ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2013, том 40, № 6, с. 612-622
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 574.64-574.21
БИОТЕСТИРОВАНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ КРУПНЫХ ВОДОЕМОВ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАКООБРАЗНЫХ1
© 2013 г. Н. М. Калинкина*, Н. А. Березина*, **, А. И. Сидорова*, Н. А. Белкина*, А. К. Морозов***
*Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН 185030 Петрозаводск, просп. А. Невского, 50 E-mail: kalina@nwpi.krc.karelia.ru **Зоологический институт РАН 199034 Санкт-Петербург, Университетская наб., 1 ***Институт леса КарНЦ РАН 185011 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11 Поступила в редакцию 18.05.2012 г.
Приведены результаты биотестирования и физико-химического анализа донных отложений из крупных водоемов северо-западного региона России — Онежского оз., Выгозерского водохранилища, пресноводной части эстуария р. Невы (восточной части Финского зал.), которые локально подвержены эвтрофированию и токсическому загрязнению. Потенциальная токсичность донных отложений, оцениваемая по выживаемости двух видов ракообразных (Gmelinoides fasciatus и Ceriodaph-nia affinis) в 7-суточных тестах, варьировала от высоких до низких величин, характеризуя 5 классов качества донных отложений — высокое, хорошее, умеренное, плохое, тяжелое и, соответственно, степени токсического загрязнения — от его отсутствия до очень высокого. Неблагополучные зоны выявлены в Кондопожской и Петрозаводской губах Онежского оз., северной и южной части Выго-зерского водохранилища и южной части Невской губы в районе дамбы. Высоким качеством донных отложений характеризовались открытые центральные районы Онежского оз. и Выгозерского водохранилища и западная часть эстуария р. Невы.
Ключевые слова: ракообразные, Gmelinoides fasciatus, Ceriodaphnia affinis, выживаемость, потенциальная токсичность, донные отложения, загрязнение, озера, эстуарии рек.
Б01: 10.7868/80321059613060060
Крупные водоемы северо-западного региона России испытывают повышенную антропогенную нагрузку разного типа, включая эвтрофиро-вание и токсическое загрязнение [7, 16, 19], так как в этом регионе высоко развиты металлургическая, машиностроительная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная отрасли промышленности, сельское хозяйство, пролегают важнейшие воднотранспортные пути (в том числе Беломорско-Балтийский канал). Так, в течение последних десятилетий в Кондопожскую губу Онежского оз. ежегодно поступает до 50 млн м3 сточных вод Кондопожского целлюлозно-бумаж-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке 7-й Рамоч-
ной программы Европейского Сообщества (БР/2007-2013,
проект 217246), Программы Б0:МШ + и РФФИ (проект 08-04-92423Б0КШ_а).
ного комбината (ЦБК), что существенно ухудшает качество вод в этой акватории [12]. Выгозер-ское водохранилище, расположенное в центральной Карелии, принимает ~30 млн м3 в год сточных вод Сегежского ЦБК [25]. В Финский зал. Балтийского моря со стоком р. Невы ежегодно поступает 2—3 тыс. т фосфора, а со сточными водами г. Санкт-Петербурга — загрязняющие вещества различного происхождения [34].
По данным [20], уровень антропогенной нагрузки на крупные водоемы севера России (включая Онежское оз.) на современном этапе развития экономики России значительно снизился, и наметились тенденции к восстановлению их сообществ, особенно в прежде загрязненных их районах. Однако по ряду биологических показателей, таких как индексы видового разнообразия и до-
минирования зооценозов, эти водные экосистемы по-прежнему остаются нарушенными. Например, в течение последних десятилетий в зообентосе Кондопожской губы Онежского оз. наблюдалось изменение богатства и численности видов, а индекс видового разнообразия Шеннона (по зо-обентосу) снизился с 2 до 1.4 [20, 21]. Такие изменения могут свидетельствовать об ухудшении состояния донных биоценозов. В связи с вышесказанным, оценка качества воды и донных отложений (ДО) в разных районах крупных водных экосистем севера России и характеристика их экологического состояния с привлечением современных методов — актуальная задача.
Методы биотестирования, в отличие от традиционных аналитических методов, позволяют получить быструю интегральную оценку загрязнения водных экосистем, отражающую действие всех присутствующих в пробе токсических веществ, и учитывают их антагонистическое и си-нергетическое взаимодействия [3]. Кроме того, преимущество методов биотестирования состоит в способности живых организмов воспринимать более низкие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик [5, 33].
Ракообразные часто выбираются в качестве тест-организмов в различных исследованиях из-за их широкого распространения, большого значения в пищевых цепях и, главное, их высокой чувствительности к загрязнению и гипоксии [38, 44, 52]. Амфиподы адекватно отражают состояние седиментов и в последние годы успешно применяются при оценке их токсичности как в эсту-арных, так и в пресных экосистемах. Выбор амфипод в качестве тест-объектов определен их приуроченностью к донным местообитаниям, способностью активно зарываться в ил и потреблять осадочные частицы вместе с пищей [36, 49].
Исторически сложилось так, что оценка загрязнения в водоемах методом биотестирования и биоиндикации проводилась для поверхностных вод, а не для ДО [35]. Первые работы по тестированию токсичности ДО с применением амфипод появились в конце 1970-х гг., однако методология разрабатывалась очень медленно, и стандартные методы тестирования появились к началу 1990-х гг. [43]. В последние годы в России экспрессная оценка ДО с использованием ракообразных также применяется [13, 26, 41]. Тест с использованием цериодафний СегюёарИша аЙ1Ш8 LШijeborg был адаптирован для целей экологического контроля в России уже в 1980-х гг. [ 27]. В дальнейшем этот экспресс-метод проявил себя как очень информативный способ оценки токсичности вод [31].
Наряду с использованием стандартных тест-объектов на современном этапе актуален поиск новых чувствительных видов [2]. Такие виды могут быть найдены среди донных беспозвоночных, активно расселяющихся в последние годы в водоемах северо-западного региона России. Байкальская амфипода Gmelinoides fasciatus (Stebbing) появилась в бассейне Балтийского моря в 1970-х гг. благодаря намеренным интродукциям в рыбохо-зяйственных целях [39]. В 1996 г. эти рачки впервые обнаружены в Невской губе, а в 2001 г. — в Онежском оз. [4]. Этот вид заселяет самые разнообразные биотопы, независимо от типа грунта, и даже был отмечен в числе одних из первых видов в безжизненных после воздействия сбросов ЦБК местах в Ладожском оз. [49]. Вместе с тем G. fas-ciatus избегает местообитаний с токсичным загрязнением тяжелыми металлами и воздействием теплых вод с электростанций на Волжских водохранилищах [24]. В литературе содержатся и другие указания на более высокую чувствительность к действию минеральных загрязняющих веществ у амфипод G. fasciatus, чем у других (Hyalella azteca Saussure и Monoporeia affinis Lindstrom) [41], а также у некоторых рекомендованных тест-объектов: ветвистоусых рачков C. affinis [14] и личинок хирономид Chironomus riparius Meigen [26].
Цель настоящей работы — экологическая оценка состояния крупных водоемов северо-западного региона России (Онежского оз., Выгозерского водохранилища и эстуария р. Невы) путем комплексного изучения местообитаний бентоса по биологическим и химическим показателям. Задачи исследования включали в себя следующее: анализ ДО на содержание общей серы (приоритетного загрязнителя ЦБК) и органического углерода; тестирование токсичности ДО из разных участков водоемов по выживаемости двух видов ракообразных: стандартного тест-объекта Ceriodaphnia affinis и широко распространенной в регионе амфиподы Gmelinoides fasciatus.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Изученные водоемы
Онежское оз. — второе по величине озеро Европы — принадлежит к бассейну Балтийского моря, расположено на водосборе р. Свири (Ладожского оз.). Площадь водного зеркала составляет 9720 км2, из них 250 км2 приходится на 1500 островов, объем водной массы озера достигает 295 км3, средняя глубина — 30, максимальная — 120 м [21]. Качество воды Онежского оз. в настоящее время характеризуется как очень высокое,
Рис. 1. Схема Онежского оз. с расположением станций отбора проб (1—10).
озеро относится к олиготрофным и малопродуктивным водоемам.
Основные источники загрязнений озера находятся в его северно-западной части, они связаны с промышленными центрами городов Петрозаводска и Кондопоги. Среди них — ЦБК в г. Кон-допоге и канализационно-очистные сооружения в г. Петрозаводске, они оказывают наибольшее влияние на экосистему Онежского оз. Объем сточных вод составляет в среднем 105 млн м3/год, причем 50% приходится на труднотрансформируе-мые сточные воды ЦБК. Ежегодно со сточными водами в Онежское оз. поступает ~ 160 т фосфора, 700 т азота и 3700 т взвешенных веществ [21].
Выгозерское водохранилище было превращено из озера в водохранилище в 1932—1933 гг. в связи со строительством Беломорско-Балтийского канала (ББК). Этот неглубокий (средняя глубина — 6.2, максимальная — до 28 м) водоем со сложным рельефом дна занимает третье место среди озер Карелии по площади (1159 км2). Существенное влияние на состояние экосистемы озера оказывают сточные воды Сегежского ЦБК, попадающие в северную часть Выгозерского водохранилища с 1936 г. Наблюдения за состоянием экосистемы водохранилища проводятся с 1969 г. [6, 17, 18, 25, 29, 30].
Эстуарий р. Невы — самый восточный участок Финского зал. Балтийского моря и один из крупнейших (площадь — 3600 км2) эстуариев этого моря. Его условно разделяют на пресноводную Невскую губу (глубина средняя — 3, максимальная — до 6 м) и восточную часть Финского зал. (соленость — 0.3—3 г/л, глубины — до 45 м в глубоководном внешнем эстуарии). Невская губа ограждена от остальной части залива искусственно сооруженной дамбой и сохраняет черты пресноводного (с содержанием солей в воде 0.05—0.07 г/л) замкнутого водоема лагунного типа. Средняя глубина составляет 3, максимальная — 6 м. Экосистема эстуария подвергается различному антропогенному воздействию, такому как сброс ст
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.