Мониторинг экологического состояния городских водоемов Санкт-Петербурга по показателям зообентоса

Сотников Иван Валерьевич, аспирант морфологических отклонений особей зообентоса [3-6]. В обзоре А.И. Баканова рассмотрен широкий спектр показателей зообентоса, которые могут быть применены в экологическом мониторинге водоемов [7]. Дополнение этого списка расширяет возможности оценки состояния водоемов, особенно в городской среде. Тем не менее, любой метод биоиндикации должен учитывать особенность отклика биоты на нарушающее воздействие на фоне действия естественных факторов, поэтому представляется важным проведение сравнительных работ на водных системах разных типов.

Цель работы: оценка состояния водных систем, расположенных на городской территории, различающихся по их природным характеристикам и антропогенной нагрузке по количественным, структурным и функциональным показателям зообентоса.

Материалы и методы. Изучение зообентоса проводились в рамках комплексных исследований трех озерно-речных систем (рис. 1). Водная система р. Дудергофки с площадью бассейна 327 км2, расположенная на южной окраине Санкт-Петербурга, имеет общую протяженность около 25 км и берет начало на склонах Дудергофской возвышенности, являющейся частью Ижорского плато, сложенного карбонатными породами ордовикского периода. Выклинивающиеся известковые воды искусственно подпружены несколькими плотинами – в результате образована цепочка озер – верхнее Дудергофское (площадь зеркала 0,5 км2, средняя глубина 1,5 м), Долгое и Безымянное (площадь зеркала 0,19 км2, средняя глубина 3,0 м). Из последнего вытекает р. Дудергофка шириной от 2 до 10 м и глубину до 0,8 м. Воды р. Дудергофка через одноименный канал попадают в Финский залив. Воды системы квалифицируются как гидро-карбонатно-магниевые, а сумма главных ионов изменялась в диапазоне значений от 458 до 590 мг л-1. Источниками загрязнения озер являются: сброс коммунально-бытовых сточных вод с территории малоэтажной застройки, автомобильные и железная дороги, интенсивное рекреационное использование. в оз. Безымянное многие годы неочищенные стоки сбрасывал завод пластмасс. Ниже в р. Дудергофку с ливневыми стоками попадают загрязнения от нефтебазы, садоводств и ряда производств в районе пос. Горелово.

Рис. 1. Схема расположения исследованных водных систем:

A - Дудергофские озера - р. Дудергофка; B -р.Сторожиловка - оз.Н. Суздальское - р. Каменка - вдхр. Шуваловский карьер - р.Каменка; С - р.Охта- Охтинское вдхр. - р.Охта

Система р. Старожиловка - оз. Н.Суздаль-ское - р. Каменка - вдхр. Шуваловский карьер - р Каменка. Воды системы слабо минерализованы, значения суммы главных ионов составляют 183316 мг л-1, причем наименьшие значения относятся к основному притоку оз. Н. Суздальское - р. Старожиловке. По соотношению главных ионов воды системы классифицированы как хлоридно-натриевые. Старожиловка берёт начало на южном склоне Парголовских высот. Ее длина 7 км, площадь бассейна 33 км2., русло шириной 5-8 м, глубина 0,1-1,2 м, скорость течения 0,03-0,6 м с-1. Река характеризуется высокой степенью загрязнения за счет поступление недостаточно очищенных сточных вод пос. Торфяное, стоков городской дождевой канализации и неконтролируемых сбросов. БПК; воды - до 8 мг л-1, содержание нефтепродуктов - до 2,5 мг л-1 [8]. Нижнее Суздальское - крупнейшее на территории Санкт-Петербурга озеро, имеющее ледниковое происхождение. Площадь озера - около 1 км2, средняя глубина - 2,5 м. По содержанию общего фосфора трофический статус оз. Н. Суздальское оценен как гиперэвтрофный, а вдхр. Шуваловский карьер, расположенного в нижнем течении вытекающей из озера р. Каменка — эвтрофный. Площадь водохранилища составляет 0,33 км2, средняя глубина - 1,5 м. Длина реки 12 км, ширина 2-3 м, глубины до 0,2-1 м, скорость течения - 0,2 м с-1. Площадь водосбора составляет 35,5 км². В водоохранной зоне реки размещены промышленные предприятия, река используется для промышленных нужд и как водоприёмник сточных вод. Р. Каменка впадает в Лахтинский разлив Финского залива.

Система р. Охта включает в себя, кроме самой реки, довольно обширное водохранилище площадью 1,3 км2, средней глубиной 2,8 м. Протяженность р. Охта от истока в районе Лемболовских высот до впадения в р. Нева - 99 км. Площадь бассейна 768 км². Ширина русла от 10 до 50 м, глубина 0,5-5 м. Воды реки, вследствие заболоченности значительной части водосбора, обогащены органическим веществом, в основном представленным почвенным и водным гумусом, что отражается на значениях цветности воды и ХПК, а также характеризуются низкой минерализацией (в среднем 170 мг л-1), доминированием Na+ и Cl-, не характерным для данного региона, что является признаком хозяйственно-бытового загрязнения. На берегах р. Охты выстроено много промышленных предприятий, загрязняющих своими сбросами воды реки. Основными загрязняющими субстанциями являются цинк, медь, железо, марганец, нитритный азот и нефтепродукты. Среди рассматриваемых водных систем р. Охты, включающая Охтинское водохранилище, испытывает наибольшее техногенное воздействие [8].

Пробы зообентоса отбирались на сетке станций, расположенных в верхних, средних и нижних зонах этих водных систем в апреле, мае, июле и сентябре 2013 г. В озерах и водохранилищах материал собирался в центральных зонах - в биотопе илов и на литорали, как правило, в наиболее характерных илисто-песчаных биотопах. В водотоках пробы отбирались на полуразрезах, объединяющих две субпробы взятых на стрежне и прибрежье рек. Пробы зообентоса отбирались с помощью дночерпателя Петерсена, с площадью захвата 1/40 м2, по три подъема на каждой станции.

Дальнейшая обработка собранного материала проводилась по стандартной методике [9].

Результаты и обсуждение. К наиболее часто применяемым методам оценки состояния водоема относится анализ видового состава гидробионтов, в том числе и зообентоса, на предмет наличия индикаторных видов. Тем не менее, использованная в работе схема отбора материала не дает возможности получить полноценный список видов зообентоса, обитающих в водоеме. Альтернативой в этом случае может служить сравнение списков доминантных и массовых видов. Общий перечень обнаруженного макрозообентоса трех исследованных водных систем составляет 176 видов и форм: р. Дудергофка и озера – 170, оз. Н.Суздальское и реки Старожиловка и Каменка – 112, р. Охта – 70. Но только 45 встречены в трех системах, а 34 – в больше, чем 25% проб. Среди 18 таксономических групп наибольшее число видов отмечено у двукрылых (хирономид), моллюсков, ручейников и олигохет, представители этих групп обычно являются доминантами (табл. 1).

Таблица 1. Доминанты сообществ зообентоса в различные периоды 2013 года в трех исследованных водных системах

Станции	Апрель	Май	Июль	Сентябрь
оз. Дудергофское	Einfeldia pagana	Tanypus villipennis	Chironomus plumosus	Caenis horaria
оз. Безымянное центр	Limnodrillus hoffmeisteri	Chironomus plumosus	Chironomus plumosus	Chironomus plumosus
оз. Безымянное литораль		Cryptochironomus defectus	Caenis undosa	Caenis undosa
р.Дудергофка ср.течение	Limnodrillus hoffmeisteri	Polypedilum bicrenatum	Centroptilum luteolum	Limnodrillus hoffmeisteri
р.Дудергофка нижн. течение	Paratanytarsus confusus	Limnodrillus hoffmeisteri	Cricotopus bicinctus	Tubifex tubifex
р. Старожиловка верх		Anabolia laevis	Isochaetides newaensis	Eiseniella tetraedra
р.Старожиловка устье	Limnodrillus hoffmeisteri	Limnodrillus hoffmeisteri	Tubifex tubifex	Limnodrillus hoffmeisteri
оз. Нижнее Суздальское	Limnodrillus hoffmeisteri	Limnodrillus hoffmeisteri	Chironomus plumosus	Endochironomus albipennis
р.Каменка исток	Glyptotendipes glaucus	Limnodrillus hoffmeisteri	Cladotanytarsu s mancus	Glyptotendipes glaucus
р.Каменка ср. течение		Dicrotendipes nervosus	Limnodrillus hoffmeisteri	Microtendipes pedellus
Шуваловский карьер		Isochaetides newaensis	Polypedilum sordens	Paratanytarsus confusus
р.Каменка нижн. течение		Euglesa sp.	Asellus aquaticus	Larsia sp.
р. Охта верх	Potamophylax rotundipennis	Procladius ferrugineus	Dicranote bimaculata	Procladius ferrugineus
р. Охта ср. теч. выше вдхр		Limnodrillus hoffmeisteri	Bithynia tentaculata	Tubifex tubifex
Охтинское вдхр центр	Limnodrillus hoffmeisteri	Limnodrillus hoffmeisteri	Limnodrillus hoffmeisteri	Limnodrillus hoffmeisteri
Охтинское вдхр литораль			Glyptotendipes glaucus	Glyptotendipes glaucus
р. Охта ср. теч. ниже вдхр	Glyptotendipes glaucus	Limnodrillus hoffmeisteri	Limnodrillus hoffmeisteri	Limnodrillus hoffmeisteri
р. Охта нижн. течение		Corixa sp.	Tubifex tubifex	Limnodrillus hoffmeisteri

Группы, являющиеся индикаторами чистых вод, такие как поденки и ручейники обнаружены только в верхних створах систем, а в нижнем течении – весной и летом, когда скорость течения достигала 0,2-0,3 м/сек. В течение сезона открытой воды зообентос количественно рос к осени в истоках систем и в среднем течении рек, но снижался в зоне аккумуляции озерах и нижнем течении рек (рис. 2).

Рис. 2. Изменения численности (N, экз м^-2) и биомассы (B, г м^-2) зообентоса в водных системах р. Дудергофки, оз. Н.Суздальского и р. Охта в 2013 г.

Сложность структуры сообщества определяется не только видовым богатством, но степенью выравненности или доминирования. Общепринятым при нарушениях при критических воздействиях считается снижение видового разнообразия и повышение доминирования, о чем говорит, например, изменение индекса Шеннона-Уивера. Но использование этого показателя должно учитывать природные особенности биотопов, с которыми ассоциирован биоценоз. Другим показателем, который может свидетельствовать о нарушениях – расхождение аккумуляционных кривых доминирования по численности и биомассе (метод ABC), или использовать цифровое представление этой оценки – показатель D E` –разности выравненно-стей [10], который изменяется от -1 (благополучные условия) до +1 (критические условия). Как и метод ABC, показатель D E` отображает изменение жизненной стратегии в сообществах, т.е. преобладание популяций с r -стратегией при нарушениях среды обитания.

Накопление негативных воздействий вниз по течению сказалось на величине средней суммарной деструкции зообентоса, но не повлияло на индекс разнообразия, который рос в соответствии концепцией речного континуума. Биотические индексы зообентоса (Вудивисса и Гуднайта) давали нестабильные и несовпадающие оценки. Эти несогласованности могут свидетельствовать о возможных токсичных воздействиях. Об этом говорят и показатели встречаемости личинок хирономид с морфологическими отклонениями Chironomus plumosus, Polypedilum tetracrenatum, Microtendipes pedellus и др. (рис. 3) до 75% [11]. Этот показатель в целом согласуется с максимальными величинами показателя D E’, свидетельствующем о неблагополучии отдельных участков водных систем (табл. 2).

Таблица 2. Средние и максимальные структурные и функциональные показатели зообентоса в отдельных участках исследованных водных систем

	S	Hs	De (макс)	IW	IG	Htr	R	%Def (макс)
Д1	11	2,36	0	3,0	8	1,45	628	0%
Д2	6	1,72	0,07	2,0	39	0,96	437	75%
Д3	21	2,69	0	6,7	21	1,76	1430	2%
Д4	10	2,46	-0,02	3,3	26	1,23	116	40%
Д5	13	2,96	0,04	3,8	20	1,44	116	44%
С1	9	2,06	0,23	5,3	54	0,87	181	0%
С2	8	1,39	0,33	3,0	69	1,06	206	67%
С3	10	1,74	0,13	3,5	32	1,53	1929	35%
С4	18	2,35	0,16	6,5	20	1,86	1591	1%
С5	13	2,70	0,05	6,0	16	1,35	262	8%
С6	19	3,00	0,12	5,3	12	1,80	442	60%
С7	10	2,87	-0,01	5,3	10	1,68	93	3%
О1	7	1,95	-0,19	3,8	1	0,81	67	0%
О2	8	1,65	0,27	2,7	46	0,61	537	25%
О3	2	0,17	0,17	1,5	97	0,47	34	20%
О4	11	2,63	-0,43	4,0	24	0,71	269	6%
О5	11	1,87	0,24	3,3	41	1,43	257	10%
О6	3	0,82	0,08	1,3	50	0,45	59	3%

Примечания: s – ср. число видов, Hs – ср. индекс видового разнообразия Шеннона, De (макс) – максимальное значение показателя разности выравненностей, IW – индекс Вудивисса, IG – индекс Гуднайта, Htr – ср. индекс разнообразия трофических групп зообентоса, R – ср. суточная деструкция зообентосом, %Def (макс) – максимальный процент встречаемости особей с морфологическими отклонениями

Специфика токсического воздействия загрязнителей на зообентос проявляется в зависимости от путей поступления токсикантов и времени их поступления. Основной путь поступления – трофический. Не случайно большинство особей с морфологическими отклонениями принадлежит к

видам, относящимся к трофическим группировкам фильтраторов, или детритофагов собирателей. Поэтому нужно учитывать складывающуюся в каждый конкретный момент трофическую структуру сообщества, зависящую также от природных особенностей водоема.

Рис. 3. Препарат головной капсулы личинки хирономиды с морфологическими нарушениями субментума

Несомненно, что при комплексном антропогенном воздействии, которое имеет место в городских водоемах, использование таких показателей как индекс Вудивисса не корректно – поскольку большинство групп индикаторов чистых вод просто отсутствует. Преобладание в составе хироно-мид фитофильных видов подсемейства Ortho-cladiinae приводит к ошибочным выводам при использовании для оценки хирономидного индекса Балушкиной. Индекс Гуднайта может давать сбои при загрязнениях, токсичных для олигохет. Тем не менее, состав, структура и показатели функциональной активности зообентоса могут использоваться в мониторинге, дополняя друг друга и характеризуя разные состояния водных экосистем.

Выводы: по различным характеристикам зообентоса можно сделать вывод о значительной деградации водных экосистем исследованных нами водоемов.