Применение методов биоиндикации и биотестирования для экологической оценки состояния Рыбинского водохранилища
Авторы: Балуева Екатерина Николаевна,
Шитова Ольга Александровна,
Рыбинский естественно-научный экологический центр
Научный руководитель: Фролова Галина Ивановна
г.Рыбинск
Введение
Рыбинское водохранилище – один из самых больших в мире искусственных водоемов. Оно является третьей ступенью Волжского каскада (после Иваньковского и Угличского ). Заполнялось водохранилище с 1941 по 1947г. после перекрытия плотины Волги у Перебор и Шексны у Рыбинска.
Одной из проблем связанной с созданием водохранилища стала проблема загрязнения его вод. В современных условиях интенсификации сельского хозяйства и его химизации, активизации промышленных предприятий эта проблема приобретает все большую актуальность. Не следует забывать, что Рыбинское водохранилище служит источником централизованного водоснабжения для г.г. Углича, Череповца, Рыбинска. В связи с этим чрезвычайно важен хорошо организованный надежный контроль за состоянием Рыбинского водохранилища – крупнейшей пресноводной экосистемы.
Работа по исследованию качества воды была начата в 1998 году. В 2000 году она продолжалась. Ее целью оставалось изучение качества вод методами биоиндикации и биотестирования. В задачи входило :
1 Описание видового разнообразия водоема в 4-х створах.
2
Оценка качества воды по состоянию фитопланктона.
3
Оценка планктонной кормовой базы рыб.
4
Токсикологические исследования воды на цериодафниях.
Обзор литературы
Среди методов гидробиологического анализа экологического состояния водных объектов одно из важнейших мест занимает сапробиологический анализ. Наши исследования основаны на способности отдельных видов – видов-биоиндикаторов – показывать свои развитием и существованием в воде на ее степень загрязнения.
Поверхностные воды делятся по зонам сапробности, в каждой из которых развиваются соответствующие экологические группы организмов по отношению к органическому загрязнению.
1. Полисапробная зона, 2. a - мезосапробная зона, 3. b - мезосапробная зона, 4. олигосапробная зона, 5. ксеносапробная зона.
Показательные организмы, т.е. виды биоиндикаторы, имеют
свою индивидуальную степень сапробности, варьирующую от 0 до 4. Чем больше
организм приспособлен к загрязнению, тем выше степень сапробности.
Методы исследований
В этом году исследования проводились на фитопланктонных пробах, отобранных в навигационный период 2000 года на 4-х станциях Рыбинского водохранилища: д. Коприно, 3-й вертикали с. Брейтово - зат. д. Наволок, п. Переборы, и Мысе Рожновский. Для определения проб на фитопланктон были изучены основные виды водорослей – обитателей Рыбинского и Горьковского водохранилищ и рек, в них впадающих, в том числе и водоросли – индикаторы органического загрязнения - сапробы. Включая в работу наши исследования по фитопланктону мы пользовались методиками, опубликованными в “Руководстве по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем”, выпущенное под редакцией Абакумова в 1992 году.
Для оценки интегрального качества воды водохранилища был использован метод биотестирования, позволяющий оценить биологическую полноценность исследуемой воды, ее пригодность для жизни гидробионтов.
Для биотестирования пробы воды используются 10 - 30 сосудов объемом 30 мл, которые заполняются 15 мл тестируемой или контрольной воды. В каждый из них помещают по одной молодой ( не более 24 - часового возраста) дафнии. Тест на острую токсичность проводят в течении 48 часов. Учет выживших цериодафний проводят через 24 и 48 часов. Во время острого теста цериодафний не кормят. Тест на хроническую токсичность проводят в течении 7 суток. В этих экспериментах животных кормят суспензией дрожжей ежесуточно.
Острая токсичность определяется по 50% и более гибели тест-объектов за период времени 48 часов. Острая токсичность наблюдается в том случае, если интенсивность воздействующего агента велика настолько, что компенсаторная и адаптационная реакции организма не успевают проявиться, он гибнет.
Хроническая токсичность определяется по 20% и более гибели тест-объектов за период времени 7 суток или по достоверной разнице рождаемости в контроле и опыте. При определении хронической токсичности по показателю плодовитости определяют разницу между физиологической и экологической рождаемостью, что является показателем возможности выживаемости популяции в данных условиях. Хроническая токсичность проявляется при менее интенсивном, но более длительном воздействии токсикантов; при этом происходит нарушение равновесия между распадом и синтезом веществ в организме гидробионтов, разрушение генома и прекращение воспроизводства. Биотестирование проводилось нами в остром и хроническом эксперименте в соответствии с требованиями ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.4-99 ”Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости цериодафний”.
Результаты и их обсуждение
За период наблюдений 2000 года в воде Рыбинского
водохранилища в были обнаружены водоросли 6 основных отделов. Среди них – 31 диатомовых, 16 - зеленых, 3 - сине-зеленых, 3 – криптофитовых, 2 –
эвгленовых, 1 представитель хризофитовых(рис.4).
Вегетация фитопланктона, как обычно, началась в мае с развития диатомовых водорослей, активно размножающихся при низких температурах воды, которые давали прирост общей численности и формировали биомассу во всех пунктах наблюдений. В июньских пробах среди массовых появляются зеленые и сине-зеленые. Как и в прошлом году холодная затяжная весна сказалась на “цветении” воды. Оно почти во всех пунктах наблюдений сместилось. Вода обильно "зацвела" лишь в конце августа - сентябре. Наиболее сильное “цветение” зафиксировано в районе Мыса Рожновский в сентябре. В нем принимали участие 2 вида сине-зеленых водорослей - b-a сапроб Aphanizomenon flos-aqua и b-сапроб Microcystis aeruginosa. Рассчитанные для этих пунктов общая численность и биомасса, были высокими (108.367 тыс.кл/мл и 12.938 мг/л соответственно). В воде октябрьских проб во всех пунктах наблюдений отмечалось присутствие Aphanizomenon flos-aqua.
Фитопланктон является важнейшим компонентом кормовой базы, которая включает в себя совокупность всех животных, растений, микроорганизмов и продуктов их распада, которыми питаются рыбы в данном водоеме. Для рыбохозяйственной оценки кормовой базы были использованы "шкала трофности"(классы биомасс фитопланктона), разработанная С.П. Китаевым в 1984 году и классификация кормности водоемов и водотоков, приводимая в статье М.Л. Пидгайко в 1968 году. Фитопланктон является основным продуцентом органического вещества водных экосистем. В 2000 году биомассу Рыбинского водохранилища весной составляли диатомовые, в основном родов Melosira и Stephanodiscus. Нарастание биомассы в летний период в большинстве случаев происходило за счет сине-зеленых и диатомовых водорослей (в основном Aphonisomenon flos-aqua ), обладающих исключительной особенностью всплывать и образовывать при отсутствии ветровых перемешиваний водной толщи плотные пленки. По химическому составу из всех групп - сине-зеленые водоросли наиболее ценный кормовой продукт. Однако, крупные размеры колоний мешают их непосредственному использованию. Они включаются в трофическую цепь через бактерий, что сильно снижает их ценность..
Составной частью данной работы является определение биомассы фитопланктона как компонента кормовой базы Рыбинского водохранилища. Биомасса фитопланктона рассчитывалась в мг/л в каждой исследуемой точке отбора и определялась как сумма биомасс всех отделов водорослей, встреченных в данной пробе (Приложение 3.)
кроме того нами были проведены токсикологических исследований. Пробы на биотестирование отбирались трижды за навигационный период (в мае, июле и сентябре) на тех же станциях, что и гидробиологические. Отбор производился с поверхности и со дна водоема.
За весь период наблюдений в пробах воды не обнаружено острой и хронической токсичности.
Выводы
Наиболее загрязненным участком Рыбинского водохранилища по
состоянию фитопланктонного комплекса в 2000 году, как и в прошлом году отмечен
район п. Переборы со среднесезонным индексом сапробности - 2,05, а также район Мыса Рожновского с таким же индексом
Класс же качества воды на протяжении
наблюдений – с мая по октябрь во всех пунктах наблюдений - III, вода умеренно загрязненная. 2 В
прошлом году на всех станциях
наблюдений кроме п. Мыс Рожновский темпы роста фитопланктона были более
высокими (при сравнениее среднесезонных значений общей численности и биомассы),
что положительно отразилось на
развитии беспозвоночных и рыб. 3. Повышение кормности водоема
происходило в мае за счет группы диатомовых водорослей и в августе- сентябре за
счет “цветения” сине-зеленых. По среднесезонной биомассе фитопланктона участки
водоема в районах д. Коприно, зат. д. Наволок и М. Рожновский соответствовали
выше средней кормности участков водоема, а район п. Переборы определен как
малокормный. 3.Во всех исследуемых пробах, отобранных с поверхности и со дна, не выявлена острая токсичность, что
свидетельствует об отсутствии выраженного химического загрязнения во время
проведения биотестирования; по показателям выживаемость и плодовитость не
выявлена хроническая токсичность.
Заключение
Гидробиологический мониторинг и токсикологические исследования качества воды Рыбинского водохранилища продолжаются. Материалы исследований будут использованы в " Ежегоднике качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям на территории деятельности Верхне-Волжского УГМС в 2000 году", выпускаемом Рыбинской гидрометеорологической обсерваторией.
Приложение 1.
Рис.1
Экологическая оценка состояния участков Рыбинского водохранилища по
среднесезонным показателям фитопланктона.
Рис.2
Приложение 2.
Рис.3
Рис.4
Приложениие 3.
Кормовая база по значениям биомасс фитопланктона.
|
Название пункта наблюдений |
Месяц отбора проб |
Общая биомасса, мг/л |
Класс биомассы фитопланктона |
Кормность участка водоема |
|
д. Коприно |
Y |
8,955 |
высокий |
высококормный |
|
|
YI |
0,083 |
очень низкий |
малокормный |
|
|
YII |
0,916 |
низкий |
малокормный |
|
|
YIII |
0,558 |
низкий |
малокормный |
|
|
IX |
2,557 |
средний |
выше средней кормности |
|
|
X |
0,391 |
низкий |
малокормный |
|
|
Cр. |
2,240 |
средний |
выше средней кормности |
|
зат. д. Наволок |
Y |
3,951 |
средний |
выше средней кормности |
|
|
YI |
0,424 |
низкий |
малокормный |
|
|
YII |
3,517 |
средний |
выше средней кормности |
|
|
YIII |
0,347 |
низкий |
малокормный |
|
|
IX |
1,123 |
низкий |
малокормный |
|
|
X |
0,085 |
очень низкий |
малокормный |
|
|
Ср. |
1,600 |
средний |
выше средней кормности |
|
п. Переборы |
Y |
0,514 |
низкий |
малокормный |
|
|
YI |
0,047 |
очень низкий |
малокормный |
|
|
YII |
0,263 |
очень низкий |
малокормный |
|
|
YIII |
1,362 |
низкий |
малокормный |
|
|
IX |
0,556 |
низкий |
малокормный |
|
|
X |
0,079 |
очень низкий |
малокормный |
|
|
Ср. |
0,470 |
низкий |
малокормный |
|
Мыс Рожновский |
Y |
0,202 |
очень низкий |
малокормный |
|
|
YI |
0,549 |
низкий |
малокормный |
|
|
YII |
0,939 |
низкий |
малокормный |
|
|
YIII |
14,443 |
повышенный |
выше средней кормности |
|
|
IX |
12,938 |
повышенный |
выше средней кормности |
|
|
X |
0,269 |
низкий |
малокормный |
|
|
Ср. |
4,890 |
средний |
выше средней кормности |