CC BY
37
УДК 504.064.36.574
О. В. Ковалёва
Кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой экологии, УО «ГГУ им. Ф. Скорины», г. Гомель, Республика Беларусь
МНОГОЛЕТНЯЯ ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗООПЛАНКТОНА И КАЧЕСТВА ВОДЫ МАЛОЙ РЕКИ, ПОДВЕРЖЕННОЙ ВЛИЯНИЮ СТОЧНЫХ ВОД
В статье приведены результаты многолетних исследований, проведенных на малой реке, подверженной влиянию сточных вод города. Установлено, что качество воды в реке по некоторым гидрохимическим показателям не соответствует нормативам. Река загрязнена железом общим, азотом аммонийным, азотом нитритным, цинком, фосфором фосфатным, нефтепродуктами, марганцем. При постоянном влиянии очищенных городских сточных вод сформированное в этих условиях зоопланктонное сообщество имеет относительно стабильные качественные и количественные характеристики. Для показателей развития зоопланктона Узы характерно значительное количественное развитие зоопланктона, доминирование 1-2 видов, рост доли коловраток, преобладание видов-индикаторов мезосапробных условий, в том числе альфа-мезосапробных, высокие величины индексов сапробности и Qв/т. Все это свидетельствует о целесообразности использования особенностей развития зоопланктона для индикационных целей в условиях постоянного влияния сточных вод.
Ключевые слова: малая река, сточные воды, зоопланктон, биоиндикация.
Введение
На территории Гомельской области насчитывается порядка 123 малых рек общей протяженностью 3265,5 км [1]. В бассейнах малых рек формируется значительная часть водных ресурсов региона. Качественное состояние малых рек во многом определяется хозяйственной деятельностью на водосборах. Малые реки, в отличие от средних и больших, наиболее быстро реагируют на изменение темпов хозяйственных нагрузок [2]. Наибольшее влияние на реки оказывается там, где они протекают через урбанизированные территории. Это влияние выражается в заборе воды из рек на водохозяйственные нужды города и промышленных предприятий, рекреационном использовании, поступлении ливневых, производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод и др.
Объектом нашего исследования стала река Уза, принимающая очищенные и разбавленные сточные воды г. Гомель. Уза - река в Буда-Кошелевском и Гомельском районах Гомельской области, правый приток р. Сож. Длина - 76 км, площадь водосбора - 944 км2, среднегодовой расход воды в устье - 3,4 м3/с, густота речной системы - 0,23 км/км2 [3, 423]. Русло реки канализованное, спрямлено, углублено; в нижнем течении русло естественное, умеренно извилистое. Тип донных отложений - заиленный песок (по полученным данным: песок - 90 %, ил - 10 %). Очищенные сточные воды по сбросному трубопроводу, длина которого 1000 м, подаются в отводной канал длиной 1000 м, затем - в Мильчанскую канаву длиной 6700 м, а после - в реку Уза, которая впадает в Сож (рисунок 1).
Рисунок 1. - Схема движения очищенных сточных вод от очистных сооружений к водоёмам-приёмникам [4]
© Ковалёва О. В., 2016
Цель исследования состояла в оценке динамики качества воды реки Уза в условиях поступления в нее очищенных и разбавленных городских сточных вод.
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
1 Проанализировать многолетнюю динамику гидрохимического состава Узы.
2 Установить изменения в видовом составе зоопланктона реки.
3 Изучить и проанализировать структурные характеристики сообщества зоопланктона р. Уза.
4 Дать оценку качества воды реки.
Для проведения исследований на реке выбраны были 2 створа - выше и ниже поступления в воды Мильчанской канавы очищенных и разбавленных сточных вод г. Гомель. Исследования проводились в разные сезоны 1996, 2005, 2014 гг., то есть примерно с десятилетним интервалом. В 1996 и 2014 гг. исследования имели круглогодичный характер. Для корректного сопоставления результатов в основу работы положены данные, полученные в одни и те же месяцы (с апреля по октябрь) указанных лет. Сбор, обработку проб и определение видов зоопланктона проводили стандартными, принятыми в гидробиологии методами [5].
С целью выявления степени влияния на водоток исследованиями были также охвачены и очистные сооружения города Гомель (2010-2014 гг.). Изучалось содержание загрязняющих веществ в сточных водах на двух ступенях очистки: механической и биологической, что позволило рассчитать эффективность очистки на данных этапах и, в целом, работы городских очистных сооружений.
Результаты исследований и их обсуждение
Уза, по многолетним данным, является самым загрязненным притоком р. Сож, что связано с поступлением в реку сточных вод, сбрасываемых с городских очистных сооружений и других предприятий Гомеля. Для нее характерно устойчивое загрязнение азотом аммонийным, азотом нитритным, фосфором фосфатным, нефтепродуктами [6, 143], [7, 162].
Нашими исследованиями установлено, что река загрязнена железом общим (1,2-2,8 ПДК), азотом аммонийным (1,1-2,36 ПДК), азотом нитритным (1,1-2,04 ПДК), цинком (1,11-1,19 ПДК), фосфором фосфатным (1,11-1,24 ПДК), нефтепродуктами (1,05-1,40 ПДК), марганцем (1,87-2,56 ПДК). Отмечено существенное улучшение гидрохимической обстановки на р. Уза. На протяжении длительного периода воды Узы характеризовались как «загрязненные» (IV класс качества). Прослеживается динамика снижения концентраций основных загрязняющих веществ в реке и индекса загрязнения воды (рисунок 2). Так, если в 1994 году ИЗВ Узы составлял 3,6, то в последние годы он снизился до 2,1-2,5. Рассчитанный нами ИЗВ (1,8-2,3) позволяет отнести воду реки к III классу качества (умеренно загрязненная).
4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
1994 1995 1996 2003 2004 2005 2010 2011 2012 2013 2014
Рисунок 2. - Многолетняя динамика ИЗВ реки Уза
Результаты 1996 г. В зоопланктоне исследованных станций реки Уза в 1996 г. обнаружено 58 видов и внутривидовых таксона: Rotifera - 33, Cladocera - 17, Copepoda - 8 (таблица 1). При этом ниже впадения в реку Мильчанской канавы со сточными водами количество видов увеличивалось с 40 до 53 (таблица 2), в основном за счет повышения разнообразия коловраток. Доля Rotifera в видовом разнообразии зоопланктона составляла в среднем 57 % (55 % на станции 1 и 59 % на станции 2).
Таблица 1. - Видовой состав зоопланктона р. Уза
Виды и вариететы зоопланктона 1996 г. 2005 г. 2014 г.
Ст. 1 Ст. 2 Ст. 1 Ст. 2 Ст. 1 Ст. 2
1 2 3 4 5 6 7
Rotifera:
Asplanchna priodonta Gosse, 1850 + + + + + +
A. sieboldi (Leydig, 1854) + + + +
A. herricki (Guerne,1888) +
Bdelloidea fam.sp., + + + +
в том числе
Philodina sp. + +
Rotaria sp. +
Brachionus angularis Gosse, 1851 + + +
Br. calyciflorus amphyceros Ehrenberg, 1838 + + + + +
Br. c. anuraephormis Brehm, 1909 +
Br. calyciflorus calyciflorus (Pallas, 1776) + + +
Br. c. spinosus Wierzejsky, 1891 + + + + +
Br. diversicornis diversicornis (Daday, 1883) + + + + + +
Br. d. homoceros (Wierzejski, 1891) + + + +
Br. q. ancylognatus Schmarda, 1859 + + +
Br. q. brevispinus Ehrenberg, 1832 +
Br. q. quadridentatus Hermann, 1783 + + + +
Cephalodella fluviatilis (Zavadowsky, 1962) + + + + + +
Conochilus unicornis Rousselet, 1892 + +
Dipleuchlanis propatula (Gosse, 1886) + + + +
Euchlanis dilatata (Ehrenberg, 1832) + +
Filinia longiseta longiseta (Ehrenberg, 1834) + + + + +
Hexarthra mira (Hudson,1871) +
Kellicottia longispina longispina (Kellicot, 1879) + + + +
Keratella cochlearis cochlearis (Gosse, 1851) + + + + + +
K. c. tecta (Gosse, 1851) + + + + +
K. qudrata qudrata (Muller, 1786) + + + + + +
Lecane (s.str.) flexilis (Gosse, 1886) + + + + + +
L. (s.str.) inermis (Bryce, 1892) + + +
L. (s.str.) luna (Muller, 1776) + +
L. (s.str.) tenuiseta tenuiseta (Harring, 1914) + + + + + +
L. (s.str.) ungulata (Gosse, 1887) +
L. (Monostyla) bulla bulla (Gosse, 1832) + + +
L. (M.) closterocerca (Schmarda, 1859) +
L. (M.) copies (Harring et Myers, 1926) + +
L. (M.) decipiens (Murray, 1913) +
L. (M.) hamata (Stokes, 1869) + + + + + +
L. (M.) lunaris (Ehrenberg, 1832) +
Mytilina (Vincent, 1826) sp. +
Monommata longiseta (Muller, 1786) +
Platyias quadricornis quadricornis (Ehrenberg, 1832) +
Polyarthra dolichoptera Idelson, 1925 + + + + + +
P. vulgaris (Carlin, 1943) +
Synchaeta pectinata Ehrenberg, 1832 + + + + + +
Trichocerca (Lamarck,1801) sp. +
Tr. (s.str.) pusilla (Lauterborn, 1898) + + + + + +
Tr. (s.str.) cylindrica (Imhof, 1891) + +
Окончание таблицы 1
1 2 3 4 5 б 7
Cladocera: Alona rectangula Sars, 1862 + + + +
Al. quadrangularis (O.F.Muller, 1785) +
Alonella nana (Baird, 1850) +
Bosmina longirostris (O.F.Muller, 1785) + + + + + +
Bosminopsis deitersi zernovi Linko, 1901 + + + + + +
Biapertura affinis (Leydig, 1860) +
Ceriodaphnia affinis Lilljeborg, 1862 + + +
Cr. reticulata (Jurine, 1820) + + +
Chydorus sphaericus sphaericus (O.F.Muller, 1785) + + + + + +
Daphnia cucullata Sars, 1862 + + + + + +
Dp. longispina (O.F.Muller, 1785) + + +
D. pulex Leydig, 1860 + +
Diaphanosoma brachyurum (Lievin, 1848) + +
Disparalona rostrata (Koch, 1841) + + +
Ilyocryptus sordidus (Lievin, 1848) +
Macrothrix hirsuticornis Norman et Brady + +
Pleuroxus aduncus (Jurine, 1820) + +
Pleuroxus striatus Schoedler, 1858 +
Pleuroxus truncatus truncatus (O.F.Muller, 1785) + + + +
Pl. trigonellus (O.F.Muller, 1785) +
Scapholeberis mucronata (O.F.Muller, 1785) + + + + + +
Simocephalus vetulus (O.F.Muller, 1776) + + + + + +
Conenoda: Cyclops (O.F.Muller, 1776) sp. +
Eucyclops serrulatus (Fischer, 1851) + + + + + +
Ec speratus (Lilljeborg, 1901) +
Macrocyclops albidus (Jurine, 1820) + + + + +
Mesocyclops leuckarti (Claus, 1857) + + + +
Paracyclops fimbriatus (Fischer, 1853) + + +
Paracyclops fimbriatus Mhom (Thomson, 1882) +
Thermocyclops crassus (Fischer, 1853) + +
Th. оithonoides (Sars, 1863) + + + + + +
Всего: 40 53 30 36 43 48
Таблица 2. - Показатели структуры сообществ зоопланктона р. Уза
Показатели Годы
1996 2005 2014
Станция 1 Станция 2 Станция 1 Станция 2 Станция 1 Станция 2
Количество видов 40 53 30 36 43 48
Доля коловраток в видовом разнообразии, % 55 59 55 75 53 56
Доля видов-индикаторов загрязнения, % 79 87 69 81 70 77
Доля индикаторов загрязненных вод, % 49 56 42 50 43 56,5
Доля индикаторов грязных вод, % - 2 - - - 2,5
Средняя плотность, тыс. экз./м3 342,2 635,1 128,6 416,3 146,7 524,9
Доля коловраток в плотности, % 98,2 99,9 53,4 61,7 93,6 99,9
Индекс Qв/т 2 5 2 3,5 5 11
Индекс сапробности 2,1 2,4 1,95 2,18 1,67 1,83
Большая часть обнаруженных видов зоопланктона - 87 % - является индикаторами качества воды. Среди них 58 % приходится на показатели загрязненных условий: на станции 1 они составляют 49 % общего количества индикаторных организмов, на станции 2-56 % (таблица 2). На станции ниже поступления сточных вод обнаружена Dp. pulex - показатель грязных вод. Индекс загрязнения Пантле
и Букка в модификации Сладечека на станциях в большинстве случаев изменяется в пределах 1,962,44, что соответствует классу умеренно загрязненных вод, однако в отдельные периоды исследований на станции 2 он составляет 2,53-2,58, что характеризует воду здесь как загрязненную. При этом, минимальные величины индекса загрязнения наблюдаются в зимний период исследований, наиболее высокие значения индекса отмечаются в конце лета - начале осени. Плотность зоопланктона изменяется в пределах 32,28-712,45 тыс. экз./м3, биомасса - 27,9-1214,3 мг/м3. Основу плотности (98,2-99,9 %) и биомассы (74,3-98,7 %) составляют коловратки, доминирующие виды - Вг. са1ус1/1опл', Вг. йп>ег81согп18, являющиеся индикаторами загрязнения воды.
Индекс Ов/т (отношение числа видов рода ВгасЫопш к числу видов рода Тпскосегса) обладает достаточно высокой информативностью при индикации качества воды. В олиготрофных водоемах он менее 1,0, в мезотрофных изменяется от 1,0 до 2,0 и в эвтрофных водоемах значения индекса превышают 2,0. Установлено, что величины индекса характеризуют воды Узы как мезотрофные (створ 1) и эвтрофные (створ 2), отражая нагрузку на реку.
Результаты 2005 г. В 2005 г. состав зоопланктона оказался беднее - 42 вида и внутривидовых таксона (30 и 36 на станции 1 и 2 соответственно), в том числе 29 - коловраток, 9 - ветвистоусых и 4 -веслоногих ракообразных. Особенно значительные различия в сравнении с 1996 г. были в таксономической структуре. По-прежнему в видовом разнообразии доминировали Rotifera, однако их вклад в видовое богатство составил 69 %, в том числе 55 % на створе 1 и 75 % на створе 2.
Количественные показатели имели такой же порядок величин, как и в 1996 г., однако средняя плотность зоопланктона оказалась примерно в 3 раза ниже и изменялась в пределах 13,0631,0 тыс. экз. /м3. В то же время величины биомассы были сопоставимы с таковыми в 1996 г. -11,4-1218,5 мг/м3. Последнее, очевидно, объясняется тем фактом, что в 2005 г. в Узе доля коловраток в общей плотности была существенно ниже (в среднем 56,6 %), тогда как вклад кладоцер в формирование общих величин плотности превышал 40 %. Доминирующие виды Brachionus са1уа/1огш\ Вг. йп>ег81согп18, Ь. 1пегт1&\ при этом первые два вида преобладали в зоопланктоне реки и в 1996 г. Доля видов-индикаторов по-прежнему велика, при этом индикаторы загрязненных вод составляют 42 % (створ 1) и 50 % (створ 2). В 2005 г. нами не обнаружен индикатор грязных вод Бр. ри1ех. Величины индекса сапробности составляли 1,88-2,23, характеризуя воды реки как умеренно загрязненные.
Индекс Ов/т на станции 1 имеет такие же величины, как и в 1996 г., на станции 2 он несколько ниже, но также находится в пределах, характерных для эвтрофных водоемов.
Результаты 2014 г. В зоопланктоне реки обнаружено 57 видов и вариететов, включая 32 -Rotifera, 19 - СМосега и 6 - Copepoda, то есть по сравнению с 1996 г. Почти не изменилось количество видов коловраток, несколько снизилось разнообразие веслоногих ракообразных и незначительно увеличилось таковое ветвистоусых. Однако видовой состав в указанные годы нельзя назвать идентичным - в 2014 г. обнаружены виды, не отмеченные нами при более ранних исследованиях 1996 г. (РННоёта Бр., Яо(апа Бр., Вг. с. апигаеркогт!5, Вг. q. ancylognatus, Вг. q. ЬгеУ15ртш\ II. 8огй1йш и др.), и, наоборот, более поздние исследования не выявили Ь. ungulata, Ь. (М.) closteгoceгca, Ь. (М.) ёес1р1ет, Ь. (М.) Шпат', Мп. longiseta,
Р1. q. quadгicoгnis, Вр. а/Ат5, Ес. 5регаШ5 и др. В видовом разнообразии так же, как и в предыдущие годы, преобладали коловратки - 56 % (53 % - створ 1, 63 % - створ 2).
Под влиянием очищенных и разбавленных городских сточных вод возрастает количество видов-индикаторов сапробности (с 70 до 77 %). При этом в створе 1 индикаторы загрязненных вод составляют 43 %, в створе 2 - 56,5 %. На станции ниже поступления сточных вод обнаружены индикаторы грязных вод - 2,5 %.
Рассчитанный индекс сапробности в разные периоды исследований составляет 1,1-2,38 (створ 1), 1,1-2,56 (створ 2). Средние величины индекса (1,67 - выше и 1,83 - ниже поступления сточных вод) характеризуют р. Уза «умеренно (слабо) загрязненную», что соответствует III классу качества воды, за исключением лета и осени, когда индекс сапробности в створе 2 возрастает до 2,51-2,56, характеризуя реку на указанном участке как «загрязненную», то есть относящуюся к IV классу качества. Следует отметить, что в целом величины индекса сапробности имеют тенденцию к снижению по сравнению с таковыми при более ранних исследованиях.
Плотность зоопланктона составляет 16,28-913,56 тыс. экз./м3, биомасса - 14,3-1108,6 мг/м3. Основу плотности (93,6-99,9 %) составляют коловратки, доминирующие виды - по-прежнему коловратки рода ВгасЫопш - являющиеся индикаторами загрязнения воды.
Величины индекса Ов/т существенно увеличились в 2014 г. и составили 5 (на станции 1) и 11 (на станции 2), характеризуя воды реки как эвтрофные.
Установлено, что в целом очистные сооружения работают удовлетворительно -эффективность механической очистки достигает 93,6 %, биологической - 94,93 % по различным веществам (рисунок 3). Анализируя динамику за 5 лет, можно говорить о повышении эффективности очистки практически по всем загрязняющим веществам, начиная с 2010 по 2014 гг. Последнее, вероятно, объясняется тем фактом, что городские очистные сооружения проходят реконструкцию, на них внедряются новые технологии очистки сточных вод.
1 - приемная камера очистных сооружений; 2 - после первичных отстойников; 3 - выпуск из очистных сооружений Рисунок 3. - Динамика концентраций загрязняющих веществ
Как показывают результаты НСМОС РБ (Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Беларусь), на р. Уза, испытывающей нагрузку одного из наиболее крупных промышленных центров республики, отмечается напряженная экологическая обстановка. Несмотря на постепенное снижение концентраций загрязнителей в составе сбрасываемых сточных вод, результаты гидробиологических наблюдений по-прежнему свидетельствуют о неблагоприятной обстановке на водотоке и не подтверждают факта улучшения состояния экосистемы реки. Она по-прежнему относится к Ш-ГУ классу качества [8, 101-102].
Выводы
Исследования, проведенные примерно с 10-летним интервалом (1996, 2005, 2014 гг.) на малой реке, подверженной влиянию очищенных и разбавленных сточных вод города, показали, что качество воды в ней по некоторым гидрохимическим показателям не соответствует нормативам. Река загрязнена железом общим, азотом аммонийным, азотом нитритным, цинком, фосфором фосфатным, нефтепродуктами, марганцем. Вместе с тем, отмечено существенное улучшение гидрохимической обстановки на р. Уза. На протяжении длительного периода воды Узы по ИЗВ характеризовались как «загрязненные» (IV класс качества). Рассчитанный нами ИЗВ позволяет отнести воду реки в 2014 г. к III классу качества (умеренно загрязненная).
При постоянном влиянии очищенных городских сточных вод сформированное в этих условиях зоопланктонное сообщество имеет относительно стабильные качественные и количественные характеристики. Для показателей развития зоопланктона Узы характерно значительное количественное развитие зоопланктона, доминирование 1-2 видов, рост доли коловраток, преобладание видов-индикаторов мезосапробных условий, в том числе альфа-мезосапробных, высокие величины индексов сапробности и Qb/t. Все это свидетельствует о целесообразности использования особенностей развития зоопланктона для индикационных целей в условиях постоянного влияния сточных вод.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Мележ, Т. А. Районирование территории Гомельской области по уровню антропогенной нагрузки на бассейны малых рек / Т. А. Мележ, А. А. Мележ // Малые реки: экологическое состояние и перспективы развития : материалы докладов II Всероссийской науч. конф. с международным участием (Чебоксары, 7-8 декабря 2012 г.) / редкол.: А. В. Дмитриев (гл. ред.) [и др.]. - Чебоксары, 2012. - С. 12-16.
2. Караганова, Н. Г. Сезонная динамика качества воды малых рек урбанизированной территории (на примере реки Чебоксарка) / Н. Г. Караганова, И. В. Никонорова // Малые реки: экологическое состояние и перспективы развития : материалы докладов II Всероссийской науч. конф. с междунар. участием (Чебоксары, 7-8 декабря 2012 г.) / редкол.: А. В. Дмитриев (гл. ред.) [и др.]. - Чебоксары, 2012. - С. 173-177.
3. Блаютны скарб Беларуси Рэю, азёры, вадасховшчы, турысцю патэнцыял водных аб'ектау. -Мшск : БелЭн, 2007. - 480 с.
4. Технологический регламент очистных сооружений города Гомеля. - Гомель, 2011. - 89 с.
5. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / под ред. В. А. Абакумова. - Л. : Гидрометеоиздат, 1983. - 240 с.
6. Состояние природной среды Беларуси: Экологический бюллетень 2005 год / под ред. В.Ф. Логинова. - Минск : Минсктиппроект, 2006. - 285 с.
7. Состояние природной среды Беларуси: Экологический бюллетень 2010 год / под ред. В.Ф. Логинова. - Минск : Минсктиппроект, 2011. - 397 с.
8. Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Беларусь: результаты наблюдений, 2012 / под общ. ред. С. И. Кузьмина. - Минск : Бел НИЦ «Экология», 2013. - 344 с.
Поступила в редакцию 16.02.16 E-mail: [email protected]
Коуа1еуа Оksana
LONG-TERM DYNAMICS OF ZOOPLANKTON INDICES AND HEADWATER QUALITY
AFFECTED BY WASTEWATER
The results of long-lasting investigations of headwater affected by city wastewater were shown. It was stated that quality of river water didn't meet some hydrochemical norms. The river was polluted with total iron, ammoniacal nitrogen, nitrite nitrogen, zink, phosphate-phosphorus, petrochemicals, manganese. Constant influence of treated city sewage water was characterized by sustainable qualitative and quantitative aspects upon the condition of zooplankton community. Significant quantitative development of zooplankton in the Uza river was determined by dominancy of 1-2 species, rotifer growth and predominance of such species-indicators of mesosaprobic conditions as alpha - mesosaprobic conditions, high saprobity indices and QBT It all testified to purposefulness of peculiarities of zooplankton development use upon conditions of wastewater influence.
Keywords: headwater, wastewater, zooplankton, bioindication.
