Экосистемы малых рек городских территорий находятся под влиянием многокомпонентного антропогенного воздействия и являются чрезвычайно уязвимыми. Экологическое состояние малых водотоков мегаполисов изучено слабо. Малые реки играют важную роль в формировании «экологического каркаса» города, часто используются населением в рекреационных целях, поэтому нуждаются в изучении и оздоровлении.
Формирование качества воды водоёмов и водотоков тесно связано с протеканием процессов самоочищения, которые осуществляются при участии всех населяющих их экологических групп гидробионтов [1]. Особую роль в самоочищении воды играют организмы зоопланктона и водная растительность, действуя как естественный биологический фильтр. Большую роль в формировании и восстановлении гидробиоценозов играют зоны рефугиумов. В качестве рефугиумов для организмов зоопланктона в малых реках выступают биотопы с водной растительностью.
Нижний Новгород расположен в междуречье рек Волги и Оки. Малые водотоки г. Н. Новгорода находятся под существенным воздействием антропогенного пресса. Водосборные площади малых рек сильно загрязнены тяжелыми металлами, таким как железо, марганец, медь, алюминий, цинк, а также нефтепродуктами. Концентрация этих загрязнителей часто превышает ПДК в несколько раз. В основном реки по гидрохимическим показателям относятся к III – VI классам качества воды [8]. Некоторые водотоки города имеют расширенные участки русла с замедленным течением и богатые водной растительностью. Именно на таких участках интенсивно идут процессы самоочищения и восстановления видовой структуры зоопланктона.
Цель работы – оценить участие зоопланктона биотопов с различной высшей водной растительностью в самоочищении р. Левинки.
Материалы и методы
Река Левинка – правый приток р. Волги – протекает по густонаселённой территории трёх районов города. Имеет площадь водосбора 11,6 км2 и длину 6,1 км. На расстоянии 3,2 км от устья в р. Левинку с левого берега впадает главный приток - р. Параша, имеющая длину 7,5 км и большой объем стока [8].
Исследования проводились в летний период (июль) 2015 г. на участке среднего течения р. Левинка ниже устья р. Параша (рис. 1, табл. 1).
Рис. 1. Схема расположения станций отбора проб на реках Параше и Левинке.
Для описания водной растительности исследуемого участка р.Левинки использовался метод пробных гидроботанических площадок в выделенных биотопах с относительно однородными экологическими условиями. В зависимости от площади однородного биотопа гидроботанические описания проводили на 3 или 5 площадках по 4м2, расположенных в шахматном порядке на акватории 100м2. Определяли видовой состав, баллы обилия по шкале Друде и процент проективного покрытия вида, выделяли виды-доминанты и субдоминанты [5].
Таблица 1
Развитие высшей водной растительности в исследуемых биотопах рек Параша и Левинка
|
№ станции |
Биотоп |
Виды макрофитов |
Проективное покрытие, % |
Балл обилия по Друде |
|
|
общее |
отдельных видов |
||||
|
1 |
Р. Параша выше устье без водной растительности |
- |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
Р. Левинка в районе устья р. Параши с доминированием кубышки жёлтой |
Calla palustris L. |
60 |
2,0 |
1 |
|
Hydrocharis morsus-ranae L. |
0,5 |
1 |
|||
|
Nuphar lutea (L.) Sm. |
50,0 |
6 |
|||
|
Spirodela polyrrhiza (L.) Schleid. |
6,5 |
3 |
|||
|
3
|
Р. Левинка начало прудового расширения с доминированием тростника обыкновенного |
Calla palustris L. |
75 |
1,0 |
+ |
|
Nuphar lutea (L.) Sm. |
1,0 |
+ |
|||
|
Phragmites australis (Can.) |
73,0 |
6 |
|||
|
4 |
Р. Левинка середина прудового расширения без водной растительности |
- |
0 |
0 |
0 |
|
5
|
Р. Левинка участок прудового расширения у правого берега с доминирование рдеста плавающего |
Nuphar lutea (L.) Sm. |
54 |
1,5 |
+ |
|
Potamogeton natans L. |
45,0 |
6 |
|||
|
Spirodela polyrrhiza (L.) Schleid. |
1,5 |
2 |
|||
|
Utricularia sp. |
5,5 |
3 |
|||
|
6
|
Р. Левинка участок прудового расширения у правого берега с 3 видами рдеста |
Nuphar lutea (L.) Sm. |
52 |
16,0 |
3 |
|
Potamogeton filiformis Pers. |
0,1 |
2 |
|||
|
Potamogeton natans L. |
35,0 |
4 |
|||
|
Potamogeton obtusifolius Mert. &W.D.J.Koch |
0,3 |
3 |
|||
|
7 |
Участок выше коллектора под автодорогой с доминированием кубышки жёлтой |
Ceratophyllum demersum L. |
83 |
0,2 |
+ |
|
Elodea canadensis Michx. |
0,1 |
+ |
|||
|
Glyceria fluitans (L.) R.Br. |
1,0 |
2 |
|||
|
Nuphar lutea (L.) Sm. |
70,0 |
6 |
|||
|
Potamogeton natans L. |
6,0 |
3 |
|||
|
Sagittaria sagittifolia L. |
3,0 |
3 |
|||
|
Spirodela polyrrhiza (L.) Schleid. |
1,0 |
1 |
|||
|
Utricularia sp. |
2,0 |
2 |
|||
Отбор проб зоопланктона проводился в ходе единовременной съёмки на 6 станциях р. Левинка и 1 станции р. Параша с разным типом водной растительности. В каждом биотопе отбиралось по 3 пробы зоопланктона. Всего было отобрано 42 пробы. Сбор и обработка зоопланктона осуществлялись общепринятыми в практике гидробиологических исследований методами [3]. Для оценки времени фильтрации воды рачковым планктоном использовались литературные данные скорости фильтрации ракообразными в мл/мг сухой биомассы в сутки [4]. Сухую биомассу зоопланктёра принимали как 10% от сырой массы. Трофический статус вод был оценен по индексу Мяэметса [2]. Качество вод оценивали с применением индекса сапробности Пантле и Буккв модификации Сладечека [9].
Сходство видовой структуры зоопланктона оценивали с помощью метода многомерного векторного анализа который в качестве меры сходства использует косинус угла между векторами, соединяющими начало координат с точками, изображающими пробу в многомерном пространстве численностей видов. Определенная таким образом мера близости видовой структуры проб зоопланктона изменялась от 0 для зоопланктоценозов, не содержащих общих видов, до 1 для идентичных зоопланктоценозов. На основе полученной таблицы косинусов были построены матрицы расстояний между пробами с последующей их визуализацией в виде дендрограммы [6 – 7].
На станциях отбора проб измерены: глубина, температура и прозрачность воды, скорость течения и концентрации растворённого в воде кислорода (табл. 2).
Таблица 2
Основные морфометрические, гидрофизические и гидрохимические параметры исследуемых водотоков по станциям
|
Показатель
Станции |
t, оС |
О2, (мг/дм3) |
Скорость течения (м/с) |
Глубина (м) |
Прозрачность (м) |
|
1 |
19,4 |
7,35 |
0,4 |
0,38±0,0 |
0,38±0,0 |
|
2 |
19,0 |
7,37 |
0,32 |
0,86±0,08 |
0,61±0,04 |
|
3 |
18,7 |
6,92 |
0,15 |
0,53±0,04 |
0,53±0,04 |
|
4 |
21,1 |
7,22 |
<0,1 |
1,5±0,29 |
0,6±0,0 |
|
5 |
20,9 |
7,07 |
<0,1 |
0,96±0,09 |
0,77±0,0 |
|
6 |
21,1 |
7,6 |
<0,1 |
0,59±0,09 |
0,59±0,09 |
|
7 |
19,9 |
7,15 |
<0,1 |
0,55±0,12 |
0,37±0,0 |
Результаты и их обсуждение
Высшая водная растительность исследуемого участка р. Левинки имела мозаичный характер, обусловленный как различной скоростью течения и глубиной, так и различием по уровню антропогенной нагрузки. Всего обнаружено 13 видов гидрофитов и гидатофитов.
В устьевом участке р. Параши (станции 1) погруженная высшая водная растительность отсутствовала.
В р. Левинке в районе впадения р. Параши (станция 2) наблюдалось массовое развитие кубышки желтой и многокоренника на мелководном расширении русла. Прибрежно-водная растительность представлена тростником обыкновенным (обилие 6), ирисом болотным (обилие 2) и белокрыльником (обилие 2).
В начале прудового расширения р.Левинки (станция 3) значительную часть водного зеркала занимала ассоциация тростника обыкновенного (10 х 8,5 м), выдающаяся с правого берега более, чем на середину русла. Кубышка жёлтая и белокрыльник болотный были представлены единичными экземплярами.
Станция 4 прудового расширения реки Левинка характеризовалась отсутствием погруженной растительности.
Протяженный участок (станция 5, ширина около 21,5 м.) вдоль правого берега характеризовался доминированием рдеста плавающего (около 80%). Прибрежно-водная растительность с преобладанием манника плавающего и тростника обыкновенного.
Станция 6 оконтурена полосой плавающей растительности из рдеста плавающего и кубышки жёлтой, а также присутствием рдеста туполистного и рдеста нитевидного. Соотношение покрытия рдеста плавающего и кубышки жёлтой 70% / 30%.
На станции 7 водная поверхность обильно покрыта кубышкой жёлтой. Встречаются небольшие вкрапления пузырчатки, манника наплывающего, стрелолиста обыкновенного.
Большинство видов водных макрофитов, выявленных на участке реки относятся к эвтрофным β-мезосапробам, индикаторам стоячих и малопроточных вод. Интересным исключением был Potamogeton filiformis Pers. (рдест нитевидный), который обычно приурочен к олиготрофным водоёмам и водотокам с песчаным или илистым дном.
В ходе исследования было идентифицировано 92 видов планктонных организмов, из которых 43 вида (47) относилось к коловраткам (Rotifera), 32 вида (35) – к ветвистоусым ракообразным (Cladocera), 17 видов (18) – к веслоногим ракообразным (Copepoda). По зоогеографическому составу фауна зоопланктона р. Левинка является типичной для водоемов Европейской части России, за исключением двух видов-вселенцев: североамериканской коловратки Kellicottia bostoniensis (Rousselet, 1908) и характерного для солоноватых вод веслоного рачка Eurytemora velox (Lilljeborg, 1853).
С использованием метода многомерного векторного анализа на исследованной акватории рек Параша и Левинка были выделены два кластера станций со сходной видовой структурой (рис. 2). Станции 1 – 3 характеризовались доминированием науплиальных и копеподитных стадий циклопоидных веслоногих рачков и ветвистоусого рачка Daphnia cucullata (Sars, 1862). Эти участки рек имели высокую скорость течения.
Станции 5 и 6 имели очень высокую степень сходства (cos α = 0,96) с преобладанием ветвистоусого ракообразного Ceriodaphnia pulchella(Sars, 1862) и копеподитных стадий циклопоидных веслоногих рачков.
Станции 4 и 7 представляют собой участки замедленного течения реки и отличаются по видовой структуре зоопланктона от остальных станций. На станции 4 с отсутствием растительности, доминировала коловратка Asplanchna priodonta (Gosse, 1850), станции 7 с преобладанием кубышки жёлтой, характеризовалась доминированием копеподитных стадий циклопоид.
Рис. 2. Дендрограмма сходства видовой структуры зоопланктонных сообществ из разных биотопов малых рек Левинка и Параша и в июле 2015 года (по результатам многомерного векторного анализа)
Наибольшим количественным развитием зоопланктона характеризовались биотопы рдеста (станция 5) и рдестов + кубышка (станция 6) (табл. 3). Это обусловлено массовым развитием ветвистоусых ракообразных – фильтраторов Ceriodaphnia pulchella, Ceriodaphnia megops (Sars, 1862). Именно в этих участках наблюдалось наименьшее время фильтрации воды зоопланктоном (7,8 сут./м3 для станции 5,0 и 1,4 сут./м3 для станции 6). Станции 7 также характеризовалась небольшим временем фильтрации воды зоопланктоном (6,5 сут./м3). В то время как на участке с отсутствием растительности (станция 4) время фильтрации зоопланктона составило 192,3 сут./м3.
Таблица3
Общая численность (N, тыс. экз./м3), биомасса (В, г/м3) зоопланктона и процентное соотношение численностей и биомасс основных таксономических групп зоопланктона на исследуемой акватории рек Параша и Левинка в июле 2015 г.
|
№ станций отбора проб |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
Численность |
Rotifera, |
3 |
14 |
30 |
46 |
1 |
2 |
6 |
|
Cladocera, |
45 |
26 |
27 |
18 |
62 |
67 |
31 |
|
|
Copepoda, |
52 |
60 |
43 |
36 |
37 |
31 |
63 |
|
|
N, тыс. экз./м3 |
17,3 ±2,5 |
20,4 ±3,5 |
7,2 ±2,1 |
36,8 ±12,4 |
110,7 ±41,9 |
220,6 ±72,1 |
11,2 ±8,5 |
|
|
Биомасса |
Rotifera, |
1 |
3 |
8 |
85 |
1 |
1 |
1 |
|
Cladocera, |
32 |
35 |
33 |
5 |
80 |
93 |
89 |
|
|
Copepoda, |
67 |
62 |
59 |
10 |
19 |
6 |
10 |
|
|
В, г/м3 |
0,14 ±0,02 |
0,11 ±0,02 |
0,045 ±0,02 |
0,36 ±0,02 |
2,25 ±0,78 |
5,82 ±2,92 |
0,63 ±0,59 |
|
Трофический статус исследуемых участков рек, оценённый по индексу Мяэметса, характеризовался как эвтрофный, за исключением наиболее загрязненного приплотинного участка станции 7 (гиперэвтрофный).
Проведенная оценка качества воды использованием индекса сапробности Пантле и Букк в модификации Сладечека на основе количественного развития индикаторных видов зоопланктона характеризует реки Левинка и Параша как β-мезосапробные (умеренно загрязненные), за исключением станций 5 и 6 р. Левинки - олигосапробные (вода чистая).
Заключение
В результате работы проведена оценка участия зоопланктона в самоочищении воды на биотопах с различной высшей водной растительностью. Наименьшее время фильтрации м3 воды зоопланктоном характерно для биотопов с развитием рдеста плавающего (станция 5), рдестов и кубышки жёлтой (станция 6) и кубышки жёлтой (станция 7). Трофический статус р. Левинка оценивался преимущественно как эвтрофный. Воды р. Левинка в июле 2015 г. характеризовались как умеренно загрязненные (III класс качества воды), за исключением станций 5 и 6 – вода чистая (II класс качества). Полученные результаты могут быть основой для разработки мероприятий по оздоровлению и восстановлению экологического состояния р. Левинки.
Работа выполнена при поддержке гранта Правительства Нижегородской области (распоряжение Правительства от 25.06.2015 №1168 – р.).