ANALYSIS OF MACROZOOBENTHOS ORGANISMS RESPONSE TO THE CONTENTS AND INDICATION OF CHEMICALS IN THE WATER OF BASHKIR CIS-URAL SMALL RIVERS

Abstract


The article analyses the larvae of macrozoobenthos insects response to the quality of the water of Bashkir Cis-Ural small rivers. Such analysis is necessary to identify and predict the level of chemicals and their compounds. The analysis of occurrence (in unit shares) of larvae from such orders as Plecoptera, Ephemeroptera, and Trichoptera was performed in the regions of 6 state gauging station on the rivers Ashkadar, Seleuk, Inzer, Zilair and Big Ik in the period of time between 2005 and 2016. For the chemical aspect of this research the following data from the abovementioned rivers were used: content of compounds such as manganese, nickel and iron, oil products, phenols, ammonium nitrogen, copper, zinc, sulfates, chlorides and nitrite nitrogen. The specific combinatory water pollution index was used as a complex indicator. Chemical quality gradations of the water of small rivers in the studied region were defined with the analysis of variance. It was revealed that the occurrence of larvae of some species from Plecoptera, Ephemeroptera, Trichoptera orders correlate with the chemicals determined in waters of the studied rivers by regulatory bodies. A progression was constructed on the decrease of the macrozoobenthos organisms response for indication and regression models to predict pollutant concentration in the water of Bashkir Cis-Ural small rivers.

Full Text

Контроль качества природных вод в настоящее время осуществляется в основном посредством химических и физико-химических методов. Однако анализ отдельных химических веществ не в состоянии дать интегральную оценку действия антропогенных факторов на водную биоту. Этих недостатков лишены биологические методы (биоиндикация и биотестирование) оценки качества вод (Абакумов, Сущеня 1991), для реализации которых разработано большое количество индексов и приемов, тщательно проанализированных в ряде публикаций (Булгаков и др. 2003; Шитиков и др. 2003). Однако большинство из используемых показателей заканчиваются констатацией уровня загрязнения водного объекта по принципу - «чисто», «грязно» и т. д., а проблема влияния на биоту поллютантов, поступающих в реки со сточными водами, остается открытой. Решение этой проблемы, по-видимому, будет возможным лишь при объединении гидрологических, физико-химических и биологических подходов, используемых в ходе экологического мониторинга вод. Создание долговременных региональных баз данных по результатам не только гидрологических и гидрохимических, но и гидробиологических исследований позволит выявить региональные индикаторные виды и степень их реагирование на сбрасываемые в воды химические вещества и их соединения. Подобную работу, очевидно, можно организовать в районах государственных водопостов (а не на произвольно выбранных участках рек), где систематически проводятся гидрологические и гидрохимические наблюдения. Одними из перспективных объектов для биологического мониторинга являются входящие в состав макрозообентоса личинки из отрядов веснянок (Plecoptera), которые в силу своей оксифильности и стенотермности наиболее чувствительны к любому типу загрязнений (Тесленко 2006; Чаус 2017a), подёнок (Ephemeroptera) (Безматерных 2008; Боев, Баянов 1987; Потиха, Тиунова 2016; Чаус 2017b) и ручейников (Trichoptera) (Гигиняк 2007; Лепнева 1964; Росс и др. 1985; Иванов и др. 2001; Лавров 2011; Чаус 2017c). Изучение постоянства биоты в малых реках Южного Урала (в том числе и Башкирского Предуралья) в последнее время носило эпизодический характер, и, как следствие этого, результатами этих работ были относительно обобщенные сведения по индикационным качествам гидробионтов (Чаус 2012). Цель работы - выявление степени реагирования личинок из отрядов веснянок (Plecoptera), подёнок (Ephemeroptera) и ручейников (Trichoptera) на содержание химических веществ и их соединений в воде малых рек Башкирского Предуралья, а также изучение возможности для их индикации и прогноза. Объекты и методы исследований Сбор личинок веснянок, поденок и ручейников проводился в летнюю межень с 2005 по 2016 гг. в соответствии с «Руководством по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем» (Руководство… 1992) на пяти створах в районах государственных водопостов на малых реках Башкирского Предуралья - р. Ашкадар (р-н г. Стерлитамака), р. Селеук (р-н д. Нижнеиткулово), р. Инзер (р-н п. Азово), р. Зилаир (р-н с. Зилаир) и р. Большой Ик (р-н с. Мраково). Определение видовой принадлежности водных организмов проводилось непосредственно на створах с применением бинокулярной лупы МБС-9 по «Определителям пресноводных беспозвоночных…» (Определитель… 1977; Определитель… 1997). Для оценки встречаемости видов на биотопах вычислялся показатель их постоянства по А.С. Степановских (Степановских 2001) (в долях единицы) - отношение числа участков, на которых был встречен изучаемый вид, к общему числу участков на створе (в данном исследовании общее число участков = 10, расположенных друг от друга на расстоянии » 100-150 м). В качестве гидрохимических показателей использовались данные по среднегодовому содержанию в речных водах на изученных створах соединений марганца (Mn), никеля (Ni) и железа (Fe), нефтепродуктов (Н/п), фенолов (Фен), азота аммонийного (NH4), меди (Cu), цинка (Zn). В качестве комплексного показателя использовался удельный комбинаторный индекс загрязненности воды, который, как и все вышеуказанные гидрохимические показатели, ежегодно публикуется в государственных докладах «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан» (Государственные… 2006-2017). Статистический анализ материала проводился в прикладной программе MS Excel for Windows. Нормальность распределения показателя встречаемости гидробионтов на створах проверялась по критерию Шапиро-Уилки в программе Statistica 10. Сила связи между встречаемостью гидробионтов и показателями содержания в водах химических поллютантов оценивалась по коэффициенту корреляции Пирсона. Для проведения регрессионного анализа и интерпретации результатов использовался онлайн-калькулятор Математического форума Math Help Planet (МНК… 2017). Все статистические расчеты проводились при уровне значимости 0,05 (95%). Результаты и их обсуждение В ходе исследований был использован 21 вид личинок насекомых из отрядов Plecoptera, Ephemeroptera и Trichoptera (табл. 1) с относительно коротким жизненным циклом, легко визуально определяемые и включенные в компьютеризированную базу данных (Чаус 2017d). Таблица 1 Систематическая принадлежность и внешний вид представителей макрозообентоса, использованных в ходе исследований Класс Insecta Linnaeus, 1758 Отряд Plecoptera Burmeister, 1839 Семейство Род Вид Внешний вид Nemouridae Newman, 1853 Nemurella Newman, 1853 Nemurella pictetii (Klapalek, 1900) Nemoura cinerea (Retzius, 1783) Chloroperlidae Okamoto, 1912 Xanthoperla Newman, 1836 Xanthoperla apicalis (Newman, 1836) Siphonoperla Zwick, 1967 Siphonoperla burmeisteri (Pictet, 1841) Taeniopterygidae Klapalek, 1905 Taeniopteryix Pictet, 1841 Taeniopteryix nebulosa (Linnaeus, 1758) Leuctridae Klapalek, 1905 Leuctrini Klapálek 1905 Leuctra fusca (Linnaeus, 1758) Leuctra nigra (Olivier, 1811) Отряд Ephemeroptera Hyatt, 1891 Siphlonuridae Ulmer, 1920 Siphlonurus Eaton, 1868 Siphlonurus linnaeanus (Eaton, 1871) Siphlonurus aestivalis (Eaton, 1903) Baetidae Leach, 1815 Cloeon Leach, 1815 Cloeon dipterum (Linne, 1758) Cloeon luteolum (Muller, 1776) Baetis Leach, 1815 Baetis tricolor (Tschernova, 1928) Heptageniidae Landa, 1973 Ecdyonurus Eaton, 1868 Ecdyonurus venosus (Fabricius, 1775) Heptagenia Лоосс, 1899 Heptagenia sulphurea (Muller, 1776) Отряд Trichoptera Kirby, 1813* Goeridae Ulmer, 1903 Goera Stepfens, 1829 Goera pilosa (Fabricius, 1775) Lepidostomatidae Ulmer, 1903 Lepidostoma Rambur, 1882 Lepidostoma hirtum (Fabricius, 1775) Branchycentridae Ulmer, 1903 Branchycentrus Curtis, 1834 Branchycentrus subnabilis (Curtis, 1834) Limnephilidae Kolenati, 1848 Potamophylax Wallengren, 1891 Potamophylax rotundipennis (Brauer, 1857) Halesus Stepfens, 1829 Halesus radiatus (Curtis, 1834) Limnephillus Leach, 1815 Limnephillus nigriceps (Zetterstedt, 1840) Limnephillus exstricatus (MacLachland, 1865) Примечание: в графе «Внешний вид» приводится внешний вид домиков ручейников. Исходя из результатов анализа встречаемости личинок из отрядов Plecoptera, Ephemeroptera и Trichoptera, можно отметить, что относительным постоянством характеризуется встречаемость в р. Ашкадар (р-н г. Стерлитамака) - C. apicalis, S. burmeisteri; в р. Селеук (д. Нижнеиткулово) - C. apicalis, S. burmeisteri и T. nebulosa; в р. Инзер (д. Азово) - N. pictetii и C. luteolum; в р. Зилаир (с. Зилаир) - H. sulphurea, B. tricolor и в р. Б. Ик (с. Мраково) - N. pictetii, S. burmeisteri (см. рисунок). Это, очевидно, свидетельствует о слабом влиянии экологических условий на личинок этих видов насекомых, входящих в состав макрозообентоса на изученных участках рек. За период с 2006 по 2016 гг. показатели УКИЗВ имели определенную динамику (рис. б). Результаты однофакторного дисперсионного анализа показали, что по сходству между показателями УКИЗВ можно выделить 3 градации качества воды в изученных реках (табл. 2, 3). По показателю УКИЗВ за период исследований было сходным качество воды в реках Ашкадар и Селеук, Инзер, Зилаир и Б. Ик. Подобное обстоятельство может свидетельствовать о сходстве и видового состава гидробионтов в этих реках. Это очень важно для разработки региональных критериев оценки био-экологического качества вод рек, как Башкирского Предуралья, так и всего Южного Урала. Рис. Динамика встречаемости личинок веснянок, поденок, ручейников (а - в р. Ашкадар; б - в р. Селеук; в - в р. Инзер; г - в р. Зилаир, д - в р. Б. Ик) и УКИЗВ (е) на изученных участках рек за период с 2006 по 2016 гг. Таблица 2 Матрица средних значений УКИЗВ и критерия Фишера (F, Fкритическое = 4,4, α = 0,05) по оценке их различия Река Среднее значение УКИЗВ Река Ашкадар Селеук Инзер Зилаир Б. Ик Ашкадар 4,4±0,1 3,3 42,4 29,4 26,3 Селеук 4,1±0,1 11,0 11,4 12,5 Инзер 3,5±0,1 1,0 2,4 Зилаир 3,3±0,2 0,4 Б. Ик 3,1±0,2 Таблица 3 Градации (1-3) качества воды малых рек Башкирского Предуралья по сходству значений УКИЗВ (F < Fкритическое = 4,4, α = 0,05) за период с 2006 по 2016 гг. 1 2 3 Средние показатели значений УКИЗВ 3,1-3,5 3,6-4,1 >4,2 Б. Ик, Зилаир, Инзер Селеук Ашкадар Таблица 4 Корреляционно (r)-регрессионные (УР) связи между встречаемостью гидробионтов (Y) и гидрохимическими поллютантами (x, в кратности превышения ПДК), определяемыми в воде малых рек Башкирского Предуралья Y x r УР R2 F A,% F факт. F табл. Отряд Plecoptera р. Ашкадар в черте г. Стерлитамака T. nebulosa Mn 0,74 Y = 0,02x+0,17 0,55 12,12 4,96 12,92 р. Селеук, д. Нижнеиткулово L. nigra Fe -0,74 Y = -0,04x+0,91 0,55 12,16 4,96 16,13 р. Зилаир, с. Зилаир T. nebulosa Fe 0,82 Y = 0,05x+0,12 0,66 19,81 4,96 13,38 Отряд Ephemeroptera р. Селеук, д. Нижнеиткулово H. sulphurea Fe -0,74 Y = -0,03x+0,55 0,55 11,22 5,12 18,31 Отряд Trichoptera р. Ашкадар в черте г. Стерлитамака S. pallipes Mn 0,74 Y = 0,03x+0,16 0,55 11,18 5,12 13,33 р. Селеук, д. Нижнеиткулово S. pallipes Fe -0,73 Y = -0,03x+0,59 0,54 10,42 5,12 11,53 P. bipunctata Н/п 0,84 Y = 0,15x+0,17 0,70 20,81 5,12 25,07 р. Зилаир, с. Зилаир S. pallipes Fe 0,84 Y = 0,06x+0,08 0,70 21,46 5,12 16,88 Примечание: R2 - коэффициент детерминации; F - критерии Фишера; А - средняя ошибка аппроксимации. Регрессионный анализ показал, что в основном отмечается стимуляция увеличения встречаемости личинок ряда насекомых. Так, увеличение встречаемости личинок T. nebulosa и S. pallipes связано с повышением содержания в водах малых рек Башкирского Предуралья марганца (р. Ашкадар, р-н г. Стерлитамака); P. bipunctata - с повышением содержания нефтепродуктов (р. Ашкадар, в черте г. Стерлитамака) и T. nebulosi и S. pallipes (р. Зилаир, с. Зилаир) - с повышением содержания соединений железа (табл. 4). Снижение встречаемости личинок насекомых выявлено лишь для L. nigra, H. sulphurea и S. pallipes при повышении содержания в воде р. Селеук (д. Нижнеиткулово) соединений железа. Динамику встречаемости личинок из отрядов Plecoptera, Ephemeroptera и Trichoptera при росте содержания поллютантов в речных водах можно, по-видимому, объяснить динамикой их пищевых ресурсов - обилия водорослей (для которых ряд химических веществ является удобрением), количества детрита за счет гибели мелких беспозвоночных и их личинок и т. п., количество которых, в свою очередь, очевидно, зависит от экологических условий в изученных водотоках. Исходя из проведенных исследований и с учетом коэффициента детерминации можно составить индикационный ряд по степени убывания силы влияния поллютантов, содержащихся в водах малых рек Башкирского Предуралья на показатель встречаемости изученных бентосных организмов: S. pallipes (содержание соединений железа в р. Зилаир в районе с. Зилаир), P. bipunctata (содержание нефтепродуктов в р. Селеук, д. Нижнеиткулово) → T. nebulosa (соединения железа в р. Зилаир, с. Зилаир) → T. nebulosa (соединения марганца в р. Ашкадар в черте г. Стерлитамака), L. nigra, H. sulphurea (соединения железа в р. Селеук, д. Нижнеиткулово) и S. pallipes (соединения марганца в р. Ашкадар в черте г. Стерлитамака) → S. pallipes (соединения железа в р. Селеук, д. Нижнеиткулово). Выводы Полученные статистические материалы, очевидно, позволят осуществлять прогноз и проводить индикацию содержания в воде малых рек Башкирского Предуралья химических поллютантов в рамках предельно допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного значения по показателю встречаемости S. pallipes, P. bipunctata, T. nebulosa, L. nigra и H. sulphurea. Так, например, по показателю встречаемости в р. Зилаир (с. Зилаир) личинки ручейника S. pallipes » 0,1 можно индицировать содержание соединений железа по лимитирующему рыбохозяйственному признаку вредности на уровне 1 ПДК (0,3 мг/л). Такой подход, по-видимому, позволит выявлять наиболее влияющие на водную фауну поллютанты, что очень важно для принятия технологических решений по очистке сточных вод, сбрасываемых в реки Башкирского Предуралья, и разработать рекомендации по замене ряда химических анализов на более дешевые биологические анализы.

About the authors

B. Yu. Chaus

Sterlitamak branch of Bashkir State University


Candidate of Biological Sciences, Associate Professor

References

  1. Абакумов В. А., Сущеня Л. М. 1991. Гидробиологический мониторинг пресноводных экосистем и пути его совершенствования // Экологические модификации и критерии экологического нормирования: труды международного симпозиума. Ленинград: Гидрометеоиздат, 41-51.
  2. Безматерных Д. М. 2008. Зообентос равнинных притоков Верхней Оби. Барнаул: Изд-во Алтайского гос. ун-та.
  3. Боев В. Г., Баянов М. Г. 1987. Эколого-фаунистическая характеристика поденок и веснянок из водоемов Южного Урала // Фауна и экология насекомых Урала: Сб. научных трудов. Свердловск, 16-25.
  4. Булгаков Н. Г., Левич А. П., Максимов В. Н. 2003. Региональный экологический контроль на основе биотических и абиотических данных мониторинга // Экологический мониторинг: Учеб. пособие. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского ун-та.
  5. Гигиняк И. Ю. 2007. Видовое разнообразие и биотопическая приуроченность личинок ручейников (Trichoptera) в озерных и речных экосистемах центральной и северной частей Беларуси // Голуб В. Б. (ред.) Проблемы водной энтомологии России и современных стран: Материалы III Всероссийского симпозиума по амфибиотическим и водным насекомым (г. Воронеж, 12-15 сентября 2006 г.). Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского гос. ун-та, 58-65.
  6. Государственные доклады «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды республики Башкортостан». 2006-2017. Уфа // https://www.bashkortostan.ru/presscenter/lectures/616349/ (2017. 1 февр.)
  7. Иванов В. Д., Григоренко В. Н., Арефина А. Т. 2001. Отряд ручейники (Trichoptera) // Цалолихин С. Я. (ред.). Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Т. 5. Высшие насекомые. Санкт-Петербург: Наука, 7-72.
  8. Лавров И. А. 2011. Эколого-фаунистические особенности ручейников (Hexapoda: Trichoptera) бассейна реки Клязьмы: Автореф.. дис. канд. биол. наук. Владимир.
  9. Лепнева С. Г. 1964. Фауна СССР. Т. 2. Вып. 1. Личинки и куколки подотряда кольчатощупиковых (Annulipalpia). Москва; Ленинград: Наука.
  10. МНК и регрессионный анализ Онлайн + графики // http://mathhelpplanet.com /static.php?p=onlayn-mnk-i-regressionniy-analiz. (2017. 06 июля)
  11. Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР (планктон и бентос). 1977 // Кутикова Л. А., Старобогатов Я. И. (отв. ред.). Ленинград: Гидрометеоиздат.
  12. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. 1997 // Цалолихин С. Я. (ред.). Т. 3. Паукообразные. Низшие насекомые. Санкт-Петербург: Наука.
  13. Потиха Е. В., Тиунова Т. М. 2016. Биоразнообразие поденок лесных заповедников Приморья (юг Дальнего Востока России) // Черчесова С. К. (отв. ред.). Проблемы водной энтомологии России и сопредельных стран: Материалы VI Всероссийского (с международным участием) симпозиума по амфибиотическим и водным насекомым, посвященного памяти известного российского ученого-энтомолога Лидии Андреевны Жильцовой (г. Владикавказ, 11-13 мая 2016 г.). Владикавказ: Северо-Осетинский гос. ун-т им. К.Л. Хетагурова, 93-103.
  14. Росс Г., Росс Ч., Росс Д. 1985. Энтомология / Пер. с англ. В. В. Белова, Б. Я. Виленкина. Москва: Мир.
  15. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем. 1992 / Абакумов В. А. (ред.). Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 131-150.
  16. Степановских А. С. 2001. Экология. Москва: ЮНИТИ-ДАНА.
  17. Тесленко В. А. 2006. Веснянки (Plecoptera) в экосистемах рек Дальнего Востока России (фауна, биология, экология): Автореф. дис.. д-ра биол. наук. Владивосток.
  18. Чаус Б. Ю. 2012. Биоиндикация как подход к моделированию гидрохимического режима реки Белой (Россия, Республика Башкортостан) // European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches. Papers of the 1st International Scientific Conference (December 17-19, Stuttgart). Germany: ORT Publishing, 12-14.
  19. Чаус Б. Ю. 2017a. Личинки отряда Ephemeroptera как биоиндикаторы качества воды рек Южного Урала // Самарский научный вестник. Т. 6, № 4 (21), 87-93.
  20. Чаус Б. Ю. 2017b. Личинки отряда Plecoptera как биоиндикаторы качества воды рек Южного Урала // Вестник Оренбургского гос. пед. ун-та 4(24), 34-43.
  21. Чаус Б. Ю. 2017c. Представители ручейников подотряда Integripalpia в системе экологического мониторинга рек Южного Урала // Самарский научный вестник. Т. 6, № 3(20), 51-56.
  22. Чаус Б. Ю. 2017d. Базы данных для совершенствования экологического мониторинга рек Южного Урала // Филиппов А. И. (ред.) Актуальные проблемы науки и образования в современном вузе: Материалы III Международной научно-практической конференции (г. Стерлитамак, 7-10 июня 2017 г.). Ч. I. Стерлитамак: Стерлитамакский филиал Башкирского гос. ун-та, 237-240.
  23. Шитиков В. К., Розенберг Г. С., Зинченко Т. Д. 2003. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. Тольятти: ИЭВБ РАН.

Statistics

Views

Abstract - 0

Article Metrics

Metrics Loading ...

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies