Динамика состояния экосистемы водоема урбанизированной территории

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДИНАМИКА СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ ВОДОЕМА УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ

Введение

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

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

Материал и методы исследований

Настоящие исследования проведены с начала июня до середины сентября 2008-2009 гг. на водоеме «Девятый карьер» (оз. «Сельмашевское»). Водоем расположен в крупном промышленном районе г. Гомель, в 500 м от ПО «Гомсельмаш». Водоем является объектом хозяйственного и культурно-бытового водопользования. Длина его составляет 1,36 км, средняя ширина - 0,1 км, максимальная ширина - 0,22 км, площадь водосбора - 2,1 км. Водоем в целом не глубокий, но в отдельных местах имеются глубины до 3 м.

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

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

биомасса индекс видовый зоопланктон

Результаты и их обсуждение

Результаты исследований показывают, что качество воды водоема «Девятый карьер» по гидрохимическим показателям на протяжении последних нескольких лет варьирует. По данным, полученным в 2008 г., водоем «Девятый карьер» имеет следующие показатели качества воды: содержание кислорода (по среднегодовым данным) составляет 9,53 мг/дм3, БПК5 - 4,37 мгО2/дм3, азота аммонийного - 0,191, азота нитритного- 0,014, цинка - 0,01, СПАВ - 0,04 мг/дм3, концентрации хрома и нефтепродуктов имеют величины ниже ПДК. Концентрация железа в водоеме в 1,9 раз превышает ПДК и составляет 0,57 мг/дм3, что характерно в целом для водных объектов региона. Сопоставление приведенных данных с гидрохимическими показателями, установленными в 2006-2007 гг., показывает, что имеет место неудовлетворительное качество воды водоема по следующим показателям: в 1,8-1,9 раз была превышена величина БПК5, в 8,5 раз - концентрация цинка, в 5,2 - железа, в 1,4 раза - фосфора фосфатного. На протяжении указанных лет качество воды соответствует умеренно загрязненной категории.

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

Результаты исследований по видовому разнообразию зоопланктона приведены в таблице 1 и показывают, что в 2008 г. в водоеме обнаружено 39 видов и внутривидовых таксонов: Rotifera - 12 (30,8 %), Cladocera - 16 (41 %), Copepoda - 11 (28,2 %) (рисунок 1). Все представленные виды относятся к 9 семействам.

Рисунок 1 - Структура зоопланктона водоема «Девятый карьер», 2008 г

Наибольшее видовое разнообразие Рисунок 1 - Таксономическая структура зоопланктона водоема «Девятый карьер», 2008 г. свойственно семействам Brachionidae, Chydo-ridae и Cyclopidae - по 7, 7, 8 видов и вариететов соответственно. Два рода - Brachionus и Keratella достигают наибольшего разнообразия и представ-лены 5 и 3 видами. Сопоставление полученных данных с результатами более ранних исследований показывает, что в 2006-2007 гг. удельный вклад коловраток в видовое разнообразие зоопланктона был в 1,7 раза выше по сравнению с 2008 г. Ветвистоусые ракообразные, имеющие наибольшее разнообразие в 2008 г., включают 2 рода - Bosmina и Daphnia, каждый из которых представлен 2 видами. Веслоногие ракообразные, по сравнению с коловратками и кладоцерами, менее разнообразны. Обнаруженные виды копепод относятся к 4 родам - Eudiaptomus, Acanthocyclops, Thermocyclops и Eucyclops, которые включают по 2-3 вида. Остальные 18 родов зоопланктона представлены одним видом. Большинство обнаруженных видов являются широко распространенными.

В 2009 г. биоразнообразие, количественные характеристики и состав доминирующих видов планктона претерпевают изменения. Разнообразие зоопланктона увеличивается в 1,5 раза и составляет 58 видов. К типу Rotifera относятся 25 видов и вариететов (43,1%), к типу Arthropoda, классу Crustacea - 27 (56,9%), из них 21 вид (36,2%) - Cladocera и 12 видов (20,7%) - Copepoda (рисунок 2). Более разнообразной в 2009 г. оказалась ротаторная фауна и она составила 43 % от общего числа видов (в 2008 г. - 31 %).

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

Наибольшее видовое разнообразие наблюдалось в семействах Tricho-cercidae и Brachionidae. К семейству Brachionidae принадлежат 12 видов из 2 родов - Brachionus и Keratella, включающих по 6 видов. В классе рако-образных более разнообразны Cladocera, они представлены 4 семействами - Daphniidae, Chydoridae, Sididae и Bosminidae, из которых наибольшее число видов - 9 и 7 приходится на первые два. Copepoda включают 12 видов, но при этом к ним относится доминирующий вид T. oithonoides, который по своим количественным характеристикам во много раз превосходит все остальные группы гидробионтов.

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

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

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

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

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

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

Зоопланктон водоема также включает виды-индикаторы. В 2008 г. виды-индикаторы составляют 76,9 % от общего числа видов (рисунок 3). Обнаруженные виды являются индикаторами как чистых, так и вод умеренного загрязнения - их доля составляет по 23 %. Имеются также индикаторы загрязненных и довольно грязных условий. Удельный вклад первых около 30%, вторых - 3%. К индикаторам, характерным для чистых вод, относятся доминирующий вид T. oithonoides, а также M. leuckarti из копепод, D. brachyurum из кладоцер. Видом, характерным для вод невысокого загрязнения, является S. vetulus. Представитель коловраток B. a. angularis относится к индикаторам весьма высокого загрязнения. Следует отметить, что, несмотря на наличие последнего, массовые виды зоопланктона позволяют сделать вывод об относительно небольшом загрязнении водоема в исследуемый период.

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

В 2009 г. доля видов - индикаторов зоопланктона близка к таковой в 2008 г. и равна 75,8 % . Обнаруженные виды являются индикаторами чистых вод - 27,5 %, вод умеренного загрязнения - 20,7 %, загрязненных - 25,9 % и довольно грязных - 1,7 % (рисунок 4).

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

К индикаторам, характерным для чистых вод, относятся доминирующий вид T. oithonoides, S. cry-stallina из кладоцер. Видом, характерным для вод невысокого загрязнения, является B. longirostris. Представители коловраток - B. a. angularis, B. d. di-versicornis (один из числа доминирующих видов) относятся к индикаторам весьма высокого загрязнения. Как отмечено выше, увеличение загрязненности воды влечет за собой массовое развитие коловраток, в частности, рода Brachionus, что и наблюдается в водоеме в 2009 г.

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

Заключение

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

Литература

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

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

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

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

Размещено на Allbest.ur