктуирующей асимметрии. Например, у окуня генерации 2004 г., выловленного в судоходном Дону, обнаружена почти в 2 раза меньшая величина ЧАПО по сравнению с окунями 2007 г. рождения. В несудоходном рукаве р. Дон в 1,5 раза меньше величина ЧАПО у особей пиленгаса 2005 г. рождения по сравнению с рыбами этого вида 2003 г. рождения. В р. Малый Койсуг показатели флуктуирующей асимметрии окуней 2006 г. рождения оцениваются 2-ым баллом, а 2007 г. — 5-ым баллом. В р. Кагальник трёхлетние серебряные караси имели самый низкий уровень отклонений от стабильности развития по сравнению с карасями других возрастов. Окуни и караси не совершают длительных миграций, следовательно, экологические условия в отдельные годы меняются, и с помощью показателей ЧАПО этих рыб можно зафиксировать эти изменения.

Сравнение величин флуктуирующей асимметрии одновозрастных рыб разных видов показало следующее (рис. 2).

ЕЭ шемая

□ пещ

0 тарань ЕЗ щука

□ окунь Ш судак Ш карась

И пиленгас

Рис. 2. Показатель частоты асимметричного проявления на особь у рыб, пойманных в судоходных (А) и несудоходных (Б) рукавах р. Дон

Рыбы в возрасте 4-х лет показывают разнообразную степень нарушений развития, у леща, судака, карася, тарани и окуня они оцениваются 5-м баллом, у шемаи — 3-им, у щуки— 2-ым. Рыбы в возрасте 5 лет, пойманные в обоих рукавах, в большинстве показывают высокий уровень отклонений от стабильного развития, который оценивается 4—5-м баллами (исключение составляют щуки). Сравнение 6-летних рыб разных видов, пойманных в судоходной части р. Дон, показывает, что почти все особи этого возраста имеют высокий уровень отклонений от стабильного развития, исключение составляет и в этом случае щука. Одновозрастные 6-летние рыбы, пойманные в несудоходной части р. Дон, дают больший разброс: судак характеризуется 5-м баллом, окунь и карась — 4-м баллом, щука и пиленгас — 3-м баллом. Сравнение 7-летних рыб разных видов, пойманных в судоходных и несудоходных рукавах Дона, показывает стабильно высокий уровень загрязнения воды, оцениваемый 4—5-м баллами, за исключением окуней. Одновозрастные караси, тарани и окуни, пойманные в притоках р. Дон, в большинстве случаев обладают одинаковым уровнем отклонений от стабильного развития. Этот уровень оценивается 4-м или 5-м баллами по балльной шкале.

Таким образом, изученные виды рыб можно разделить на 2 группы по уровню отклонений в стабильности их индивидуального развития: в первую группу входят большинство из исследованных нами видов рыб (карповые, окунь, судак, пиленгас), величина флуктуирующей асимметрии которых достаточно высока, а во вторую группу мы относим щуку, характеризующаяся постоянным, достоверно более низким уровнем отклонений. Ю. Н. Батурина (2009) относит ко второй группе также ельца и ротана.

Судя по литературным данным (О состоянии ..., 2006, 2007, 2008), содержание отдельных токсикантов (нефтепродуктов, полихлорированных бифенилов, тяжёлых металлов) в воде рукавов и притоков р. Дон в 2005—2007 гг. изменялось как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, однако общий уровень загрязнённости, оцениваемый по показателям БПК$ и ХПК, оставался одинаковым. Следовательно, качество вод р. Дон принципиально также не менялось. Это же подтверждают и результаты биологического мониторинга по показателям флуктуирующей асимметрии рыб.

По нашим данным, разновозрастные особи судака, леща и тарани показывают, в основном, одинаковый уровень отклонений от стабильности развития, в то же время показатели флуктуирующей асимметрии окуня и серебряного карася разных лет могут различаться. При этом показатели карасей и окуней варьируют в достаточно широких пределах, в зависимости от конкретного состояния водотока в данный год. Серебряный карась и речной окунь, на наш взгляд, являются наиболее удобными объектами для биоиндикационных исследований, так как они обладают достаточно высокой чувствительностью к изменениям качества среды.

Ещё одним показателем флуктуирующей асимметрии является частота асимметричного проявления на признак. В отличие от ЧАПО, который характеризует общее состояние рыбы (и водоёма), с помощью показателя ЧАПП можно оценить вклад того или иного конкретного признака в развитие асимметрии особи. В табл. 3 и 4 приведены показатели флуктуирующей асимметрии рыб, выловленных в основных рукавах р. Дон.

Сравнение показателей ЧАПО и ЧАПП различных видов рыб показало, что большинство видов по обоим показателям оцениваются одинаковыми баллами, кроме щуки, которая по показателям ЧАПО оценивается на балл ниже.

У серебряного карася из р. Дон максимальные величины флуктуирующей асимметрии отмечены по 4-ём признакам: числу лучей в грудных плавниках; числу чешуй, пробо-дённых отверстиями боковой линии; числу сенсорных пор на жаберной крышке и на нижней челюсти. В обоих типах рукавов р. Дон ЧАПП по этим признакам составляет 0,75— 1,00.

Данные табл. 3 и 4 свидетельствуют, что максимальные значения показателя флуктуирующей асимметрии 4, 5 и 6-го признаков, отмеченные нами для серебряного карася, имеют место и для остальных 4-х видов рыб отряда карпообразные (леща, густеры, шемаи

и толстолобика). Судя по критерию Стьюдента, величины ЧАПП для всех видов карпообразных рыб из обоих типов рукавов Нижнего Дона достоверно не различаются. Отсутствуют также межпопуляционные различия в величине флуктуирующей асимметрии карася и леща, пойманных в различных рукавах р. Дон.

Таблица 3

Частота асимметричного проявления на признак рыб, отловленных _в судоходных рукавах р. Дон__

Вид рыбы Признак ЧАПП / балл

1 2 3 4 5 6

Отряд карпообразные

Карась 0,91 0,20 0,09 1,00 0,91 1,00 0,69 ±0,188/5

Лещ 0,40 0,00 0,08 0,80 1,00 0,80 0,51 ±0,186/5

Густера 0,45 0,00 0,00 0,91 0,91 0,54 0,47 ±0,183/5

Толстолобик 0,13 0,00 0,00 1,00 1,00 1,00 0,52 ± 0,235/ 5

Отряд окунеобразные

Судак 0,25 0,13 0,25 0,75 1,00 0,87 0,54 ±0,171/5

Окунь 0,09 0,09 0,18 0,82 0,91 0,82 0,48 ±0,180/5

Отряд лососеобразные

Щука 0,10 0,10 0,10 1,00 0,40 0,40 0,35 ±0,158/3

Отряд кефалеобразные

Пиленгас 0,08 0,08 0,08 0,83 0,58 0,92 0,43 ±0,175/4

Примечание: здесь и в табл. 4 и 5 приняты следующие обозначения признаков: 1 — число

лучей в грудных плавниках; 2 — число лучей в брюшных плавниках; 3 - — число лучей в

межжаберной перегородке; 4 — число чешуй в боковой линии; 5 — число сенсорных пор

на жаберной крышке; 6 — число сенсорных пор на нижней челюсти

Виды окунеобразных рыб (судак и окунь) также проявляют сходную тенденцию, то есть максимальные величины ЧАПП характеризуют 4, 5 и 6-ой признаки. По нашим данным, ЧАПП речного окуня в судоходных и несудоходных рукавах р. Дон, выражается близкими значениями, которые соответствует 5-му баллу.

Таблица 4

Частота асимметричного проявления на признак рыб,

отловленных в несудоходных рукавах р. Дон__

Вид (под- Признак ЧАПП / балл

вид) рыбы 1 2 3 4 5 6

Отряд карпообразные

Карась 0,87 0,06 0,04 0,77 0,80 0,79 0,51+0,197 / 5

Лещ 0,40 0,08 0,08 0,92 1,00 0,85 0,54±0,185 / 5

Тарань 0,75 0,00 0,00 0,87 0,93 1,00 0,57±0,201 /5

Шемая 0,00 0,18 0,00 0,73 1,00 0,73 0,43±0,194 / 4

Отряд окунеобразные

Судак 0,20 0,26 0,00 0,66 0,93 1,00 0,51±0,185 / 5

Окунь 0,30 0,06 0,05 0,93 0,73 0,84 0,53±0,183 / 5

Отряд лососеобразные

Щука 0,25 0,50 0,25 0,75 0,25 0,50 0,41±0,106/4

Отряд кефалеобразные

Пиленгас 0,45 0,18 0,09 0,73 0,73 0,91 0,51±0,145 / 5

Для щуки высокий уровень асимметрии характерен только для одного признака — числа чешуй, несущих отверстия боковой линии, а для пиленгаса ещё и для числа сейсмо-сенсорных отверстий в нижней челюсти. Отмечен также крайне низкий уровень асимметрии у обоих указанных видов по количеству лучей в парных плавниках и межжаберной перегородке.

Анализ ЧАПП мы провели также для 3-х видов рыб, пойманных в притоках р. Дон (табл. 5).

Таблица 5

Частота асимметричного проявления на признак серебряного карася __из малых рек — притоков р. Дон__

Притоки р. Дон Признак ЧАПП/балл

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6

Серебряный карась

Кагальник 0,63 0,06 0,06 0,94 0,81 0,63 0,52 + 0,153/5

Узяк 0,83 0,00 0,00 0,83 1,00 0,75 0,55 ±0,195/5

Малый Койсуг 1,00 0,00 0,10 1,00 0,90 0,70 0,62 ± 0,203 /5

Азовка 0,80 0,10 0,10 0,60 0,80 0,40 0,4710,128/5

Тарань

Кагальник 1,00 0,00 0,00 1,00 0,90 0,90 0,63 ±0,220/5

Узяк 1,00 0,00 0,00 0,90 0,50 0,80 0,53 ±0,199/5

Малый Койсуг 1,00 0,00 0,00 0,60 0,60 1,00 0,53 ±0,201/5

Азовка 1,00 0,00 0,00 0,66 0,66 0,66 0,48 + 0,180/5

Окунь

Кагальник 0,10 0,00 0,10 0,75 0,50 1,00 0,40 + 0,179/4

Узяк 0,40 0,00 0,10 0,90 0,90 1,00 0,55 ±0,197/5

Малый Койсуг 0,10 0,00 0,20 1,00 0,70 0,70 0,45 ±0,180/5

Азовка 0,25 0,00 0,00 1,00 0,50 0,50 0,37 ±0,171/3

Из рыб, пойманных в притоках р. Дон, наибольшая асимметрия отмечена у карповых рыб (серебряного карася и тарани) по 1, 4, 5 и 6-му признакам. Окуни, пойманные в рукавах р. Дон и его притоках, также проявляют одинаковую тенденцию, т. е. для них высокий уровень асимметрии характерен для 4, 5 и 6-го признаков. Однако общая величина ЧАПП окуня в разных водоёмах отличается. Так, в р. Азовка и Кагальник показатели окуня оцениваются 3-м и 4-м баллом, тогда как в других малых реках, а также в водах р. Дон — только 5-м баллом.

Балльная оценка, проведённая по показателю флуктуирующей асимметрии, оказалась сходной у рыб, принадлежащих к одному отряду (карпообразных), но отличалась у окуня (отряд окунеобразные). Так как развитие изученных рыб происходило в одних и тех же водоёмах, под действием одного и того же комплекса условий, а величины ЧАПП этих рыб различны, то, видимо, следует признать, что балльная шкала, основанная на показателях карповых рыб, может не соответствовать рыбам из других отрядов.

Анализ характера варьирования флуктуирующей асимметрии по отдельным признакам у рыб разных видов, пойманных в рукавах и притоках р. Дон, показал, что во всех исследованных водотоках не было отловлено рыб с полной симметрией или асимметрией. Большинство (75—80 %) серебряных карасей из Нижнего Дона были асимметричны по 3 или 4-ём признакам. При этом во всех водотоках не было обнаружено карасей, асимметричных по одному признаку. У леща и белого толстолобика из обоих типов рукавов р. Дон подавляющее большинство (92,3—100 %) особей асимметрично по 3 или 4-ём признакам. У других карповых рыб (густеры и шемаи) большинство рыб (81,8 %) асимметрично по 2 или 3-ём признакам.

У окунеобразных рыб не менее 45 % особей асимметричны по 3-ём признакам. Особи с асимметрией 1, 2, 4-х или 5-ти признаков встречаются значительно реже. Пойманные щуки отличались низким разнообразием асимметрии: 80—85,7 % особей было асимметрично по 2-м, единичные особи— по 1-му или 3-м признакам. Наибольшая вариабельность в распределении рыб по степени флуктуирующей асимметрии отдельных признаков характерна для пиленгаса.

Попарное сравнение характера распределения рыб одного вида, асимметричных по разному числу признаков, пойманных в судоходных и несудоходных рукавах р. Дон, показало, что для всех видов рыб, кроме судака, имеются достоверные различия.

Большинство особей серебряных карасей из притоков р. Дона были асимметричными по 3 или 4-ём признакам. В отличие от рыб из Дона, в малых реках не было обнаружено особей асимметричных по 5-ти признакам. У тараней в отдельных популяциях отмечено небольшое количество особей с асимметрией по одному признаку. В р. Малый Койсуг у тараней уменьшается количество вариантов асимметрии до 2-х — по 3 и 4-ём признакам, хотя караси в этих реках были асимметричны по 2, 3 и 4-ём признакам. Таким образом, характер варьирования флуктуирующей асимметрии может различаться у разных видов рыб, даже принадлежащих к одному отряду.

Среди окуней, пойманных в малых реках, нет особей с асимметрией по одному признаку, тогда как в р. Дон их было отмечено 7,2—9,1 %. Количество вариантов асимметрии у окуня в р. Азовка сокращается до двух: рыбы асимметричны по двум и трём признакам. Около половины (45—50 %) окуней из р. Дон были асимметричны по трём признакам, тогда как в притоках Дона 37,5—66,6 % рыб асимметричны по двум признакам.

Сравнение распределения асимметрии карасей и окуней из судоходных и несудоходных рукавов показало, что в большинстве случаев различия в распределении особей с различным числом асимметричных признаков достоверны. Исключение составляют караси из несудоходных рукавов р. Дон и его притоков.

Максимальное разнообразие вариантов асимметрии (в разных водотоках отмечены особи с асимметрией по 2, 3 и 4-ём признакам) характерно для окуня и тарани. Для большинства карповых рыб (леща, серебряного карася, белого толстолобика), отмечены два варианта асимметрия (по 2 и 3-ём или 3 и 4-ём признакам). Тоже два варианта асимметрии характерны для пиленгаса, но его особи асимметричны по четырём и пяти признакам. Шемая и густера во всех исследованных водотоках асимметрична только по трём признакам, а щука — по двум. Мы предполагаем, что уменьшение количества асимметричных признаков у щуки, леща, белого толстолобика свидетельствует о большей стабильности развития особей этих видов.

У речного окуня и серебряного карася был определён ещё один показатель стабильности развития — количество особей с мелкими фенодевиантсаш. Нарушения развития, т. е. фенодевианты, представляющие собой изменения морфологии, обычно встречаются в природных популяциях с частотой не выше нескольких процентов, а повышение частоты встречаемости этих отклонений свидетельствует о неоптимальных условиях существования данной популяции (Захаров, 1981, 1987).

Суммарное количество мелких фенодевиантов у речного окуня из различных биотопов варьирует в достаточно больших пределах (0,65—0,88), а у серебряного карася значительно меньше (0,20—0,51), чем у речного окуня из одних и тех же водоёмов. Достоверные различия по количеству фенодевиантов отмечены для окуней и карасей, пойманных в гирле Большая Кутерьма в районе хут. Рогожкино (¡факт = 4,03 при 1ст = 2,00); для рыб из других мест обитания сохраняется та же тенденция, но различия лежат в пределах статистической ошибки.

Таким образом, полученные нами данные по основным показателям стабильности развития рыб свидетельствуют о возможности использования данных характеристик для интегральной оценки состояния рек. Мы констатируем существование значительных видовых различий в проявлении этих признаков, заключающихся в следующем: а) у карповых

рыб наиболее асимметричны признаки 1, 4, 5 и 6-ой, у окунёвых— 4, 5 и 6-ой, у щуко-вых — 4 и 6-ой; б) количество фенодевиантов у карповых рыб меньше, чем у окунеобразных; в) щуковые проявляют большую стабильность развития, чем карповые и окунёвые при совместном обитании в одних и тех же водотоках; г) окунёвые и карповые из одного и того же водотока характеризуются различным распределением асимметрии — количеством особей, асимметричных по разному числу признаков.

Глава 4. ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ НИЖНЕГО ДОНА ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ОЗЁРНОЙ ЛЯГУШКИ

Бесхвостые земноводные широко используются для оценки экологического состояния различных экосистем. Параллельно с рыбами была проведена оценка состояния несудоходных рукавов р. Дон и его притоков по тем же показателям флуктуирующей асимметрии озёрной лягушки. В судоходной части р. Дон она не встречается или крайне редка. В табл. 6 приведены сведения о частоте асимметричного проявления на особь озёрных лягушек, пойманных в исследованных водотоках в нижнем течении р. Дон.

Таблица 6

Величина частоты асимметричного проявления на особь озёрной лягушки

из различных водотоков дельты р. Дон

Водоём Размеры, см ЧАПО Балл*

р. Кагальник 8,1 -9,3 0,60 + 0,023 4/3

р. Азовка 8,9- -9,9 0,65 + 0,034 5/4

р. Узяк 8,4 -9,0 0,65 ± 0,027 5/4

р. Малый Койсуг 8,4- -9,9 0,65 ± 0,020 5/4

Церковный ерик 8,4- -9,6 0,60 + 0,031 4/3

Кабачный ерик 8,3 - -9,5 0,52 + 0,011 2/3

Примечание: «*» числитель — балл по В. М. Захарову и др., 2000, знаменатель — балл по Т. Ю. Песковой, Т. И. Жуковой, 2007

В большинстве исследованных притоков р. Дона (р. Азовка, Узяк, Малый Койсуг) нарушение стабильности развития озёрной лягушки, оценённое по величине флуктуирующей асимметрии, составляет 4—5 баллов. Только в р. Кагальник величина ЧАПО лягушки соответствует 4-му баллу по шкале В. М. Захарова и др.(2000) и 3-ему по шкале для южной части ареала вида (Пескова, Жукова, 2007), хотя статистически достоверных различий абсолютных значений ЧАПО у них из разных рек не установлено.

Нарушения стабильности развития озёрных лягушек, обитающих в Церковном и Ка-бачном ериках, оцениваются более низким баллом, чем в притоках р. Дона. В Кабачном ерике величина ЧАПО озёрной лягушки статистически достоверно меньше, чем во всех остальных водотоках (1факт = 2,43—3,63, при Ът = 2,04).

Результаты сравнения величины флуктуирующей асимметрии одновозрастных рыб и озёрных лягушек, обитающих в одном и том же водотоке, показаны в табл. 7.

Из табл. 7 видно, что балльная оценка одного и того же водотока, проведённая по показателям рыб и земноводных, различается. В большинстве случаев у рыб нарушения оцениваются более высокими баллами, чем у озёрных лягушек. Возможно, это связано с тем, что данные виды локализуются в водоёме в различных его частях. Так, личинки карася ведут придонный образ жизни, личинки окуня обитают в толще воды, а головастики лягушки держатся у поверхности воды. Однако уровень стабильности по абсолютным величинам ЧАПО у разных видов достоверно не различается, за исключением животных из р. Кагальник, где абсолютное значение величины ЧАПО серебряного карася достоверно ниже, чем озёрной лягушки (1фап. = 2,34 при I ст — 2,04), хотя балльная их оценка оказывает-

ся одинаковой. Очевидно, в одном и том же водоёме условия существования для одних видов являются оптимальными, а для других — неоптимальными. В настоящее время условия экологической периферии имеют место повсеместно за счёт антропогенного воздействия, они могут возникать в разных географических частях ареала и в силу естественных причин (Захаров, 2001). В результате стабильность развития видов, существующих в неоптимальных условиях экологической периферии, оказывается ниже, чем у видов, для которых данные условия оптимальны. Исходя из этого, условия в изученных реках и ериках более оптимальны для озёрных лягушек, чем для рыб.

Таблица 7

Характеристика флуктуирующей асимметрии четырёхлетних рыб и земноводных (ЧАПО / балл) из некоторых притоков и ериков _по показателям флуктуирующей асимметрии_

Водоём Вид-индикатор

Карповые рыбы Окунёвые рыбы Озёрная лягушка

р. Кагальник 0,37 + 0,095/3 0,50 ±0,120/5 0,60 ±0,025/3

р. Азовка 0,50 + 0,115/5 0,44 ± 0,067 / 4 0,66 ± 0,038 / 4

р. Узяк — 0,65 ±0,102/5 0,66 ± 0,029 / 4

р. Малый Койсуг 0.50 ±0,115/5 0,50±0,114/5 0,68 ±0,021 /4

Церковный ерик 0,58 + 0,134/5 — 0,60 + 0,032/3

Кабачный ерик 0,63 ± 0,066 / 5 — 0,58 ±0,041 /3

Примечание: «—» — особи данного возраста не были пойманы

В то же время для лягушек из всех исследованных водотоков отмечено меньшее число вариантов асимметрии, чем у рыб из тех же мест обитания. Например, в р. Кагальник у карася и окуня было найдено 3 варьирующих признака, у тарани 4 (из рассмотренных 6), а у озёрной лягушки 3 из 10. В р. Малый Койсуг у карася и окуня варьировало 3 признака, у тарани — 2 (из 6), у озёрной лягушки тоже 2, но из 10. На наш взгляд, это свидетельствует о большей стабильности развития озёрных лягушек, чем исследованных видов рыб. Это служит ещё одним подтверждением большей оптимальности условий существования в данных притоках р. Дона и ериках для лягушки, чем для окуня и серебряного карася.

Суммарное количество фенодевиантов у озёрных лягушек в малых реках составляет 0,58—0,66, а в ериках — 0,55—0,57. Различия значений суммарного количества фенодевиантов в нашем исследовании и по литературным данным находятся в пределах статистической ошибки. Число мелких фенодевиантов у озёрной лягушки не отличается от такового у окуня из тех же водотоков, а у карповых рыб (серебряный карась, лещ) этот показатель существенно ниже.

Полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее надёжная оценка стабильности развития может быть достигнута путём анализа разнообразных признаков. В условиях комплексного действия разных форм загрязнения в Нижнем Дону, мы также отмечаем сходную картину нарушения гомеостаза развития 10 видов рыб и 1 вида земноводных (озёрная лягушка).

Глава 5. ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГНЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НИЖНЕГО ДОНА

Параллельно с изучением стабильности развития рыб и земноводных для выяснения причин отклонения из развития регулярно проводился эколого-токсикологический анализ вод устья р. Дон в 10 точках (см. рис. 1), расположенных в его судоходных и несудоходных рукавах и притоках. Не было обнаружено достоверных различий между показателями из разных точек внутри каждой из трёх групп водотоков во все сезоны и годы исследова-

ния. В судоходных рукавах по всем рассмотренным показателям превышение ПДК составляет не более 3 раз. максимальное превышение ПДК отмечено для меди и сульфатов. В несудоходных рукавах р. Дон зафиксировано более высокое превышение ПДК — до 5 раз по содержанию в воде фенолов, сульфатов и общей минерализации. В исследованных малых реках максимальное превышение ПДК отмечено для сульфатов (в 6 раз). Остальные показатели не превышают ПДК более чем в 2—3,5 раза.

На рис. 3 показаны максимальные величины превышения ПДК в различных рукавах и притоках р. Дон. Достоверных различий таких суммарных показателей загрязнённости вод, как БПК5 и ХПК в различных группах водотоков Нижнего Дона также нами не обнаружено. Это свидетельствует о постоянстве количества органики, как легко окисляемой, так и трудно окисляемой. Также отсутствуют достоверные различия в содержании нефтепродуктов.

а г

Рис. 3. Максимальные превышения ПДК по основным эколого-токсикологическим показателям качества воды р. Дон

Содержание фенолов в судоходных рукавах р. Дон достоверно ниже во все сезоны, чем в несудоходных рукавах и притоках Дона. Уровень минерализации воды во все сезоны, наоборот, достоверно ниже в несудоходных рукавах р. Дон и его притоках. По нашему мнению, это связано с различными глубинами данных водотоков, а, следовательно, с температурой воды и уровнем испарения воды. При меньших глубинах вода прогревается сильнее, что увеличивает её испарение с поверхности, соответственно уровень минерализации воды закономерно повышается. Из неорганических поллютантов, определённых нами, различается только количество сульфатов, которое достоверно меньше в водах судоходной части Дона.

Сравнение современной ситуации в указанных типах водотоков с той, которая отмечалась в 2005—2007 гг., показало наличие динамики некоторых характеристик. Данные годы выбраны в связи с тем, что большинство рыб, использованных в морфологическом анализе были 4—6-ти летнего возраста, т. е. их развитие, а значит и формирование отклонений от стабильного развития, проходило в указанные годы. Так. в 2005 г. средний уровень загрязнения воды в Нижнем Дону был одним из самых низких (О состоянии... , 2006). Было отмечено только превышение ПДК по нефти (в судоходных рукавах р. Дон) и

меди (во всех типах водотоков). В 2006 г. (О состоянии ... , 2007) концентрации нефтепродуктов, стойких хлорорганических пестицидов групп ГХЦГ и ДДТ, полихлорированных бифенилов в водах Нижнего Дона увеличились. Содержание нефти и полициклических ароматических углеводородов в воде Нижнего Дона в 2007 г. продолжало увеличиваться и превышало ПДК в 5 раз в судоходных рукавах р. Дон (О состоянии ... , 2008). Загрязнение водной среды Нижнего Дона стойкими хлорорганическими пестицидами групп ГХЦГ и ДЦТ в 2007 г. находилось на уровне значений предыдущих лет. Также было отмечено превышение содержания меди в воде во всех типах водотоков, особенно в судоходных рукавах (до 7 ПДК).

Таким образом, литературные и собственные данные за ряд лет свидетельствуют о сравнительно невысоких концентрациях отдельных токсикантов в водах Нижнего Дона. Общий уровень загрязнения является достаточно стабильным.

ВЫВОДЫ

1. Эколого-токсикологический анализ вод различных рукавов и притоков р. Дон показал невысокий уровень загрязнения во все исследованные сезоны; БПК5 находится в пределах 1,23—1,80 ПДК, ХПК — 1,53—2,05 ПДК. Отмечены достоверные различия в содержании фенолов, сульфатов и общей минерализации воды, количество которых меньше в судоходных рукавах р. Дон, чем в несудоходных рукавах в 5,4; 2,0; 4,5 раза соответственно, и в 3,4; 2,4 и 2,4 раза, чем в притоках р. Дон.

2. Однако общее качество вод Нижнего Дона во всех трёх группах водотоков оценивается 4—5-м баллами (по показателям ЧАПО и ЧАПП исследованных видов гидробион-тов), то есть как кризисное (4-й балл) или критическое (5 балл) состояние экосистемы.

3. Характер распределения асимметричных по разному числу признаков особей у таких видов рыб как щука, пиленгас, серебряный карась, тарань, лещ и речной окунь достоверно различается в судоходных и несудоходных рукавах р. Дон. Аналогичные различия отмечены для окуней и серебряных карасей из рукавов и притоков р. Дон.

4. Карповые рыбы из различных рукавов р. Дон асимметричны по четырём меристи-ческим признакам, окунёвые — по трём, щуковые — по двум признакам. У озёрной лягушки варьируют из притоков р. Дон варьируют четыре признака. Частота встречаемости мелких фенодевиантов у окуня и озёрной лягушки выше, чем у серебряного карася и леща.

5. Из показателей стабильности развития исследованных видов в целях биомониторинга целесообразно использовать такие характеристики как частоту асимметрично проявления на особь (ЧАПО), частоту встречаемости мелких фенодевиантов и характер распределения асимметричных по разному числу признаков особей.

6. Репрезентативными видами-биомониторами для оценки качества вод р. Дон являются серебряный карась, речной окунь, а также озёрная лягушка, так как они обладают высокой чувствительностью и высокой устойчивостью.

Список работ, опубликованных по теме диссертации * — публикации в журналах рекомендованных Перечнем ВАК РФ

1. Кармазин А. П. Загрязнения вод и придонного грунта устья Дона / А. П. Кармазин, JI. А. Костылева, Н. Н. Буков // Новые технологии и приложения современных физико-химических методов для изучения окружающей среды.— Ростов н/Д, 2009.— С. 179— 180.

2. Костылева JI. А. Пестицидные загрязнения вод и придонного грунта восточного района Азовского моря / JI. А. Костылева, А. П. Кармазин, В. Т. Панюшкин, Н. Н. Буков // Современные направления теоретических и прикладных исследований — 2009. — Одесса, 2009. —С. 72—73.

3. *Буков H. H. К проблеме мониторинга минорных концентраций антропогенных поллютантов в водных экосистемах / H. Н. Буков, К. В. Ларионов, В. Т. Панюшкин, А. П. Кармазин, Л. А. Костьшева, Т. Ю. Пескова // Экология и промышленность России. — 2010, —№6, —С.35—37.

4. Буков H. Н. Мониторинг антропогенных поллютантов в водных экосистемах Краснодарского края / H. Н. Буков, К. В. Ларионов, В. Т. Панюшкин, А. П. Кармазин, Л. А. Костылева, Т. Ю. Пескова // Региональные особенности функционирования и взаимодействия предприятий рекреационной отрасли и промышленного сектора.— Туапсе, 2010. —С. 119—120.

5. Костылева Л. А. Мониторинг состояния некоторых притоков Дона по показателям флуктуирующей асимметрии рыб и земноводных / Л. А. Костылева, Т. Ю. Пескова // Проблемы изучения и сохранения позвоночных животных антропогенных водоёмов. — Саранск, 2010. —С. 87—92.

6. Костылева Л. А. Оценка состояния притоков устья р. Дон по показателям флуктуирующей асимметрии рыб / Л. А. Костылева, Т. Ю. Пескова // Новые технологии и приложения современных физико-химических методов для изучения окружающей среды. — Ростов н/Д, 2011, —С. 150—151.

7. *Костылева Л. А. Оценка гомеостаза развития рыб нижнего Дона по показателю флуктуирующей асимметрии / Л. А. Костылева, Т. Ю. Пескова // Естественные науки. Журнал фундаментальных и прикладных исследований. — 2011. — № 3 (36). — С. 44—50.

8. "Пескова Т. Ю. Флуктуирующая асимметрия фоновых видов рыб нижнего течения р. Дон / Т. Ю. Пескова, Л. А. Костылева // Проблемы региональной экологии. — 2011. — №5. —С. 90—95.

Костылева Любовь Александровна

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УСТЬЯ РЕКИ ДОН ПО СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ ГИДРОБИОНТОВ

Автореферат

Подписано в печать 19.02.2012. Формат 60x84 У^. Бумага тип. № 1. Гарнитура Тайме Нью Роман. Тираж 100 экз. Заказ № 951.

Кубанский государственный университет, 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149

350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149. Центр «Универсервис», тел. 21-99-551.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Костылева, Любовь Александровна, Краснодар

61 12-3/834

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Костылева Любовь Александровна

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УСТЬЯ РЕКИ ДОН ПО СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ ГИДРОБИОНТОВ

На правах рукописи

03.02.08 — экология

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент Пескова Т. Ю.

Краснодар, 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................... 3

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОЭКОСИСТЕМ (обзор

литературы)..................................................... 8

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ................. 47

2.1. Характеристика мест исследования.............................. 47

2.2. Материал исследований........................................ 52

2.3. Методы индикации состояния водоёмов.......................... 53

Глава 3. ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ НИЖНЕГО ДОНА ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ СТАБИЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ РЫБ........................................................... 59

3.1. Оценка качества вод Нижнего Дона по частоте асимметричного проявления на особь (ЧАПО) фоновых видов рыб.................... 59

3.2. Оценка качества вод Нижнего Дона по частоте асимметричного проявления на признак (ЧАПП) фоновых видов рыб.................. 71

3.3. Оценка качества вод Нижнего Дона по фенодевиантам фоновых видов рыб........................................................ 82

Глава 4. ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ НИЖНЕГО ДОНА ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ОЗЁРНОЙ ЛЯГУШКИ................................... 88

ГЛАВА 5. ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НИЖНЕГО ДОНА.................................................... 97

ВЫВОДЫ....................................................... 112

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................... 114

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Загрязнение окружающей среды становится фактором, стремительно (в эволюционном срезе) изменяющим условия жизни. Особенно подвержены воздействию водные системы, которые в конечном итоге являются коллекторами всех видов загрязнения. В настоящее время качество вод практически всех крупных озер и рек претерпело изменения. Среди основных антропогенно обусловленных процессов в водной среде выделяются эвтрофирование, повышение минерализации и мутности, нарушение ионного равновесия и закисление, но наиболее опасное явление — загрязнение вод токсичными компонентами [Хубларян, Моисеенко, 2000].

Качество водной среды — характеристика свойств природных вод, сформированных в процессе химических, физических и биологических процессов, происходящих как на водосборе, так и в водоёме. Вода — необходимый ресурс для всего живого и среда обитания для водных организмов. Водные организмы более чувствительны к ухудшению качества вод как важному условию их существования. Поэтому методология оценки качества вод и нормирования загрязнений в рамках концепции сохранения «здоровья» водной экосистемы может быть достаточно информативной [Моисеенко, 2008].

Методы биологического мониторинга, в частности биоиндикация состояния экосистемы, широко используются для определения состояния среды в целом и отдельных ее компонентов. Биоиндикация в природных сообществах дает возможность получить информацию о влиянии параметров среды и их взаимодействии. К таким параметрам относятся не только концентрации химических веществ (токсикантов), но и климатические условия, скорости переноса веществ в водной или воздушной среде, эрозионные процессы в почве, соленость воды и т. д. С точки зрения экологического нормирования факторов среды такой подход к индикации представляется наиболее обоснованным, так как предполагает учет отклика реального многовидового сообщества на реальную многокомпонентную нагрузку [Булгаков, 2002].

Одним из биоиндикационных методов оценки состояния окружающей среды является метод морфогенетического мониторинга, то есть оценка уровня стабильности развития живых организмов. Она проводится по показателям флуктуирующей асимметрии животных и растений. Флуктуирующая асимметрия, то есть наличие ненаправленных различий в проявлении признака на правой и левой стороне тела, достаточно давно используется для индикации стрес-сирующих внешних и внутриорганизменных факторов [Захаров, 1979, 1981, 1987, 2001].

Случайная изменчивость является не просто одним из показателей стресса, но неразрывно связана с ним через общий энергетический баланс организма. В условиях стресса более значительная доля энергетических затрат организма приходится на такие важнейшие функции, как основной обмен, рост и размножение и, соответственно, снижает долю энергии, которая может быть затрачена на контроль процесса развития, что приводит к повышению нестабильности развития [Лайус и др., 2009].

Дельта реки Дон — уникальное природное образование, имеющее огромное значение для функционирования экосистемы всего бассейна р. Дон, Таганрогского залива и Азовского моря в целом. Это резерват обитания многих видов водных и околоводных животных и растений, в том числе редких и исчезающих, территория, имеющая ключевое значение для сохранения их популяций и поддержания высокого уровня биоразнообразия. В дельте Дона проходят все пути нерестовых миграций проходных и полупроходных рыб. Непосредственно в дельте расположены нерестилища полупроходных и туводных рыб. По рукавам дельты скатывается в Таганрогский залив и далее в Азовское море молодь рыб, пополняя промысловые популяции. Основные многоводные рукава дельты интенсивно используются судоходством, являются местом расположения портов, судостроительных и судоремонтных предприятий, грузовых терминалов. В последние годы стремительно увеличивается антропогенная нагрузка на экосистему дельты Дона [Жукова и др., 2009]. Всё это свидетельствует о необходимости постоянного экологического мониторинга состояния устья р. Дон.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Определить с помощью гидрохимического анализа качество вод устья р. Дон и её притоков;

4. Определить репрезентативные виды-биоиндикаторы качества вод р. Дон.

Научная новизна. Впервые всесторонне проанализированы различные показатели флуктуирующей асимметрии фоновых видов рыб, при их совместном обитании в нижнем течении р. Дон, а также земноводных. Выявлены особенности изменений таких показателей стабильности развития, как частота симметричного проявления на особь, частота симметричного проявления на признак, частота встречаемости фенодевиантов, характер распределения асимметричных по разному числу признаков особей, и их роль в экологической оценке состояния водотоков. Предложены наиболее удобные виды-биоиндикаторы качества вод, а также характеристики стабильности их развития; обосновано их применение.

Основные положения и выводы диссертации используются в учебном процессе кафедр зоологии, водных ресурсов и аквакультуры ФГБОУ ВПО КубГУ, а также при проведении мониторинговых исследований лабораториями ФГУ «Ростовский референтный центр Россельхознадзора».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Для оценки качества воды Нижнего Дона наиболее эффективно использовать такие виды рыб как серебряный карась и обыкновенный окунь, а также озёрную лягушку.

2. Наиболее показательными являются такие характеристики стабильности развития видов как частота асимметричного проявления на особь, частота встречаемости мелких фенодевиантов и частота встречаемости особей с разным числом асимметричных признаков.

3. Разновозрастные особи рыб одного вида дают возможность одномоментно оценить динамику состояния экосистемы за ряд лет.

Личный вклад соискателя. Диссертант в 2009—2011 гг. лично провела полевые исследования на Нижнем Дону. Все работы, связанные с камеральной обработкой полевого материала, с интерпретацией полученных данных, а также с написанием текста диссертации, осуществлены автором по плану, согласованному с научным руководителем. Доля личного участия автора в сборе материала, написании и подготовке публикаций составляет 40—100 %.

Апробация и публикации. Результаты исследований были представлены и обсуждались на конференциях различных уровней, в том числе: на XXII, XXIII, XXIV Межреспубликанских научно-практических конференциях «Актуальные вопросы экологии и охраны экосистем южных регионов России и сопредельных территорий», г.Краснодар, 2009—2011 гг.; на Международной научно-практической интернет-конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований — 2009», г. Одесса, 2009 г.; на V Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды, Ростов-на-Дону, 2009 г.; на Международной научно-практической конференции «Региональные

особенности функционирования и взаимодействия предприятий рекреационной отрасли и промышленного сектора», г. Туапсе, 2010 г.; Всероссийской научной конференции с международным участием «Проблемы изучения и сохранения позвоночных животных антропогенных водоёмов», г.Саранск, 2010г.; VI Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды, г. Азов, 2011г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 работ (в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Объём и структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 129 страницах машинописного текста, иллюстрирована 11 рисунками, 23 таблицами. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка использованной литературы, в котором приведено 140 источников, в том числе 14 на иностранных языках.

Хочу выразить благодарность профессорам кафедры общей, неорганической химии и информационно-вычислительных технологий в химии д-ру хим. наук В. Т. Панюшкину и д-ру хим. наук Н. Н. Букову за помощь в проведении эколого-химического анализа вод р. Дон и её притоков.

Оценка качества среды является узловой задачей при любых действиях в области охраны природы и природопользования, эффективное решение которой возможно только при проведении системы мероприятий, объединяемых понятием «экологический мониторинг». Экологический мониторинг обеспечивает постоянную оценку условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов), а также оценку состояния и функциональной целостности экосистем [Захаров, Стрельцов, 2003].

Для оценки экологических последствий загрязнения необходимы исследования не только кратковременных, но и пролонгированных эффектов слабых доз (сублетальных концентраций) загрязняющих веществ, выявление адаптивных перестроек популяций в условиях длительного антропогенного пресса. Комплексное загрязнение водоёмов ведёт к изменению условий обитания за пределы, которые уже не соответствуют природным характеристикам среды обитания [Моисеенко, 2002, 2010].

Загрязнение окружающей среды в современных условиях стало одним из ведущих абиотических факторов, воздействующих на животных. На токсическое загрязнение организмы в популяции реагируют в соответствии с эволюци-онно выработанными механизмами (преадаптациями) повышения жизнеспособности и саморегуляции численности стада в экстремальных условиях [Моисеенко, 2002].

Интегральными показателями качества среды общепринято считаются биоиндикационные. Биологическая оценка даёт возможность комплексной характеристики качества среды, находящейся под воздействием всего многообразия физических, химических и других факторов. Выделяемые показатели отражают неспецифические ответы биологических систем на разнообразные виды

антропогенного влияния. Это позволяет рассматривать их в качестве индикаторов интегрального действия многих синхронно действующих факторов [Захаров, 1981; Захаров, Стрельцов, 2003]. Биоиндикация представляет собой выявление последствий загрязнения водного объекта по функциональным и морфологическим показателям его обитателей или по экологическим характеристикам сообщества. Изменения, зарегистрированные методами биоиндикации, являются результатом уже состоявшегося ранее загрязнения с заведомым превышением нормативов, или длительного загрязнения малой интенсивности. Её результаты могут быть учтены при корректировке нормативов, при выборе зоны применения биотестирования или при определении природоохранной стратегии [Киреева, Кабиров, Дубовик, 2007].

Антропогенные воздействия, с одной стороны, представляют собой новые параметры среды, с другой— обусловливают антропогенную модификацию уже имеющихся природных факторов и тем самым изменение свойств биологических систем. Антропогенные стрессоры создаются с такой скоростью, что биологические системы часто не успевают активизировать соответствующие адаптационные процессы (Löhs, 1982) [цит. по Логинову, Гелашвили, 2001].

Одним из механизмов, обеспечивающих высокую адаптированность природных популяций животных и растений к химическому загрязнению среды обитания, является изменение вариабельности важнейших популяционных параметров [Безель и др., 2001; Захаров, 1987, 2001]. На изменение условий обитания, по определению Г.В.Никольского [1974], популяции рыб реагируют: 1) изменением скорости роста и полового созревания; 2) изменением амплитуды размеров и возрастного состава впервые созревающих особей, то есть структурой пополнения; 3) изменением продолжительности жизни половозрелых особей; 4) увеличением вариабельности в количестве отложенной икры.

Численность популяции в условиях загрязнения будет зависеть от способностей особей к выживанию и успешности их воспроизводства в субтоксичных условиях среды, от численности пополнения, которая в свою очередь зависит от смертности особей как на ранних стадиях онтогенеза (икра и личинки),

так и старших возрастных групп. До того как появятся хорошо диагностируемые патологические нарушения у индивидуумов, сублетальные эффекты токсичного загрязнения могут вызвать такие изменения, как угнетение роста, повышение уязвимости к инфекционным заболеваниям, снижение их репродуктивного потенциала [Моисеенко, 2010].

В условиях загрязненного водоёма, несмотря на более высокую кормовую базу, происходит снижение линейно-весового роста рыб, начиная с первых лет жизненного цикла по сравнению с контрольными животными. Для выживания в условиях хронического загрязнения вод преимущества получают особи, способные перестраивать обмен веществ на поддержание более активного метаболизма, то есть выдерживать «дополнительные энергетические траты» на деток-сикацию [Моисеенко, 2002]. Если расход энергии на поддержание основного обмена увеличится вследствие мобилизации механизмов детоксикации, то сократится та её часть, которая будет использована для прироста и репродукции [Моисеенко, 2010].

Возрастная структура популяции, являющаяся чутким индикатором её состояния в водоёме, есть результат взаимодействия трёх процессов: пополнения (урожайности), роста и убыли. Структура, как и другие видовые свойства, непрерывно меняется в определенных пределах, приспособительно отвечая на изменение условий жизни [Никольский, 1974].

Во многих пресноводных водоёмах Европы в результате негативных антропогенных воздействий (токсикация, эвтрофикация, закисление воды в результате выпадения «кислых дождей») на фоне значительных сокращений численности популяций рыб наблюдается сдвиг возраста достижения половой зрелости в сторону более молодых возрастных классов. В результате увели�

Информация о работе

Костылева, Любовь Александровна
кандидата биологических наук
Краснодар, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Оценка экологического состояния устья реки Дон по стабильности развития позвоночных гидробионтов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы