Оценка состояния водоемов Волго-Ахтубинской поймы по различным показателям зообентоса в условиях вегетационного периода 2018 года

DOI:

Введение. Волго-Ахтубинская пойма является крупнейшей в мире речной долиной и обладает значительными природными богатствами. В суровых, засушливых условиях резко континентального климата пойма формировалась много тысячелетий. Водоемы Волго-Ахтубинской поймы периодически страдают от антропогенного воздействия [5]. До строительства Волжской ГЭС почти вся поверхность Волго-Ахтубинской поймы ежегодно заливалась волжскими водами. В настоящее время величина весеннего половодья регулируется работой Волжской ГЭС, и поэтому в маловодные годы не все водоемы заливаются достаточным количеством вод и зачастую обсыхают полностью, приводя к гибели биоценозов водных организмов [2–3]. В Волго-Ахтубинской пойме проводилось ряд исследований, посвященные биоразнообразию и пространственному распределению водных организмов, в том чис- ле. макрозообентоса, так же бентос изучался как кормовая база, интенсивности развития и продукции зообентоса водоемов поймы [6; 7; 15]. При проведении биологических исследований любого характера, всегда важно знать какие виды, и в каком количестве входят в состав данного природного сообщества. Это позволяет более полно отразить состояние экосистемы и получить объективные материалы, по которым можно наблюдать долговременные изменения, протекающие в ней [8; 10; 12]. Зообентос один из важнейших элементов экосистем континентальных водоемов и водотоков. Сообщества зообентоса, являясь чувствительными индикаторами состояния водных объектов, широко используются для биоиндикации [1; 11].

Объект данного исследования : водоемы Волго-Ахтубинской поймы.

Целью работы является попытка оценить эколого-биологического состояния водо- 53

емов Волго-Ахтубинской поймы по структурным характеристикам бентоценоза.

Материалы и методы. Материалами исследования послужили гидробиологические сборы, выполненные в 2018 году на водоемах Волго-Ахтубинской поймы в сезонном аспекте.

Среднеахтубинский район в данном исследовании представлен пятью водоемами: оз. Широкогорлое, оз. Большая Невидимка, ер. Гнилой, оз. Запорное, оз. Дегтярное. В Ленинском районе пробы отбирались на семи водоемах: оз. Боярский лиман, оз. Бессчастное, ер. Старая Ахтуба, оз. Кудаевское, оз. Чичера, оз. Дубок, ер. Калинов.

Для идентификации донных беспозвоночных использовались определители Европейской части СССР и сопредельных территорий России [16; 17; 18; 19; 21].

Для оценки состояния водоемов Волго-Ахтубинской поймы использовались такие показатели, как: численность, биомасса, видовое богатство (количество видов) и рассчитывались: индекс Шеннона, показатель выравненности по Шеннону, индекс доминирования по Симпсону. На основе ранжированных значений полученных показателей были составлены пятибалльные шкалы для оценки водоемов.

Вышеуказанные показатели вычислялись в каждом водоеме для каждого зообен-тоценоза по трем сезонам. Далее полученным значениям показателей присваивались баллы согласно оценочным шкалам от 1 до 5 баллов, затем просчитывалось суммарное количество баллов для водоема.

Анализ и визуализация данных проводились с помощью языка программирования R, используемого для статистической обработки данных и работы с графикой [14]. С помощью данного языка были проведены вычисления показателей, а также их графическая обработка полученных значений.

Результаты исследования. За период наших исследований было отобрано 72 гидробиологические пробы, из них 24 пробы весенние, 24 летние и 24 осенние. В изученных водоемах было выявлено 159 таксонов организмов зообентоса, которые принято искусственно разделять на основные, имеющие главное значение в количественных показателях, и прочие, не играющие роль в основных пока- зателях. Из них: 35 видов личинок комаров-звонцов (Chironomidae), 22 вида малощетинковых червей (Oligochaeta), 30 видов брюхоногих и двустворчатых моллюсков (Mollusca), 14 видов ракообразных (Crustacea) и 58 видов организмов группы прочих (Hirudinea, Odonata, Ephemeroptera, Megalopteran, Lepidoptera, Coleoptera, Acariformes, Trichoptera, Diptera (Ceratopogonidae), Hemiptera).

Для визуализации полученных данных использовались категоризованные графики, демонстрирующие значения численности организмов зообентоса, которые разбиваются на отдельные категории (сезоны и водоемы). Для удобства восприятия информации, водоемы разделены по географической принадлежности на Среднеахтубинский район (см. рис. 1) и Ленинский район (см. рис. 2).

На графиках, иллюстрирующих водоемы Среднеахтубинского района хорошо заметны пики численности основных групп зообентоса в разные периоды. Так, доминирующими по численности группами являются Chironomidae и Oligochaeta , в некоторых случаях преобладают организмы группы прочих (см. рис. 1).

Графики, построенные по показателям водоемов Ленинского района, так же демонстрируют преобладание Chironomidae и Oligochaeta . Численность данных организмов невысокая и меньше подвергается колебаниям, в отличии от водоемов Среднеахтубинского района (см. рис. 2). Это может быть связано с тем, что Ленинский район относится к низкой пойме и имеет относительно стабильную структуру, не подвергается сильному антропогенному воздействию от гидрологического режима Волжской ГЭС, в отличие от Среднеахтубинского района, высокой поймы.

Численность организмов зообентоса за весенний сезон колебалась в интервалах от 282 до 7 520 экз/м²; за летний сезон от 674 до 4 291 экз/м²; за осенний сезон от 502 до 6 848 экз м². Доминирующими по численности группами в течении сезона в большинстве водоемов являлись Chironomidae и Oligochaeta , в некоторых водоемах, заросших макрофито-выми зарослями, преобладают организмы группы прочих, например, в оз. Дегтярное

(рис. 1). В весенний период, особенно в его начале, для бентоса пойменных водоемов характерны максимальные значения количественных показателей. Затем происходит падение численности и биомассы донной фауны, связанное, по всей видимости, с завершением цикла развития у гомотопных организмов и вылетом имаго гетеротопных. В дальнейшем показатели численности вновь возрастают (см. рис. 3 a ).

Биомассу организмов зообентоса обычно разделяют на мягкий бентос, куда входят все организмы зообентоса, кроме моллюсков, и общий бентос, представляет собой сумму всех организмов с моллюсками.

Весенние показатели биомассы обследованных нами водоемах колеблются в ши- роких интервалах от 1,228 до 30,88 г/м2. Наибольшее значение биомассы представлено в оз. Кудаевское, наименьшее в ер. Калинов (см. рис. 3b).

Биомасса мягкого бентоса летнего сезона находится в интервалах от 0,848 до 7,477 г/м². Максимальное значение биомассы имеет ер. Гнилой, а минимальное оз. Дубок. Летом происходит непрерывное уменьшение численности и биомассы, вызванное с одной стороны интенсивным питанием рыбы организмами, а с другой их цикличностью развития (см. рис. 3 b ).

Осенью размах колебаний биомассы от 1,885 до 51,617 г/м2. Значение 51,617 г/м2в оз. Дегтярное, является максимальным, что по-

Рис. 1. Категоризованный график численности основных групп организмов зообентоса Среднеахтубинского района поймы (сhir- chironomidae , crst- crustacea , moll- mollusca , olig- oligohaeta , othr-прочие)

казано как выброс (см. рис. 3 b ). А минимальное значение характерно для оз. Бессчастное. С августа и до конца вегетации количественные показатели снова возрастают.

Видовое богатство представляет собой число таксонов живых организмов, обитающих в данном сообществе, отражающее биологическое разнообразие и качественный состав. Это простой показатель, демонстрирующий таксономическое богатство. Количество видов весеннего сезона находится в интервале от 4 до 26, летнего сезона от 10 до 20, а осеннего от 12 до 34 видов (см. рис. 3с). Видовое богатство осеннего сезона больше, чем весной и летом, это может быть связано с тем, что пробы отбираются после зимнего периода, когда видовое разнообразие организ- мов черезвычайно мало, кроме того половозрелая часть малощетинковых червей элиминирует. А к осени, после паводка и теплого лета организмы зообентоса активно размножаются.

В экосистемах для анализа структуры биоценозов широко применяется индекс доминирования Симпсона [22]. Большинство исследователей на сегодня считают оптимальным для оценки видового разнообразия – индекс Шеннона [23]. Индекс выровнен-ности по Шеннону один из популярных показателей организационной структуры сообщества, демонстрирующий относительное распределение особей среди видов [22]. В таблице 1 представлены значения индексов в виде интервала за три месяца.

Рис. 2. Категоризованный график численности основных групп организмов зообентоса Ленинского района поймы ( сhir- chironomidae , crst- crustacea , moll- mollusca , olig- oligohaeta , othr-прочие)

a) Численность организмов зообентоса

b) Биомасса организмов зообентоса

c) Видовое богатство

Рис. 3. Диаграммы размахов численности, биомассы и видового богатства организмов зообентоса

Таблица 1

Интервалы значений индексов по зообентосу водоемов Волго-Ахтубинской поймы за 2018 год

Водный объект	Индекс видового разнообразия Шеннона	Индекс выровненности по Шеннону	Индекс доминирования Симпсона
Озеро Бессчастное	0,955-2,119	0,556-0,803	0,833-0,508
Озеро Чичера	1,269-2,301	0,529-0,851	0,883-0,611
Озеро Дубок	2,234-2,713	0,877-0,825	0,909-0,853
Озеро Боярский лиман	1,817-2,111	0,689-0,808	0,839-0,719
Ерик Калинов	1,395-2,253	0,671-0,856	0,893-0,665
Озеро Кудаевское	1,138-2,647	0,431-0,812	0,902-0,426
Ерик Старая Ахтуба	1,332-2,111	0,641-0,849	0,861-0,608
Ерик Гнилой	2,090-2,655	0,716-0,847	0,911-0,829
Озеро Дегтярное	2,199-1,346	0,776-0,503	0,847-0,585
Озеро Запорное	2,075-2,341	0,866-0,739	0,864-0,849
Озеро Большая Невидимка	1,683-2,299	0,621-0,871	0,875-0,706
Озеро Широкогорлое	1,826-2,582	0,561-0,812	0,904-0,644

Наибольшие значения индекса Шеннона характерны для оз. Большая Невидимка, Запорное и Дубок. Индекс доминирования Симпсона имеет схожие значения с индексом вы-равненности по Шеннону и не имеют значительных разбросов показателей. Максимальные значения встречаются в озере Большая Невидимка и ерике Гнилой, минимальные в озере Кудаевское (рис. 4).

Для разработки пятибалльной шкалы использовались диаграммы размаха (бокс-плоты). Графики этого типа позволяют дать полную статистическую характеристику анализируемой совокупности. Боксплот состоит из нижнего уса (минимальное значение), нижнего квартиля, медианы, верхнего квартиля и верхнего уса (максимальное зна- чение). На основании проведенных вычислений, полученные показатели были проран-жированы и сведены в единую таблицу (см. табл. 2). Предлагаемые нами шкалы рекомендованы для оценки состояния водоемов поймы.

На основе полученных данных и составленных балльных шкал, была дана оценка водоемам по сезонам, где: 1 балл – предельно низкое значение, 2 балла – низкое значение, 3 – среднее, 4 – выше среднего, 5 баллов – нормальное. Баллы по каждым показателями суммируются и образуют суммарную балльную оценку за сезон, затем баллы по сезонам также суммируются, показывая итоговую оценку по водоемам за вегетационный период (см. табл. 3).

a) Индекс Шеннона

b) Индекс выровненности по Шеннону

c) Индекс доминирования Симпсона

Рис. 4. Диаграммы размахов значений индексов

Таблица 2

Бальные шкалы оценки показателей состояния зооценозов бентоса в водоемах Волго-Ахтубинской поймы

Баллы	Апрель	Август	Октябрь
Значения численности
1	0-281	0-673	0-502
2	282-728	674-796	503-1790
3	729-1357	797-1199	1791-4432
4	1358-2563	1200-1559	4433-4811
5	>2564	>1560	>4812
Значениям биомассы
1	0-1,228	0-0,848	0-1,885
2	1,229-3,301	0,849-1,360	1,886-2,931
3	3,302-10,401	1,361-3,072	2,932-11,793
4	10,402-14,756	3,073-3,925	11,794-14,959
5	>14,757	>3,926	>14,960
Количество видов
1	0-4	0-10	0-12
2	5-8	11-13	13-14
3	9-12	14-15	15-19
4	13-15	16-18	20-26
5	>15	>18	>26
Индекс Шеннона
1	<0,955	<1,281	<1,772
2	0,955-1,269	1,281-1,683	1,772-1,954
3	1,270-1,395	1,684-2,111	1,955-2,119
4	1,396-2,090	2,112-2,260	2,120-2,583
5	>2,091	>2,261	>2,584
Индекса выровненности по Шеннону
1	<0,431	<0,514	<0,502
2	0,431-0,561	0,514-0,621	0,502-0,705
3	0,562-0,671	0,622-0,766	0,706-0,765
4	0,672-0,825	0,767-0,851	0,766-0,813
5	>0,826	>0,852	>0,814
Индекса доминирования Симпсона
1	>0,854	>0,865	>0,903
2	0,645-0,854	0,830-0,865	0,851-0,903
3	0,586-0,644	0,707-0,829	0,818-0,850
4	0,427-0,585	0,538-0,706	0,678-0,817
5	<0,426	<0,537	<0,677

Таблица 3

Балльная оценка состояния зообентоса в водоемах Волго-Ахтубинской поймы за вегетационный период

Водный объект	Весна	Лето	Осень	Всего
Озеро Бессчастное	18	15	14	47
Озеро Чичера	19	19	17	55
Озеро Дубок	25	18	23	66
Озеро Боярский лиман	23	22	15	60
Ерик Калинов	14	21	21	56
Озеро Кудаевское	23	21	23	67
Ерик Старая Ахтуба	15	17	15	47
Ерик Гнилой	18	24	21	63
Озеро Дегтярное	19	21	24	64
Озеро Запорное	21	22	22	65
Озеро Большая Невидимка	21	17	20	58
Озеро Широкогорлое	24	20	21	65

Интервал колебаний весенней суммарной балльной оценки изменяется в пределах от 14 (Ерик Калинов) до 25 (Озеро Дубок). Среднее значение для 12 водоемов составляет 20 баллов . Половина исследуемых водоемов находится в интервалах, превышающих среднее значение балльной оценки, то есть можно считать, что их структура и состояние находится в пределах нормы. Остальные водоемы находятся в интервалах ниже среднего значения, что позволяет говорить о влиянии на ценозы антропогенных или естественных негативных воздействий.

Интервал летней суммарной балльной оценки изменяется в пределах от 15 (Озеро Бессчастное) до 24 (Ерик Гнилой). Среднее значение по 12 водоемам составляет 19,75 балла . Семь из двенадцати водоемов находится в интервалах, превышающих среднее значение балльной оценки, т.е. можно считать, что структура и состояние водоемов находятся в пределах нормы. Пять водоемов имеют показатели в интервалах ниже среднего значения, что позволяет говорить о наличии пресса антропогенного или естественного происхождения.

Интервал осенней суммарной балльной оценки находится в пределах от 14 (Озеро Бессчастное) до 24 (Озеро Дегтярное), составляя в среднем по 12 водоемам 19,6 баллов . Восемь из двенадцати водоемов имеют оценку превышающую среднее значение, что говорит о нормальной структуре и стабильном состоянии водоемов. Четыре озера находятся в интервалах ниже среднего значения, что позволяет говорить о естественном негативном или антропогенном воздействии.

В среднем баллы по сезонам одинаковые, что может быть связано с тем, что несмотря на периодически стрессовые условия (полное или частичное обсыхание и промерзание) донные биоценозы достаточно быстро восстанавливаются.

Заключение. Проведенная оценка состояния 12 водоемов Волго-Ахтубинской поймы показала, что озеро Широкогорлое, Запорное и Кудаевское на протяжении вегетационного периода имеют нормальную структуру. А ерик Старая Ахтуба, озеро Бессчастное и Чичера подвержены влиянию антропогенных или естественных негативных воздействий на протяжении года. Ерик Калинов, Гнилой и озеро Дегтярное в весенний сезон подвергаются негативному влиянию, а к летнему и осеннему периоду их состояние стабилизируется. Состояние озер Дубок и Большая Невидимка весной и осенью находится в пределах нормы, а летом, наоборот, подвергается воздействию. Озеро Боярский лиман в весенний и летний период имеет нормальную структуру, а осенью его состояние ухудшается. Такая вариация состояния, по всей видимости возникает по вышеназванным причинам (период размножения, цикличность развития зообентоса, интенсивное выедание организмов рыбой, особенности гидрологического режима).