Анализ степени реагирования организмов макрозообентоса на содержание и индикацию химических веществ в воде малых рек Башкирского Предуралья

Контроль качества природных вод в настоящее время осуществляется в основном посредством химических и физико-химических методов. Однако анализ отдельных химических веществ не в состоянии дать интегральную оценку действия антропогенных факторов на водную биоту. Этих недостатков лишены био логические методы (биоиндикация и биотестирование) оценки качества вод (Абакумов, Су-щеня 1991), для реализации которых разработано большое количество индексов и приемов, тщательно проанализированных в ряде публикаций (Булгаков и др. 2003; Шитиков и др. 2003). Однако большинство из используемых показателей заканчиваются констатацией уровня загрязнения водного объекта по принципу — «чисто», «грязно» и т. д., а проблема влияния на биоту поллютантов, поступающих в реки со сточными водами, остается открытой. Решение этой проблемы, по-видимому, будет возможным лишь при объединении гидрологических, физико-химических и биологических подходов, используемых в ходе экологического мониторинга вод. Создание долговременных региональных баз данных по результатам не только гидрологических и гидрохимических, но и гидробиологических исследований позволит выявить региональные индикаторные виды и степень их реагирование на сбрасываемые в воды химические вещества и их соединения. Подобную работу, очевидно, можно организовать в районах государственных водопостов (а не на произвольно выбранных участках рек), где систематически проводятся гидрологические и гидрохимические наблюдения.

Одними из перспективных объектов для биологического мониторинга являются входящие в состав макрозообентоса личинки из отрядов веснянок (Plecoptera), которые в силу своей оксифильности и стенотермности наиболее чувствительны к любому типу загрязнений (Тесленко 2006; Чаус 2017 а), подёнок (Ephemeroptera) (Безматерных 2008; Боев, Баянов 1987; Потиха, Тиунова 2016; Чаус 2017b) и ручейников (Trichoptera) (Гигиняк 2007; Лепне-ва 1964; Росс и др. 1985; Иванов и др. 2001; Лавров 2011; Чаус 2017с). Изучение постоянства биоты в малых реках Южного Урала (в том числе и Башкирского Предуралья) в последнее время носило эпизодический характер, и, как следствие этого, результатами этих работ были относительно обобщенные сведения по индикационным качествам гидробионтов (Чаус 2012).

Цель работы - выявление степени реагирования личинок из отрядов веснянок (Plecoptera), подёнок (Ephemeroptera) и ручейников (Trichoptera) на содержание химических веществ и их соединений в воде малых рек Башкирского Предуралья, а также изучение возможности для их индикации и прогноза.

Объекты и методы исследований

Сбор личинок веснянок, поденок и ручейников проводился в летнюю межень с 2005 по 2016 гг. в соответствии с «Руководством по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем» (Руководство... 1992) на пяти створах в районах государственных водопостов на малых реках Башкирского Предуралья — р. Ашкадар (р-н г. Стерлитамака), р. Селеук (р-н д. Нижнеиткулово), р. Инзер (р-н п. Азо-во), р. Зилаир (р-н с. Зилаир) и р. Большой Ик (р-н с. Мраково).

Определение видовой принадлежности водных организмов проводилось непосредственно на створах с применением бинокулярной лупы МБС-9 по «Определителям пресноводных беспозвоночных...» (Определитель... 1977; Определитель... 1997). Для оценки встречаемости видов на биотопах вычислялся показатель их постоянства по А.С. Степановских (Степановских 2001) (в долях единицы) - отношение числа участков, на которых был встречен изучаемый вид, к общему числу участков на створе (в данном исследовании общее число участков =10, расположенных друг от друга на расстоянии * 100-150 м).

В качестве гидрохимических показателей использовались данные по среднегодовому содержанию в речных водах на изученных створах соединений марганца (Мп), никеля (Ni) и железа (Ее), нефтепродуктов (Н/п), фенолов (Фен), азота аммонийного (МИД, меди (Си), цинка (Zn). В качестве комплексного показателя использовался удельный комбинаторный индекс загрязненности воды, который, как и все вышеуказанные гидрохимические показатели, ежегодно публикуется в государственных докладах «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан» (Государственные... 2006-2017).

Статистический анализ материала проводился в прикладной программе MS Excel for Windows. Нормальность распределения показателя встречаемости гидробионтов на створах проверялась по критерию Шапиро-Уилки в программе Statistica 10. Сила связи между встречаемостью гидробионтов и показателями содержания в водах химических поллютантов оценивалась по коэффициенту корреляции Пирсона. Для проведения регрессионного анализа и интерпретации результатов использовался онлайн-калькулятор Математического форума Math Help Planet (МНК... 2017). Все статистические расчеты проводились при уровне значимости 0,05 (95%).

Результаты и их обсуждение

В ходе исследований был использован 21 вид личинок насекомых из отрядов Plecoptera, Ephemeroptera и Trichoptera (табл. 1) с относительно коротким жизненным циклом, легко визуально определяемые и включенные в компьютеризированную базу данных (Чаус 2017d).

Таблица 1

Систематическая принадлежность и внешний вид представителей макрозообентоса, использованных в ходе исследований

Класс Insecta Linnaeus, 1758
Отряд Plecoptera Burmeister, 1839
Семейство	Род	Вид	Внешний вид
Nemouridae Newman, 1853	Nemurella Newman, 1853	Nemurella pictetii (Klapalek, 1900)
		Nemoura cinerea (Retzius, 1783)	)it3^i^			ШС^
Chloroperlidae Okamoto, ' 1912	Xanthoperla Newman, 1836	Xanthoperla apicalis (Newman, 1836)
					ШйЕЕкС^
	Siphonoperla Zwick, 1967	Siphonoperla burmeisteri (Pictet, 1841)
Taeniopterygidae Klapalek, 1905	Taeniopteryix Pictet, 1841	Taeniopteryix nebulosa (Linnaeus, 1758)	^#^^
Leuctridae Klapalek, 1905	Leuctrini Klapalek	Leuctra fusca (Linnaeus, 1758)
	1905	Leuctra nigra (Olivier, 1811)	T^^i^X®8^
Отряд Ephemeroptera Hyatt, 1891
Siphlonuridae Ulmer, 1920	Siphlonurus Eaton, 1868	Siphlonurus Iinnaean us (Eaton, 1871)	^s^^^j^l^
		Siphlonurus aestivalis (Eaton, 1903)
Baetidae Leach, 1815	Cloeon Leach, 1815	Cloeon dipterum (Linne, 1758)	^/^^
		Cloeon luteolum (Muller, 1776)
	Baetis Leach, 1815	Baetis tricolor (Tschcrnova, 1928)	3#i		^^^^

Heptageniidae Landa, 1973	Ecdyonurus Eaton, 1868	Ecdyonurus venosus (Fabricius, 1775)
	Heptagenia Лоосе, 1899	Heptagenia sulphurea (Muller, 1776)		№1
Отряд Trichoptera Kirby, 1813*
Goeridae Ulmer, 1903	Goera Stepfens, 1829	Goera pilosa (Fabricius, 1775)
Lepidostomatidae Ulmer, 1903	Lepidostoma Rambur, 1882	Lepidostoma hirtum (Fabricius, 1775)
Branchycentridae Ulmer, " 1903	Branchycentrus Curtis, 1834	Branchycentrus subnabilis (Curtis, 1834)
Limnephilidae Kolenati, 1848	Potamophylax Wallengren, 1891	Potamophylax rotundipennis (Brauer, 1857)	^^^P^jj^^
	Halesus Stepfens, 1829	Halesus radiatus (Curtis, 1834)
	Limnephillus Leach, 1815	Limnephillus nigriceps (Zetters-tedt, 1840)
		Limnephillus exstricatus (Mac-Lachland, 1865)

Примечание: в графе «Внешний вид» приводится внешний вид домиков ручейников.

cinerea

A' apicalis rotundipennis

В. subnabilis

L. hirtum

T. nebulosa

L. fusca

L. nigra

S. Iinnaeanus

S. aestivalis . dipterum eohnn

L. exstricatus

L. nigriceps

H. radiatus

burmeisteri

G. pilosa

H. sulphurea

E. venosus

B. Irk

—2006

—2007

—2008

—2009

—2010

—2011

—2012

—2013

—2015

P.

H. radiatus

L. hirtum

G. pilosa

H. sulphurea

cinerea apicalis

N.

L. exstricatus

L. nigriceps rotundipennis

B. subnabilis

E venosus ,        ,, . C. dipterum

B. tricolor (. luteolinn

S. burmeisteri

T nebulosa

L fusca

L. nigra

S. Iinnaeanus aestivalis

—2006

—2007 —2008

—2009

—2010 —201J —2012 —2013

—2015 2016

в              L.

L. nigriceps

H. radiatus

H. sulphurea

cinerea apicalis

N.

L. hirtum

G. pilosa

P. rotundipennis

B. subnabilis

E. venosus                    dipterum

B. tricolor C. luteotum

burmeisteri

T. nebulosa

L. fusca

L. nigra

8. Iinnaeanus

8. aestivalis

—2006

—2007

—2008

—2009

—2010

—2011

—2012

—2013

—2014

—2015

cinerea apicalis rotundipennis

B. subnabilis

L. hirtum

G. pilosa

T. nebulosa

L. fusca

L. nigra

S. Iinnaeanus

E. venosus

B. tru

S. aestivalis

C. dipterum

L. exstricatus

L. nigriceps

H. radiatus

H. sulphurea

burmeisteri

—2006 —2007

—2008

—2009 —2010

—2011 — 2012

—2013

2015 2016

L. exstricatus

Д L. nigriceps H. radiants

P. rotundipennis

B. subnabilis

L. hirtum

H. sulphurea

cinerea

G. pilosa

L. nigra

S. Iinnaeanus

apicalis burmeisteri

T. nebulosa

L. fusca

S. aestivalis

—2006

—2007

—2008

—2009

—2010

—2011

—2012

—2013

—2015

E. venosus. ,           , C. dipterum

B. tricolor c . luteolinn

Рис. Динамика встречаемости личинок веснянок, поденок, ручейников (а - в р. Ашкадар; б - в р. Селеук; в - в р. Инзер; г - в р. Зилаир, д - в р. Б. Ик) и УКИЗВ (е) на изученных участках рек за период с 2006 по 2016 гг.

Таблица 2

Матрица средних значений УКИЗВ и критерия Фишера (F, Екритическое = 4,4, а = 0,05) по оценке их различия

Река	Среднее значение УКИЗВ	Река
		Ашкадар	Селеук	Инзер	Зилаир	Б. Ик
Ашкадар	4,4+0,1		3,3	42,4	29,4	26,3
Селеук	4,1 ±0,1			11,0	11,4	12,5
Инзер	3,5±0,1				1,0	2,4
Зилаир	3,3±0,2					0,4
Б. Ик	3,1 ±0,2

Таблица 3

Градации (1-3) качества воды малых рек Башкирского Предуралья по сходству значений УКИЗВ (F < Екритическое = 4,4, а = 0,05) за период с 2006 по 2016 гг.

1	2	з
Средние показатели значений УКИЗВ
3,1-3,5	3,6 4,1	>4,2
Б. Ик, Зилаир, Инзер	Селеук	Ашкадар

Таблица 4

Корреляционно (г)-регрессионные (УР) связи между встречаемостью гидробионтов (Y) и гидрохимическими поллютантами (х, в кратности превышения ПДК), определяемыми в воде малых рек Башкирского Предуралья

У	X	Г	УР		R2	F		К,%
						F факт.	F табл.
Отряд Plecoptera
р. Ашкадар в черте г. Стерлитамака
Т. nebulosa	Мп	0,74	У = 0,02х+0,17		0,55	12,12	4,96	12,92
р. Селеук, д. Нижнеиткулово
L. nigra	Ее	-0,74		У = -0,04х+0,91	0,55	12,16	4,96	16,13
р. Зилаир, с. Зилаир
Т. nebulosa	Ее	0,82		У = 0,05х+0,12	0,66	19,81	4,96	13,38
Отряд Ephemeroptera
р. Селеук, д. Нижнеиткулово
И. sulphurea	Ее	-0,74		У = -0,03х+0,55	0,55	11,22	5,12	18,31
Отряд Trichoptera
р. Ашкадар в черте г. Стерлитамака
S. pallipes	Мп	0,74		У = 0,03х+0,16	0,55	11,18	5,12	13,33
р. Селеук, д. Нижнеиткулово
S. pallipes	Ее	-0,73		У = -0,03х+0,59	0,54	10,42	5,12	11,53
Р. bipunctata	Н/п	0,84		У = 0,15х+0,17	0,70	20,81	5,12	25,07
р. Зилаир, с. Зилаир
S. pallipes	Ее	0,84		У = 0,06х+0,08	0,70	21,46	5,12	16,88

Примечание: R2- коэффициент детерминации; F - критерии Фишера; А - средняя ошибка аппроксимации.

ганца в р. Ашкадар в черте г. Стерлитамака) —* 5. pallipes (соединения железа в р. Селеук, д. Нижнеиткулово).

Выводы

Полученные статистические материалы, очевидно, позволят осуществлять прогноз и проводить индикацию содержания в воде малых рек Башкирского Предуралья химических поллютантов в рамках предельно допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного значения по показателю встречаемости 5. pallipes, Р. bipunctata, Т. nebulosa, L. nigra и Н. sulphurea. Так, например, по показателю встречаемости в р. Зилаир (с. Зилаир) личинки ру

чейника S. pallipes ~ 0,1 можно индицировать содержание соединений железа по лимитирующему рыбохозяйственному признаку вредности на уровне 1 ПДК (0,3 мг/л).

Такой подход, по-видимому, позволит выявлять наиболее влияющие на водную фауну поллютанты, что очень важно для принятия технологических решений по очистке сточных вод, сбрасываемых в реки Башкирского Предуралья, и разработать рекомендации по замене ряда химических анализов на более дешевые биологические анализы.