SAPROBIOLOGICAL DESCRIPTION OF URBAN WATERCOURCES (THE KUTUM AND THE TSAREV RIVERS) IN ASTRAKHAN
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(studentka, special'nost' «Biologiya», profil' podgotovki «Bioekologiya»)
2.
Astrakhan State Nature Reserve
(Researcher of Ecological-Biological Department)
3.
Astrakhan State Technical University
(Senior Lecturer of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
Type:
Article
Pages:
from 61
to 65
Status:
Published
Received:
05.09.2019
Accepted:
25.09.2019
Published:
25.09.2019
Subject area:
UDK [574.663:556.531]:[628.394.6:574.583] (470.46)
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:
urban watercourses, indicator organisms, pollutants, zooplankton, saprobity zone, saprobity valence, biocenosis
Abstract (English):
Today, biological indication methods are recognized as highly effective, since they allow to directly assess the state of the ecosystem and its individual components. Even casual examining of hydrobionts can provide fast and reliable information on water quality. The rivers Kutum and Tsarev located on the territory of the city of Astrakhan were selected as objects of research. Samples of zooplankton collected in the fall of 2016 and 2017 served as research material. Organisms belonging to different zones of saprobity were selected as an indicator group. Calculations of weighted average saprobity were made. Both reservoirs under study have been found to belong to beta-mesosaprobic zone. At station 1 of the Kutum River and at station 1 of the Tsarev River there were registered equal values of the indicator of weighted average saprobity that correspond to oligosaprobic and beta-mesosaprobic zones. This may be explained by the change of community and by the fact that the identified organisms at these stations had a very wide tolerance to polluting factors. At station 2 of the Kutum River in 2016 and 2017 there was stated the predominance and increase in the number of bioindicators of the oligosaprobic zone, while at the other stations the organisms gravitating towards beta-mesosaprobic zone did not seriously change their indicators. As it can be inferred from the results of the saprobiological analysis of the urban watercources (the Kutum River and the Tsarev River), they are undergoing an active process of self-purification, culminating in mineralization of water (beta-mesosaprobic zone) with transition to oligosaprobic zone (almost pure water). However, the presence of indicator organisms and their predominance in plankton samples give grounds to regard the studied water bodies as moderately polluted. That is why it is recommended to lower the recreational load on the urban water bodies by reducing wastewaters discharge from the urban storm sewage system.
Today, biological indication methods are recognized as highly effective, since they allow to directly assess the state of the ecosystem and its individual components. Even casual examining of hydrobionts can provide fast and reliable information on water quality. The rivers Kutum and Tsarev located on the territory of the city of Astrakhan were selected as objects of research. Samples of zooplankton collected in the fall of 2016 and 2017 served as research material. Organisms belonging to different zones of saprobity were selected as an indicator group. Calculations of weighted average saprobity were made. Both reservoirs under study have been found to belong to beta-mesosaprobic zone. At station 1 of the Kutum River and at station 1 of the Tsarev River there were registered equal values of the indicator of weighted average saprobity that correspond to oligosaprobic and beta-mesosaprobic zones. This may be explained by the change of community and by the fact that the identified organisms at these stations had a very wide tolerance to polluting factors. At station 2 of the Kutum River in 2016 and 2017 there was stated the predominance and increase in the number of bioindicators of the oligosaprobic zone, while at the other stations the organisms gravitating towards beta-mesosaprobic zone did not seriously change their indicators. As it can be inferred from the results of the saprobiological analysis of the urban watercources (the Kutum River and the Tsarev River), they are undergoing an active process of self-purification, culminating in mineralization of water (beta-mesosaprobic zone) with transition to oligosaprobic zone (almost pure water). However, the presence of indicator organisms and their predominance in plankton samples give grounds to regard the studied water bodies as moderately polluted. That is why it is recommended to lower the recreational load on the urban water bodies by reducing wastewaters discharge from the urban storm sewage system.
Keywords:
urban watercourses, indicator organisms, pollutants, zooplankton, saprobity zone, saprobity valence, biocenosis
urban watercourses, indicator organisms, pollutants, zooplankton, saprobity zone, saprobity valence, biocenosis
В настоящее время в гидроэкологии особую актуальность приобрел вопрос разработки метода быстрого и содержательного оценивания типа водоема в зависимости от соотношения и обилия планктонных видов-индикаторов. В этой связи был разработан прием сапробиологического анализа. С одной стороны, организмы квалифицировали по их устойчивости к воздействию того или иного загрязняющего момента (недостаток кислорода, биогенные элементы, соединения сероводорода, тяжелые металлы и т. д.) или антропогенного фактора. С другой стороны, нет серьезных оснований квалифицировать все водоемы по сапробиологическим характеристикам планктонных видов-индикаторов только из-за их «физиологической способности» по причине различных и совершенно непредсказуемых соотношений двух абиотических факторов: насыщенность естественного происхождения органическими веществами среды и концентрация растворенного кислорода [1]. Планктонный организм как биологический показатель чутко реагирует на слабый эффект аккумуляции загрязняющих веществ, являющихся следствием антропогенной нагрузки, где одно вещество дополняет или усиливает воздействие другого вещества. Изменения биологических факторов дают полную характеристику состоянию водной экосистемы, отражая как физические, так и химические параметры водной среды. Благодаря биоиндикаторным организмам отпадает необходимость в применении сложных и затратных физико-химических методик. Постоянное присутствие в водоеме сапробных биоиндикаторных организмов, их чувствительность даже на короткий сброс загрязняющих веществ дает больше результатов, чем автоматизированная система контроля качества среды [2]. Зоопланктонное сообщество остро реагирует на изменения экологического состояния среды обитания, поэтому оно было выбрано в качестве биологического индикатора, позволяющего провести сапробиологический анализ водотоков с изменениями, наблюдаемыми в ходе антропогенного эвтрофирования внутригородских водоемов. Материалы и методы исследования Отбор зоопланктонных проб и подготовка к камеральной обработке проводились по существующему стандарту для гидробиологического анализа зоопланктона [3]. Материалом для данной работы послужили пробы зоопланктона, собранные осенью 2016 и 2017 гг. на реках Кутум и Царев, располагающихся в черте г. Астрахань. Реки Кутум и Царев являются урбанизированными водотоками г. Астрахань - по правому и левому берегам проходят в незначительной удаленности автомобильные дороги и расположены жилые массивы, что находит свое отражение в возрастающей доле загрязнения водной среды множеством химических элементов. Оба исследуемых водоема питаются транзитными водами р. Волги и протекают по территории г. Астрахань. Сапробиологический анализ проводился с опорой на труды Зелинки и Марвана [5], особая роль отводилась некоторым планктонным видам организмов, благодаря которым и давалась оценка степени загрязнения. Предложенная Зелинкой и Марваном шкала индикаторного веса J позволяла оценить каждый вид организма в баллах от 1 до 5. Индикаторный вес Ji вычислялся исходя из характера распределения по классам сапробных валентностей. Например, индикаторный вес J = 5 присваивался индикаторам, если все 10 баллов сапробной валентности распределялись в одной зоне сапробности. По предложению Зелинки и Марвана, равномерное распределение валентности по классам дает основание считать такие виды организмов индифферентными и получают небольшой балл [4]. Для определения степени сапробности всего биоценоза рассчитываются средневзве-шенные сапробные валентности для каждой зоны (ступени) по формулам и т. д., где hi - величина, характеризующая количество особей i-го вида; Ji - индикаторный вес i-го вида; ai, bi и т. д. - сапробные валентности вида [5]. Результаты исследований Определение точной оценки качества воды городских водоемов путем биологического анализа иденфицированных индикаторных организмов, относимых к разным зонам сапробности, зачастую нецелесообразно. В связи с этим разработан метод, позволяющий рассчитать средний показатель сапробности водного биоценоза. В 2016 г. по результатам камеральной обработки зоопланктонных проб были выявлены следующие индикаторные организмы: Bosmina longirostris, Brachionus calyciflorus, Brachionus diversicornis, Chydorus sphaericus, Cyclops strenuus, Diaphanosoma brachyurum, Graptoleberis testudinaria, Lecane luna, Polyarthra vulgaris, Scapholeberis mucronata. Каждый из представленных организмов имеет определенную толерантность к загрязняющим факторам, однако современными учеными некоторые из них были внесены в список с толерантными свойствами, присущими только им в той или иной зоне сапробности. На основании полученного списка был произведен расчет средневзвешенной сапробной валентности внутригородских водоемов г. Астрахани в 2016 г. (табл. 1). Таблица 1 Показатели средневзвешенной сапробной валентности внутригородских водоемов г. Астрахани в 2016 г. Водоем Средневзвешенная сапробная валентность х ο β α ρ Кутум, станция № 1 0 12 14 4 1 Кутум, станция № 2 4 20 18 10 1 Царев, станция № 1 1 12 12 5 1 Царев, станция № 2 1 24 26 5 1 Полученные данные наглядно отражают пограничную составляющую между олиго-сапроб-ной и бета-мезосапробной зонами. Следует отметить равные значения средневзвешенной сапробной валентности (олиго- и бета-мезосапробная зоны) на станции № 1 р. Царев. Причиной сложившейся ситуации может служить то, что идентифицированные организмы очень эврибионтны для обеих зон сапробности. Их экологическая валентность значительно шире, чем у других планктонных организмов. Это достаточно редкий случай и ранее нами не наблюдался. Вызывает интерес в полученных результатах доминирование ο-сапробной зоны на станции № 2 р. Кутум, в то время как на остальных станциях преобладала доля организмов, тяготеющих к бета-мезосапробной зоне. В совокупности оба исследуемых водоема следует отнести к бета-мезо-паспробной зоне. Учитывая некоторую особенность для водоемов астраханского региона, а именно смену состава биоценоза в зависимости от множества факторов окружающей среды (температура, кислородный режим водоема, поступление с паводковыми водами новых жизненных форм планктонных организмов и возникающая межвидовая конкуренция и хищничество с «местными»), следует каждый раз пересматривать и корректировать списки видов-индикаторов. В 2017 г. список индикаторных организмов несколько изменился, в его состав вошли Alona costata, Alona quadrangularis, Alona rectangular, Aslpanhna herricki, Bosmina longilostris, Brachionus calyciflorus, Brachionus diversicornis, Brachionus quadridentatus, Ceriodaphnia reticulate, Ceriodaphnia rotunda, Cyclops strenuus, Simocephalus vetulus, Sida crystallina. На основании нового списка индикаторных организмов был произведен расчет средневзвешенной сапробной валентности рек Кутум и Царев г. Астрахани в 2017 г. (табл. 2). Таблица 2 Показатели средневзвешенной сапробной валентности внутригородских водоемов г. Астрахани в 2017 г. Водоем Средневзвешенная сапробная валентность х ο β α ρ Кутум, станция 1 2 12 12 6 1 Кутум, станция 2 5 33 32 17 1 Царев, станция 1 3 12 17 9 0 Царев, станция 2 1 7 18 5 0 Таким образом, установлено, что исследуемые водоемы в 2017 г. были загрязнены в большей степени, чем в 2016 г. Отмечаются равные значения валентности олигосапробной и бета-мезосапробной зон на станции № 1 р. Кутум, что в 2016 г. наблюдалось на станции № 1 р. Царев. Причиной подобных изменений может служить то, что произошла смена сообщества и идентифицированные организмы на данной станции имели очень широкую толерантность для обеих зон сапробности. В полученных результатах отмечается доминирование οлигосапробной зоны на станции № 2 р. Кутум, как и в 2016 г., в то время как на остальных станциях доля организмов, тяготеющих к бета-мезосапробной зоне, в целом осталась прежней. В совокупности оба исследуемых водоема относятся к бета-мезосапробной зоне. Обобщая полученные результаты, необходимо затронуть фазы процесса самоочищения водоемов, характеризующихся различным составом биоценозов. Так, в р. Кутум и р. Царев ярко выражен механизм завершения процесса деструкции, что свидетельствует о минерализации водной среды, а также о переходе на новую ступень - «практически чистый водоем». Заключение По результатам проведенного сапробиологического анализа внутригородских водотоков г. Астрахани - рек Кутум и Царев - установлено, что в исследованных водотоках идет активный процесс самоочищения, завершающийся минерализацией воды (бета-мезосапробная зона) с переходом к состоянию «практически чистый водоем» (олигосапробная зона). Однако присутствие индикаторных организмов и их преобладание в планктонных пробах дает основание отнести исследуемые водоемы к умеренно загрязненным. Рекомендуется принять меры по снижению антропогенной нагрузки на внутригородские водоемы путем уменьшения сброса сточных вод городской ливневой системы.
1. Makrushin A. V. Adaptacii pervichnovodnyh zhivotnyh k obitaniyu v kontinental'nyh vodoemah (na primere Cladocera) // Zhurn. obsch. biologii. 1979. T. 40. № 5. S. 698-705.
2. Bakanov A. I. Ispol'zovanie zoobentosa dlya monitoringa presnovodnyh vodoemov // Biologiya vnutrennih vod. 2000. № 1. S. 68-83.
3. Vinberg G. G., Makrushin A. V. Biologicheskiy analiz kachestva vod. L.: Gidrometeoizdat, 1974. 60 s.
4. Dzyuban N. A., Kuznecova S. P. O gidrobiologicheskom kontrole kachestva vod po zooplanktonu // Nauchnye osnovy kontrolya kachestva vod po gidrobiologicheskim pokazatelyam: tr. Vsesoyuz. konf. L.: Nauka, 2010. S. 117-136.
5. Shitikov V. K., Rozenberg G. S., Zinchenko T. D. Kolichestvennaya gidroekologiya: metody sistemnoy identifikacii. Tol'yatti: Izd-vo IEVB RAN, 2003. 463 s.
