Река Иртыш это самый длинный приток в мире. Площадь водосбора Иртыша 1 643 000 км2 и охватывает 5 субъектов РФ, республику Казахстан и КНР. Сток Иртыша формируется на территории 4 государств: Китая, Монголии, Казахстана, России [1].
В таких крупных реках, как Иртыш, скорость течения может достигать более 1 м/с, из-за этого здесь не формируется значительных скоплений зоопланктона в русле реки, а основными кормовыми объектами для мирных рыб служат водные беспозвоночные, ведущие малоподвижный образ жизни - перифитон, бентос. Кормовыми объектами для взрослых особей и молоди сибирского осетра в районе нижнего Иртыша служат личинки хирономид, ручейников, поденок, веснянок, а также моллюски, икра и молодь окуня, плотвы, ерша. Основу питания взрослых особей составляют бентосные личинки хирономид, а также двустворчатые моллюски родов Sphaerium и Pisidium. Ведущее место в питании стерляди принадлежит личинкам хирономид и моллюскам. Стерлядь активно потребляет олигохет, а также личинок мокрецов, ручейников, поденок, веснянок, а ее молодь в первые месяцы после покатной миграции с нерестилищ больше всего потребляет личинок хирономид и ручейников [9].
На современном этапе Обь-Иртышского бассейна, в сравнении с данными 1950-х гг., из спектра питания осетра и стерляди начали исчезать личинки поденок и ручейников, возрастает хирономид и олигохет. Подобное явление, вероятно, связано со снижением численности поденок и ручейников, что вызвано антропогенным загрязнением водоемов, к которому устойчивы личинки некоторых видов хирономид и олигохеты [9].
Молодь нельмы также активно питается зообентосом. Спектр ее питания включает хирономид, ручейников, поденок. Взрослые особи леща являются типичными бентофагами. В спектр их питания входят моллюски, личинки хирономид и поденок, но иногда лещ хищничает. Молодь леща нагуливается в прибрежной зоне и пойменно-соровой системе рек, питаясь при этом зоопланктоном. Один из самых массовых видов рыб семейства карповых плотва - типичный эврифаг, который обладает высокой пищевой пластичностью, поскольку потребляет все доступные виды водных гидробионтов, включая растительность. Подобно плотве, эврифагом является и язь, наиболее активно питаясь в устьевых участках рек.
Хозяйственная деятельность в бассейне Иртыша является мощным фактором преобразования его экосистемы. Результаты мониторинга р. Иртыш от границы с Казахстаном до устья в 2003 г. показали, что на всем протяжении содержание загрязняющих веществ превышает ПДК: Fe – в 1,5-10 раз, Mn – в 7-22 раза, Cu – в 4,8-35 раз, Zn – в 1,5-20 раз, НП – в 1,2-8,5 раза, фенолы – в 2,2-3,8 раза. В створе с. Татарка - граница с Казахстаном: НП – 6 ПДК, Fe и Cu – 4 ПДК, Zu – 2 ПДК, Mn – 16 ПДК.
Основными загрязняющими веществами Нижнего Иртыша являются фенолы, нефтепродукты, аммонийный и нитритный азот, в меньшей степени пестициды, ионы Al и тяжелых металлов - Fe, Mn, Cu, Zn, Cr и др. В районе г. Тобольска содержание ЗВ колеблется в следующих пределах: нефтепродукты - 7-74 ПДК, фенолы - 2-7 ПДК, ионы железа - 9-19 ПДК, меди - 2-34 ПДК, цинка - 2-7 ПДК, марганца - 3-24 ПДК, азот нитритный – 2-6 ПДК Повышенное содержание в воде железа, марганца, меди, частично фенола имеет как природный, так и техногенный характер [2; 4].
Материал и методика
Исследования реки Иртыш в нижнем течении проводились в период открытой воды 2012-2015 гг. (рис. 1).
Рис. 1. Карта-схема района исследований (масштаб 1:500000)
(1 - станции отбора проб бентоса, донных отложений; 2 - границы муниципальных районов; 3 - границы г.Тобольска; 4 - направление течения реки; 5 - населенные пункты)
Исследования проводились на участке р. Иртыш (179 км) в пределах Тобольского и Уватского районов Тюменской области (699-520 км), в русле реки, в том числе и в районе Горнослинкинской русловой ямы. На этом участке р. Иртыш имеет ширину русла более 500 м, среднюю глубину 7-10 м. Горнослинкинская русловая яма расположена в координатах: N 58° 44’; Е 68° 41’. Акватория этого уникального водного объекта в период паводка превышает 100 га, а глубина достигает 50 м.
Ниже представлена характеристика створов отбора проб (таблица).
Характеристика створов отбора проб по руслу р. Иртыш
|
№ створа, разрез |
Район |
Расстояние от устья, км |
Характер грунтов |
||
|
левый берег |
стрежень |
правый берег |
|||
|
1, выше п. Абалак |
Тобольский |
699 |
глинистый |
песчаный |
песчаный |
|
2, выше г.Тобольск (п. Бизино) |
Тобольский |
672 |
илисто-песчаный |
песчано-илистый |
песчано-илистый |
|
3, ниже г. Тобольска (район Речного порта) |
Тобольский |
652 |
илистый |
песчано-илистый |
песчано-илистый |
|
4, район п. Медведчикова |
Тобольский |
624 |
илистый |
песчано-илистый |
илисто-песчаный |
|
5, ниже п. Бронниково |
Тобольский |
608 |
илисто-песчаный |
песчано-илистый |
песчано-илистый |
|
6, выше научно-исследовательского стационара «Миссия» |
Уватский |
531 |
песчаный |
песчано-илистый |
глинисто-песчаный |
|
7, ниже п. Горнослинкино |
Уватский |
520 |
илисто-песчаный |
песчано-илистый |
илисто-песчаный |
Отбор проб донных отложений (ДО) производили стандартными методами. Для отбора проб ДО использовали дночерпатель Петерсена с площадью захвата 0,025 м2. Для определения содержания ионов металлов в организмах макрозообентоса использовали атомно-эмиссионный метод с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре Optima 7000 DV. Предварительно перед определением выполняли пробоподготовку: для организмов бентофауны брали навеску 4 г высушенных и измельченных проб - не менее 50 мг.
На каждом створе (разрезе) пробы отбирались у левого, правого берега и на стрежне реки. По 2 выемки с каждой точки разреза при помощи обычного и утяжеленного дночерпателя Петерсена с площадью захвата 0,025 м2 . Грунт промывали через газ-сито № 23, организмы макрозообентоса извлекались и фиксировались 70%-ным этиловым спиртом.
Фиксация и взвешивание производились согласно общепринятой методике [7].
Качественный состав олигохет определяли с помощью методических пособий [8]. Дополнительно для макро- и микроэлементов был рассчитан коэффициент накопления (КБАдо) веществ в гидробионтах [3; 7], равный концентрации веществ в гидробионтах (Сгидробионт) по отношению к концентрации тех же веществ в донных отложениях (Сдо):
КБАдо = Сгидробионт / Сдо.
По классификации авторов [3] животные, у которых КБАдо>2, являются макроконцентраторами, КБАдо=1-2 микроконцентраторами, КБАдо<1 - деконцентраторами.
Результаты и их обсуждение. Из олигохет в составе макрозообентоса нами были определены 2 вида из 2 родов: Limnodrilus hoffmeisteri Claparède, Tubifex tubifex O.F. Müller.
Индивидуальная потребность гидробионтов в металлах невелика, и поступление избыточного их количества приводит к острой интоксикации, в частности к тяжелым нарушениям метаболизма, патологии органов и тканей.
К ионам тяжелых металлов неустойчивы олигохеты, выдерживающие высокое содержание в воде органических загрязнителей. Имеются данные, что тубифициды могут обитать в донных грунтах водоемов при значительных концентрациях меди, ртути, свинца и активно аккумулируют вещества и элементы, содержащиеся в донных отложениях водоема [5; 6].
Представители исследуемой группы содержали K, Na, Ca, Mg, Fe и Al, поскольку эти элементы участвуют в построении тел (внутренних и наружных скелетов), мышечной и нервной ткани, ферментов, в том числе - K, Na, Ca – АТФ, основные неорганические компоненты плазмы крови и гемолимфы, пигментов. Содержание K в среднем на порядок меньше, чем Ca (рис. 2).
Известно, что Zn, Cu, Fe, Mo - важнейшие эссенциальные металлы, входящие в состав большого числа ферментов, катализирующих многие окислительно-восстановительные биохимические реакции, в том числе антиоксидантной системы. Физиологическая роль цинка связана с более чем 300 белками, в том числе ферментами и гормонами, играющими важнейшую роль в питании, развитии и росте организмов. По важности для живых организмов Zn стоит на втором месте после Fe [10].
А
Б
Рис. 2. Среднее содержание макро- и микроэлементов: А - К, Ca, Mg, Al; Б - Na, Cu, Pb; 1 - в донных отложениях, мг/кг; 2 – в олигохетах, мг/кг
Также в организмах олигохет обнаруживалась и Cu, столь же необходимая для них. Средняя концентрация Cu – 26,64 мг/кг.
Известно, что Pb является канцерогеном и тератогеном, его соединения очень токсичны. Они оказывают значительное влияние на картину крови и нервную систему, в результате может наступать падение уровня гемоглобина (анемия) и дисфункция нервной системы, вызывающая нарушение работы органов и тканей. Концентрация этого токсиканта в организмах олигохет - до 19,7 мг/кг.
Интересна закономерность того, что олигохеты, как правило, обитая в толще грунта и «прогоняя» его через свое тело, не показывают значительного накопления тяжелых металлов (рис. 2, 3), при этом олигохеты являются достаточно устойчивыми организмами к нефтяному загрязнению.
Рис. 3. Коэффициент биотической аккумуляции для олигохет нижнего Иртыша (2013 г.)
Установлена прямая коррелятивная связь между химическим составом донных отложений и химическим составом организмов макрозообентоса рассматриваемых показателей, ранговая корреляция Спирмена составила 0,96, (p<0,05).
Таким образом, в соответствии с классификацией А.М. Никанорова и др. [3] олигохеты Limnodrilus hoffmeisteri, Tubifex tubifex являются макроконцентраторами (КБАДО>2) для Cu и Na, деконцентраторами (КБАДО<1) для K, Mg, Al и Pb (рис. 3).