Оценка экологического состояния р. Ишим по данным фитоиндикации

Размещено на http://www.allbest.ru

Оценка экологического состояния р. Ишим по данным фитоиндикации

О.Е. Токарь

Материалом для данной статьи послужили результаты четырехлетних исследований (2001-2004 гг.) водной флоры и экологического состояния р. Ишим в пределах юга Тюменской обл. Общая протяженность обследованных участков реки составляет 74 км. В пределах природно-климатических подзон обследовано: участок реки протяженностью 24 км в средней лесостепи, 32 км - в северной лесостепи и 18 км - в подтайге, что составляет 11 % от общей длины реки на территории Тюменской области (670 км).

Составной частью биологического мониторинга водной среды является экологический анализ состава растительных группировок. Он позволяет дать содержательные сравнительные оценки условий местообитания, текущего состояния экосистемы, выявить тенденции дальнейшего развития растительного покрова [3].

Критерием оценки состояния природной среды для многих исследователей служит обилие вида в сообществе, его значимость. В работе мы придерживались взглядов Л. Г. Раменского [4], который считает, что преобладающие виды дают лишь грубую ориентировку в условиях среды и состояния растительного покрова, поэтому важно использовать сведения об ассектаторах, встречающихся в растительных группировках с малым обилием. Эти растения дополняют и уточняют характеристику экотопов, полученную на основе списка доминантов [4].

Используя давно известный и широко применяемый на практике прием выделения групп растений - показателей условий местообитаний (минерализации, жесткости, рН воды, увлажнения, трофности, засоленности, аллювиальности, типов грунта, сапробности), мы распределили виды водных макрофитов по экологическим группам, чтобы оценить в дальнейшем состояние р. Ишим (табл. 1). Для этой цели были использованы работы Л. Г. Раменского и др. [4]; К. А. Кокина [1]; “Макрофиты - идикаторы...” (1993); Б. Ф. Свири- денко (1991, 2000); Е. П. Прокопьева [2; 3; 5].

Для более детальной экологической характеристики местообитаний участков р. Ишим разных природно-климатических подзон нами были составлены индикационные таблицы по экологии водных макрофитов (табл. 2-4).

Природно-климатические подзоны

Рис. 1. Распределение водных макрофитов р. Ишим по экологическим группам увлажнения. Подзоны: А средняя лесостепь, Б - северная лесостепь, В - подтайга.

В сложении сообществ водной макрофитной растительности участвуют 29 видов. Более высоким видовым разнообразием характеризуется участок р. Ишим в северной лесостепи (23 вида), на участке реки в средней лесостепи отмечен 21 вид, на участке реки в подтайге - 19 видов [9].

Экологическое разнообразие сообществ водных макрофитов участка р. Ишим в средней лесостепи характеризуют 25 экогрупп. Увлажнение местообитаний в целом характеризуется 102 ступенью. В сложении сообществ количественно преобладают гипергидрофиты и ортогидрофиты (водные и прибрежно-водные виды) (по 4 вида, или по 28,6 % видов в каждой экогруппе). Гидромезофиты объединяют 21,4 % видов, гипо гидрофиты - 14,3 %, гемигидрофиты - 7,1 % видов (рис. 1, А). Богатство и засоление среды характеризуется 12 ступенью шкалы (мезоевтрофные). Индицируют трофность среды мезоевтрофофиты (9 видов, или 45 %). Мезотрофофиты объединяют 25 % видов, евтрофофиты - 20%. Гипогалофиты (Alisma plantago-aquatica) и мезогалофиты (Bolboschoenus maritimus) объединяют по 5 % видов (рис. 2, А). Аллювиальность местообитаний в среднем характеризуется 8 ступенью (сильно аллювиальные). Количественно преобладают представители экогруппы А3 (62,5 %), указывающие на умеренно аллювиальные местообитания. Присутствие в группировках аллювиафилов (представителей экогруппы А4), Butomus umbellatus, Bolboschoenus maritimus, показывает на наличие сильно аллювиальных местообитаний на данном участке р. Ишим. На колебание уровня воды указывают 10 видов водных макро- фитов, из них 8 (80 % видов) - на умеренное, по одному виду (10 %) - на резкое колебание (Eleocharis palustris) и на понижение (Alisma plantago-aquatica) уровня. Активная реакция среды слабощелочная (рН = 7,6-8,0). Количественно преобладают алкалифилы (52. 9 % видов). Индикаторами реакции среды данного участка реки Ишим являются присутствующие в группировках Bolboschoenus maritimus, Sparganium emersum, Nuphar lutea, Nym- phaea candida, Potamogeton perfoliatus, Batrachium circinatum. Индиффирентами являются 47,1 % от всех видов. Минерализация воды находится в пределах величин 0,5-0,6 г/л. Ее определяют такие виды как Sagittaria sagittifolia, Scirpus ehrenbergii, Sparganium emersum, которые способны существовать при данных значениях минерализации. Жесткость воды находится в пределах 3,6-5,1 мг-экв/л. Предельные величины жесткости определяют такие виды-индикаторы, как Alisma plantago-aquatica, Bolboschoenus maritimus, Nuphar lutea, Nymphaea candida. Большинство видов являются типично пресноводными (64,7 %). Слабосолоновато-пресноводными являются 17,6 % видов, условно-пресноводными - 11,8 % видов, среднесолоновато-пресноводным - один вид (5,9 %) (рис. 3, А). На данном участке реки преобладают псаммопелофильные виды (53 % от всех видов), характеризующие тип грунта как тонкодетритные глинистые или опесчаненые илы. Пелобионты и детритопело- филы представлены по 23,5 % видами (каждая экогруппа) (рис. 4, А). На данном участке реки количественно преобладают виды водных макрофитов из экогрупп S2 и S4 (по 33,3 % вида в каждой), индицирующие чистые и удовлетворительно чистые воды. Экогруппы S3 и S5 представлены по 16,7 % видами каждая. Индекс сапробности участка реки Ишим в средней лесостепи равен 1,47, он характеризует чистую воду (или как олигосапробную зону водоема) (табл. 2).

Природно-климатические подзоны

Рис. 2. Распределение водных макрофитов р. Ишим по экологическим группам трофности и засоления. Подзоны: А - средняя лесостепь, Б - северная лесостепь, В - подтайга.

Природно-климатические подзоны

Рис. 3. Распределение водных макрофитов р. Ишим по галотолерантным группам. Подзоны: А средняя лесостепь, Б - северная лесостепь, В - подтайга.

Рис. 4. Распределение водных макрофитов р. Ишим по эдафотолерантным группам. Подзоны: А средняя лесостепь, Б - северная лесостепь, В - подтайга.

экологический ишим флора макрофит

Экологическое разнообразие сообществ водных макрофитов участка р. Ишим в северной лесостепи характеризуют 26 экогрупп. Увлажнение местообитаний данного участка р. Ишим характеризуется 103 ступенью. Количественно преобладают ортогидрофиты - прибрежно-водные растения (38,6 % от всех видов). Гипергидрофиты и гипогидрофиты объединяют по 23 % всех видов, гидромезофиты - 15,4 % видов (рис. 1, Б). Богатство и засоление среды характеризуется 15 ступенью (евтрофные, богатые элементами питания местообитания). Количественно преобладают мезоевтрофофиты (50 % от всех видов). Мезотрофофиты объединяют 22,8 % видов, евтрофофиты - 13,7 % видов, мезоолиготрофы - 4,5 %. Гипогалофиты и мезогалофиты объединяют по 4,5 % видов, их доля участия в формировании сообществ незначительная (рис. 2, Б). Аллювиальность местообитаний в среднем характеризуется 8 ступенью (сильно аллювиальные). Экогруппа А3 представлена 3 видами (50 %), экогруппа А4 - 2 видами (33,3 %), экогруппа А5 - 1 видом (16,7 %). На колебание уровня воды в реке указывают 11 видов макрофитов, из них 9 видов (80 %) - на умеренное колебание, по одному виду (по 10 %) - на резкое колебание уровня (Eleocharis palustris) и на понижение уровня (Alisma plantago-aquatica). Показатели рН, минерализации и жесткости те же, что и в средней лесостепи. Алкалифилами являются 53,4 % видов, индифферентами - 47,6 %. Индикаторами рН среды служат Sparganium emersum, Nuphar lutea, Lemna minor, Potamogetonperfoliatus, P. crispus. В сообществах водной макрофитной растительности преобладают типично пресноводные виды (57,1 % видов). Слабосолоно- вато-пресноводными являются 19 % видов, условно-пресноводными - 14,4 % видов, сред- несолоновато-пресноводными - 9,5 % видов (рис. 3, Б). Индикаторами минерализации среды являются Sagittaria sagittifolia, Scirpus ehrenbergii, Sparganium emersum - виды с наиболее узкими пределами выносливости. Индикаторами жесткости воды р. Ишим служат такие виды водных макрофитов как Nuphar lutea, Bolboschoenus maritimus, Alisma plantago-aquatica. Основными типами грунта на данном участке реки являются различные варианты тонкодетритных илов. На их наличие указывают количественно преобладающие виды, входящие в экогруппы псаммопелофилы (35 %) и пелобионтны (35 %). Детритопе- лофилы объединяют 25 % видов, эвриэдафилы - 5 % видов (рис. 4, Б). Количественно преобладают представители экогруппы S5 (37,5 % видов), которые индицируют воду как удовлетворительно чистую и загрязненную. Экогруппы S2 и S4 представлены по 25 % видами, экогруппа S3 - одним видом (12,5 %). Для участка реки в северной лесостепи индекс сапробности равен 1,81, вода удовлетворительно чистая (е-мезосапробная зона водоема) (табл. 3).

Экологическое разнообразие сообществ водных макрофитов р. Ишим в подтайге представляют 26 экогрупп. Увлажнение местообитаний участка р. Ишим характеризуется 105 ступень увлажнения. В сообществах водных макрофитов количественно преобладают прибрежно-водные растения (ортогидрофиты) (36,3 % видов). Гипогидрофиты объединяют 27,3 % видов, гипергидрофиты и пидромезофиты - по 18,2 % видов (рис. 1, В). Богатство и засоление среды характеризуется 15 ступенью (евтрофные местообитания). Количественно преобладают мезоевтрофофиты (44,4 %). Мезотрофофиты представлены 22. 2 % видами, евтрофофиты - 16,6 % видами, мезоолиготрофофиты - 5,6 % видов. Количество видов, относящихся к гипогалофитам и мезогалофитам, по 5,6 % видов в каждой экогруппе (рис. 2, В). Аллювиальность местообитаний в среднем характеризуется 9 ступенью (катастрофически аллювиальные местообитания, мощность ежегодных аллювиальных отложений составляет 10-15 см и выше). По количеству видов преобладает экогруппа А3 (50 %). Экогруппа А4 объединяет 33,3 % видов, экогруппа А5 - 16,7 % видов. На колебание уровня воды указывают 7 видов водных макрофитов, из них 6 видов (60 %) - на умеренное, один вид (10 %) - на понижение уровня. Показатели рН, минерализации и жесткости те же, что и на участках реки в лесостепи. Алкалифилы представлены в сообществах 52,9 % видами, индифференты - 47,1 % видами. Индикаторами рН воды на данном участке являются Sparganium emersum, Lemna minor, Potamogeton perfoliatus, P. crispus. Типично пресноводными являются 52,9 % видов, слабосолоновато-пресноводными - 23,5 % видов,

условно-пресноводными и среднесолоновато-пресноводными - по 11,8 % видов (рис. 3, В). Индикаторами минерализации воды являются Sagittaria sagittifolia, Sparganium emer- sum. Индикаторами жесткости - Bolboschoenus maritimus, Alisma plantago-aquatica. Донные отложения р. Ишим представлены тонкодетритными органическими илами. В сообществах водной макрофитной растительности преобладают экогруппы псаммопелофилов и пелобионтов (по 37,5 % видов в каждой группе), Детритопелофилы представлены 18,7 % видами, эвриэдафилы - 6,3 % видами (рис. 4, В). Количественно преобладают виды экогруппы Б4 и Б5 (по 42,9 % видов индицирующих воду как удовлетворительно чистую и загрязненную). К экогруппе Б2 относятся 14,2 % видов. Для участка реки Ишим, подтайги, индекс сапробности равен 1,83, вода удовлетворительно чистая. Данный участок реки характеризуется как е-мезосапробная зона водоема (табл. 4).

Таблица 1. Распределение водных макрофитов р. Ишим и пойменных озер по экологическим группам

Примечания

По отношению к трофности и засолению: МО - мезоолиготрофофиты, М - мезотрофофиты, МЕ - мезоевтрофофиты, Е - евтрофофиты, ГГ - гипогалофиты, М - мезогалофиты.

По отношению к минерализации: ТП - типично пресноводные, УП - условно-пресноводные, СлП - слабосолоновато-пресноводные, СрП - среднесолоновато-пресноводные.

По отношению к типам грунта: ПБ - пелобионты, ПП - псаммопелофилы, ДП - детритопелофилы, ДБ - детритобионты, ЭЭ - эвриэдафилы.

По отношению к рН: Ал - алкалифилы, Ац - ацидофилы, И - индифференты.

По отношению к аллювиальности: А1 - виды, характеризующие очень слабо аллювиальные местообитания, А2 - виды, характеризующие слабо аллювиальные местообитания, А3 - виды, характеризующие умеренно аллювиальные местообитания, А4 - аллювиафилы, виды обитающие в сильно аллювиальных местообитаниях, А5 - виды с широкой экологической валентностью, обитающие как в очень слабо аллювиальных, так и в сильно аллювиальных местообитаниях).

По отношению к зонам сапробности: 81 - виды-олигосапробы, обитающие в чистых водах, 82 - 0-в- апробы, обитающие в чистых и удовлетворительно чистых водах, 83 - в-0-мезосапробы, обитающие в [етворительно чистых и чистых водах, 84 - в-мезосапробы, обитающие в удовлетворительно чистых водах, 85 - в-мезосапробы, обитающие в удовлетворительно чистых и загрязненных водах (характеризую- щиеся самым высоким индексом сапробности). Прочерк означает отсутствие данных.

Следовательно, местообитания р. Ишим на всем протяжении (Тюменская область) характеризуются сходными химическими показателями (рН, минерализации, жесткости). Экологический анализ сообществ водной макрофитной растительности участков р. Ишим разных природно-климатических подзон позволяет сделать вывод, что участок реки в северной лесостепи характеризуется наибольшей экологической емкостью местообитаний, так как более разнообразнее состав экогрупп и в сложении сообществ принимает участие большее количество видов (79,3 % всей макрофитной флоры) по сравнению с другими участками. Однако с юга на север наблюдаются изменения в сложении группировок водной макрофитной растительности. Так, в северном направлении увеличивается количество видов гипогидрофитов, а снижается количество гипергидрофитов и гидромезофитов. В фитоценозах водной макрофитной растительности участков р. Ишим в северной лесостепи и подтайге отсутствуют гемигидрофиты. Общая увлажненность местообитаний увеличивается с юга на север, что определяется зонально-климатическими причинами: уменьшением тепла и увеличением количества осадков. В северном направлении незначительно уменьшается количество в группировках водной макрофитной растительности мезоевтро- фофитов и евтрофофитов. На участке реки в средней лесостепи в сообществах отсутствуют эвриэдафилы. Возрастает также загрязненность воды реки Итттим органическими и биогенными веществами на участках реки в северной лесостепи и подтайге. Это можно объяснить увеличением антропогенной нагрузки на водоем, особенно в северной лесостепи. Река Итттим является основным источником хозяйтвенно-питьевого водоснабжения, но в нее постоянно осуществляют организованный сброс грязных сточных вод 3 крупных предприятия: очистные сооружений канализации ОАО “Водоканал” г. Ишима, станция Ишим Тюменской дистанции водоснабжения и пансионат с лечением “Ишимский” [7, 8].

Таблица 2. Усредненная оценка экологического состояния участка р. Ишим в средней лесостепи на основе индикационных показаний водных макрофитов в соответствии с их обилием

Примечания. Ступени шкал увлажнения, богатства и засоления, аллювиальности даны по Л. Г. Раменскому с соавт. (1956). Пределы выносливости видов по отношению к активной реакции, минерализации и жесткости воды, а также экологические группы по отношению к типам грунта - по Б. Ф. Свириденко (2000). Индекс сапробности - по V. 8Месек (1963) (цит. по: К. А. Кокин, 1982; А. П. Садчиков, М. А. Кудряшов, 2004). Отношение видов к колебанию уровня - по “Макрофиты - индикаторы...” (1993). Классы обилия: с - обильно, п - умеренно, р - мало, s - единично. Экологические группы по отношению к грунтам: ПП - псаммопелофилы, ПБ - пелобионты, ДП - детритопелофилы. Прочерк означает отсутствие данных.

Таблица 3. Усредненная оценка экологического состояния участка р. Ишим в северной лесостепи на основе индикационных показаний водных макрофитов в соответствии с их обилием

Примечания. Ступени шкал увлажнения, богатства и засоления, аллювиальности даны по Л. Г. Раменскому с соавт. (1956). Пределы выносливости видов по отношению к активной реакции, минерализации и жесткости воды, а также экологические группы по отношению к типам грунта - по Б. Ф. Свириденко (2000). Индекс сапробности - по V. 8Месек (1963) (цит. по: К. А. Кокин, 1982; А. П. Садчиков, М. А. Кудряшов, 2004). Отношение видов к колебанию уровня - по “Макрофиты - индикаторы...” (1993). Классы обилия: с - обильно, п - умеренно, р - мало, s - единично. Экологические группы по отношению к грунтам: ПП - псаммопелофилы, ПБ - пелобионты, ДП - детритопелофилы, ЭЭ - эвриэдафилы. Прочерк означает отсутствие данных.

Таблица 4. Усредненная оценка экологического состояния участка р. Ишим в подтайге на основе индикационных показаний водных макрофитов в соответствии с их обилием

Примечания. Ступени шкал увлажнения, богатства и засоления, аллювиальности даны по Л. Г. Раменскому с соавт. (1956). Пределы выносливости видов по отношению к активной реакции, минерализации и жесткости воды, а также экологические группы по отношению к типам грунта - по Б. Ф. Свириденко (2000). Индекс сапробности - по V. 8Месек (1963) (цит. по: К. А. Кокин, 1982; А. П. Садчиков, М. А. Кудряшов, 2004). Отношение видов к колебанию уровня - по “Макрофиты - индикаторы...” (1993). Классы обилия: с - обильно, п - умеренно, р - мало, s - единично. Экологические группы по отношению к грунтам: ПП - псаммопелофилы, ПБ - пелобионты, ДП - детритопелофилы, ЭЭ - эвриэдафилы. Прочерк означает отсутствие данных.

Библиография

Кокин К. А. Экология высших водных растений. - М.: МГУ, 1982. - 160 с.

Макрофиты - индикаторы изменений природной среды. - Киев: Наук. думка, 1993. - 434 с.

Прокопьев Е. П. Экология растений (особи, виды, экогруппы, жизненные формы): Учебник для биол. факультетов вузов. - Томск: Томский гос. ун-т, 2001. - 340 с.

Раменский Л. Г., Цаценкин И. А. и др. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. - М.: Сельскохозяйственная литература, 1956. - С. 54-139.

Садчиков А. П., Кудряшов М. А. Экология прибрежно-водной растительности (учебное пособие для студентов вузов). - М.: НИА-Природа, РЭФИА, 2004. - 220 с.

Свириденко Б. Ф. Жизненные формы цветковых гидрофитов Северного Казахстана // Бот. журн. - 1991. - Т. 76. № 5. - С. 687-698.

Токарь О. Е. Оценка качества воды р. Ишим по химическим показателям в черте г. Ишима // IV Сиб. школа молодого ученого: Мат. VII Междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (Томск, 17-19 декабря 2001 г.). В 5 т.: Естественные и точные науки. Томск: ТГПУ, 2001. - Т. 1. - С. 120-124.

Токарь О. Е. Состояние и проблемы очистки сточных вод г. Ишима (Тюменская область) // Естественные науки: Сб. науч. тр. - Сургут: СурГУ, 2003. - Вып. 12. - С. 187-195.

Токарь О. Е. Флора реки Ишим // Экология Южной Сибири и сопредельных территорий: Мат. VIII Междун. науч. школы-конф. студентов и молодых ученых. В 2-х т. (Абакан, 24-27 ноября 2004 г.). - Абакан: Хакасский гос. ун-т им. Н. Ф. Катанова, 2004ж. - Т. 1. - С. 48.

Размещено на Allbest.ru