Современная деятельность человека оказывает разрушительное воздействие на экосистемы, нередко сопровождающееся необратимыми изменениями местообитаний многих организмов, часть из которых не может адаптироваться к быстро меняющейся среде.
Это неизбежно приводит к резкому изменению биоразнообразия, сокращению численности и разнообразия видов. Бентосные беспозвоночные, составляющие основную массу гидробионтов водотоков, участвуя в процессах практически всех уровней трофической пирамиды, играют важную роль в поддержании устойчивости водных экосистем. В настоящее время в связи с активным освоением (в том числе и развитием авто- и мототуризма) северных территорий Свердловской области усиливается их загрязнение, в том числе водных экосистем, и быстрая диагностика их состояния, в том числе – уровень загрязнения нефтепродуктами, приобретает особо важное экологическое значение.
При оценке уровня загрязнения нефтепродуктами помимо прямого определения концентраций химических веществ в водной среде имеет смысл также проводить количественный учет индикаторных видов беспозвоночных. Попадание большого количества нефтепродуктов в водоём вызывает нарушение баланса и функционирования экосистемы за счёт снижения численности или исчезновения ключевых групп гидробионтов: нефтепродукты, являясь высокотоксичными соединениями, вызывают глубокие перестройки в их организме. Наиболее опасна нефть на ранних стадиях развития: личиночные формы многих донных беспозвоночных в десятки и сотни раз более чувствительны к нефти, чем взрослые особи. Поэтому ответная реакция на изменения химического состава окружающей среды некоторых видов ручейников, веснянок, ракообразных позволяет использовать их в качестве биомаркеров нефтяного загрязнения пресноводных водоемов.
Доминирующими и постоянными группами донного населения текучих вод Северного Урала являются личинки ручейника рода Stenophylax, широко заселяющие чистые природные водоёмы: ручьи, горные потоки, большие олиготрофные озера и равнинные реки. Данная группа гидробионтов в оптимальных условиях характеризуется довольно высокой численностью особей. Средние показатели численности личинок ручейников в бентосе лососёвых рек Северного Урала достигает 513.6 экз./кв. м. Являясь олигосапробами, эти организмы весьма чувствительны к повышенному содержанию химических веществ и при загрязнении естественных экосистем сигнализируют о начале их деградации уже на самых ранних стадиях процесса – сокращается видовой состав этой группы зообентоса, снижается уровень их биопродуктивности. Проведённый ранее модельный эксперимент подтвердил, что личинки ручейника рода Stenophylax являются высокочувствительными организмами к воздействию нефтепродуктов в широком диапазоне концентраций, и это позволяет использовать их при биоиндикации загрязнения водной среды этими органическими токсикантами.
Специальные многолетние полевые исследования проведены в среднем течении реки Улс, Северный Урал, Карпинский район Свердловской области. Количественный учёт личинок ручейников проведён методом прямого подсчёта числа особей, обнаруженных прикреплёнными к обратной стороне камней на одном квадратном метре дна исследуемого водного объекта (ос./ м2). Результаты химического анализа проб воды реки Улс показали, что содержание нефтепродуктов стабильно не превышает не только нормы СанПиН, но и уровень предельно допустимых концентраций для воды рыбохозяйственных водоемов (ПДК=0,05):
Все полученные при полевых исследованиях значения не превышали 0,03 мг/л (таблица). Из литературы известно, что в незагрязнённых нефтепродуктами водных объектах концентрация естественных углеводородов в речных и озёрных водах может колебаться от 0,01 до 0,20 мг/л, иногда достигая 1–1,5 мг/л, в зависимости от биологической ситуации в водоёме. Полученные нами низкие показатели связаны как с низкой степенью трофности горной реки Улс, так и с отсутствием нефтяного загрязнения в ней. Некоторое исключение составили сборы августа 2011 года, когда было зафиксировано количественное снижение выбранных нами организмов-индикаторов (150-300 ос./ м2) на фоне стабильно низких концентраций нефтепродуктов в воде.
Концентрации нефтепродуктов (мг/л) в воде реки Улс и численность населяющих ее личинок ручейников
Сроки исследований |
2009 июль |
2010 июнь |
2011 август |
2012 июль |
2013 июль |
| Концентрация нефтепродуктов (мг/л) | 0,026-0,048 | 0,03-0,05 | 0,010-0,011 | 0,008-0,010 | — |
| численность личинок ручейников, ос./м2 | 380-420 | 350-400 | 150-300 | 340-400 | 370-410 |
Надо отметить, что ручейники в своём развитии проходят четыре фазы: яйца, личинки, куколки и имаго. По характеру появления личинок, сроков наиболее интенсивного развития, окончания окукливания и вылета имаго ручейники Stenophylax относятся к весенне-летним видам (вторая декада мая – август), зимующим на фазе личинки, находящейся на 2–3 стадии развития. Перезимовавшие личинки начинают активно развиваться при прогреве воды выше пороговой температуры (+10 °С). Личинка является главной фазой в развитии ручейников. На этой фазе ручейники проводят более 2/3 времени всего своего жизненного цикла. Большинство личинок живёт в особых футлярах – чехликах, которые являются для них прекрасным надежным и прочным убежищем. Представители рода Stenophylax строят чехлики из крупных и мелких песчинок, благодаря чему они хорошо замаскированы. По мере роста личинка надстраивает передний край своего чехлика, делая его более широким; задний же конец, ставший уже узким, постепенно обламывается или 0бгрызается личинкой. Превращение личинки во взрослое насекомое происходит через стадию куколки, окукливание происходит под водой, в чехлике. Куколка обладает зачатками крыльев, очень длинными усиками, большими глазами и огромными жвалами, при помощи которых она разрушает крышечку чехлика.
Для выхода имаго куколка всплывает на поверхность, действуя, как вёслами, гребными средними ногами. Взрослые насекомые вылетают приблизительно через месяц после окукливания. После оплодотворения самка ручейника откладывает склеенные слизистой массой яйца (от 300 до 1000 шт.), прикрепляя их к подводным камням или растениям. Обнаруженное нами снижение численности личинок ручейников в августе 2011 г., вероятно, связано с фенологическими особенностями этих гидробионтов: личинки к этому времени перешли в стадию куколки, и частично произошёл вылет имаго (об этом свидетельствовали пустые чехлики, обнаруженные на дне реки).
Таким образом, при проведении мониторинга загрязнения водной среды экотоксикантами с использованием биоиндикаторов необходимо учитывать экологические и фенологические особенности выбранной группы гидробионтов, так как в течение года численность особей может колебаться в большом диапазоне. Следует знать особенности биологии развития индикаторных организмов и проводить исследования в оптимальные сроки активности выбранной фазы водных беспозвоночных с учётом особенностей климатических условий.
В целом же результаты проведённых работ, прежде всего, подтвердили возможность использования представителей рода Stenophylax в качестве биоиндикатора нефтяного загрязнения водотоков Северного Урала в целом, а также стали прекрасной фоновой характеристикой состояния водной среды реки Улс для ведения экологического мониторинга загрязнения водной экосистемы в дальнейшем.
