Оценка экологического состояния озера Янтарное методами биоиндикации



С развитием технического прогресса антропогенное воздействие на окружающую природную среду становится сильнее. Важное место занимает мониторинг качества поверхностных вод, сохранение и рекультивация естественных водоемов. Без тщательного контроля состояния воды невозможно предупредить возникновение неблагоприятных экологических ситуаций. Известно, что качество воды определяется состоянием биогидроценозов. [1] В настоящее время актуальным методом мониторинга поверхностных вод является переход от химического контроля на биологический, который основан на системе биоиндикации.

Озеро Янтарное является украшением города. Новая современная набережная расположена вдоль озера. Контроль за экологическим состоянием озера является важной задачей и позволит сохранить естественную экосистему в черте города.

Цель: оценить экологическое состояние озера Янтарного методами биоиндикации

Задачи:

1. Проанализировать литературу по методам биондикации.
2. Провести отбор гидробиологических проб.
3. Провести качественный и количественный анализ беспозвоночных в отобранных пробах.
4. Провести статистическую обработку результатов исследований.

Объект исследования: озеро Янтарное.

Предмет исследования: зависимость биоразнообразия фауны беспозвоночных от качества воды в водоеме.

Научная значимость: это исследование позволит провести динамику изменения экологического состояния озера Янтарного.

Практическая значимость: результаты помогут следить за экологическим состоянием озера Янтарное и помочь в его рекультивации.

Зообентос — индикатор состояния естественных водоемов

Вода — источник всего живого. Поэтому так важно следить за её качеством. Существуют различные методики контроля за качеством воды. Его можно проводить химическим и биологическим методом. Биологический метод является более дешевым, по сравнению с химическим, и более точным. Так как жизнедеятельность живых существ может проходить в среде определенного химического состава, то при его изменении, происходит сбой в жизни гидробионтов.

Главной причиной перехода на биологический контроль может служить и тот факт, что сообщества водных организмов отражают общее воздействие факторов среды на качество поверхностных вод. Так же, если неизвестен источник загрязнения единственным показателем оценки может быть зообентос. [2]

Бентос представляет собой группы организмов, характеризующихся связью с дном водных объектов. Состав и обилие бентоса зависит от многих факторов, из которых наибольшее значение имеют глубина, подвижность воды, колебания уровня, характер грунта, зарастаемость. Зообентос озер характеризуется особыми условиями существования живых организмов. Общая стабильность водных масс, отсутствие сильных течений, расслоение температурных, газовых и химических свойств воды по вертикали от поверхности дна создают иные условия существования, обитания растений и животных в озерах. Наиболее достоверными показателями качества вод озер являются личинки насекомых (ручейников, поденок, хирономид, веснянок). Они наиболее чувствительны к загрязнению, особенно свободноживущие, без домиков, с жабрами без крышек. В состав зообентоса входят и стойкие к загрязнению организмы моллюски и олигохеты с большой продолжительностью жизни (до 7 лет). При оценке загрязнения водных объектов по зообентосу во многих случаях дает надежные результаты использование в качестве индикаторов более крупных таксонов, чем виды. Между оксифильными личинками насекомых и пелофильными олигохетами наблюдается обратная взаимосвязь. Поэтому надежными показателями качества воды являются соотношение обилия указанных групп зообентоса к суммарному обилию всех донных животных на единицу площади. [3]

Биологические последствия загрязнения вод могут быть исследованы с помощью различных индексов и показателей. Это может быть видовое разнообразие в определенных таксономических группах, структурные показатели сообществ, функциональные показатели и биотические индексы. [2] Большинство биотических индексов имеют собственную бальную градацию. Здесь стоит учитывать региональную принадлежность водоема.

Физико-географическая характеристика территории

Исследование проводилось в начале июня 2019 года на озере Янтарное № 2.

Озеро Янтарное расположено в долине р. Надым и состоит из двух частей (условно Янтарное № 1 и Янтарное № 2), соединенных временными протоками, площадь водного зеркала 0,8 км ² . В естественном состоянии до изменения гидрологического режима озеро представляло собой мелководный водоем максимальной глубиной 1,9 м и средней глубиной 1,4 м. Водосбор озера занимает мохово-травяное болото с минеральными островами и значительным количеством мелких озер. Приток воды в озеро осуществляется поверхностным и фильтрационным путем, сток с водосборной площади в настоящее время затруднен и осуществляется фильтрационным путем. Гидрологический режим озера изменен антропогенным воздействием, заключающимся в строительстве большого количества насыпных дорог через водосбор озера и расширением застройки г. Надым. [4]

Зообентос водоемов условно делят на 3 группы (по размерам): макробентос, мезобентос, микробентос. Сбор организмов макро и мезобентоса осуществляется одними орудиями лова, а разборка проб производится однотипными методами. Для целей контроля качества воды достаточно по показателям зообентоса достаточно отбирать пробы макробентоса. [1]

Методы исследования

Отбор проб бентоса для качественного анализа проводился с помощью скребка в прибрежной зоне на 5 точках.

Рис. 1. Точки отбора проб на озере Янтарное

1. Ручей вытекает из озера. Правый берег. Крупно зернистый песок, с небольшим количеством органики.
2. Ручей вытекает из озера. Левый берег. Заросль водных растений. Крупно зернистый песок.
3. Южный берег озера. Песок. Небольшое включение органики. Ил. 4. Там же. Западнее на 100 м. Грунт тот же. 5.Там же где 4. Листовой опад предыдущих лет.

Организмы и грунт разделялись промывкой. Для выборки фауны из песчаного грунта пробу подвергли отмучиванию. [1] Для этого пробу поместили в таз. Вода с грунтом приводилась в движение так, чтобы поднять животных. После этого выбрали всех животных, а грунт выбросили.

Пробы фиксировались в 95 % этиловом спирте.

С помощью бинокулярного микроскопа МБС-10 определялся качественный состав каждой пробы. [5] Было зарегистрировано 9 таксономических групп. В составе макрозообентоса зарегистрированы личинки комаров звонцов (хирономиды), круглые и малощетинковые черви, личинки комаров кровососущих (Culex). Большое количество ручейников зафиксировано в 5-й пробе. Данные по таксономическому составу занесены в таблицу 1.

Таблица 1

Таксономичесий состав зообентоса озера Янтарное № 2, июнь 2019 г.

	Систематические группы	Станция
		1	2	3	4	5
1	Nematoda	+	-	-	+	+
2	Oligochaeta	+	-	+	+	+
3	Acariformes	-	+	-	+	+
4	Trichoptera	-	-	-	-	+
5	Coleoptera	-	-	+	-	-
6	Culex	-	-	+	+	+
7	Chironomidae	+	+	+	+	+
8	Eristalis tenax	-	-	-	-	+
9	Odonata(следы)	-	+	-	-	-

Данные по количественному и качественному составу доминирующих таксономических групп записаны в таблицу 2.

Таблица 2

Качественные и количественные показатели зообентоса озера Янтарное № 2

Станция	Численность (экз/м2)	Доминант
1	64	Chironomidae
2	64	Acariformes
3	52	Chironomidae
4	176	Chironomidae
5	252	Trichoptera

По таблице № 2 построена диаграмма (Рис.2).

Рис. 2. Количественные показатели зообентоса озера Янтарное № 2 (экз/м ² )

По численности отдельных видов были рассчитаны индексы биоразнообразия.

Оценка качества воды по показателям зообентоса

Оценка качества воды по показателям зообентоса проводилась по нескольким индексам. TBI , EBI , Гуднайт и Уитлей .

Индекс TBI был разработан для индикации воды английской реки Trent и является одним из наиболее распространенных индексов, используемых в странах ЕС, СНГ и в остальном мире. Индекс основан на двух параметрах бентосного сообщества: общее разнообразие беспозвоночных и наличие в водоеме организмов, принадлежащих «к индикаторным» группам. При повышении степени загрязненности водоема представители этих групп исчезают из сообщества в определенном порядке. Индекс EBI был разработан как модификация индекса TBI и имеет ряд изменений. Метод расчета индекса аналогичен для TBI. Однако внесен ряд изменений в индикаторные группы. [2]

Для каждой пробы был рассчитан индекс Вудвиса (TBI). Данные приведены в таблице № 3, результаты занесли в таблицу № 4.

Таблица 3

Индекс Вудивиса рассчитывался по рабочей шкале .

Видовой состав	Биологический индекс по наличию общего числа присутствующих групп
	станция № 1	станция № 2	станция № 3	станция № 4	станция № 5
Хирономиды	2	1	1	3	3
Круглые черви	1	-	-	2	2
Малощетинковые черви	1	-	1	1	1
Личинка комара	1	-	1	1	-
Клещи	-	3	-	1	1
Ручейник	-	-	-	-	2

Таблица 4

Классификация качества воды озера Янтарное № 2 по индексу TBI

Станция	TBI	Тип водоема
1	5	Альфа-мезосапробный
2	4	Альфа-мезосапробный
3	3	Альфа-мезосапробный
4	8	Олигосапробный
5	9	Олигосапробный

Рис. 3. Индекс Вудивиса

Анализ диаграммы (рис.3) показал, что почти во всех пробах доминируют хирономиды. По таблице № 4 приведена диаграмма (Рис.4)

Рис. 4. Классификация качества воды озера Янтарное № 2 по индексу TBI

Индекс EBI разработан как модификация индекса TBI и имеет ряд изменений. Для каждой пробы был рассчитан индекс EBI. Данные приведены в таблице 5, результаты занесли в таблицу 6. Построили диаграммы (Рис.5 и Рис.6)

Таблица 5

Расчет индекса EBI проводим по таблице

Виды-индикаторы	Количество организмов /индекс EBI
	Станция 1	Станция 2	Станция 3	Станция 4	Станция 5
Oligohaeta+Сhironomidae+Tricoptera	12/4	5/2	9/3	34/12	38/13

Таблица6

Классификация качества воды озера Янтарное № 2 по индексу EBI

Станция	Значение EBI	Качество воды
1	4	Загрязненная
2	2	Грязная
3	3	Грязная
4	12	Чистая
5	13	Очень чистая

Рис. 5. Расчёт индекса EBI по видам-индикаторам (Oligohaeta+Chironomidae+Tricoptera)

Рис. 6. Классификация качества воды озера Янтарное № 2 по индексу EBI

Анализ диаграмм (Рис.5 и Рис.6) показал, что вод на озере Янтарное № 2 (по индексу ЕBI) в 1-ой — 3-ей станциях характеризуется низкими баллами, что говорит о плохом качестве воды в водоеме. В 4-ой, 5-ой станциях вода чистая.

Индекс Гуднайта и Уитлей относится к группе методов, оценивающих степень загрязнения воды с использованием в качестве биоиндикаторов крупных таксонов. Авторы характеризуют состояние водных экосистем по отношению численности олигохет к общей численности организмов зообентоса. [2]

Гидробиологи давно используют в качестве биоиндикаторов олигохет. Отмечено, что обычно немногочисленные в чистых гидробиоценозах, они развиваются в местах спуска бытовых вод в огромном количестве. Поэтому массовое развитие олигохет даже без точного определения до вида расценивается как показатель органического загрязнения. [3]

Индекс Гуднайта и Уитлит рассчитываем по формуле

*100 %

Где T- число олигохет

B — число всех особей в пробе

Расчеты индекса G&WI занесены в таблицу 7.

Таблица 7

Классификация качества воды озера Янтарное № 2 по индексу G & WI

Станция	Индекс J , %	Качество воды
1	12,5	хорошее
2	- (нет олигохет)	-
3	23	хорошее
4	7	хорошее
5	8	хорошее

Рис. 7. Классификация качества воды озера Янтарное № 2 по индексу G&WI (J, %)

Анализ (Рис.7) показал, что на всех станциях (в пробе со 2-ой станции нет малощетинковых червей), состояние воды на озере Янтарное № 2 (по индексу Гуднайта Уитлей) хорошее.

При оценке качества воды рассмотренные индексы подходят для стариц и их следует использовать в совокупности, чтобы получить усредненный результат.

В таблице 8 приведены усредненные результаты по биотическим индексам.

Таблица 8

Общая таблица оценки состояния воды озера Янтарное № 2 по биотическим индексам

Станция	TBI /состояние воды	EBI / состояние воды	G&WI /состояние воды	Усредненный результат по индексам
1	5/ загрязненная	4/загрязненная	12,5 %, очень чистая	загрязненная
2	4/загрязненная	2/грязная	-	загрязненная
3	3/загрязненная	3/грязная	23 %, чистая	загрязненная
4	8/чистая	12/чистая	7 %, очень чистая	чистая
5	9/чистая	13/чистая	8 %, очень чистая	чистая

Анализируя общую таблицу 6 оценки качества состояния воды озера Янтарное № 2 по биотическим индексам можно сказать, что в 1–3 станциях вода загрязненная. В 4,5 станциях вода чистая.

Анализ полученных данных

Анализ проб из озера по индексу TBI в 1, 2, 3 точках тип водоёма определяется как альфа-мезосапробный. По основным феноменологическим признакам зон сопробности, можно предположить, что в этой зоне начинается аэробный распад органических веществ с образованием аммиака. Кислород присутствует в малых количествах. Станции 1 и 2 расположены в ручье, который вытекает из озера. На небольшое видовое разнообразие скорее всего влияет скорость течения ручья и засоренность дна.

Станция 3 находится на удалении от города. Видимо из-за стоячей воды вода не очищается. Видовое разнообразие представлено 4 видами, предположительно из-за антропогенного загрязнения.

Станции 4 и 5 находятся в открытой части озера. По индексам биоиндикации вода в водоеме относится к типу олигосапробная. По основным феноменологическим признакам зон сопробности, можно предположить, что эта часть озера практически чистая с незначительным содержанием нестойких органических веществ и небольшим количеством продуктов минерализации. Наибольшее видовое разнообразие (7 видов) зафиксировано на 5 станции. В этой пробе доминируют ручейники, которые предпочитают места с чистой водой.

О низком содержании кислорода в воде озера говорит и тот факт, что почти во всех пробах доминируют хирономиды. Устойчивость хирономид к таким условиям связана с наличием в их крови гемоглобина. Находясь в среде с низким содержанием кислорода, личинки становятся темно-красными. Благодаря этому хирономиды заселяют места малопригодные для жизни других животных. [6.]

Индекс ЕBI вод на озере в 1–3 станциях характеризуется низкими баллами, что говорит о плохом качестве воды в водоеме. В 4, 5 точках вода чистая.

Индекс Гуднайта Уитлей показал на всех станциях (в пробе со 2-ой станции нет малощетинковых червей), что состояние воды на озере хорошее.

Составляя общую таблицу № 6 оценки качества состояния воды озера Янтарное № 2 по биотическим индексам, можно сказать, что в 1–3 станциях вода загрязненная. В 4,5 станциях вода чистая.

Выводы: Изучение зообентоса озера Янтарное свидетельствует о низком видовом разнообразии при достаточно высокой численности беспозвоночных. Данное явление характерно для городских водоемов, испытывающих повышенный антропогенный пресс. Низкое таксономическое разнообразие макрозообентоса, характерно для большинства северных водоемов.

По рассчитанным гидробиологическим индексам вода в озере Янтарное№ 2 относится к α-мезосапробным (загрязненная) переходящим к олигосапробности (чистым).

Литература:

1. В. А. Абакумов. «Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений», 1983 г.
2. В. П. Семенченко «Принципы и системы биоиндикации текучих вод», Минск 2004 г.
3. Д. М. Безматерных «Зообентос как индикатор экологического состояния водных экосистем Западной Сибири», стр. 6–20, 2007 г.
4. А. С. Красненко, А. С. Печкин «Озеро Янтарное, состояние, проблемы, перспективы», 2018 г.
5. А. Полоскин, В. Хаитов, «Полевой определитель беспозвоночных» 2006 г
6. Садчиков А. П. Культивирование водных и наземных беспозвоночных (принципы и методы). Изд-во МАКС Пресс, 2009.