СООБЩЕСТВА ЗООБЕНТОСА ВОДОТОКОВ БАССЕЙНА РЕКИ УЛЬБА (ВЕРХНИЙ ИРТЫШ) НА РЕФЕРЕНТНЫХ УЧАСТКАХ И В ИМПАКТНОЙ ЗОНЕ

Введение. В условиях антропогенного загрязнения водотоков особое значение приобретает контроль качества поверхностных вод, необходимый для своевременного принятия мер по управлению и использованию водных ресурсов. После принятия Европейской Рамочной Водной Директивы системы мониторинга экологического состояния поверхностных вод европейских стран претерпели существенные изменения. Суть этих изменений в переходе от чисто химического контроля качества поверхностных вод на биологический [9]. Наиболее показательный метод биологической оценки качества вод – это биоиндикация по структурным показателям зообентоса. Таксономический состав, численность и биомасса зообентоса дают возможность прямой оценки состояния водных экосистем, отражают уровень загрязнения за определенный период, связанный с жизненным циклом организмов [8].

Цель данной работы — дать оценку состоянию разнообразия, структуры, особенностей функционирования сообществ зообентоса в водотоках бассейна р. Ульба на референтных участках и  в условиях антропогенной нагрузки (импактная зона).

Река Ульба является одним из крупных правобережных притоков р. Иртыш. Согласно классификации Л.М. Корытного [7] по длине (103 км), площади водосбора (4990 км²) и по среднему многолетнему расходу воды (96,2 м³/с) р. Ульба относится к средним рекам.  Река Ульба образуется слиянием рек Громотухи и Тихой. В бассейне реки Ульба более 40 водотоков. Исследуемые нами реки (р. Брекса, Р. Журавлиха, р. Тихая, р. Пихтовка, р. Сержиха, р. Малая Ульба, р. Ульба) являются водотоками рыбохозяйственного назначения и относятся к первой категории водопользования. Все реки типично горные, характеризующиеся весенними бурными паводками, растянутым половодьем, связанным с таянием снежников в горах [5].

Материалы и методы. Сбор материала проводили в 2002-2013 гг. Было обследовано 7 водотоков, на 18 станциях отобрано 633 качественных пробы и 71 количественная проба зообентоса. Референтные участки бассейна  обследовали эпизодически  в 2004-2009 гг., в импактной зоне проводили мониторинг 2002-2013 гг.  с ежегодным обследованием с апреля-по октябрь.

Отбор и обработку проб зообентоса осуществляли стандартными методами [8]. Сообщества макрозообентоса характеризовали следующими метриками: числом таксонов в пробе (S), биотическим индексом Вудивисса TBI, индексами BMWP, ASPT, ЕРТ, численностью и биомассой, индексом видового разнообразия Шеннона-Уивера (Н).

Бентофауна референтных (фоновых) водотоков и участков. В качестве референтных (эталонных) рассматривались реки и участки рек, водосборные бассейны которых характеризовались типичными для региона природными условиями и располагались на сравнительно благополучных в экологическом плане территориях: для верхнего течения – р. Журавлиха, р. Брекса (выше г. Риддер); для  нижнего течения – р. Пихтовка, р. Сержиха, р. Малая Ульба.

В составе зообентоса фоновых водотоков было обнаружено 125 таксонов донных беспозвоночных, из них личинок веснянок — 23, личинок поденок — 31, личинок ручейников  —  32, личинок двукрылых  — 21, жуки  — 9, личинки стрекоз — 3, гаммарусы — 2, моллюски — 2, гидракарин и олигохет — по 1 таксону. В составе фауны амибиотических насекомых наиболее часто встречались веснянки Arcynopterux polaris Klapalek, Skwala pusilla Klapalek, Isoperla altaica Samal, Amphinemura borealis Morton, Alloperla deminuta Zapek-D., поденки сем. Ephemerellidae, сем. Ameletidae, сем. Baetidae, Neoleptophlebia chocolata Imanishi, Epeorus pellucidus Brodsky, Rhithrogena grandifolia Tshernova,  ручейники Ceratopsyche nevae (Kolenati), Brachicenthrus americanus Banks, Glossosoma altaicum Curtis, Dicosmoecus palatus MacLachlan, Lepidostoma hirtum (F.), двукрылые сем. Simuliidae, сем.  Blephariceridae, подсем. Orthocladinae, Diamesinae [2].

При оценке качества вод по биотическому индексу Вудивисса бы определено, что вода всех фоновых рек и участков относится к I классу – очень чистая (таблица 1). По значениям индекса BMWP качество воды  соответствовало категории «очень хорошее». Значение индекса ASPT варьировало в рамках категории «прекрасное качество воды». Среднее значение показателя ЕРТ равнялось 13-14, доля оксиреофильных видов варьировала в пределах  65-79%.

                                                                                                      Таблица 1.

Значения индексов зообентоса референтных водотоков и участков

в бассейне р. Ульба

Водоток	Sв пробе  (средн.)	ЕРТ	TBI	BMWP	ASPT
Журавлиха	19	14	10,0	140	7,4
Брекса (выше г. Риддера)*	20	13	9,8	130	7,0
Пихтовка	21	13	10,0	126	6,0
Сержиха	18	13	10,0	111	6,2
Малая Ульба	18	13	10,0	135	7,6

Примечание: * — среднемноголетние (2002-2013 гг.)  значения

Наибольшее таксономическое богатство присуще донным биоценозам р. Брекса. Здесь было отмечено 98 таксонов макробеспозвоночных, доля оксиреофильных видов составила 76%. Среднегодовое значение численности зообентоса фонового створа р. Брекса составило 243,5 экз./м², биомасса 4,657 г/м², что соответствует умеренному классу по «шкале трофности». Исходя из значений индекса видового разнообразия Шеннона-Уивера (2,27-3,60) поверхностные воды на первом створе оцениваются как чистые [3].

Таким образом, по результатам изучения зообентоса реки Журавлиха, Брекса (выше г. Риддер), Пихтовка, Сержиха, Малая Ульба, Ульба  (п.  Каменный Карьер) могут рассматриваться как референтные для бассейна р. Ульба. Исследованные участки рек могут быть  использованы как эталонные створы для оценки качества поверхностных вод бассейна р. Ульба как по системе, основанной на биотических индексах, так и по индексу качества воды Ecological Quality Index (EQI) [4].

Антропогенное влияние на водотоки бассейна р. Ульба. На формирование качества поверхностных вод в верхнем течении р. Ульба оказывают  влияние промышленные предприятия г. Риддера, в нижнем течении — г. Усть-Каменогорска. В водотоки бассейна сбрасывают сточные воды предприятия горнодобывающего комплекса, цветной металлургии: АО «Казцинк», ОАО «Титано-Магниевый Комбинат» (ТМК), ОАО «Ульбинский Металлургический Завод»,  а также Усть-Каменогорская и Согринская ТЭЦ.

По основным гидрохимическим показателям (газовый режим, ионный состав, содержание биогенов) исследуемые водотоки бассейна р. Ульба имеют удовлетворительные условия обитания для гидробионтов. Превышение ПДКрх по некоторым ингредиентам (аммонийный азот, нитриты) не могло оказать сильного негативного воздействия на жизнедеятельность водных беспозвоночных. Но, говорить о благополучном состоянии среды нельзя, поскольку концентрации тяжелых металлов, как основных загрязнителей в воде исследуемых рек регулярно превышают допустимые нормы и лимитируют развитие гидробионтов. Из всего ряда регистрируемых токсикантов (медь, цинк, свинец, кобальт, марганец, хром, никель, кадмий, ртуть, нефтепродукты, СПАВ) наибольшую опасность представляют медь, цинк, кадмий поскольку их содержание очень часто превышает допустимые нормы [1].

Превышение ПДК для тяжелых металлов, наблюдаемое на створах, расположенных ниже сбросов, связано с деятельностью промышленных предприятий. По р. Ульба уменьшение всех загрязняющих веществ идет сверху вниз по течению (от загрязненного створа – ниже отвалов Тишинского рудника до впадения Ульбы в Иртыш в г. Усть-Каменогорске).

Зообентос водотоков бассейна р. Ульба в условиях антропогенного влияния (импактная зона).  Мониторинговые исследования в импактной зоне проводили в 2002-2013 гг. на 9 станциях:

«Б2» — р. Брекса, в черте г. Риддера, 0,6 км ниже сброса дренажных вод свинцового завода;

«Т1» — р. Тихая, 0,5 км ниже г. Риддера, 0,8 км выше устья;

«Т2» — р. Тихая, 1,5 км к западу от г.  Риддера, 0,1 км ниже слияния рек Брекса и Журавлиха;

«УТ1» — р. Ульба, 1,75 км ниже слияния рек  Громотуха  и Тихая, 50 м выше сброса шахтных вод рудника Тишинский;

«УТ2» — р. Ульба, 4,8 км ниже сброса шахтных вод рудника Тишинский;

«УУ1» — р. Ульба, 21 км выше г. Усть-Каменогорск, 0,3 км ниже впадения р. Малая Ульба, в черте с. Каменный Карьер, левый берег;

«ТМК1» — р. Ульба, в черте г. Усть-Каменогорска, 1 км выше сбросов ТМК и Согринской ТЭЦ;

«ТМК2» — р. Ульба, в черте г. Усть-Каменогорска, 0,5 км ниже сбросов ТМК и Согринской ТЭЦ;

«УУ2» — р. Ульба, в черте г. Усть-Каменогорска, 1,45 км выше устья р. Ульба, левый берег;

«УУ3» — р. Ульба, в черте г. Усть-Каменогорска, 1,45 км выше устья р. Ульба, правый берег.

Бентофауна водотоков бассейна р. Ульба в импактной зоне вполне разнообразна и представлена типичными реофильными видами. В составе зообентоса в период исследований обнаружено 164 таксона водных беспозвоночных, из них личинок веснянок – 28, личинок поденок – 38, личинок ручейников – 48, личинок двукрылых – 17, жуков – 9, клопов – 5, стрекоз – 3, моллюсков – 8, пиявок – 5, амфипод, гидракарин и олигохет – по 1 таксону.

Таксономический состав зообентоса представлен в основном  личинками амфибиотических насекомых. Наиболее часто встречаются: веснянки (Haploperla lepnevae Zhil. et Zwick,  Diura bicaudata (Linne), Skwala pusilla Klapalek), поденки (сем. Baetidae, сем. Ephemerellidae, сем. Ameletidae), ручейники (сем. Hydropsychidae, сем. Limnephilidae), двукрылые (cем. Chironomidae, cем. Simuliidae), клопы (сем. Corixidae), а также олигохеты и гидракарины. Наибольшее таксономическое богатство присуще условно фоновому створу, расположенному в 21 км выше г. Усть-Каменогорск. Здесь было отмечено 104 таксона макробеспозвоночных, доля оксиреофильных видов составила 79% [11].

Исследование численности и биомассы показало, что зообентос по станциям был распределен неравномерно. Средние показатели численности зообентоса значительно варьировали как по створам, так и по годам. Средняя плотность донных сообществ беспозвоночных по станциям изменялась в пределах 4,1- 493,3 экз./м². Наибольшая численность бентоса отмечена в нижнем течении на створах «УУ2» и «УУ3». Наибольшие значения биомассы зообентоса были отмечены на створах – на р. Тихая («Т1», «Т2») и выше г. Усть-Каменогорск («УУ1») (таблица 2). Здесь наибольший вклад в значения биомассы вносили веснянки сем.  Perlodidae.

По шкале трофности С.П. Китаева уровень развития макрозообентоса на створах в импактной зоне соответствует «очень низкому» классу  (α-олиготрофный тип водоема) и «самому низкому» классу (ультраолиготрофный тип водоема) [6]. Такое пятнистое распределение зообентоса характерно для речных экосистем и не является надежным индикатором трофности водотока.

Наибольшие значения индекса видового разнообразия отмечены на створах «Т2» и «УУ1», что связано  не только со значительным видовым богатством макробеспозвоночных, но и с высокой выравненностью обилия отдельных видов (см. табл. 2). Наименьшие значения индекса Шеннона зарегистрированы в черте г. Усть-Каменогорска («УУ3»), что связано с преобладанием на этом участке неблагоприятных для развития бентосных беспозвоночных условий (грунт – песок, сбросы сточных вод Усть-Каменогорской промышленной площадки).

Таблица  2.

Характеристики развития донных сообществ зообентоса водотоков бассейна р. Ульба в 2002-2013 гг.

Створ	Sв пробе (средн.)	ЕРТ	% окси	БИ	BMWP	ASPT	Числ., экз./м2	Б-са, г/м2	Н, бит/экз.
Б2	7	3	31	7,4	41	6,1	49,8	0,55	1,86
Т1	6	3	25	6,6	36	5,7	67,9	1,28	1,70
Т2	9	5	28	7,4	58	5,9	59,9	1,02	2,19
УТ1	8	4	28	7,4	44	6,0	46,6	0,64	1,76
УТ2	5	2	22	5,7	26	5,1	23,3	0,19	1,33
УУ1	10	5	27	7,9	69	6,1	92,0	1,06	2,05
ТМК1	11	5	45	6,4	37	5,7	34,9	0,34	1,83
ТМК2	5	1	20	3,8	25	4,3	35,2	0,56	1,45
УУ2	7	3	16	5,3	34	5,1	142,4	0,50	1,51
УУ3	5	1	16	5,4	22	4,3	167,6	0,29	0,84

Качество воды водотоков бассейна р. Ульба в импактной зоне, определенное  по биотическому индексу, на различных станциях исследований варьировало в широких пределах (II-V классы качества вод) (см. табл. 2).

Средние значения биотического индекса позволяют отнести створы «Б2», «Т2»,  «УТ1», «УУ1» к «чистым», II класс качества. Качество воды на створах «Т1», «УТ2», «ТМК1», «УУ2» соответствует III классу, умеренное загрязнение. Низкие значения биотического индекса на створах «УТ2», «ТМК2», «УУ3» позволяют отнести данные участки реки к «загрязненным», IV класс качества вод.

По мере удаления от источника загрязнения качество воды р. Ульба улучшается  с IV класса (загрязненная вода) на створе ниже рудника Тишинского до II класса (вода чистая) в п. Каменный Карьер, что свидетельствует о высокой самоочищающей способности реки.

При исследовании нижнего течения р. Ульба в большинстве проб отмечены низкие значения индекса Вудивисса. Загрязнение реки, выразившееся в снижении видового богатства, а  также в повышении доли видов-эврибионтов в структуре бентосного сообщества  отмечено на р. Ульба на станции «ТМК2», однако частичное восстановление качества воды наблюдалось уже через 500 м после сброса.

Среднегодовые значения индекса BMWP позволяют охарактеризовать качество вод на створах «Т2», «УУ1» как «хорошее»; на створах «Б2», «Т1», «УТ1», «УТ2», «ТМК1», «УУ2» как «невысокое»; на створах «ТМК2» и «УУ3» как «плохое».  Значения индекса ASPT на створах исследований соответствуют  категории «прекрасное качество воды»; только на створах «ТМК2» и «УУ3» — «хорошее» (см. табл. 2).

Выводы. Согласно результатам многолетнего мониторинга (2002-2013 гг.) экосистемы водотоков бассейна р.Ульба в верхнем и нижнем течении испытывают значительное многофакторное антропогенное воздействие, преимущественного в результате деятельности горно-обогатительного комплекса «Казцинк».

В фоновых условиях (вне воздействия) зообентос характеризуется весьма высоким разнообразием  и обилием. В импактной зоне во всех биотопах значительно понижено видовое разнообразие зообентоса. Из сообществ исчезли многие стенобионтные виды (личинки ручейников, Diamesinae). Возросло количество и доля в сообществах видов-эврибионтов: малощетинковых червей, личинок и имаго жуков, комаров-звонцов из подсемейств Chironominae, Tanypodinae.

Реакция донных сообществ различных биотопов на антропогенное воздействие прямо зависит от исходного уровня разнообразия и количества стенобионтных видов. Наиболее резко деградирует богатый и разнообразный зообентос порогов, перекатов и каменистой рипали [10].

Численность и биомасса зообентоса были невелики, свидетельствовали о невысокой продуктивности бентосных сообществ бассейна и соответствовали олиготрофному типу водоемов.

Отмечено снижение таксономического разнообразия, а также ухудшение качества воды по биотическим индексам (TBI  и  BMWP) ниже сбросов сточных вод титано-магниевого комбината и Согринской ТЭЦ и в черте г. Усть-Каменогорска, что связано с загрязнением реки.

Современное состояние зооценозов водотоков бассейна р. Ульба свидетельствует о высоком потенциале биологического самоочищения водотока: несмотря на снижение качества воды ниже сбросов, далее по течению качество воды восстанавливается.

Список литературы:

1. Евсеева А.А. Квитко Н.А. Экологическое состояния поверхностных вод водотоков бассейна р. Ульба // Современные проблемы гидрохимии и формирования качества вод: материалы  научной конференции, посвященной 90-летию со дня образования  Гидрохимического института – г. Азов,  27-28 мая 2010 г. —  Ростов-на-Дону, 2010. – С.207-210
2. Евсеева А.А. Макрозообентос референтных водотоков бассейна реки Ульба (нижнее течение) // Региональный компонент в системе экологического образования и воспитания – 2010: Сборник материалов областной научно-практической конференции. – Усть-Каменогорск, 2010. – С. 123-128
3. Евсеева А.А. Оценка состояния донных сообществ беспозвоночных малой реки Брекса // Природные условия, история и культура Западной Монголии и сопредельных регионов: материалы VIII международной конференции (Горно-Алтайск,  19-23 сентября 2007 г.) – Т. II. – Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2007. – С. 141-146
4. Евсеева А.А. Система эталонных створов как метод оценки уровня антропогенной нагрузки водотоков бассейна реки Ульба // Экология малых рек в XXI веке: биоразнообразие, глобальные изменения и восстановление экосистем. Тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием (г. Тольятти, 5-8 сентября 2011 г.)/ отв. ред. Т.Д.Зинченко, Г.С.Розенберг.- Тольятти: Кассандра, 2011.- С.52
5. Калачев Н.С., Лаврентьева Л.Д. Водноэнергетический кадастр рек Казахской ССР (потенциальные ресурсы). А-А.: Наука, 1965. – 607 с.
6. Китаев, С.П. О соотношении некоторых трофических уровней и «шкалах трофности» озер разных природных зон //Тез. докл. V съезда ВГБО, ч. II. – Куйбышев, 1986. – С. 254–255.
7. Корытный, Л.М. Бассейновая концепция в природопользовании. – Иркутск: Ин-т геогр. СО РАН. – 2001. – 163 с.
8. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / под ред. В.А. Абакумова. – СПб: Гидрометеоиздат, 1992. – 318 с.
9. Семенченко, В.П. Принципы и системы биоиндикации текучих вод. Минск: Орех, 2004. – 125 с.
10. Шуйский В.Ф., Михайлина Т.П., Максимова Т.В. и др. Антропогенная сукцессия макрозообентоса малых рек Паша и Капша // Тез. докл. междунар. научн. конф. «Малые реки: современное экологическое состояние, актуальные проблемы». Тольятти, 2001.
11. Яныгина Л.В. Евсеева А.А. Макрозообентос реки Ульба (Восточный Казахстан) в условиях антропогенной нагрузки // Мир науки, культуры, образования. №6 (25), Часть I, декабрь 2010 г.  — С. 258-262[schema type=»book» name=»СООБЩЕСТВА ЗООБЕНТОСА ВОДОТОКОВ БАССЕЙНА РЕКИ УЛЬБА (ВЕРХНИЙ ИРТЫШ) НА РЕФЕРЕНТНЫХ УЧАСТКАХ И В ИМПАКТНОЙ ЗОНЕ» description=»Проанализированы состав, структура и пространственное распределение зообентоса водотоков бассейна р. Ульба. Дана оценка экологического состояния» author=»Евсеева Анна Александровна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-26″ edition=»euroasia-science.ru_26-27.02.2016_2(23)» ebook=»yes» ]