ZOOBENTHOS OF THE NATIVE RIVERBED OF THE VOLGA RIVER IN THE CONDITIONS OF THE PRESENT OIL POLLUTION
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Caspian Research Institute of Fishery
Type:
Article
Pages:
from 71
to 77
Status:
Published
Received:
05.09.2014
Accepted:
25.09.2014
Published:
25.09.2014
Subject area:
UDK 591.524.11:628.394.11:665.6
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Language:
Russian
Keywords:
zoobenthos, petroleum hydrocarbons, bottom sediments, species composition, value of the number, amount of biomass, dynamics, space distribution, intensity, dependence
Abstract (English):
The species composition, quantitative indicators of the zoobenthos of the native riverbed of the Volga River were determined. The percentage ratio of number and biomass of the main groups of the benthos has been calculated. Malacostracans (class Crustacea ) were the dominant group of zoobenthos, insects (class Insecta ) were subdominant. The greatest quantitative indicators were conditioned by the active development of crustaceans and mollusks in 2011 and 2013. The analysis of oil products content in the water and bottom sediments of the studied watercourse has been done. The increase of the concentrations of petroleum hydrocarbons by the average annual values occurred simultaneously with the increase in the number of organisms of benthic fauna. The picture of the spatial distribution was characterized by coincidence of the areas with the elevated levels of petroleum hydrocarbons and quantitative characteristics of the benthos (near villages Zamyany, Nikolskoe). To estimate the intensity of the transition of oil products from the water column into the bottom sediments, using the calculated coefficient of the bottom accumulation, revealed its increase in 2012, which led to the reduction of density and biomass of zoobenthos. The presence of petroleum hydrocarbons in water, in conditions of intensive accumulation of these substances in the bottom sediments, does not have impact on the benthos. Pollution of bottom sediment positively correlates with the number of benthic organisms, and this link is weakened in case of difficult transition of toxins into soils. As a result of the statistical analysis, the presence of relations of different force and direction has been identified after the modernization of data between the investigated parameters. As a result of the researches, it is established that the influence of oil pollution of the water environment on the species composition and quantitative characteristics of the zoobenthos in the conditions of weakening the accumulation of oil products in soils can be negative. Petroleum hydrocarbons can contribute to the growth of benthic organisms in conditions of the moderate pollution of the bottom sediments.
The species composition, quantitative indicators of the zoobenthos of the native riverbed of the Volga River were determined. The percentage ratio of number and biomass of the main groups of the benthos has been calculated. Malacostracans (class Crustacea ) were the dominant group of zoobenthos, insects (class Insecta ) were subdominant. The greatest quantitative indicators were conditioned by the active development of crustaceans and mollusks in 2011 and 2013. The analysis of oil products content in the water and bottom sediments of the studied watercourse has been done. The increase of the concentrations of petroleum hydrocarbons by the average annual values occurred simultaneously with the increase in the number of organisms of benthic fauna. The picture of the spatial distribution was characterized by coincidence of the areas with the elevated levels of petroleum hydrocarbons and quantitative characteristics of the benthos (near villages Zamyany, Nikolskoe). To estimate the intensity of the transition of oil products from the water column into the bottom sediments, using the calculated coefficient of the bottom accumulation, revealed its increase in 2012, which led to the reduction of density and biomass of zoobenthos. The presence of petroleum hydrocarbons in water, in conditions of intensive accumulation of these substances in the bottom sediments, does not have impact on the benthos. Pollution of bottom sediment positively correlates with the number of benthic organisms, and this link is weakened in case of difficult transition of toxins into soils. As a result of the statistical analysis, the presence of relations of different force and direction has been identified after the modernization of data between the investigated parameters. As a result of the researches, it is established that the influence of oil pollution of the water environment on the species composition and quantitative characteristics of the zoobenthos in the conditions of weakening the accumulation of oil products in soils can be negative. Petroleum hydrocarbons can contribute to the growth of benthic organisms in conditions of the moderate pollution of the bottom sediments.
Keywords:
zoobenthos, petroleum hydrocarbons, bottom sediments, species composition, value of the number, amount of biomass, dynamics, space distribution, intensity, dependence
zoobenthos, petroleum hydrocarbons, bottom sediments, species composition, value of the number, amount of biomass, dynamics, space distribution, intensity, dependence
Введение Участок коренного русла р. Волги в Астраханской области является местом интенсивной антропогенной активности, в первую очередь за счет загрязнения нефтепродуктами, проникающими как в водную среду, так и в донные отложения. Ввиду того, что донные осадки являются средой обитания бентосных организмов, накопление в них нефтепродуктов, так же как и их присутствие в воде, может вызывать структурную перестройку либо отдельных сообществ водных организмов, либо гидробиоценозов в целом [1]. В этом случае в оценке состояния водотоков наиболее объективным показателем являются донные сообщества [2]. Целью исследований являлось изучение видового состава, численности и биомассы бентоса, а также определение влияния, оказываемого нефтяными углеводородами (НУВ) на эти сообщества. Для этого необходимо было решить следующие задачи: - изучить видовой состав зообентоса участка коренного русла р. Волги; - определить годовую и сезонную динамику показателей бентоценоза, а также НУВ, содержащихся в воде и донных отложениях рассматриваемого участка реки; - выявить изменения в бентосном сообществе в присутствии в воде и донных отложениях нефтепродуктов. Материалы и методы исследований Сбор материала осуществляли в течение 2011-2013 гг. в весенний, меженный и осенний периоды. Протяженность участка составляла около 600 км, количество створов - 10: хутор Барбаши, с. Каменный Яр, с. Старица, с. Соленое Займище, с. Никольское, с. Цаган-Аман, с. Енотаевка, с. Сероглазовка, п. Волжский, с. Замьяны. Пробы зообентоса отбирали согласно [3], обработку проводили с использованием общепринятых методик [4, 5]. Виды идентифицировались с использованием Атласа беспозвоночных Каспийского моря [6] и Определителя пресноводных беспозвоночных [7]. Для оценки структуры бентосного сообщества использовались показатели численности и биомассы видов, соотношение различных таксономических групп донных животных. Параллельно проводили отбор проб воды и поверхностного слоя донных осадков для определения содержания НУВ. Анализ проводили флуоресцентным методом, рекомендованным в качестве арбитражного Межправительственной океанографической комиссией и Всемирной метеорологической организацией (МОК/ВМО) [8], согласно нормативным методикам [9, 10]. Калибровки проводили с помощью государственного стандартного образца состава нефтепродуктов в гексане (разработчик ООО «Люмекс»). Всего было обработано 90 проб воды, 86 зообентоса и 86 проб донных отложений. Результаты исследований Для участка коренного русла р. Волги характерны главным образом песчаные грунты. Особенность этого типа осадков - бедный видовой состав зооценозов, т. к. данные биотопы подвержены постоянному волновому размыву [11, 12]. Осваивались эти биотопы в основном высшими ракообразными класса (кл.) Crustacea отряда (отр.) Amphipoda - Dikerogammarus haemobaphes, Niphargoides deminutus, N. robustoides, N. corpulentus, N. compactus, N. carausui, Gammarus ischnus, Corophium curvispinum, отр. Cumacea - Pterocuma pectinata, отр. Mysidacea - Paramysis intermedia, которые, в свою очередь, являлись доминирующей группой зообентоса (рис. 1). Рис. 1. Процентное соотношение групп бентосных организмов по численности Субдоминирующую группу бентоценоза составляли насекомые кл. Insecta, представленные отрядами Odonata - Orthetrum cancellatum, Trichoptera - Hydropsyche angustipennis, а также личинками и куколками хирономид подсемейства Chironominae, Orthocladiinae, Tanypodinae. Кроме того, в бентоценозе коренного русла р. Волги регистрировались моллюски кл. Bivalvia (Dreissena polymorpha, Pisidium inflatum, Bithynia tentaculata, Unio pictorum) и Gastropoda (Theodoxus pallasi, Viviparus viviparus, Lithoglyphus naticoides). Группа червей была представлена двумя классами - Oligochaeta и Hirudinae. Сравнительный анализ основных групп зообентоса показал, что в 2012 г. наиболее значительное развитие отмечалось в группе ракообразных (до 60 % численности), но при этом их биомасса составляла лишь 32 %, что указывает на мелкоразмерные формы донных беспозвоночных. Следует обратить внимание также на то, что в этот период сократились количественные показатели в группе моллюсков, а в группе малощетинковых червей, напротив, увеличились (рис. 1, 2). В межгодовом аспекте наибольшие значения численности зообентоса, за счет активного развития ракообразных и моллюсков, отмечены в 2011 и 2013 гг. Наименьшие значения этих показателей регистрировали в 2012 г. вследствие сокращения моллюсков и развития более мелких организмов (рис. 3). Рис. 2. Процентное соотношение групп бентосных организмов по биомассе Рис. 3. Среднегодовые показатели численности и биомассы бентоса Характеризуя распределение значений численности бентосных организмов на протяжении всего периода наблюдений, можно отметить, что в 2011 и 2013 гг. эти показатели увеличивались от мая к сентябрю. Наибольшая величина биомассы была зарегистрирована в июле 2011 г. за счет развития моллюсков. В 2012 г. наблюдается наименьшая биомасса организмов зообентоса за весь период исследований, т. к. в это время активно развивались ракообразные с низкой индивидуальной массой (рис. 4). Рис. 4. Динамика количественных показателей зообентоса При анализе пространственной картины распределения количественных показателей бентоценоза было отмечено увеличение численности и биомассы вниз по течению реки (у с. Замьяны), где наиболее массовое развитие получили моллюски. Кроме этого, численность зообентоса увеличивалась в районе с. Никольское за счет активного развития ракообразных. В межгодовой динамике содержания НУВ в воде и донных отложениях изучаемого участка р. Волги выявлена существенная нагрузка на водоем по этому виду загрязнения. Самое значительное повышение отмечено в 2011 г., когда показатель токсикантов в воде составлял 504,1 мкг/л, в донных отложениях - 203,0 мкг/100 г сухого грунта (рис. 5). Рис. 5. Среднегодовые концентрации нефтяных углеводородов За весь период наблюдений - с весны 2011 г. по сентябрь 2013 г. - показатели изменялись крайне динамично. Наибольшей вариабельностью отличались значения НУВ в воде: их концентрация возрастала до максимума (843,5 мкг/л) в июле 2011 г. и снижалась до минимума (120,4 мкг/л) в сентябре 2012 г. (рис. 6). Показатели содержания НУВ в осадках значительно выше, т. к. грунты обладают высокой адсорбционной способностью и более низкой, по сравнению с водой, скоростью деградации органических соединений. При этом изменения содержания НУВ в донных отложениях происходили в менее широких пределах, увеличиваясь в сентябре 2011 г. (240,3 мкг/100 г сухого грунта) и июле 2013 г. (242,6 мкг/100 г сухого грунта). Рис. 6. Динамика содержания нефтяных углеводородов Пространственное распределение НУВ в воде характеризовалось снижением от верхних створов (хутор Барабаши, с. Старица) к нижним (с. Замьяны), в донных отложениях содержание токсикантов чаще всего увеличивалось в районе с. Замьяны, а также с. Никольское. Для того чтобы оценить интенсивность перехода нефтепродуктов из водной толщи в донные осадки, был рассчитан коэффициент донной аккумуляции нефтепродуктов (КДА). Значения КДА варьировали в пределах от единиц до сотен единиц при среднем показателе: в 2011 г. - 28,8; в 2012 г. - 66,8: в 2013 г. - 18,8. Таким образом, гидрологические условия, сложившиеся в 2012 г., несмотря на сравнительно невысокие значения концентрации НУВ в воде и грунтах, способствовали активизации их накопления в осадках. Для выявления зависимости между интенсивностью нефтяного загрязнения водной среды и характеристиками бентосного сообщества был проведен корреляционный анализ. Достоверных связей обнаружено не было. Поскольку неоднородность массивов была крайне высокой и распределение было далеким от нормального, т. к. величины стандартного отклонения σ в несколько раз превосходили средние арифметические значения X, весь массив данных был подвергнут модификации. В ходе ее были исключены нехарактерные значения - свыше (X + σ), после чего между исследуемыми параметрами удалось выявить наличие связей различной силы и направления. Оценивая статистические сопряженности, можно сказать, что присутствие НУВ в воде, при интенсификации аккумуляции этих токсикантов донными осадками (КДА = 28,8 - 2011 г., 66,8 - 2012 г.), не оказывает какого-либо заметного влияния на бентосные организмы (r = -0,22; 0,10; 0,08). В условиях уменьшения степени накопления нефтепродуктов в донных отложениях (КДА = 18,9 - 2013 г.) отмечено слабое отрицательно влияние на численные показатели бентоса (r = -0,45; -0,42; -0,54) (рис. 7, а). а б Рис. 7. Зависимости между численностью бентоса и показателями: а - нефтяного загрязнения воды; б - донных осадков Загрязнение донных отложений нефтепродуктами, как правило, положительно коррелирует с численностью организмов зообентоса с наиболее выраженной связью в 2011 г. - r = 0,60 (рис. 7, б), и эта связь ослабевает с уменьшением КДА (r = 0,30 - 2013 г.). С показателями биомассы корреляция была также положительной, но связи были выражены слабее. Заключение Обобщая вышеизложенное, необходимо отметить следующие важные аспекты: донные организмы подвержены влиянию нефтепродуктов, которое выражается в изменении количественных и качественных характеристик донных сообществ, их структуры. При этом нефтяное загрязнение воды и донных осадков по-разному воздействует на организмы зообентоса. Если загрязнение воды в условиях затруднения перехода токсикантов из воды в грунты способно негативно повлиять на организмы бентофауны, то присутствие токсикантов в осадках, в границах их умеренного загрязнения, может способствовать росту численности бентосных организмов в сообществе.
1. Reshetnyak O. S. Antropogennaya transformaciya vodnoy ekosistemy Nizhney Volgi / O. S. Reshetnyak, A. M. Nikanorov, L. S. Bryzgalo, V. A. Kosmenko // Vodnye resursy. 2013. T. 40, № 6. S. 623-632.
2. Balushkina E. V. Struktura soobschestv donnyh zhivotnyh i ocenka ekologicheskogo sostoyaniya r. Izhory: ocenka kachestva vod r. Izhory po strukturnym harakteristikam donnyh zhivotnyh v raznye gody / E. V. Balushkina // Biologiya vnutrennih vod. 2002. № 4. S. 61-68.
3. Zhadin V. I. Metody gidrobiologicheskogo issledovaniya / V. I. Zhadin. M.: Vyssh. shk., 1960. 190 s.
4. Vinberg G. G. Metodicheskie rekomendacii po obrabotke materialov pri gidrobiologicheskih issledovaniyah na presnovodnyh vodoemah. Zoobentos i ego produkciya / G. G. Vinberg, G. M. Lavrent'ev. L.: Zool. in-t AN SSSR, 1984. 52 s.
5. Abakumov V. A. Rukovodstvo po gidrobiologicheskomu monitoringu presnovodnyh ekosistem / V. A. Abakumov. SPb.: Gidrometeoizdat, 1992. 319 s.
6. Birshteyn Ya. A. Atlas bespozvonochnyh Kaspiyskogo morya / Ya. A. Birshteyn, L. G. Vinogradov, N. N. Kondrat'ev i dr. M.: Pisch. prom-st', 1968. 415 s.
7. Kutikova L. A. Opredelitel' presnovodnyh bespozvonochnyh Evropeyskoy chasti SSSR (plankton i bentos) / L. A. Kutikova, Ya. I. Starobogatov. L.: Gidrometeoizdat, 1977. 510 s.
8. UNEP/IOC/IAEA. Determination of petroleum hydrocarbons in sediments. Referens methods for marine pollution studies № 20. UNEP, 1992. 75 p.
9. PND F 14.1:2:4.128-98. Metodika vypolneniya izmereniy massovoy koncentracii nefteproduktov v probah prirodnoy, pit'evoy i stochnoy vody fluorimetricheskim metodom na analizatore zhidkosti «Flyuorat-02». M., 2012. 18 s.
10. PND F 16.1:2.21-98. Metodika vypolneniya izmereniy massovoy koncentracii nefteproduktov v probah pochv i gruntov fluorimetricheskim metodom na analizatore zhidkosti «Flyuorat-02». M., 2012. 14 s.
11. Miroshnichenko M. P. Zoobentos Volgi nizhe plotiny Volzhskoy GES im. XXII s'ezda KPSS / M. P. Miroshnichenko // Tr. Volgograd. otd-niya GosNIORH. 1967. T. 3. S. 225-247.
12. Poddubnaya T. L. Mnogoletnyaya dinamika struktury i produktivnost' donnyh soobschestv Rybinskogo vodohranilischa / T. L. Poddubnaya // Struktura i funkcionirovanie presnovodnyh ekosistem. L.: Nauka, 1988. S. 113-139.
