Оценка качества донных отложений малых рек Оренбургской области с использованием элементов триадного подхода Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Оценка качества донных отложений малых рек Оренбургской области с использованием элементов триадного подхода

И.И. Томилина, к.б.н., ИБВВ РАН; И.Ю. Иванова, аспирант, ОрГМА; Н.Н. Жгарева, н.с., ИБВВ РАН; С.Н. Шиве-лев, гл. специалист ТУ Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Оренбургской области; К.И. Рабкин, студент, ОГАУ

В исследованиях зарубежных и отечественных авторов при оценке качества донных отложений (ДО) применяется триадный подход, который включает изучение состояния бентосного сообщества, токсикологических и геохимических характеристик грунтов [1, 2, 3].

Для оценки экологического состояния малых рек Блява и Кураганка (Оренбургская область) были проведены полевые и экспериментальные работы. Пробы донных отложений (ДО) и макрозообентоса отбирали в июле-августе 2007 г. скребком по стандартной методике [4]. В ДО содержание биологически доступных форм металлов определяли атомно-абсорбционным методом в лаборатории ВНИИМСа (Оренбург). В качестве тест-организмов в работе использованы культуры ветвистоусого рачка Ceriodaphnia affirtis Lillijeborg и личинок комара Chironomus riparius Meigen, содержащиеся в стандартных условиях [5]. Сообщества зообентоса каждой станции характеризовали количественными показателями: численностью (Ч, экз./м2), биомассой (Б, г/м2), числом видов (S), видовым разнообразием (HN, бит/экз.), рассчитываемым по численности отдельных видов, видовым разнообразием (Нв, бит/экз.), рассчитываемым по биомассе отдельных видов, индексом сапробности по Пантле и Букк, в модификации Сладечека, комбинированным индексом состояния сообщества (КИСС) [1]. Определялись индексы нагрузки металлов (ИНМ) и показатели токсичности (количество молоди на одну самку — Нр) [ 1 ]. Для оценки потенциальной опасности, связанной с загрязненными ДО, разнотипную информацию приводили к общему интервалу (0—100) путем ранжирования результатов химического анализа, бентосных и токсикологических данных (триадный подход) [1]. Для каждой станции рассчитывался обобщенный экологический критерий качества ДО (ККДО) [1]. Статистическую обработку данных (определение средних значений и их ошибок (р<0,05)) проводили с помощью пакета программ STATGRAPHICS Plus 2,1 и STATISTICA версия 6,0.

На всех станциях отмечено повышенное содержание Cd и Си (за исключением фоновой

ст. № 29 на р. Кураганка) по сравнению с ПДК [6]. Превышение допустимых уровней исследованных тяжелых металлов по системе стандартов, принятой в США [3], наблюдалось на реках Блява и Кураганка на станциях, расположенных в зоне влияния Медногорского медно-серного комбината: по Cd — от 12,0 до 29,5 раз; по Си — от 27,7 до 56,5 раз.

Максимальная численность бентосных организмов наблюдалась на станции № 38 на р. Блява, где отсутствует загрязнение. Минимальная численность зарегистрирована на р. Кураганка после впадения притока (ст. № 26). Максимальная биомасса бентосных организмов отмечена на р. Блява ст. № 37 (фоновая станция). Минимальная биомасса зарегистрирована на р. Кураганка после впадения притока (ст. № 26, в зоне влияния Медногорского медно-серного комбината) и представлена более толерантными к загрязнению представителями семейств Ceratopogonidae, Psychodidae, Sciomyzidae, а в доминирующий комплекс вошли Sialis fuliginosa Pictet (31% численности и 67,6% биомассы), хирономиды Procladius ferrugineus К. и Apsectrotanypus trifascipennis (Zetterstedt) (33,3% и 9,6% соответственно) и вновь появившиеся двукрылые — Ceratopogonidae, Psychodidae, Sciomyzidae (26,6% и 12,1% соответственно, суммарно). Обнаружены станции на реке Блява (№№ 28, 30), где бентосные организмы полностью отсутствовали (в зоне влияния Медногорского медно-серного комбината).

Число видов и видовое разнообразие также варьировали в значительной степени, как и численность и биомасса. Наибольшее число видов обнаружено на фоновых станциях (№№ 37, 29) в верховьях обеих рек, где и описанные биотопы очень похожи. Минимальное число видов — 8 — зарегистрировано на р. Кураганка на ст. № 35, в зоне влияния Медногорского медно-серного комбината и возможного выхода грунтовых вод (по описанию биотопа и макрофитов). Максимальное видовое разнообразие обнаружено на р. Кураганка ст. №29 (фоновая станция). Минимальное значение видового разнообразия отмечено на р. Кураганка ст. № 35. Все четыре показателя (Ч, Б, S, HN) интегрировал комбинированный индекс состояния сообщества, по которому оценивали структуру сообщества не абсолютными единицами, а сравнивали со средним значением, располагая станции на сравнительной шкале от самой благополучной в экологическом отношении (минимальные значения КИСС) ст. № 37 на

р. Блява, ст. № 29 на р. Кураганка до самой плохой (максимальные значения КИСС) ст. №№ 30, 28 на р. Блява (в зоне влияния медно-серного комбината).

Таким образом, по всем показателям состояния бентосных организмов наиболее благополучными были в экологическом отношении ст. № 37 на р. Блява и ст. № 29 на р. Кураганка. Ст. №№ 30, 28 на реке Блява подвержены сильному токсическому воздействию. Бентосные организмы на указанных станциях отсутствовали. Ст. № 26 на реке Кураганка также подвержена токсическому воздействию, а бентосные организмы на этой станции имели низкие численность и биомассу.

Результаты тестирования на Ceriodaphnia afГmis свидетельствовали, что водная вытяжка ДО (ВВДО) ст. № 35 на р. Кураганка обладала острой токсичностью, т.е. вызывала гибель 80% рачков за 48 ч. Хронический токсический эффект, выраженный в снижении репродуктивных показателей, за 7 суток зарегистрирован на ст. №№ 28, 30 на р. Блява, ст. №№ 26, 35 на р. Кураганка. Проба ВВДО, отобранная на ст. № 35 на р. Кураганка, вызывала 80%-ную гибель тест-организмов за 7 суток. Обнаружена отрицательная корреляция (г = -0,90, р<0,05) между плодовитостью и содержанием Си в ДО рек Блява и Кураганка, а также отрицательная корреляция (г = -0,90, р<0,05) между плодовитостью и содержанием Cd в ДО рек Блява и Кураганка и отрицательная корреляция (г = +0,92, р<0,05) между плодовитостью и индексом нагрузки металлами ДО рек Блява и Кураганка (табл. 1).

Тестирование на хирономидах СЫгопотш прапш позволило оценить общую токсичность, включая одновременно водорастворимую фрак-

цию и твердую фазу ДО. Пробы грунтов, отобранные на ст. №№ 28, 30, 36, 38 на р. Блява вызывали гибель тест-организмов за 20 суток выше 20% предусмотренного методикой уровня. Снижали темп роста хирономид ДО, отобранные на ст. №№ 28, 30, 36 на р. Блява, ст. №№ 26, 35, 29 р. Кураганка.

Коэффициенты корреляций между уровнями содержания металлов (общие биологически доступные формы) и биологическими параметрами указывали на корреляционную связь между этими показателями (табл. 2).

Достоверная связь индексов КИСС с ранжированным показателем токсичности ДО — Нр обнаружена средней силы (г = +0,59, р<0,05).

Для каждой станции был определен ККДО. Статистическая норма ККДО равна 43,96+21,06 (статистический интервал от 22,9 до 65,02) для рек Блява и Кураганка (Оренбургская область). Станции рек Блява и Кураганка, попавшие в интервал статистической нормы — №№ 36 и 26, что характеризовало состояние грунтов на этих станциях как удовлетворительное; фоновые ст. №№ 37, 38, 29 попали в интервал ниже статистической нормы, что свидетельствовало о хорошем состоянии ДО этих станций, ст. №№ 30, 28, 35 (в зоне влияния медно-серного комбината) попали в интервал выше статистической нормы, что определяло состояние ДО этих станций как плохое.

В результате триадного подхода полученные количественные значения экологического критерия качества ДО показывают, что грунты рек Блява (ст. 30, 28) и Кураганка (ст. 35) в зоне влияния Медногорского медно-серного комбината представляют большую экологическую опасность (ККДО на этих станциях соответственно

1. Корреляция между токсикологическими показателями и концентрацией металлов в грунте рек Блява и Кураганка (Оренбургская область)

Показатель Медь Кадмий Свинец Цинк Железо ИНМ**

Количество молоди -0,90 -0,90 +0,30 -0,55 -0,45 -0,92

Количество пометов -0,91 -0,95 - -0,58 - -0,85

Нр* +0,90 +0,90 -0,30 +0,55 +0,45 +0,92

* — Нр — показатель токсичности (количество молоди на одну самку);

** — ИНМ — индекс нагрузки металлами.

р<0,05

2. Корреляция между показателями бентоса и концентрацией металлов в грунте рек Блява и Кураганка (Оренбургская область)

Показатель Медь Кадмий Цинк Железо ИНМ

Биомасса — - - -0,45 -0,30

Численность - - — -0,81 —

S* -0,69 -0,62 -0,45 -0,54 -0,77

Нм -0,76 -0,69 -0,56 -0,58 -0, 84

Нв -0,68 -0,61 — -0,77 -0,82

КИСС +0,38 — — +0,55 +0,51

8* — количество видов, Нк — индекс Шеннона — Уивера по численности, Нв — индекс Шеннона — Уивера по биомассе, ИНМ — индекс нагрузки металлами. р<0,05

б

Ранг ИНМ 100л

Ранг КИСС

Ранг H

г

Ранг ИНМ 100л

Ранг КИСС

Ранг H

Рис. - Г рафическое изображение качества ДО р. Блява: а - ст. № 37, б - ст. № 38, в - ст. № 36, г - ст. № 30

были равны 80,369; 75, 443 и 77,56). Значения этого показателя в ДО верховий рек Блява (ст. № 38, ККДО: 11,384; ст. 37, ККДО: 11,776) и Кура-ганка (ст. № 29, ККДО: 7,478) — минимальные и могут служить фоновыми.

Графическое изображение качества ДО реки Блява с использованием элементов триадного подхода представлено на рисунке.

Выводы. Установлено, что ДО рек Блява и Кураганка загрязняются тяжелыми металлами (медь, кадмий). Отмечена высокая токсичность ВВДО и цельного грунта на станциях в зоне влияния Медногорского медно-серного комбината. Количественные значения критерия качества ДО, полученные в результате триадного подхода, показали, что ДО р. Блява и р. Кураганка в зоне влияния Медногорского медно-серного комбината представляют большую экологичес-

кую опасность. Статическая норма ККДО равна 43,96+21,06.

Работа выполнена при финансировании Экологического проекта согласно Распоряжению Президента РФ № 628.

Литература

1. Баканов, А.И. Оценка качества донных отложений с использованием элементов триадного подхода (на примере озера Плещеева) / А.И. Баканов, М.В. Гапеева, И.И. Томилина // Биология внутр. вод. 1999. № 1-3. С. 148-160.

2. Chapman, P.M. Presentation and interpretation of Sediment Quality Triad data // Ecotoxicology. 1996. V. 5. P. 327-339.

3. Ingersoll, C.G., Nelson, M.K. Testing sediment toxicity with Hyalella azteca (Amphipoda) and Chironomus riparius (Diptera) // Aquatic Toxicology and Risk Assessment: Thirteen Volume, American Society for Testing and Materials STP 1096. Philadelphia, 1990. Р. 93-109.

4. Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов. М.: Наука, 1975. 240 с.

5. Методическое руководство по биотестированию. РД-118-02-90. М., 1991. 46 с.

6. ГН 2.1.7.2042-06.