Биоиндикационная значимость таксономических и структурных показателей альгоценозов малой реки при оценке точечного источника антропогенного воздействия

Использование человеком водных ресурсов малых и средних рек в основном заключается в регулирование режима стока и водозаборе, кроме того реки используют для сброса в различной степени очищенных промышленных и бытовых сточных вод. В совокупности с хозяйственной деятельностью на водосборной площади эти факторы нередко приводят к ухудшению качества воды рек. Оценка состояния и прогнозирование изменений водных экосистем при антропогенном загрязнении и эвтрофировании – важнейшая задача гидробиологии [1]. Изменения среды обитания можно проследить по вызванным ими структурно-функциональным преобразованиям сообществ водных организмов, а, учитывая это, оценить состояние природного объекта по биологическим показателям.

Альгологические исследования, проводимые нами на малых реках Самарской и сопредельных областей, включают оценку биоразнообразия и структурных особенностей сообществ водорослей рек в зависимости от гидрологических условий, антропогенного влияния, изме нения содержания биогенных веществ [12, 5, 2].

Горохова Ольга Геннадьевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии малых рек. iD ORCID: E-mail:

Одна из задач – выявление и оценка значимости показателей альгоценозов рек для характеристики условий среды обитания. Выбор станций наблюдений предусматривал оценку состояния биоты до и после населенных пунктов, кроме того, по возможности, проводили сбор проб в местах с известным источником антропогенного воздействия или загрязнения (запруды, места сброса сточных вод).

Оценка состояния водных экосистем возможна на основе мониторинга и системного характера исследований, которые позволяют судить о качестве вод, контролировать и прогнозировать направленность и скорость изменения происходящих процессов. Для малой реки Уса (бассейн Куйбышевского водохранилища) современные гидробиологические исследования проведены сотрудниками лабораторий Института экологии Волжского бассейна РАН и относятся к периоду 2015-2021 гг. В результате опубликован ряд статей и паспорт водного объекта [12, 3, 5, 10]. Экологическое состояние р. Уса оценено по совокупности абиотических факторов, гидролого-гидрохимическим характеристикам, структурным и продукционным показателям биоты. Река охарактеризована как «малый водоток, испытывающий умеренный антропогенный пресс с локальной повышенной нагрузкой в местах выпуска сточных вод и в Усинском заливе Куйбышевского водохранилища» [5].

Цель данной работы – оценить значимость показателей сообществ водорослей реки в зоне воздействия точечного источника загрязнения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Характеристика района исследования. Река Уса – равнинный водоток, длиной 76 км (143 км, включая Усинский залив Куйбышевского водохранилища – нижнее течение реки в подпоре) и площадью бассейна 2276 км² (3352 км с учетом залива). Рельеф водосбора волнистый, долина реки пойменная с выходом родников, берега пологие [4, 5]. Глубины от 5-10 см в истоке до 3-4 м в нижнем течении при переходе в Усинский залив. По берегам р. Уса и её притоков (рис. 1) расположено около 30 населенных пунктов, из них не менее половины с численностью более 1 тысячи жителей. Наименее подвержен антропогенному воздействию участок реки до впадения р. Теренгулька (рис. 1). Ниже по течению (от с. Суринск) основными источниками поступления загрязняющих веществ в водоток являются сбросы коммунально-бытовых сточных вод и поверхностный сток с водосборной площади (сельхозугодия, населенные пункты, турбазы).

Водные ресурсы р. Уса используются в рекреационных, рыбохозяйственных и хозяйственно-бытовых целях. Поэтому гидрохимические характеристики определяли по нормативам ПДК для водных объектов рыбохозяйственного назначения, пробы брали одновременно с отбором гидробиологических проб [5]. Гидрохимические параметры определены аккредито- ванной лабораторией ООО «Центр мониторинга водной и геологической среды» г. Самара [5]. Исследование воздействия локальной антропогенной нагрузки проведено на участке в районе выпуска очищенных сточных вод МП «УК ЖКХ» с. Шигоны (рис. 1).

По химическому составу вода р. Уса и её притоков гидрокарбонатного класса группы кальция, средней минерализации, величина рН – в пределах нейтральных и слабощелочных значений [5]. Из биогенных элементов отмечено превышение нормативного показателя содержания P-PO4 до 9-18 ПДК на разных участках течения р. Уса, концентрации N-NO2 – до 3 ПДК. По содержанию Nмин и Pмин вóды реки соответствуют мезо- и эвтрофному типу [5, 12]. К основным загрязняющим веществам р. Уса и её наиболее крупного притока Теренгулька относятся: фосфаты, нитриты, соединения Cu, Mn, Fe, фенолы [5].

На участке реки от верхнего течения до зоны взаимодействия с водами Усинского залива (рис. 1) в разные годы отбирали пробы на 6-8 станциях: у поселков Гремячий (или с. Смоль-кино), Елшанка, Гавриловка, Суринск (до и после села), Шигоны (до и после села), Пионерский. Для изучения влияния сточных вод на сообщества водорослей сбор проб проведен в 1-2 км до места сброса и после него, а также примерно в 4 км ниже по течению – у п. Пионерский (рис. 1).

Сбор и обработка материала. Альгологиче-ские исследования р. Уса и её притоков проведены в составе комплексных экспедиций в июле 2017, 2018, 2021 гг. Сбор и обработка проб соответствуют методам, принятым при гидробио-

Рис. 1. Схема района и расположение станций на участке исследования воздействия сброса сточных вод

логических исследованиях [8]. Характеристика альгоценозов дана по следующим показателям: численность (млн кл./л), биомасса (мг/л), удельное видовое богатство (число видов в пробе), видовое разнообразие, оцененное по индексу Шеннона. К массовым (субдоминантам и доминантам) отнесены виды, формирующие соответственно 5-10 % и более 10 % суммарной численности или биомассы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Структурные особенности альгоценозов р. Уса. Для оценки экологического состояния реки по показателям фитопланктона проведен сравнительный анализ количественных и структурных характеристик альгоценозов. Он показал, что изменения величин летней биомассы (рис. 2) в разные годы на одних и тех же станциях не имеют выраженной направленности и связаны с размерной структурой сообществ водорослей. Несколько более заметны межгодовые соответствия изменений таких показателей как: численность, индексы сапробности и видового разно-

■ численность □ биомасса а индекс Шеннона -о- индекс сапробности ♦ число видов в пробе

образия в альгоценозах – их величины в целом возрастают вниз по течению (рис. 2). Это особенно выражено на станциях 4н – ниже с. Суринск и впадения в р. Уса её притока (р. Теренгульки), а также на станциях 5 и 5сб – в районе с. Шигоны (рис. 1). Для исследованных рек нами отмечено, что наличие запруженных участков, населенных пунктов, впадение притоков часто способствует эвтрофированию и росту содержания органических веществ в воде. В свою очередь на изменение условий реагирует структура альгоценозов и величина индексов сапробности [5, 12].

Фитопланктон реки на участке от с. Суринск до п. Пионерский. По данным гидрохимического анализа 2017-2018 гг., экологическое состояние участка реки Уса от места впадения её притока Теренгульки до Усинского залива (рис 1.) оценено как «относительно удовлетворительное» [5, 12]. На участке сброса вод очистных сооружений в районе с. Шигоны и ниже по течению существенного изменения концентрации определяемых веществ отмечено не было. Содержание лабильной фракции органического вещества (БПК₅) не превышало нормативы, установлен-

2018 2021

Соотнесение нумерации станций с населенными пунктами на рис. 1 следующее:

ст. 1 - исток у п. Гремячий; ст. 2 - с. Елшанка; ст. 3 - с. Гавриловка;

ст. 4в - выше с. Суринск, ст. 4н - ниже с. Суринск; ст. 5 - с. Шигоны, ст. 5сб - с. Шигоны (участок сброса сточных вод); ст. 6 - с. Пионерское

Рис. 2. Изменение численности и биомассы фитопланктона р. Уса, индексов видового разнообразия и сапробности в альгоценозах в 2015, 2017, 2018, 2021 гг.

ные для природных вод рыбохозяйственного назначения, концентрации кислорода не падали ниже нормативных и находились в диапазоне 7,7–7,9 мг/дм3, что соответствует 75–83% насыщения [12]. В то же время в опубликованном «Экологическом паспорте реки Усы» [5] рекомендован контроль за очистными сооружениями райцентра Шигоны, необходимость которого обусловлена ростом строительства коттеджей, жилых домов, турбаз и физическим износом самих очистных [12].

В фитопланктоне на участке от с. Суринск до п. Пионерский таксономический состав и структуру определяли Bacillariophyta и Chlorophyta, представители этих же отделов имели ведущее ценотическое значение, что характерно для р. Уса и её притоков [12]. Диапазон численности составил 0,17-1,45 млн кл./л, биомассы – 0,171,01 мг/л. По численности преобладали планктонные виды водорослей, среди доминантов по биомассе немало факультативно-планктонных форм. Структура альгоценозов характеризуется относительно высоким разнообразием и вырав-ненностью (см. рис. 2, индекс Шеннона), вклад каждого из преобладающих видов в суммарную численность или биомассу не превышает 30%.

Рассмотрим состав видов, развивающихся в планктоне на этом участке. На всех станциях в качестве доминирующих отмечены диатомовые – Stephanodiscus hantzschii Grun., Fragilaria capucina Desmaz., Melosira varians Ag., а также зеленые водоросли – виды рода Scenedesmus и Chlamydomonas. Менее регулярны в составе доминантов Aulacoseira granulata (Ehr.) Sim., Stephanodiscus minutulus (Kütz.) Cl. & Möller и другие мелкоразмерные виды класса Centrophyceae (диатомовые);

Такие виды как: Stephanodiscus hantzschii , S. minutulus , Oscillatoria limosa и Chroomonas acuta , являются показателями повышенной степени органического загрязнения. На это же указывает появление в планктоне видов рода Euglena ( E. caudata Hubner) и некоторых хламидомонад ( Chlamydomonas reinhardtii Dang., C. simplex Pasch.). Кроме того, ниже участка очистных в альгоцено-зах отмечено разнообразие видов рода Nitzschia ( N. palea (Kütz.) W. Sm., N. acicularis (Kütz.) W. Sm., N . capitellata Hustedt и др.). Для некоторых видов этого рода исследователи отмечают устойчивость

-■-численность л биомасса -о индекс Ш еннона -•- число видов в пробе

^В доля (%) индикаторов повышенной степени сапробности -X- индекс сапробности

Рис. 3. Динамика средних за период исследований величин численности, биомассы, числа видов и индекса Шеннона (А), а также индекса сапробности и доли числа индикаторов повышенной степени сапробности (В)

к загрязнению, а для Nitzschia palea показана способность очищать сточные воды от аммиака, нитратов, фосфора [11, 13].

Помимо доминирующих видов, показательно соотношение в планктоне числа видов-индикаторов различной степени сапробности. Так за очистными (рис. 3В, ст. Шигоны-сб) отмечена максимальная доля (41%) индикаторов повышенной степени сапробности: β - α -, α - и α - β -мезосапробов, ρ - α -мезосапробов. Несмотря на то, что эти виды не относятся к массовым, их разнообразие на участке после очистных свидетельствует об увеличении содержания органических веществ.

Кроме видового состава изменяются и количественные показатели альгоценозов. На рис. 3 показана динамика их средних значений за годы исследований; как видно на станции в районе очистных их величины максимальны (рис. 3А).

При оценке размерной структуры альгоце-нозов реки по соотношению численности и биомассы фитопланктона (N/B) отмечено, что наиболее высокие значения также соответствуют станции в районе сброса сточных вод. Это свидетельствует об уменьшение размерности клеток водорослей, что рассматривается исследователями как признак повышения уровня трофии вод и преимуществу наиболее физиологически активных «мелких» видов [7, 9, 6].

Все эти особенности таксономической и количественной структуры сообществ фитопланктона следует считать ответом на эвтрофиру-ющее влияние крупного населенного пункта и выпуска стоков очистных сооружений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таксономические и структурные показатели альгоценозов малой реки на участке точечного источника антропогенного воздействия являются информативными показателями экологического состояния. Наиболее применима такая оценка в условиях небольшой антропогенной нагрузки, так как позволяет выявить те незначительные изменения, которые не всегда выявляются методами гидрохимического анализа.

К таким изменениям следует отнести: повышение индекса сапробности и присутствие среди массовых видов показателей повышенной степени органического загрязнения ( Oscillatoria limosa , Stephanodiscus hantzschii , Chroomonas acuta ), разнообразие в планктоне видов-индикаторов повышенной степени сапробности в целом, а также увеличение роли мелкоклеточных видов в сообществе на этом участке.

В то же время существенных негативных явлений в период наших исследований не выявлено. Видовое разнообразие на участке сброса высокое (рис. 2, 3), а ниже по течению сравнимо с другими участками реки. Индексы сапробности находятся в пределах β-мезосапробной зоны, III класса качества (умеренное загрязнение), как и на всём участке Суринск-Пионерское. По-видимому, при отсутствии биогенного лимитирования, небольшое органическое загрязнение способствовало развитию адаптированных к нему видов и не привело к радикальной перестройке альгоценозов на участке сброса и ниже по течению.

В целом можно заключить, что сточные воды в исследуемый период оказывали влияние на альгоценозы реки Уса, но влияние это локализовано в месте сброса.