ФИТОПЛАНКТОН, ФИТОБЕНТОС, ФИТОПЕРИФИТОН
УДК 504.453:556.531+581.526.323[571.63]
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РЕЧНЫХ ВОД ПРИМОРСКОГО КРАЯ РФ ПО ХИМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ И СОСТАВУ ВОДОРОСЛЕЙ ПЕРИФИТОНА
© 2015 г. В. М. Шулькин*, Т. В. Никулина**
*Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, 690041 Владивосток, ул. Радио, 7, e-mail: shulkin@tig.dvo.ru **Биолого-почвенный институт ДВО РАН, 690022 Владивосток, пр. 100-летия Владивостока, 159 Поступила в редакцию 03.04.2013 г.
Проанализированы данные по химическому составу вод и видовому составу водорослей перифито-на в 25 реках Приморского края РФ с различным уровнем антропогенной нагрузки. Показано, что ХПК и содержание аммонийных форм растворенного азота — наиболее однозначные показатели общей антропогенной нагрузки. В р. Раздольная, где антропогенная эвтрофикация максимальна, ее индикаторами могут также выступать органические формы растворенного фосфора и нитраты. Численность и биомасса водорослей перифитона весьма изменчива даже в пределах однотипных водотоков. Видовой состав водорослей и рассчитанный на его основе индекс сапробности более стабильны. Индекс сапробности демонстрирует меньшую пространственную изменчивость по сравнению с показателями химического состава. Тем не менее, наблюдается корреляционная связь между индексом сапробности и содержанием аммонийных форм азота, а также соответствие между трендом изменения индекса сапробности в р. Раздольная за последние 20 лет и динамикой поступления в реку загрязнений.
Ключевые слова: химический состав вод, биогенные вещества, качество вод, водоросли перифитона, индекс сапробности, реки Приморья.
DOI: 10.7868/S0320965215010143
ВВЕДЕНИЕ
Оценка качества пресных вод по химическим и биологическим показателям введена в систему мониторинга Госкомгидрометом РФ в 1972 г. [9, 10]. В качестве биологических индикаторов состояния пресных вод используют характеристики планктона, перифитона, зообентоса и рыб [10]. К наиболее разработанным относятся методики изучения отклика водорослей перифитона и планктона на загрязнение водоемов и водотоков. История применения водорослей перифитона для оценки сапробности (степени органического загрязнения водоемов) насчитывает >100 лет [22]. В странах ЕС и США разработано более двух десятков индексов для оценки степени загрязнения вод с использованием водорослей (в основном диатомовых) в качестве биоиндикаторов [18, 23, 28]. Однако многообразие биологических индикаторов ограничивает возможности проведения сравнительного анализа результатов. Кроме того, большое значение имеет соответствие между гидробиологическими показателями и химическим составом вод, но работ по комплексной оценке
состояния водных экосистем недостаточно [16,21]. Очевидно, что согласованность или определение степени несогласованности между химическими и гидробиологическими показателями может значительно повысить надежность и экологическую обоснованность оценки качества вод, а также выявить наиболее адекватный набор индикаторов состояния водных объектов.
Цель работы — комплексный анализ химического состава вод и состояния водорослей перифитона рек Приморья с различным уровнем антропогенной нагрузки для выделения наиболее информативных маркеров качества речных вод; оценка по этим показателям тенденции изменения состояния наиболее антропогенно нагруженного водотока региона — р. Раздольная за последние 20 лет.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В весенне-летний период 2009—2011 гг. отобраны пробы перифитона и воды с 43 станций на 25 реках Приморского края, включая крупные реки (Бикин, Большая Уссурка, Раздольная) и
19
2*
Таблица 1. Краткая характеристика водотоков Приморья
Район Река Площадь бассейна, км2 Среднегодовой расход воды*, м3/с Плотность населения**, чел./км2
Юго-западный Цукановка 170 3.9 4.3
Рязановка 148 2.7
Пойма 85 1.7
Кедровая 56 0.8
Амба 242 6.1
Нежинка 76 0.91
Борисовка 1560 7.8
Юго-восточный Артемовка 894 6.3 8.5
Шкотовка 706 5.7
Литовка 107 1.07
Новорудная 25 0.25
Екатериновка 44 0.44
Падь Широкая 9.6 0.10
Мананкина 22 0.18
Симонова 1.9 0.02
Западный (склон Сихотэ-Алиня) Снегуровка 473 2.4 13.1
Вассиановка 233 1.2
Черниговка 121 0.61
Медведица 42 0.34
Сорочевка 114 0.57
Золотой 46 0.37
Кабарга 763 7.6
Бассейн рек
Раздольная Раздольная 16800 71.9 29.9
Большая Уссурка Б. Уссурка 29500 351 2.2
Бикин Бикин 21 400 238 1.4
* Рассчитан по работе [4]. ** Данные 2010 г. по работе [13].
малые водотоки, расположенные в районах с различным уровнем хозяйственного освоения (табл. 1). В качестве меры антропогенной нагрузки использована плотность населения административных единиц, расположенных на водосборах [13]. Для изученной территории Приморья выделены три природно-хозяйственных района (юго-западный, юго-восточный, западный), а также участки водосборов рек Раздольная, Б. Ус-сурка и Бикин. Река Раздольная, в которой видовой состав альгофлоры детально изучен в 1989— 1997 гг. [5], обследована в мае и в августе 2009 г. Пробы отбирали на станциях 4—6 нижнего течения, расположенных на участке от границы с КНР до устьевой зоны (рис. 1).
На месте отбора проб проводили фильтрацию воды через капсульные фильтры GWV Pall™ с раз-
мером пор 0.45 мкм, измерения рН и электропроводности. Фильтраты консервировали хлороформом и анализировали в стационарной лаборатории, используя стандартные спектрофотометрические и хроматографические методы определения нитратного и аммонийного азота, минеральных и органических форм растворенного фосфора, растворенного кремния и содержания макроионов [8]. Для определения ХПК использовали нефильтрованную воду.
Пробы водорослей отбирали по стандартным методикам [2, 12], камеральную обработку проводили под световыми микроскопами Axioskop 40 ("Zeiss", объективы х40/0.65 и х100/1.25 oil) и Alphaphot-2 YS-2 ("Nikon", объективы х40/0.65 и х100/1.25 oil), для определения видовой принадлежности водорослей использовали современные
Рис. 1. Схема района работ: 1 — места отбора проб воды и водорослей перифитона; 1 — Снегуровка, 2 — Вассиановка, 3 — Черниговка, 4 — Медведица, 5 — Сорочевка, 6 — Золотая, 7 — Кабарга, 8 — Цукановка, 9 — Рязановка, 10 — Пойма, 11 — Кедровая, 12 — Амба, 13 — Нежинка, 14 — Борисовка, 15 — Артемовка, 16 — Шкотовка, 17 — Литовка, 18 — Новорудная, 19 — Екатериновка, 20 — Падь Широкая, 21 — Мананкина, 22 — Симонов, 23 — Полтавка, 24 — Фадеевка, 25 — Георгиевка, 26 — Борисовка, 27 — Уссурийск, 28 — Тереховка, 29 — Раздольное.
Таблица 2. Гидрохимическая и сапробиологическая характеристика речных вод исследованных районов Приморья (средние величины со стандартным отклонением)
Район Река ПДК (по работе [9])
Показатель Юго-восточный Юго-западный Западный Раздольная Б. Уссурка, Бикин
Количество проб 10 7 12 11 3
Электропроводность, мкСм/см 58 ± 18 56 ± 19 67 ± 26 101 ± 20 44 ± 2 —
Минерализация, мг/л 57 ± 19 57 ± 22 72 ± 28 91 ± 17 52 ± 3 1000
NH—, мг N/л 0.04 ± 0.03 0.02 ± 0.02 0.08 ± 0.08 0.09 ± 0.07 0.07 ± 0.02 0.4
NO-, мг N/л 0.32 ± 0.24 0.05 ± 0.08 0.12 ± 0.19 0.33 ± 0.24 0.17 ± 0.06 9.1
Рмин мкг/л 12 ± 7 6 ± 3 7 ± 5 13 ± 11 7 ± 5 50
Рорг, мкг/л 11 ± 4 7 ± 3 11 ± 3 21 ± 5 12 ± 10 —
Si, мг/л 5.4 ± 1.5 7.3 ± 2.6 6.2 ± 2.3 4.1 ± 2.6 5.3 ± 0.3 —
ХПК, мг О/л 8.8 ± 2.9 4.3 ± 3.2 17.5 ± 10.8 19.5 ± 8.7 13.2 ± 2.0 15
Индекс сапробности 1.41 ± 0.15 1.42 ± 0.08 1.52 ± 0.18 1.58 ± 0.09 1.45 ± 0.16 —
Примечание. Жирным шрифтом выделены значения показателя, значимо различающиеся по критерию Манна—Уитни.
систематические сводки. Биомассу водорослей определяли счетно-объемным методом [2]. При оценке структуры альгоценозов выявлены комплексы преобладающих видов с учетом частоты их встречаемости по шестибалльной шкале [3]. К доминантам отнесены таксоны с частотой встречаемости 6 ("масса"), к субдоминантам — с оценкой обилия 5 ("очень часто"), при отсутствии видов с высокими показателями обилия преобладающими считали таксоны с максимальной частотой встречаемости. Видовое разнообразие водорослей оценивали с помощью индекса Шен-нона—Уивера [29], рассчитанного по общей численности (H) и численности диатомовых (HBac). Индексы сапробности (S) определены методом Пантле—Букк [27] в модификации Сладечека [11, 30] по составу видов-индикаторов органического загрязнения. Для определения отношения вида к сапробиологической группе и его индикаторной значимости использовали литературные данные [1, 12, 20, 25, 31, 32].
При статистической обработке использовали пакет MiniTab 14, при оценке достоверности различия средних — непараметрический критерий Манна—Уитни для малых выборок.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Воды рек Приморского края, как правило, относятся к ультрапресным (минерализация <100 мг/л) с гидрокарбонатно-кальциевым или гидрокарбонатно -кальциево -натриевым типом минерализации (табл. 2). В пределах выделенных
районов минерализация речных вод и прямо связанная с ней электропроводность изменяются в 2—3 раза, оставаясь при этом <100 мг/л и <100 мкСм/см соответственно (рис. 2а). Исключение составляют реки Медведица и Вассиановка с минерализацией 115 и 137 мг/л, расположенные на западном макросклоне хр. Сихотэ-Алинь и дренирующие хозяйственно освоенные водосборы. В р. Раздольная минерализация и содержание всех макроионов также значимо выше, чем в большинстве других исследованных рек (табл. 2). Содержание макроионов, особенно катионов, коррелирует с величиной минерализации во всех изученных водотоках (рис. 2б—2г).
Концентрация биогенных веществ в изученных реках более изменчива, чем минерализация или содержание макроионов (рис. 3). Исключение составляет растворенный кремний, коэффициент вариации которого для всей выборки равен 41%, что сравнимо с вариабельностью минерализации и макроионов (табл. 2). Коэффициенты вариации концентрации растворенных форм N и Р в реках Приморья >100%. Минимальная средняя концентрация аммонийного азота отмечена в реках юго-западного и юго-восточного районов, повышенная — в водотоках западного макросклона хр. Сихотэ-Алинь, максимальная — в р. Раздольная. Для рек юго-восточного и юго-западного
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.