Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Структура и распределение макрозообентоса равнинной реки Волжского бассейна в условиях антропогенного воздействия

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Структура и распределение макрозообентоса равнинной реки Волжского бассейна в условиях антропогенного воздействия"

я О Л

,Л !" / г" -Т

: V ) '

На правах рукописи

МАРЧЕНКО НАТАЛЬЯ АНАТОЛЬЕВНА

СТРУКТУРА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОЗООБЕНТОСА РАВНИННОЙ РЕКИ ВОЛЖСКОГО БАССЕЙНА В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОЕ ' ^ЙГ.ТВИЯ (на примере р. Чапаевка).

Специальность 03.00.08 - Зоолс. я

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Институте Экологии Волжского Бассейна Российской Академии Наук, г. Тольятти.

Научный руководитель: I-1

доктор биологических наук I Н.Ю.СОКОЛОВА 1

I_I

Научный консультант:

кандидат биологических наук Т.Д.ЗИНЧЕНКО

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор А.С.КОНСТАНТИНОВ

кандидат биологических наук, М.И.САХАРОВА

Ведущая организация - Институт водных проблем Российской

Академии Наук, г. Москва.

Защита состоится 17 февраля 1997 в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационного Совета Д 053.05.34 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, ГПС, Москва В-234 Воробьевы Горы, МГУ, Биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан 16 января 1997 г.

Ученый секретарь, кандидат биологических наук

Л.И. БАРСОВ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время в связи с недостатком информации оценка экологического состояния и прогноз изменений, возникающих в реках Волжского бассейна при антропогенном воздействии, крайне затруднены.

Реки наиболее чутко реагируют на любые изменения внешних факторов на водосборе и первые принимают "антропогенный удар" и поэтому большое их количество в нашей стране находится в состоянии экологического регресса (Израэль,Гасилина, Абакумов, 1981). Только за последние 40 лет в Самарской области прекратили существование 45 рек.

Не вызывает сомнений необходимость детального изучения водных экосистем, оценки структуры и функционального состояния донных сообществ гидробионтов и прогноза их изменений под влиянием различных антропогенных воздействий.

Река Чапаевка - один из крупных левобережных притоков Волги в районе Саратовского водохранилища. Эта равнинная река Волжского бассейна отличается высоким уровнем комплексных загрязнений -стоками с сельскохозяйственных угодий, животноводческих ферм и комплексов, малых населенных пунктов (выше г. Чапаевска) и крупных промышленных предприятий (ниже г.Чапаевска).

В бассейне реки насчитывается 8 животноводческих ферм и комплексов различных мощностей. Утилизация и очистка животноводческих стоков в бассейне р. Чапаевка не производится, суммарный объем этих стоков равен 3586 м3/сут. (Основные положения..., 1992).

Промышленный потенциал города Чапаевска - 15 предприятий, представляющих различные отрасли обрабатывающей промышленности: химическая (Средкеволжский завод химикатов), производство удобрений (ЧЗХУ), нефтеперерабатывающая, строительных материалов, пищевая и военно-промышленный комплекс (АО "Полимер". ГП "Металлист" и ЧОПЗИП). Предприятия занимают 52.8 % городских площадей (Сотс-ков, Онищенко, 1995).

В последнее время значение и актуальность исследований на р.Чапаевка возросли в связи с объявлением г. Чапаевска и его окрестностей зоной экологического бедствия.

Цель исследования: Выяснить состав макрозообентоса, его распределение и роль в процессах самоочищения реки; описать сообщества макрозообентоса, рассчитать различные параметры их функциональной деятельности, позволяющие оценить экологическое состояние отдельных участков реки, подверженных различным антропогенным воздействиям.

Научная новизна. Впервые получены данные по составу и распределению макрозообентоса реки Чапаевка и показана роль его в процессах самоочищения при комплексном загрязнении. Полученные новые данные характеризуют особенности экологического состояния равнинной реки Чапаевка в условиях различного загрязнения.

Практическая ценность. Собранный материал, включающий результаты комплексных исследований на реке Чапаевка, использован для создания базы данных, отражающей пространственно-временную структуру, состояние и взаимосвязь между отдельными элементами водных сообществ реки. На основании полученных данных разработана информационная система, предназначенная для оперативной выборки гидробиологических, гидрохимических и гидрологических данных, необходимых для комплексного анализа структурных изменений, происходящих в водных экосистемах под влиянием антропогенных воздействий и оценки роли гидробионтов в процессах самоочищения.

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на Международной конфренции "Современные проблемы гидроэкологии" (Санкт-Петербург, 1995), на конференции "Проблемы биологического разнообразия водных организмов Поволжья. Зоопланктон, зо-обентос" (Тольятти, 1995), на заседании кафедры зоологии и сравнительной анатомии беспозвоночных животных Биологического факультета МГУ (Москва, 1996). По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 2 тезисов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Содержание работы изложено на 150 страницах и включает 25 таблиц и 11 рисунков. Список литературы состоит из 261 названия, из них 70 на иностранных языках.

Работа выполнялась на базе ИЭВБ РАН г. Тольятти в лаборатории Вторичных продуцентов и является частью исследований проводимых под руководством ст. науч. сотруд. канд. биолог, наук, Т.Д. Зин-ченко, которой я глубоко признателена за предоставленный для анализа материал и благодорна за помощь и консультации в процессе работы на всех ее этапах. Я благодарна за помощь в организации экспедиционных работ и ценные советы директору Института д.б.н.. проф. Г. С. Розенбергу, канд. хим. наук В.К. Шитикову. зав. лабораторией д. б. н., проф. В. И. Попченко, канд. биол. наук В. Ф. Феоктистову, Т.В. Борисовой, ст.науч. сотруд., канд. геогр. наук

Jl.А. Выхристюк и всем сотрудникам института, помогавшим при выполнении работы.

Искрене благодарна директору Аналитического центра ГИН РАН г. Москвы канд. тех. наук Ю.П. Сотскову, докт. физ.-мат. наук Г.К. Барекбойму.

Я глубоко признательна зав. кафедрой зоологии и сравнительной анатомии беспозвоноч_ных животных д.б.н., профессору П.В. Катёки-ну, канд.биол.наук, доц. A.A. Львовой , всем сотрудникам и аспирантам кафедры за внимание, постоянную поддержку и помощь. Самую большую благодарность приношу своему руководителю д.б.н. Соколовой Нине Юрьевне за внимание, заботу и высокую требовательность.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА .

Материалом для работы послужили сборы макрозообентоса проведенные на р.Чапаевка во время экспедиционных работ 1995-1996 гг.

Пробь; зообентоса брали в течение вегетационного сезона 1995 г. и летом 1996 г. Помимо собственных сборов, был проанализирован материал комплексных исследований, проведенных сотрудниками Института экологии Волжского бассейна, в 1990-1992 гг. (вегетационный сезон 1990 г., лето 1991,1992 гг. ). Пробы бентоса отбирали на 23 станциях, нумерация от истока к устью реки (рис.1). Станции выбирали с учетом особенностей различных биотопов, источников загрязнения и близости населенных пунктов.

Количественные пробы бентоса брали в прибрежье и на русле с борта судна или лодки дночерпателем Экамана-Берджа с площадью захвата 1/40 м2 (по две пробы на каждой станции). Грунт промывали через капроновый газ N 23 (ячея 0.4 мм), фиксировали 4% формалином. отмечали состав грунта.

Также брали качественные пробы бентоса гидробиологическим скребком с длиной ножа 20 см и пробы обрастаний с макрофитов и камней.

Фиксированные организмы определяли, по видам просчитывали и взвешивали на торсионных весах типа ВТ. Личинок хирономид взвешивали отдельно по возрастам. При их определении пользовались следующими определителями и методическими указаниями (Константинов, 1951; Шилова, 1958; Панкратова, 1970,1977, 1983;) Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР, (1977), Hir-venoja, (1973), Cranston, (1982), Wiederholm,(1983), Klink (1983), Plllot,(1984), Langston,(1991) и таблицами, составленными

Саратовское водохранилище

«Яблоневый Овраг

«Подъём Михайловка ♦Дмитриевка

Станции Расстояние от истока, км

14 254

15 262

16 266

17 274

18 Протока Кривуша

19 278

20 283

21 285

23 290

♦ Ореховка

Летниково

Калашиновка

®

Рис.1. Расположение станций отбора проб на реке Чапаевка

♦ Николаевка

разными авторами для отдельных видов (Шилова,1973, 1976; Кикнад-зе, Шилова и др.,1991). Названия видов хирономид в общем списке фауны реки Чапаевка соответствуют указанным в Лимнофауне Европы (Fittkau, Relss, 1978). Определение отдельных групп животных в 1990 г. проведено специалистами (олигохет - В.Л. Лавровым, моллюсков - Е.П.Загорской, личинок насекомых - Л.В. Головатюк, Н.В. Молодых). Для определения этих групп организмов использовали определители: Чекановской (1962), Лепневой (1964,1966), Атлас беспозвоночных Каспийского моря (1968), Белышева (1969,1973), Мамаева (1972), Лукина (1976), Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий (1994, 1995).

Общее число обработанного материала включает 520 количественных и 80 качественных проб бентоса, из них собственные сборы -220 и 50 соответственно.

Одновременно со сборами бентоса в реке определяли прозрачность, проводили замер глубин, температуры воды и отбор проб воды для гидрохимических анализов (определяли величину рН, кислород, БО, БПК5 в поверхностном и донном горизонтах).

Химический анализ воды выполняли согласно стандартным методикам, принятым в практике гидрохимических исследований ( Алекин, Семенов, Скопинцев 1973; Современные методы...(1962), Унифицированные методы ... (1973), Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши (1977). Выполнение гидрохимических исследований воды в 1995 г. было проведено под руководством ст. н. с., канд. геогр. наук Л.А. Выхристюк. Донные отложения исследовались в соответствии с ГОСТ 28947-78 "Методы санитарно-бактериологичес-кого анализа объектов внешней среды".

Для оценки антропогенной ( техногенной и сельскохозяйственной) нагрузки на р. Чапаевка были привлечены материалы Выхристюк, Червяковой, Цыкало (1996).

При изучении структуры сообществ макрозообентоса выделяли руководящие виды бентоса по индексу плотности (доминирования), В.А. Броцкой, Л. А. Зенкевича (1939) в модификации Ф.Д. Мордухай-Бол-товского (1940, 1948)- рУв] где Р- втречаемость, В - средняя биомасса. Для оценки характера изменений видовой структуры бентоса был использован широко распространенный в практике гидробиологических исследований информационный индекс Шеннона (Shannon, Weaver, 1949; Гиляров, 1967.1969; Алимов, 1975,1976, 1989). При этом

оценку производили по численности компонентов сообщества. Для сравнения различных станций и участков реки по видовому составу макрозообентоса применяли коэффициенты фаунистического сходства (Богепзеп,1948; Алимов, Финогенова, 1975; Леванидов, 1977,).

Расчеты значений, составляющих потока энергии сообществ макрозообентоса, были использованы в дальнейшем для количественной оценки их участия в процессах самоочищения реки см. в главе 5. ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ И ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВНИННЫХ РЕК ВОЛЖСКОГО БАССЕЙНА.

На основании литературных данных приводится гидрологическая и гидрохимическая характеристика рек Волжского бассейна (Зенин, 1965; Найденова, 1972; Буторин, 1978; Фортунатов, 1978; Трубе,1978; Матвеев, 1990; Каменев, 1992, 1993). ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ ОБИТАНИЯ ГИДРОБИОНТОВ Р. ЧАПАЕВКА.

Видовой состав, распределение, динамика количественных показателей (численности и биомассы). продукционные характеристики и другие стороны жизнедеятельности водных организмов необходимо изучать в тесной связи с естественно-географическими, гидрологическими (динамика уровня, течения, характер грунта), термическими, гидрохимическими, а также геологическими особенностями среды обитания (Жадин,1940; Зверева, 1969; Винберг,1975; Тодераш,1984; Шубина,1986; Каменев,1993).

2.1. физико-географическая характеристика р. Чапаевка.

Река Чапаевка (Моча) - левый приток Волги. Берет начало на северо-западных склонах Общего Сырта, течет среди степей Сыртово-го Заволжья. Верхний участок реки на всем протяжении зарегулирован временными земляными плотинами. Территория водосбора от истока до г. Чапаевска в летний период интенсивно используется для нужд сельского хозяйства. В верхнем течении река летом пересыхает. Река в черте г. Чапаевска в двух местах перекрыта защитной плотиной. Между плотинами река является естественным отстойником хлорного предприятия. Широкое устье реки превратилось в залив Волги, которое подпитывается из отстойника (Сотсков, Онищенко, 1995).

Приводится характеристика природных условий (рельеф, геоморфологическое, геологическое строение, климат, почвы).

- 7 -

2.2.Гидрологическая характеристика р. Чапаевка.

Река берет начало в Алексеевской районе и впадает в Волгу (в районе Саратовского водохранилища), протяженность 290 км. По данным гидрометслужбы г.Самары (1987), площадь водосбора реки на расстоянии 140 км от истока у с.Подьем-Михайловка составляет 1480 км2, а у г.Чапаевска, на расстоянии 47 км от устья - 3610 км2; ниже этого пункта река вступает в обширную волжскую пойму, где границы водосбора становятся неопределенными. Общее падение 201 км, средний уклон 0.8 %, средняя высота водосбора 109 м.

Все левые притоки являются временными водотоками, действующими только в период весеннего половодья и редких дождевых паводков. Правые - протока Кривуша и Сухая Самарка постоянные. Питание реки Чапаевка - смешанное, преимущественно за счет зимних осадков.

2.3. Состояние водных масс и донных отложений.

Для характеристики состояния водных масс и донных отложений р.Чапаевка в нижней, приустьевой части использовали данные российско-голландских исследований 1993 года. (Волга: Независимые исследованя, 1994), Аналитического центра ГИН РАН г. Москвы 1993-1994 гг. (Сотсков, Онищенко, 1995), материалы Института "Средневолгогипроводхоз" для всей реки, полученные в летнюю межень 1990 и 1991 гг. (Основные положения____ 1992) и материалы

комплексных исследований Института Экологии Волжского бассейна РАН за летне-осенний период 1990 и 1995 гг. и лето 1991-1996 гг.

Общая минерализация. По соотношению главных ионов, вода в верхней части реки, согласно классификации О.А. Алекина (1953), относится к гидрокарабонатному классу, группе кальция; ниже г. Чапаевска анионный характер меняется - преобладают хлориды и сульфаты. Вода реки - жесткая - 9.4 - 20.2 мг-экв./л, и только в приустьевой части смягчается (4.4 мг-экв./л)

Физико-химические показатели. Прозрачность воды изменяется в широких пределах - от 0.03 до 1.0 м. От истока до плотины величина прозрачности увеличивается, ниже по течению в связи с поступлением сточных вод г. Чапаевска, обогощенных минеральной и органической взвесью, прозрачность снижается. В зоне экотона вновь увеличивается.

Во все периоды наблюдений концентрация водородных ионов (рН) не падала ниже 7.2. Максимальное значение рН (9.2) отмечено в летний период при массовом развитии водорослей. Среднегодовое

значение величины рН-7.7, т.е. вода реки Чапаевка имеет слабощелочную и щелочную реакцию.

Насыщение воды кислородом в основном достаточное - 70-125 %, но в летнюю межень концентрация его в воде приустьевого участка падает до 5.2 мг/л, а на станции 15 - 3.8 мг/л или 49 % насыщения.

Биогенные вещества. Исследуемая река загрязнена неорганическими соединениями азота, за исключением нитратной его формы, концентрация которой значительно ниже ПДК (9.1 MrN/л) и находится в диапозоне 0.02 - 0.71 MrN/л. Содержание аммонийного и ншпритного азота в нижней части реки превышает ПДК в 1-12 и 1.5-25 раз соответственно.

Содержание минерального фосфора, в основном, ниже существующих норм ПДК, исключение - станция 13, в воде которой фосфаты достигают почти 2 ПДК - 392 мкг/л. Диапозон колебаний фосфора велик; для минеральной его формы - от 6 до 392, для общего фосфора - от 90 до 884 мкгР/л.

По содержанию основных биогенных элементов (азота и фосфора), согласно классификации W.D. Taylor et al. (1980), р. Чапаевка глубоко евтрофированный водоток.

Органическое вещество (OB). По содержанию суммарного органического вещества (по бихроматной окисляемости - БО), река разделяется на 2 основных участка - верхний и нижний. В последнем обособленно выделяется приустьевая часть. Концентрации OB в верхнем течении реки 23.3 до 43.5 мг02/л и источником его являются, в основном, органические соединения, поступающие с поверхностным стоком от животноводческих комплексов, сельскохозяйственных угодий и сельских населенных пунктов. В нижней части реки содержание OB возрастает - до 93.0 - 133.7 мг02/л, прежде всего за счет органических веществ сточных вод г. Чапаевска. Концентрации OB здесь достигают уровня, характерного для грязных вод (60 - 150 мг02/л). Вода приустьевого участка менее насыщена OB - 40.7 - 89.1 мг02/л.

По концентрации лабильного органического вещества вода реки Чапаевка от истока до устья является умеренно-загрязненная и загрязненная.

Загрязнена река и специфическими органическими соединениями -фенолами, нефтепродуктами, хлорорганическит пестицида/т. Наиболее загрязнен участок реки ниже плотины: содержание фенолов сос-

тавляет 2-15 ПДК, нефтепродуктов - 1-7 ПДК. а концентрации изомеров гексахлорциклогексана выше нормативов в десятки раз, что соответствует экстремально высокому уровню загрязнения воды. При ПДК для ГХЦГ равном 0.01 мкг/л, концентрация хлорорганических пестицидов в июне 1993 г. достигла 204 ПДК (2.037 мкг/л) на ст.14, 118 и 278 ПДК на ст.15 и ст.16 соответственно, а на ст.23 17 ПДК (Волга: Независимые .... 1994). В верхней части загрязнение реки фенолами и нефтепродуктами носит локальный характер: на станции 3 и 8 вода содержит 2-5 ПДК фенолов, на ст.6-1 ПДК нефтепродуктов.

Содержание тяжелых металлов в воде, (по данным российско-голландских исследований в 1993 г.) редко выходило за пределы ПДК, за исключением меди (2-30 ПДК), марганца (4-18 ПДК) и железа (5-10 ПДК).

Донные отложения - один из важнейших абиотических компонентов экосистемы. Они являются средой обитания организмов бентоса и их роль неоднозначна: с одной стороны, они способствуют удалению веществ из водной толши и тем самым улучшают качество воды, с другой - значительные запасы различных химических соединений в них могут стать источником вторичного загрязнения воды.

Максимальные величины содержания общего азота (0.57 %) и органического вещества (6.99 %) обнаружены в слабо заиленных песках с признаками присутствия нефти на ст. 18.

По накоплению тяжелых метеллов донные отложения р. Чапаевка относятся к опасной и чрезвычайно опасной зонам загрязнения. Их концентрация в 3-6, а кадмия в 38 раз (11.23 мг/кг) выше фоновых значений.

Загрязнение нефтепродуктами и Фенолами также высоко, находится в пределах 1527-9487 мг/кг и 0.32-1.29 мг/кг при норме 1000 мг/кг и 0.05 мг/кг соответственно. Накопленные количества хлорорганических соединений в грунтах на ст. 15,16, 18 превышает нормативы в десятки, сотни и тысяч раз. Высокий уровень загрязнения денных отложений тяжелыми металлами, нефтепродуктами, фенолами, пестицидами на исследуемом участке р.Чапаевка свидетельствует о техногенном прессе. 2.4. Антропогенная нагрузка.

Бассейн реки Чапаевка по данным Самарского областного комитета природы (1990) относится к региону усиленного антропогенного

воздействия. Он подвержен комплексному загрязнению стоками с сельскохозяйственных угодий, животноводческих ферм, малых населенных пунктов (выше г. Чапаевска, ст.1-12) и крупных промышленных предприятий (ниже г.Чапаевска, ст.13-23).

Антропогенная (сельскохозяйственная и техногенная) нагрузка бассейна р. Чапаевка была рассчитана Выхристюк.Червяковой, Цыкало (1996) по поступлению биогенных элементов.

За расчетную территорию, на которой формируется поток загрязнителей, авторами принята граница водосбора р. Чапаевка, площадью равная 4040 км2 (Основные положения — 1992).

Итоговые данные по антропогенной нагрузке сведены в таблице 1.

Таблица 1.

Поступление биогенных веществ в р. Чапаевка, 1990

Нагрузка Масса

N Р

т/год % Т/ГОД %

1. Сельскохозяйственная а. от растеневодства б. от стоков с животноводческих ферм и комплексов в. от потерь удобрений г. от сельского насел. Итого: 4033.5 1048.7 167.3 113.7 5363.2 73.0 19.0 3.0 2. И 97. 11 148.2 12.9 4.7 4.6 170.4 71.7 6.2 2.3 2.2 82.4

2. Поверхностный сток а. талые и дождевые стоки с неосвоенных территорий б. с территории г. Чапаевска Итого: 0.099 120 120.1 0.01 2.16 2. 17 0.006 30 30.01 0.002 14.48 14.5

- и -

3. Техногенная коммунально-бытовые и промышленные стоки г. Чапаевска 39. 6 0.72 6.4 3. 1

Итого: 39. 6 0.72 6.4 3. 1

Всего 5522.9 100 206. 8 100

ГЛАВА 3. НЕКОТОРЫЕ ГРУППЫ ГИДРОБИОНТОВ Р. ЧАПАЕВКА.

Приводятся литературные данные по отдельным группам гидроби-онтов, полученные на основании комплексных исследований, проведенных сотрудниками различных лабораторий ИЭВБ РАН г. Тольятти.

Для оценки микробиологического состояния реки в условиях различной антропогенной нагрузки, были использовали данные А.В.Ива-тина (1996), который отмечает широкий диапозон колебаний численности и биомассы бактерий в воде и донных отложениях. По средним значениям микробиологических параметров в реке различаются следующие участки реки: верхшгй - от истока до г. Чапаевска (ст.1-12) и нижний участок (ст.13-23) от г. Чапаевска до ее устья.

В фитопланктоне реки Чапаевка было зарегистрировано 356 таксонов (Попченко, Буркова, 1996). Отмечено большое видовое разнообразие евгленовнх водорослей, которые указывают на повышенное содержание в воде органических веществ.

Сапробиологический анализ видового состава и появление в водоеме полисапробных организмов свидетельствуют о существенном повышении органического загрязнения в воде. По составу альгофлсры р. Чапаевка можно считать умеренно загрязненным водоемом.

В р. Чапаевка в 1990 г. зарегистрировано 125 видов зоопланктона (Гошкадеря, Романова, 1996): коловраток - 75, кладоцер -44, циклопоид - 18, каланоид - 8.

В мейобентосе реки Чапаевка в 1990 г. обнаружено 22 вида нематод (Шошин, Бычек, 1996), распределение которых по биотопам оказалось специфическим.

По численности и составу мейобентоса авторы выделяют участки с преобладанием нематод или циклопов. Нематоды доминируют на участках реки от истока до г. Чапаевска (ст.2-12) и в нижнем ее течение (ст.17-21). Циклопы доминируют на участке реки у плотины г. Чапаевска (ст.14) и ниже сброса стоков промышленных предприятий города (ст.15-16).

Авторы полагают, что анализ структуры мейофауны может быть использован в качестве метода биоиндикации, позволяющего судить об антропогенных измененях речных экосистем.

Видовой состав грибов, отмеченных в реке Чапаевка включает 66 видов и разновидностей из 23 родов 4 классов. (Терехова, Сеченова, 1996). Установлена высокая заспоренность микроскопическими грибами воды и донных отложений реки Чапаевка на всем протяжении.

Выявлены различия в развитии микроскопических грибов на двух участках реки, один из которых расположен выше, а другой ниже города Чапаевска. Основу этих различий составила неоднородность распределения оомицетов, а также видов рода РГюта, которые в массе отмечены в нижнем участке реки с высоким уровнем техногенного загрязнения.

В р. Чапаевка обнаружено 40 видов гидракарин (Тузовский, 1996). Река Чапаевка заселена клещами очень неравномерно. На участке реки, начиная от истока вплоть до г. Чапаевска, выявлено 33 вида водяных клещей, в низовье реки - 25.

Видовой состав гидракарин р. Чапаевки на участке от истоков до г. Чапаевска заметно отличается от фауны клещей русла реки ниже города. Общими для обоих участков оказались 16 видов клещей. Сходство по видовому составу гидракарин между этими двумя участками реки составило 63%.

При исследовании ихтиофауны р.Чапаевка (Сорокин, Сорокина, 1996) была изучена молодь рыб, которая является более доступным, надежным и достоверным индикатором состава взрослой части рыбного сообщества. Зарегистрировано 23 вида рыб, относящихся к 5 семействам.

Для оценки влияния загрязненных вод на процесс естественного воспроизводства рыб было проведено изучение фенодевиантов.

В результате исследований (Евланов, Минаев, Козловский, 1996) обнаружены многочисленные морфологические аберрации у личинок рыб.

Наибольшая встречаемость морфологических аберраций наблюдается у личинок рыб с нерестилищ, находящихся непосредственно под влиянием загрязненных вод реки Чапаевка (ст.13-22). Здесь же наивысшего значения достигает показатель числа уродств, приходящихся на одну личинку.

Проведенные исследования позволяют говорить о том, что водные массы реки Чапаевка обладают значительным мутагенным действием и оказывают отрицательное влияние на ход эмбриогенеза рыб. Их дейс-

твие распространяется и на нерестилища расположенные на значительном расстоянии от устья реки Чапаевка.

Анализ видового состава и количественное распределение различных групп гидробионтов показывают, что в р. Чапаевка произошли глубокие сукцессионные изменения, приведшие к тому, что она заселена обитателями непроточных водоемов и рекой ее уже ниже г. Ча-наевска в настоящее время можно назвать довольно условно. ГЛАВА 4. МАКР0300БЕНТ0С Р.ЧАПАЕВКА, ЕГО ВИДОВОЙ СОСТАВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ. 4.1. Видовой состав.

В главе приводится список видов макрозообентоса с указанием распределения видов по станциям. Всего обнаруженного 245 видов и форм, относящихся к 5 типам и 9 классам. Для каждого класса отме-чаны наиболее массовые виды животных, частота их встречаемости, приуроченность к различным биотопам. Эврибионтные виды, встречен-ны почти во всех биотопах. Особенностью макрозообентоса р. Чапаевка является преобладание по численности олигохет. что обусловлено высоким содержанием органических веществ в грунте и способностью некоторых видов образовывать массовые скопления в поли-сапрбных условиях. Наиболее часто встречались ЫтсйгИиэ ПоТМе-гзЬсгг, I. ийекет1апиз. Ь. сЬарагесИапиз, Ро1ато1Ых 1гатопгеп-згз, ТиЫТех ШЫ/ех.

В составе макрозообентоса р. Чапаевка зарегистрировано: олигохет - 19 видов и форм, полихет-1, пиявок - 6, ракообразных -8, моллюсков - 46 (брюхоногие -13, двустворчатые -33). насекомых: стрекоз - И. поденок - 7 , ручейников - 7, клопов -14, водянных жуков - 9, вислокрылок -1. Личинок двукрылых -110, среди которых самая многочисленная группа - хирономиды - 101 вид и форма. Из них ранее не были отмечаны 6 видов. Сведения о их встречаемости в России и других сопредельных странах в литературе отсутствуют. Количество видов в группах животных макрозообентоса на различных участках р. Чапаевка приведено в таблице 2.

Таблица 2.

Число видов в группах животных макрозообентоса на различных участках р. Чапаевка, 1990-1996 гг.

Группы животных Выше г. Чапаевска Станции 1-12 Ниже г. Чапаевска Станции 13- 23

1990 1991 1992 1995 1990 1991 1992 1995 1996

Полихеты 0 0 0 0 0 0 0 1 1

Олигохеты 16 И + + 12 9 + + +

Пиявки 5 3 1 3 2 1 2 0 1

Моллюски

Двустворчатые 24 7 0 17 6 0 2 8 3

Брюхоногие И 4 0 4 2 0 1 1 2

Ракообразные 4 3 1 0 2 0 2 2 0

Поденки 6 2 1 3 1 0 0 0 0

Ручейники 5 2 0 2 0 1 0 1 0

Хирономиды 83 29 26 41 24 9 13 15 14

Прочие насекомые* 25 17 4 12 4 1 1 0 1

Всего видов 183 78 34 83 50 21 22 29 23

Примечание: + - в 1992-1996 гг. до вида не определяли;

* - клопы, личинки жуков, стрекоз, двукрылых (кроме хирономид).

Как видно из данных табл.2. наибольшим числом видов на участке реки выше г.Чапаевска представлены хирономиды, моллюски и прочие насекомые, тогда как в районе загрязнения реки стоками промышленных предприятий - хирономиды и олигохеты. Для сопоставления видового состава макрозообентоса различных участков реки рассчитали коэффициент Серенсена и определили числовые показатели сходства макрозообентоса на этих участках реки. Коэффициент сходства видового состава для верхнего и нижнего участков реки, испытывающих различную антропогенную нагрузку составил 33 %. 4.2. Количественное распределение макрозообентоса в зависимости от загрязнения.

Количественное распределение макрозообентоса р. Чапаевка оценивалось по материалам 1990 и 1995 гг.

Распределение макрозсобентоса реки, зависит от антропогенного воздействия, которое в значительной степени определяет динамику количественных показателей на различных участках реки.

Таблица 3.

Средняя численность (экз/м2- над чертой) и биомасса (г/м2-под чертой) макрозообентоса в русловой части р. Чапаевка, 1990 и 1995 гг.

Группы Выше г. Чапаевска Ниже г. Чапаевска

животных 1990 1995 1990 1995

Олигохеты 10642 1286 16645 2122

10.8 1.46 13.79 5.95

Пиявки 7 23

0. 02 1. 19

Моллюски 200 224 336 489

13. 05 174. 13 509. 04 730.36

Ракообразные _ 20

0. 17

Хирономиды 5639 6871 1755 1323

16.80 14.72 4.01 1.88

Поденки+ 73 183 _ _

ручейники 0.50 1. 15

Стрекозы+ 34 185 ____

вислокрьшки 0.70 2.08

Цератопого-

НИДЫ+КЛОПЫ+ 1353 100 —— ____

жуки 1.43 0.57

Всего 17948 8872 18736 3954

43.30 195.30 526.84 738.36

Как видно из данных таблицы 3 на участке реки выше г. Чапа-евска в 1990 г. наиболее многочисленной группой бентоса были оли-гохеты (64 % от общей численности), но большей оказалась биомасса личинок хирономид и моллюсков (71% ее общей величины). В 1995 г. преобладающими группами остались олигохеты. личинки хирономид и моллюски. При этом личинки хирономид, составляли 77.5% от общей численности, а их удельный всего лишь 7.54% от общей биомассы.

Моллюски - немногочисленная группа макрозообентоса (2.5 % от общей численности). Однако именно они определяли биомассу донных животных и составляли 89.2%. Наибольшую массу имели А. ргзсШаиэ, и.р1с1огит, Р. ашгситп, Й. ггу!со1а. Доля остальных групп макрозообентоса в общей численности и биомассе (8.79 и 6.27%) небольшая, однако следует отметить, что личинки стрекоз, вислокрылок, цера-топогонид в отдельные периоды обеспечивают довольно заметную биомассу от 1.96 до 6.01 г/м2 (июль, 1990,1995 с. Ореховка,П.-Михай-ловка).

На этом участке р. Чапаевка олигохеты, личинки хирономид и моллюски, в сумме составляют 99. 2 % от общей численности и 96.7 % биомассы всех донных гидробионтов.

На участке реки ниже г. Чапаевска в результате сброса отработанных вод промышленными предприятиями и коммунальным хозяйством города резко ухудшаются условия обитания. Исчезают многие группы и виды гидробионтов и остаются лишь олигохеты и личинки хирономид (представленные эврибионтыми видами из сем. ТиМИстЛае и р. Опгопошз, р. СгурЬосМгопошиг, р. Ро1урей11иш).

В 1990 и 1995 гг.на исследованном участке общая численность и биомасса на ст.13-20 определялась в основном мягким бентосом (олигохетами и личинками хирономид). В устье реки (ст.23) биомасса моллюсков была 96.9 и 98.9 % , а по численности также преобладал мягкий бентос (87.6 % от общей).

Влияние антропогенного воздействия видно при сравнении численности основных групп макрозообентоса русловых станций (рис.2). На верхнем участке реки в 1990 г. выделяются станции 4,5, где представлены все группы гидробионтов, на нижнем участке с максимально высоким уровнем загрязнения минимальные численность и число групп зафиксирована на ст.18-19, а на ст. 14 организмы отсутствуют. Аналогичные данные, характеризующие состояние макрозообентоса на участке реки ниже г. Чапаевска, были получены в июле 1995 г. Поскольку изменения в макрозообентосе реки связаны с ее загрязнением, была проведена оценка состояния личинок хирономид, по наличию или отсутствию различчных морфологических деформаций. При анализе материала, собранного на ст.15 более чем у 100 экземпляров личинок хирономид ротовые части были покрыты черным маслянистным налетом. Приводятся фотографии морфологических деформаций.

Состав грунтов Черный ил Серый ил Раст. остатки Почва Песок Глина

ЗКЗ//Л2

гооо-

ш-

500 •

Я

\ \ Л \>)* 1

■18 22

□ -ОПдосЪае1а [¿3 - СЫгопотк1ае И - СвгаЪродопИае

- Метала ■ -Уала

□ -1000 "экэ./мг

10 20 60 60

-ч

Рис. 2. Распределение численности бентоса (экз./м2) и состав грунтов (%) на станциях р. Чапаевка в июле 1990 г.

ГЛАВА 5.СТРУКТУРА И НЕКОТОРЬЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

СООБЩЕСТВ МАКР0300БЕНТ0СА Р. ЧАПАЕВКА. 5.1. Сообщества накрозообентоса .

Выделено 8 сообществ макрозообентоса, отличающихся по видовому составу и по биотопу (Жадин, 1940; Неизвестнова-Жадина, 1937). Они названы по доминирующим видам, которые выделены по индексу плотности (Алимов, Тесленко, 1988; Арабина и др., 1988; Каменев. 1986,1987, 1988; Садырин, 1983; Шустикова, 1988).

Таблица 4.

Некоторые показатели сообществ макрозообентоса р. Чапаевка.

Сообщества макрозообентоса Грунт N экз/м2 В г/м2 п Н Вх/Е % нх

С.р1итозиз+Ь.?10/-^'meisteгi+P. пиье- СиЬОБШ серый ил +растит. остатки 14080 10. 94 26 3. 38 40. 62

С. рЬтогиз+Б. г\-ухсо 1а+Ь. ПоГТте1-егг заиленная поч-ва+р.ост 13920 90. 58 15 2. 44 0. 12

Б. гШсоЬа+С. р1и-тоэиз+Ь.Но//те1з-ЬеП заиленная почва 15040 35. 85 19 1. 63 1. 67

С. рЬтовиБ+Ь. Но/~ /тегэ1,егг+Р. Мт-топ1епз1з заиленная глинистая почва 6360 9. 56 13 2. 84 1. 06

1. ?то/Лпегз£егг+ 1. ud.ekemta.nus почва+ раст.ост 3880 3 67 4 1. 67

С. ро1утогрПа-1-Ь. Но//те1з1егг+Ь. с lapa.redia.nus заилен- почва+ песок 12040 615 97 8 1. 36

1. НоТ1тегзЬегг+ Т. ШЫГех серый ил 280 0. 10 2 0.86

О. ро1щогрНа+ Р. Теггидтеиз* Б. г№1со1а+ Ь.с1арагей1апиз серый ил+-ра- куша 13280 405. 21 13 3.10 0.44

Для каждого сообщества приводится состав и количественное соотношение слагающих его видов, отношение биомассы хищных и нехищных животных и описание условий обитания.

При попарном сравнении сообществ макрозообентоса коэффициет видового сходства изменяется в пределах 3.7-37.5 % (табл.5), что показывает существенное их отличие по видовому составу и зависимость от условий обитания (антропогенного воздействия).

Таблица 5.

Коэффициент видового сходства (Кв,%) сообществ макрозообентоса р. Чапаевка.

Сообщества макрозообентоса 1 2 3 4 5 6 7 8

1 25.0 32. 0 22 0 И. 0 9 7 3 7 29.0

2 32. 0 17 4 20. 0 16 7 6. п 1 33.3

3 23 1 9. 5 8. 3 5. 0 37.5

4 13. 3 11 1 0. 7 28.6

С О 37 5 20 0 22.2

6 12. 5 23.5

7 6.7

8

5.2. Некоторые функциональные показатели сообществ макрозообентоса .

Для оценки функциональных показателей донных сообществ различных участков реки были рассчитаны составляющие потока энергии (К, Р, Л, С).

Продукцию популяций отдельных видов животных рассчитывали по

известным из литературы величинам удельной продукции (С„) за сутки (Заика, 1972, 1983) и коэффициенту К2. Суммарную продукцию (Рс) донных сообществ рассчитывали в виде суммы продукций нехищных (Рнх) и хищных (Рх) за вычетом рациона хищных (Сх) животных (Алимов, 1989). В связи с тем, что основную долю хищных составляют личинки хирономид, которые в основном факультативные хищники, их рацион для дальнейших расчетов был принят равным 30% (Тодераш, 1984).

Траты на обмен (И) у донных животных рассчитывали по уравнениям интенсивности потребления кислорода (ИПК) отдельными группами животных (Винберг, Беляцкая.1959; Сущеня,1972; Камлюк, 1974; Алимов, 1975, 1976,1982,1989; Голубков, 1986; Балушкина, 1987, Негст3.гщзеп, 1960). Для пересчета единиц ИПК в единицы энергии использовали оксикалорийные коэффициенты, принятые Международной биологической программой. При всех расчетах (на реальные температуры) в биотопах введена температурная поправка в соответствии с коэффициентом Вант-Гоффа 0.!0 =2.25 (Винберг, 1983).

Составляющие потока энергии сообществ макрозообентоса использованы для количественной оценки их участия в процессах самоочищения реки (табл. 6).

Таблица 6.

Составляющие потока энергии и индекс видового разнообразия (Н) сообществ макрозообентоса р. Чапаевка в июле 1995 г.

Станции Поч т энергии. ккал/мг сут. н Рс /к

И Рс Р гнх Рх Х А с ънх Сх

Выше г. Чапаевска

4 0. 115 0.011 0.033 0. 005 0.127 0. 145 0. 026 3. 87 0. 09

7 0. 294 0.082 0.082 0.002 0.376 0.628 0. 002 3. 12 0. 28

9 0. 817 0.249 0.249 0.001 1.066 1.768 0. 0006 2. 34 0. 31

11 0. 044 0.013 0.013 0.003 0.057 0.092 0 002 3. 05 0. 30

НЮ :е г. ?апаев(! Ька

15 0. 016 0. 019 0.019 - 0.035 0.058 - 0. 00 1. 18

18 0 056 0.029 0.029 - 0.085 0.170 - 0. 00 0. 51

19 0 011 0. 005 0.005 - 0. 020 0.03 - 0. 00 0. 44

23 0 873 0. 144 0.144 - 1.017 1.689 - 2. 57 0. 17

Примечание: I? - траты на обмен (за сутки); Рс - продукция сообщества; Рнх. Рх - продукция нехищных и хищных животных за сутки; Снх, Сх - суточный рацион нехищных и хищных животных.

В качестве функционального показателя рассматривали отношение Рс/Р (табл. 6) величины которого коррелируют с изменениями структуры сообщества, возникающими в результате антропогенного воздействия. Чем больше величина этого показателя, тем проше структура сообщества и тем меньше величина индекса видового разнообразия (Н).

Рассчитанные величины потоков энергии сообществ макрозообен-тоса на различных участках позволяют оценить их участие в процессах самоочищения.

Для этого использовали величины, показывающие отношение энергии пищи, потребленной нехищными животными (Снх, рацион) и суммы потока энергии (Р+Ю через сообщество к количеству органического вещества, рассчитанного в слое воды высотой 5 см и 1 м над 1м2 площади дна (табл.7). Количество органического вещества (ОБ) рассчитывали по величине бихроматной окисляемости (БО), выраженной через Сорг, используя переводные коэффициенты (Алимов и др., 1977).

Таблица 7.

Содержание органического вещества (ОВ), величина потока энергии (А), суточного рациона (Снх) и отношений Снх/0В и А/ОВ для сообществ макрозообетоса р. Чапаевка в июле 1995 г.

Станции А Снх ОВ ккал в слое А/ОВ % в слое Снх/0В %В слое

ккал/м2 сут. 1м 5 см 1м 5 см 1м 5 см

Выше г. Чапаевска

4 0 127 0 145 183 91 18.39 0 07 0 69 0 08 0. 79

7 0 376 0. 628 297. 08 14. 85 0 13 2 53 0 021 4. 23

9 1 066 1 768 243 38 15.21 0 44 7 00 0 73 И. 62

И О 057 0 092 346 61 17.33 0 02 0 33 0 03 0. 53

Ниже ! Г. Чаш 1евска

15 0 035 0 058 713 75 35.69 0 005 0 09 0 008 0. 16

18 0 085 0 170 360 93 18.85 0 02 0 45 0 05 0. 90

19 0 020 0 030 349 98 14.58 0 006 0 14 0 008 0 21

23 1 017 1 689 216 32 11. 34 0 47 8 97 0 78 14. 89

Из данных приведенных в таблице 7 следует, что значение величин А/ОВ и Схн/ОВ наибольшее (7.0 и 11.62 %) на ст. 9 верхнего участка реки и в зоне экотона на ст.23 (8.97 и 14.89 %) в сообществах которого преобладают моллюски. Однако и при этих значениях роль макрозообентоса в процессах утилизации органического вещества поступающего в реку ничтожна мала, эффект самоочищения при столь значительном антропогенном загрязнении практически отсутствует.

5.3. Оценка качества воды р. Чапаевка по макрозообентосу .

Для оценки качества воды р.Чапаевка был рассчитан коэффициент показывающий отношения численности олигохет (включая тубифицид) к суммарной численности организмов ), (Пареле, 1981), биотический индекс Вудивисса (Вудивисс, 1977; Woodiwiss, 1964) с некоторыми изменениями применительно к составу бентофауны в реках Самарской области. Значения перечисленных индексов, сапробности и класса чистоты для станций выделенных участков реки очень близки.

Воды верхней части реки по биотическому индексу относятся к IV-V классу чистоты, а ниже г.Чапаевска до экотона V-VI и лишь в зоне экотона к III классу.

ВЫВОДЫ.

Совокупность комплексных исследований характеризует экологическое состояния экосистемы р. Чапаевка как крайне неблагополучное и ставит ее в ряд наиболее грязных рек Волжского бассейна.

1. На основании собственных наблюдений и анализа литературных данных установлено, что р. Чапаевка по содержанию основных биогенных элементов (N,P) высоко евтрофированный водоток. По всем показателям и характеру антропогенного загрязнения река делится на два участка: верхний и нижний. В последнем обособленно выделяется приустьевая часть. Концентрация OB на верхнем участке от 23.3 до 43.5 мг02/л, на нижнем - от 93.0 до 133.7 мг02/л, вода приустьевого участка менее насыщена OB - 40.7-89.1 мг02/л.

2. В макрозообентосе р. Чапаевка обнаружено 245 видов и форм животных, относящихся к 9 классам. Наиболее многочисленная группа гидробионтов хирономиды - 101 вид и форма, моллюски-46, олигохеты -19. Среди личинок хирономид ранее не были отмечены 6 видов.

3. Установлено, что видовой состав сообществ макрозообентоса и количественное распределение видов зависит от характера и интенсивности антропогенного загрязнения. Наибольшим числом видов на

верхнем участке представлены хирономиды - 83, моллюски -35, оли-гохеты - 16 видов. На нижнем участке реки, в районе техногенного загрязнения число видов этих групп уменьшается (24, 12, 8 соответственно) . В районе максимального загрязнения макрозообентос в период исследований отсутствовал. На верхнем участке реки олиго-хетн, личинки хирономид и моллюски составляют 99.2 % от общей численности и 96.7% от биомассы. На участке ниже г. Чапаевска, за исключением устья, общая численность определялась только олигохет-ами и хирономидами (мягкий бентос). В устье биомасса моллюсков была 98.9% от общей, а по численности все же преобладал мягкий бентос - 87.6 %. Коэффициент сходства видового состава для верхнего и нижнего участка реки, испытывающих различную антропогенную нагрузку составил 33 %.

5. В макрозообентосе р. Чапаевка выделено 8 сообществ, отличающихся по видовому составу и по биотопу. Сообщества названы по доминирующим видам, которые выделены по индексу плотности. Коэффициент видового сходства сообществ макрозообентоса при попарном их сравнении изменяется в пределах 3.7 - 37.5 %, что показывает отличие по видовому составу и зависимость от антропогенного воздействия.

6. Рассчитаны составляющие потока энергии (R, Р. А, С) для оценки функциональных показателей сообществ макрозообентоса. В качестве функционального показателя рассчитан коэффициент стабильности сообществ макрозообентоса - Pc/R величина которого возрастает по мере увеличения антропогенного воздействия и коррелирует с изменениями структуры сообщества. На верхнем участке реки (ст.4) Pc/R - 0.09; Н - 3.87, а при максимальном техногенном воздействии (ст. 15) Pc/R - 1.18; II - 0).

7. Рассчитанные значения величин С11Х/0В и А/ОВ ( 0В в слое воды 5 см), позволили оценить роль сообществ макрозообентоса в процессе самоочищения на различных участках реки, подверженных антропогенному воздействию.

Установлено, что наибольшее значение величин А/ОВ и Снх/0В 7.0 и 11.62 % на ст. 9 верхнего участка реки и в зоне экотона на ст. 23 А/0В1Снх/0В 8.97 и 14.89 %. В верхнем участке реки, где в стоках преобладают органические вещества, основная роль в их утилизации принадлежит высокосапробным сфериидам. В зоне экотона, где смешиваются воды реки и водохранилища, комплексное загрязнение сказывается в меньшей степени, здесь эту функцию выполняет дрейс-

сена (ст. 23 - поселение дрейссены).

На всем нижнем участке комплексного техногенного загрязнения значение величин Снх/0В и А/ОВ менее 1%. Роль макрозообентоса в процессе утилизации органического вещества поступающего в реку ничтожна мала. Эффект самоочищения при значительном антропогенном загрязнении практически отсутствует.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. H.A. Марченко, Т.Д. Зинченко, В.К. Шитиков, Л.А. Выхристюк, Структурно-функциональные показатели зообентоса и его роль в процессах самоочищения некоторых равнинных рек Волжского бассейна. /Современные проблемы гидроэкологии. Тезисы Междунар. кон-фер.Санкт-Петербург, 9-13 октября, 1995 г. 38 с.

2. Т.Д. Зинченко Т.Д., Н.А.Марченко, Л.В. Головатюк.Состав и распределение макрозообентоса. /Экологическая безопасность и устойчивое развитие Самарской области. Экологическое состояние р.Чапаевка в условиях антропогенного воздействия. (Биологическая индикация). Тольятти, 1996. С. 42.4 - 448.

3. H.A. Марченко, Т.Д. Зинченко, В.К.Шитиков Значение зообентоса в процессах самоочищения. // там же.-С. -45?.

4. J1. А. Выхристюк, O.E. Варламова, H.A. Марченко, Состояние водных масс и донных отложений. // там же. - С. 65-82..

5. Шитиков В.К., Т.Д.Зинченко, H.A. Марченко.Создание базы данных и алгоритмы обработки информации //там же. - С. 40-58.

6. H.A. Марченко, Т.Д. Зинченко, В.К. Шитиков.Структурно-функциональная организация хирономидоценозов в бентосе равнинных рек при антропогенном воздействии (на примере р. Чапаевка). Тез. докл. VII сьезд ГБО, Казань, 1996, октябрь.