Representatives of caddis flies of Integripalpia suborder in the system of environmental monitoring of the South Ural rivers

Full Text

Введение

Контроль за качеством водной среды осуществляется в настоящее время, в основном, посредством химических и физико-химических методов. Однако анализ отдельных химических веществ не в состоянии дать полную характеристику вредного действия антропогенных факторов. Этих недостатков лишены биологические методы (биоиндикация и биотестирование) оценки качества вод [1]. Ручейники (Trichoptera) составляют отряд амфибиотических насекомых с полным превращением (Holometabola), у которых преимагинальные фазы развиваются в водных экосистемах, а имаго – в наземных. Личинки ручейников (Trichoptera) являются важнейшим компонентом донных биоценозов большинства пресноводных водоемов. Их естественное распределение и видовой состав в любом типе водоема зависит от многих факторов, как биотических, так и абиотических [2].

По особенностям экологии личинок большинство ручейников являются олигосапробами, а их высокая требовательность к развитию в чистой воде делает ручейников одними из важнейших биоиндикаторов качества воды и, как следствие, окружающей водоем среды [3–5]. Поскольку под воздействием антропогенных факторов в настоящее время усиливается загрязнение вод, то проблема повышения качества воды и быстрая диагностика ее загрязненности приобретают особо важное экологическое значение. В данном аспекте ручейники, выступающие в качестве одного из основных компонентов водных экосистем, имеют большое экологическое значение. Эта важная экологическая особенность ручейников остается пока слабо изученной для всех экосистем России [6].

Исходя из вышеизложенного, цель данной работы – анализ возможности использования личинок ручейников подотряда Integripalpia для повышения значимости биоиндикационных исследований в ходе экологического мониторинга рек Южного Урала.

Для достижения цели с 2005 по 2016 гг. решались две задачи:

1) сбор личинок ручейников подотряда Integripalpia в районах 17 государственных водопостов, находящихся на реках, протекающих по территории Южного Урала;

2) сопряженный анализ связи динамики постоянства видов личинок ручейников подотряда Integripalpia на вышеуказанных створах с гидрохимическими показателями, отражаемыми в ежегодно публикуемых государственных докладах «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды республики Башкортостан» за 2006–2016 годы.

Материалы и методы

Сбор личинок ручейников на каждом створе осуществлялся с применением ручного сбора и осмотра лежащих в воде предметов: камней, коряг и т.п. в соответствии с «Руководством по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем» [7] с грунта на 10 участках (расстояние между участками » 100–150 м) ручным способом в районах 17 государственных водопостов: на р. Белой – район ж/д станции «Шушпа» (створ 1), р-н Д/О «Арский камень» (створ 2), выше г. Мелеуз (створ 3), ниже г. Мелеуз (створ 4), выше г. Салават (створ 5), ниже г. Ишимбай (створ 6), выше г. Стерлитамак (створ 7), ниже г. Стерлитамак (створ 8), ниже п. Прибельский (створ 9), выше г. Уфа (створ 10); на р. Большой Нугуш (с. Новосеитово) (створ 11), р. Ашкадар (в черте г. Стерлитамак) (створ 12), р. Селеук (д. Нижнеиткулово) (створ 13), р. Инзер (д. Азово) (створ 14), р. Юрюзань (д. Чулпан) (створ 15), р. Зилаир (с. Зилаир) (створ 16) и р. Большой Ик (село Мраково) (створ 17).

Для оценки постоянства видов (С) (в долях единицы) на биотопах использовалась формула: C=n/N, где n – число выборок, содержащих изучаемый вид, N – общее число взятых выборок. Наименование категорий постоянства видов приводится по А.С. Степановских [8]. В зависимости от значения постоянства вида на створе определялись следующие категории: постоянные виды – (C > 0,5); добавочные виды – (0,25 < C < 0,5); случайные виды – (C < 0,25).

Определение видовой принадлежности личинок ручейников проводилось непосредственно на створе по «Определителю пресноводных беспозвоночных России…» [9].

В качестве гидрохимических характеристик использовались такие показатели, как содержание в речных водах соединений марганца, никеля и железа, нефтепродуктов, фенолов, азота аммонийного, меди, цинка, ХПК, БПК₅, сульфатов, хлоридов, азота нитритного и удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ), отражаемых в ежегодно публикуемых государственных докладах «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды республики Башкортостан» за 2006–2016 годы [10–16].

Статистическая обработка материала проводилась в прикладной программе Excel for Windows.

Результаты исследований и их обсуждение

Всего в ходе исследований в реках Южного Урала были выявлены личинки 7 видов ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia (которые относительно легко определяются визуально, что очень важно для проведения регулярных биомониторинговых исследований на водотоках), принадлежащих к 4 семействам (табл. 1)

Таблица 1 – Систематическая принадлежность личинок ручейников, найденных в реках Южного Урала, относящихся к подотряду Integripalpia

Анализ постоянства личинок ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, обитающих в реках Южного Урала показал, что все виды на створах могут быть постоянными, добавочными и случайными (табл. 2).

Таблица 2 – Среднее постоянство видов (С) личинок видов ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia на створах (1–17) рек Южного Урала за период с 2005 по 2016 гг.

Примечание. Категории постоянства вида: С < 0,25 – случайные виды, 0,25 < C < 0,5 – добавочные виды, С > 0,5 – постоянные виды; н/о – не обнаруженные на створе виды за период исследования. Р = max-min.

Анализ динамики постоянства личинок ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, на биотопах в реках Южного Урала за период с 2005 по 2016 годы показал, что на изученных створах относительным постоянством характеризуются H. Interpunctatus и A. soror, что свидетельствует об адаптации данных видов к экологическим условиям на разнокачественных изученных участках рек. Другие виды ручейников (особенно S. pallipes) обладают значительной динамикой постоянства по годам исследований.

Анализ динамики УКИЗВ в воде изученных рек Южного Урала за период с 2006 по 2015 годы показал, что данный показатель значительно колеблется на ряде створов, но есть створы, где он довольно стабилен. Так, можно отметить, что для р. Белой и ее притока – р. Инзер в качестве фоновых по данному показателю за период исследований выявились створы выше города Мелеуз и в районе д. Азово (рис. 1).

Рисунок 1 – Динамика УКИЗВ в воде рек Южного Урала за период с 2006 по 2015 годы

На рисунках 2 и 3 показана динамика постоянства личинок ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, отмеченных за период с 2005 по 2016 гг. на этих участках рек.

Рисунок 2 – Динамика постоянства личинок видов ручейников в р. Белая (выше г. Мелеуз)

Рисунок 3 – Динамика постоянства личинок видов ручейников в р. Инзер (д. Азово)

Анализ тесноты связи между постоянством личинок ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, и гидрохимическими показателями, а также регрессионные модели прогнозирования их постоянства от уровня содержания поллютантов в воде рек Южного Урала показаны в табл. 3.

Таблица 3 – Корреляционно (r)-регрессионные (УР) зависимости между постоянством личинок ручейников (Y) и гидрохимическими поллютантами (x) в кратности превышения ПДК, содержащимися в водах рек Южного Урала

Примечание. Mn – соединения марганца; н/п – нефтепродукты; фен – фенолы; Fe – соединения железа; NO₂ – азот нитритный; NH₄ – азот аммонийный.

Данный анализ показал, что отмечается, в основном, стимуляция увеличения постоянства личинок ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, поллютантами, содержащимися в воде на ряде изученных участках рек. В р. Белой проявляется стимулирующее влияние соединений марганца на увеличение встречаемости личинок S. pallipes (район ж/д станции «Шушпа») и H. interpunctatus (ниже г. Ишимбай), нефтепродуктов на увеличение встречаемости S. pallipes (ниже п. Прибельский), фенолов на увеличение встречаемости P. bipunctata (ДО «Арский камень» и ниже г. Ишимбай), железа на увеличение встречаемости A. soror (ниже г. Ишимбай) и C. villosa (выше г. Стерлитамака). Стимуляция повышения постоянства содержанием марганца отмечалась в р. Ашкадар (р-н г. Стерлитамака) у S. pallipes, нефтепродуктов в р. Селеук (д. Нижнеиткулово) у P. bipunctata и железа в р. Зилаир (с. Зилаир) у S. pallipes.

Снижение постоянства личинок ручейников при повышении содержания поллютанта в водах рек Южного Урала отмечено по влиянию нефтепродуктов на A. soror (ниже г. Стерлитамака) и P. bipunctata (ниже п. Прибельский).

Статистические материалы, представленные в табл. 3, позволяют спрогнозировать постоянство определенного вида личинок ручейников в зависимости от содержания химического поллютанта в его концентрации 1 ПДК.

Таким образом, изучение динамики постоянства личинок ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, позволит использовать данный показатель в ходе биоиндикационных исследований качества воды рек Южного Урала, а при сочетании его с гидрохимическим анализом – выявить наиболее сильно действующие на водную экосистему загрязняющие химические вещества, входящие в состав сточных вод, сбрасываемых в поверхностные воды Южного Урала.

Заключение

Всего в ходе исследований с 2005 по 2016 гг. в реках Южного Урала была проанализирована динамика постоянства личинок 7 видов ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, принадлежащих к 4 семействам – семейство Goeridae (Silo pallipes Fabricius, 1781; семейство Lepidostomatidae (Lepidostoma hirtum Fabricius, 1775); семейство Phryganeidae (Phryganea bipunctata Retzius, 1783) и семейство Limnaphilidae (Chaetopteryx villosa Fabricius, 1798; Halesus interpunctatus Zetterstedt, 1840; Anabolia soror McLachlan, 1875; Grammotaulius atomaris Fabricius, 1793).

Анализ динамики УКИЗВ в воде рек Южного Урала за период с 2006 по 2015 годы показал, что он значительно колеблется на ряде створов, но есть участки, где отмечается его стабильность. Так, можно отметить, что для р. Белой и ее притока – р. Инзер в качестве фоновых с наиболее низким на период исследования данным показателем выявились створы выше города Мелеуз и в районе д. Азово.

На р. Белой выше г. Мелеуз и на р. Инзер в районе д. Азово наиболее динамично постоянство личинок ручейников A. soror и P. bipunctata соответственно, что, по-видимому, связано с динамикой гидрохимического режима на этих участках рек.

Относительную стабильность постоянства в р. Белой выше г. Мелеуза показали личинки ручейника S. pallipes, что, по-видимому, свидетельствует об адаптации данного вида к экологическим условиям на этом участке реки. В р. Инзер (р-н д. Азово) относительная стабильность постоянства не обнаружена ни у одного из изученных видов.

Построение корреляционно-регрессионных моделей показало значительную силу связи между постоянством ряда личинок ручейников и химическими поллютантами на разнотипных речных участках. В основном отмечается стимуляция увеличения постоянства личинок ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, содержанием поллютантов в воде на ряде изученных участках рек. В р. Белой проявляется стимулирующее влияние соединений марганца на увеличение встречаемости личинок S. pallipes (район ж/д станции «Шушпа») и H. interpunctatus (ниже г. Ишимбай), нефтепродуктов на увеличение встречаемости S. pallipes (ниже п. Прибельский), фенолов на увеличение встречаемости P. bipunctata (ДО «Арский камень» и ниже г. Ишимбай), железа на увеличение встречаемости A. soror (ниже г. Ишимбай) и C. villosa (выше г. Стерлитамака). Стимуляция повышения постоянства содержанием марганца отмечалась в р. Ашкадар (р-н г. Стерлитамака) у S. pallipes, нефтепродуктов в р. Селеук (д. Нижнеиткулово) у P. bipunctata и железа в р. Зилаир (с. Зилаир) у S. pallipes.

Снижение постоянства личинок ручейников при повышении содержания поллютанта в водах рек Южного Урала отмечено по влиянию нефтепродуктов на A. soror (ниже г. Стерлитамака) и P. bipunctata (ниже п. Прибельский).

Исследования динамики постоянства личинок ручейников, относящихся к подотряду Integripalpia, позволят использовать данный показатель в ходе биоиндикационных исследований качества рек Южного Урала, а при сочетании его с гидрохимическим анализом выявить наиболее сильно действующие на водную экосистему загрязняющие химические вещества, входящие в состав сточных вод, сбрасываемых в поверхностные воды Южного Урала.

About the authors

Boris Yuryevich Chaus

Author for correspondence.
Email: chaus-str@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology Department

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1 - Dynamics of the UCIZV in the water of the rivers of the Southern Urals for the period from 2006 to 2015

Download (133KB)

Indexing metadata

3. Figure 2 - Dynamics of constancy of larvae of caddis flies in the river. White (above Meleuz)

Download (117KB)

Indexing metadata

4. Figure 3 - Dynamics of constancy of larvae of caddis flies in the river. Inzer (d. Azovo)

Download (108KB)

Indexing metadata