Сообщества донных животных в оценке состояния экосистем разнотипных водных объектов бассейна реки Енисей

В связи с повсеместным развитием промышленности, сельского хозяйства и освоением территорий бассейна р. Енисей постоянно увеличивается количество загрязняющих веществ, поступающих в водоемы и водотоки. Это приводит к тому, что происходят изменения и нарушения эволюционно сложившихся биоценозов, уменьшение видового разнообразия, снижение способности экосистем к самоочищению, вследствие чего происходит их постепенная деградация (Никаноров, Брызгало, 2006). В связи с этим, особое значение приобретает система экологических наблюдений (мониторинга), позволяющая выделить изменения состояния гидросферы под влиянием человеческой деятельности (Абакумов, 1977). При проведении экологического мониторинга и экспертизы качества вод в водотоках и водоемах должен быть применен минимум методов и соответственно индикаторов, позволяющих оперативно получить набор показателей, дающих объективную оценку состояния водных экосистем.

В водных объектах иособенно, в водотоках наиболее надежными и объективными биоиндикаторами являются организмы зообентоса. Они удовлетворяют многим требованиям, применяемым к биоиндикаторам: повсеместная встречаемость, достаточно высокая численность, относительно крупные размеры, удобство сбора и обработки, достаточно продолжительный срок жизни, чтобы аккумулировать загрязняющие вещества за длительный период (Финогенова, Алимов, 1976; Абакумов, 1981; Балушкина, 1997; Баканов, 2000; Зинченко, 2005; Безматерных, 2005, 2007; Щербина, 2009).

В настоящее время в мировой практике используется свыше 60 методов биомониторинга и биоиндикации, в том числе основанные на различных характеристиках зообентоса. Наличие такого большого числа методов свидетельствует о том, что универсального, пригодного для всех случаев метода нет. Большинство методов биологической индикации разработано учеными (Goodnight and Whitley, 1961; Балушкина, 1976; Вудивисс, 1977) примени4 тельно к своим региональным условиям, в связи с этим, наиболее важной является проблема адаптации и модификации различных индикационных индексов к конкретным водным объектам России.

Выбор индикаторных показателей должен учитывать реальное состояние экосистемы и динамику структуры сообщества, сформированные под влиянием различных режимов эксплуатации и специфического загрязнения. Используемые дескрипторы должны отражать смешанный характер воздействия загрязнения органическими и неорганическими токсическими веществами на донных животных, изменения доминирующей и субдоминирующей групп бентонтов, изменения всего сообщества в целом. Отмеченные положения в полной мере отражают актуальность и значимость исследований с макрозообентосом, как важным звеном в оценке состояния водных экосистем, особенно малых водных объектов и водотоков.

В качестве модельных были выбраны водные объекты, различающиеся по гидрологическим показателям, степени и характеру антропогенного воздействия:

— Красноярское водохранилище (водоем лимнического типа подвергается комплексному воздействию промышленного и селитебного факторов);

— «пруды-отстойники — р. Енисей» (искусственные водоемы смешанного типа, включающие лимническую часть и водоток, загрязняемые преимущественно стоками фармацевтического производства);

— «ручей Черёмушный — р. Енисей» (естественный водоток, принимающий оформленные стоки алюминиевого производства и впадающий в р. Енисей).

Цель работы: изучить структуру макрозообентоса и определить его индикаторную значимость в оценке качества воды разнотипных водных объектов, находящихся в условиях разного антропогенного воздействия (на при.

• I мере бассейна р. Енисей).

Задачи исследований:

1. Изучить таксономический состав и видовое разнообразие макро-зообентоса разнотипных водных объектов бассейна р. Енисей.

2. Изучить пространственно-временную динамику плотности (численности, биомассы) зообентоса исследуемых водоемов и водотоков бассейна р. Енисей.

3. Определить качество воды и экологическое состояние разных по уровню антропогенной нагрузки районов исследуемых водных объектов с использованием различных методов биоиндикации и выявить их информативность на региональном уровне.

4. Провести сравнительный анализ структурных характеристик зообентоса и приемов биологической оценки состояния экосистем изученных разнотипных водоемов и водотоков с разным режимом антропогенного воздействия. Выработать рекомендации к применению наиболее показательных методов индикации.

Научная новизна. Впервые для разнотипных водных объектов бассейна р. Енисей (Красноярское водохранилище 2001;2005 гг., водная система «пруды-отстойники — р. Енисей», ручей Черемушный) определен таксономический состав зообентоса. Впервые изучена пространственно-временная динамика структурных характеристик макрозообентоса с использованием трофо-экологических параметров бентофауны и регрессионных уравнений связи среднесезонных и месячных величин численности зообентоса. По структурным характеристикам донных сообществ проведена оценка качества воды и на ее основе осуществлена модификация методов биоиндикации для данного региона. Для исследуемых водных объектов предложены списки видов с определенными величинами индивидуальной сапротоксобности. Разработана схема использования наиболее информативных дескрипторов качества воды по макрозообентосу, учитывающая особенности конкретных типов водных объектов бассейна р. Енисей.

Положения, выносимые на защиту:

1. Установлены особенности видового состава и распределения величин плотности зообентоса исследуемых водных объектов, определяемые спецификой абиотических факторов и уровнем антропогенного воздействия. В Красноярском водохранилище облик зообентоса в значительной степени определяют абиотические факторы, связанные с глубиной, в озерно-речных системах — антропогенные стоки.

2. Плотность донных сообществ и показатели качества воды имеют четко выраженную пространственную динамику в исследуемых водных объектах бассейна р. Енисей.

3. Информационные индексы, учитывающие таксономическую структуру на уровне классов, подсемейств, не дают адекватных оценок качества воды в исследуемых водных объектах бассейна р. Енисей.

4. Объективная информация по оценке качества воды разнотипных водных объектов бассейна р. Енисей получена по экологическим модификациям, по модифицированной (для бассейна р. Енисей) схеме расчета биотического индекса Вудивисса, индексу сапротоксобности, рассчитанному по региональным величинам индивидуальной сапротоксобности видов.

Практическое применение. Результаты исследования включены в информационную модель Красноярского водохранилища (величины индивидуальной сапротоксобности зообентоса, динамика плотности, и др.), в программу Экологического мониторинга экосистемы Красноярского водохранилища. Полученные данные используются в программах Экологического мониторинга качества поверхностных вод, проводимых Красноярским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Енисейским бассейновым водным управлением Федерального агентства водных ресурсов, и могут быть использованы научно-исследовательскими и отраслевыми организациями. Результаты включены в учебные дисциплины, преподаваемые в Сибирском федеральном университете: «Зоология», «Санитарная гидробиология», «Водная токсикология».

Апробация работы. Результаты исследований были представлены и доложены на: научно-практической конференции «Достижения науки и техники — развитию сибирских регионов» (Красноярск, 1999) — международной конференции «Экология и рациональное природопользование на рубеже веков. Итоги и перспективы» (Томск, 2000), краевой межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллект-2001» (Красноярск, 2001) — II Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии и развития городов» (Красноярск, 2001) — VIII Гидробиологическом съезде (Калининград, 2001) — Всероссийской конференции с участием специалистов из стран ближнего и дальнего зарубежья «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2002) — Международной конференции «Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах» (Москва, 2002) — II Международной научной конференции «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (Минск, 2003) — научной конференции «Экологические проблемы бассейнов крупных рек» (Тольятти, 2003) — VII-й Дальневосточной молодежной школе-семинаре по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2003) — второй международной конференции «Биотехнология — охране окружающей среды (часть I)». (Москва, 2004) — Сибирской зоологической конференции, посвященной 60-летию Института систематики и экологии животных СО РАН (Новосибирск, 2004) — международной конференции, посвященной памяти доктора биологических наук, профессора Б. А. Флерова (Борок, 2005) — Российской школе — конференции молодых ученых «Экотоксиколо-гия: современные биоаналитические системы, методы и технологии» (Пущи-но — Тула, 2006) — международной конференции «Современное состояние водных биоресурсов» (Новосибирск, 2008) — Всероссийской школе — конференции: «Экосистемы малых рек: биоразнообразие, экология, охрана» (Борок, 2008) — Всероссийской конференции с международным участием «Проблемы и перспективы использования водных биоресурсов Сибири в XXI веке» (Красноярск, 2009) — X Съезде Гидробиологического общества при РАН (Владивосток, 2009).

Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 33 работах, в том числе 3 — в журналах, рекомендованных ВАК, соавтор коллективной монографии.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 179 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, списка литературы (206 источников, в том числе 28 — иностранных), содержит 55 рисунков, 12 таблиц, приложение.