Отчет по выполнению работ по Государственному контракту № от 11 мая 2004 г. на выполнение работ для государственных нужд Московской области пункта 6.10 «Проведение летних экологических экспедиций по реке Оке и её притокам».
Пущинский Государственный Университет Проблемная лаборатория мониторинга водных экосистем
Отчет по выполнению работ по Государственному контракту № от 11 мая 2004 г. на выполнение работ для государственных нужд Московской области пункта 6.10 «Проведение летних экологических экспедиций по реке Оке и её притокам».
Ответственный исполнитель Зав. Проблемной лабораторией мониторинга водных экосистем П.В. Машкин
Пущино 2004
Цели и задачи проведения экспедиции.
- Научные цели: а) Получение текущих данных о состоянии популяций организмов системы самоочищения р. Оки на территории Московской и Тульской областей для контроля за скоростью деградации биоценозов Оки. б) Определение концентраций тяжелых металлов в донных отложениях и тканях моллюсков.
- Экологическое образование. Обучение школьников и студентов приемам и методикам проведения биомониторинга и расширение сети корреспондентских групп.
В экспедиции будут выполнены следующие исследования: 1. Определен видовой состав крупных фильтрующих моллюсков ( перловиц и беззубок), распределение их по водотоку с целью определения тенденций в изменении видового состава по сравнению с предыдущим периодом. 2. Определен видовой состав макрофитов - высших водных растений и их распределение по реке. 3. Определен набор видов - индикаторов макробентоса для определения класса качества воды.
Введение в проблему.
Антропогенная нагрузка на экосистему Оки в 20 веке непрерывно нарастала. Особенно интенсивно река стала подвергаться антропогенному прессингу во второй половине 20 века. С советский период реки рассматривались не как единые экосистемы, а как некие «объекты народно-хозяйственного значения». Обоснование уровней сбросов поллютантов, объемов водоотбора для различных нужд, трансформация русла - все было подчинено нуждам ведомств, «хозяйничающих» в бассейне Оки. В начале 21 века экологическая ситуация в бассейне Оки в целом и особенно на ее верхнем участке крайне напряжена. На экосистему Оки, прежде всего на биологическую компоненту ее экосистемы, оказывают одновременно негативное воздействие несколько факторов. 1) Увеличение выноса наносов с водосборов в результате сведения лесов и интенсивной распашке земель, особенно сельскохозяйственного освоения поймы. 2) Нарастающие объемы водозаборов на промышленные, коммунальные и сельскохозяйственные нужды, в том числе безвозвратные. 3) Добыча песчано-гравийной смеси в русловых и прирусловых карьерах. 4) Проведение дноуглубительных работ. 5) Интенсивное химическое загрязнение, в первую очередь техногенное, воды и донных отложений. 6) Использование в прошлом пассажирских катеров «Луч» и «Заря» с высокой волной в течение всей навигации. Все эти антропогенные факторы, действуя одновременно с природными факторами (температурный режим, осадки), совместно разрушают экосистему Оки. В пост- перестроечный период подходы к природопользованию остаются прежними. Существующие ныне нормативы на уровни сбросов загрязняющих веществ основаны на устаревшей системе предельно-допустимых концентраций (ПДК). Эта система не учитывает одновременного действия нескольких веществ на живые организмы. Данные о меженных расходах водотоков, особенно малых рек, используемые для расчетов, устарели и не учитывают существующих объемов водозаборов и общего уменьшения водности. В настоящее время токсичность сбрасываемых вод практически не контролируется методами биотестирования. Полностью отсутствует система биоиндикации качества поверхностных вод. При согласовании уровней химического загрязнения сбросов в водоемы не учитывается их фактическое экологическое состояние, сбросы разрешаются автоматически, лишь бы пополнить казну. Не учитывается реакция живых существ, обитающих в водных экосистемах на долговременное постоянное загрязнение, отсутствуют данные о совместном влиянии загрязнения и других нагрузок на структуру водных сообществ и динамику популяций гидробионтов. Методы биоиндикации для определения качества воды лишь сейчас начинают пробивать себе дорогу в жизнь. В федеральных и региональных подразделениях водной службы, а также других подразделений полностью отсутствует экосистемный подход, который декларирован нашей экологической доктриной, одобренной распоряжением Президента РФ № 1225-р от 31 августа 2002 г. Понимание того факта, что именно биота активно формирует качество воды в реках, отсутствует. Эффективность биологического фильтра в сотни раз превышает эффективность систем, созданных человеком. При нормировании уровней сбросов или иных воздействий совершенно не учитывается текущее состояние экосистемы, степень нарушения ее биоценозов, изменение экологического разнообразия. Практически повсеместно отсутствуют данные о состоянии популяций водных организмов малых и средних рек. На водотоке Оки ведется относительно регулярное наблюдение лишь за ихтиофауной, данные об остальных видах гидробионтов, в том числе и системообразующих, фрагментарны. Биологическую очистку воды, осуществляет целый комплекс живых организмов, популяции которых связаны между собой. Система самоочищения реки работает более эффективно, чем очистные сооружения, созданные человеком. Без контроля за изменениями в системе самоочищения невозможно прогнозирование ситуации и выполнение эффективных мероприятий по улучшению качества этого стратегического ресурса. Ведь многие города Подмосковья используют Оку в качестве питьевого источника. Создание новой нормативной базы, основывающейся на научно обоснованных природоохранных подходах, практически не ведется. В настоящее время нет экологически обоснованных минимальных расходов рек и величины минимальных попусков из водохранилищ для обеспечения нормального функционирования водных экосистем. Поэтому составление реалистичных водных балансов, учитывающих современное состояние экосистем, чрезвычайно затруднено. Существующие водные балансы не дают достаточной гарантии для сохранности биоты в водных экосистемах. Кроме того, нет методик для проведения инвентаризации запасов водных биоресурсов. Государственная система биомониторинга разрушена в самом ее зачатии. Биологические популяционные наблюдения спорадически ведутся лишь учеными - энтузиастами, которые понимают к чему приведет потеря контроля за биологической ситуацией в экосистеме Оки. Для комплексной оценки экологического состояния реки Оки необходимо создать сеть биологического мониторинга, необходимо добавить это главное недостающее звено в систему мониторинга. Это позволит в первую очередь наладить контроль за популяциями системы самоочищения рек - системобразующими видами гидробионтов. Но эта задача на данный момент практически не выполнима для государственных структур. Между тем, существенную помощь экологическим подразделениями субъектов Федерации могут оказать общественные (народные) сети биомониторинга, высокая эффективность работы которых признана ведущими странами мира. Общественные сети мониторинга ставят перед собой задачу получение силами населения с помощью простых, но эффективных методик, доступных подготовленным школьникам и студентам, независимых данных об экологическом состоянии территорий. Эти сети призваны помочь государственным службам субъектов Федерации, а также экологическим отделам муниципальных образований, получать достоверную биологическую информацию о реальном текущем состоянии экосистем, чтобы оценить реальный уровень нагрузки на экосистемы биологическими методами. Ведь нормирование нагрузки ведется именно для сохранения биотической части экосистемы. Кроме того, необходимо начать проводить давно назревшую инвентаризацию биологических ресурсов рек. На данном этапе, поскольку у природоохранных государственных структур практически нет специалистов- биологов и экологов, эту работу на региональном уровне могут и должны возглавить учебные заведения и научные центры. Основной такой сети являются полевые группы преподавателей ВУЗов и школ, студентов и школьников. С помощью простых доступных методов можно изучать видовой состав, численность, структуру, прежде всего главных, системообразующих видов растений и животных, а также видовой состав и состояние популяций видов- индикаторов состояния окружающей среды. Такие сети в мире признаны лучшей формой экологического образования населения. В данном случае население конструктивно взаимодействует с властью по вопросам улучшения экологического состояния в регионе, а также непосредственно, через своих представителей ка бассейновых советах, принимает участие в планировании, выполнении природоохранных мероприятий и оценке их эффективности. Первая в России Московская областная сеть дополнительного (школьного) мониторинга малых рек начала создаваться по инициативе Пущинского госуниверситета совместно с Мособлкомприроды еще в 1995 году, однако развитие сети идет медленно и сопряжено со значительными трудностями. Полевые экспедиции проводились нами в течение ряда лет на реках Ока, Нара, Лопасня, Протва. Изучался видовой состав основных организмов системы самоочищения рек: крупных фильтрующих моллюсков и высшей водной растительности. Кроме того, Проблемной лабораторией мониторинга водных экосистем Пущинского Госуниверситета проводился гидрохимический мониторинг данного участка реки, устьевых створов притоков и старичных озер. Изучалось содержание ТМ в донных отложениях, в тканях моллюсков. Эти материалы использовались для сравнительной оценки концентраций ТМ в данном году по сравнению с предыдущим периодом. В данном отчете приведены данные как биологических исследований популяций фильтрантов и макрофитов, так и гидрохимических исследований накопления тяжелых металлов в донных отложениях и тканях моллюсков.
Изучение состояния популяций организмов системы самоочищения реки Оки.
Поскольку одной из важных проблем восстановления экосистемы Оки является восстановление системы ее самоочищения, мы выбрали популяции главных, системообразующих, водных организмов, которые доминируют в биомассе биоценозов прибрежных мелководий, самых биопродуктивных частей экосистемы рек. Это фильтрующие моллюски и макрофиты (высшие водные растения). За рамками данных исследований остались фито- и зоопланктон и микроорганизмы – деструкторы бентоса, которые также играют важную роль в процессе самоочищения водоемов. Изучение этих организмов требует глубокого знания систематики гидробионтов и доступно только узким специалистам в данной области. Определение же видов фильтрантов и макрофитов довольно просто и доступно студентам и обученным группам школьников, под руководством преподавателей биологии. Эти организмы доступны для изучения, для исследований не требуется сложное научное оборудование. Нами изучается видовой состав популяций моллюсков и макрофитов, распределение этих видов по водотоку Оки, для моллюсков определяется также возрастной состав популяций отдельных видов моллюсков, плотности их популяций в разных створах реки. Методика этих измерений описана в [1]. Для макрофитов определялся видовой состав. Для проведения исследований 10 лет назад нами выбрана система контрольных створов. Она достаточно подробна, гораздо более подробна, чем система створов, выбранная В.И. Жадиным в экспедиции 1959 года. Система створов приведена на рисунке 1.
Выбор системы створов.
Рисунок 1.
В этой системе створов мы ведем наблюдение с 1994 г. Река Ока до территории Московской области загрязняется промышленными предприятиями Орловской, Тульской и Калужской областей. На территории Московской области от входного створа у д. Ланьшино до створа ниже г. Каширы она принимает загрязняющие её притоки с территории Московской области: Протву, Скнигу, Нару, Лопасню, Беспуту, Каширку. Необходимо попытаться оценить степень влияния на системы самоочищения Оки на территории Московской области источников загрязнения, расположенных выше по течению. Поэтому в систему створов внесены створы у д. Велигож, выше г. Тарусы и у д. Митино. Эти биоценозы подвержены загрязнению, переносимому с выше расположенных территорий. Между этими створами расположены только рекриационные зоны Тульской и Калужской областей, т.е. практически отсутствуют местные источники загрязнения. Сравнивая параметры популяций фильтрантов и макрофитов в этих створах и створах Оки ниже д. Ланьшино, можно попытаться оценить долю влияния расположенных выше источников загрязнения и местных источников, расположенных в Московской области.
Описание системы створов с характеристикой биотопов. Тульская и Калужская область. Створ у д. Велигож. Левый берег песчаный с легким наилком, правый берег каменистый. Источники Створ выше г. Таруса. Левый берег каменистый, правый песчаный, имеется зона аккумуляции взвесей. Створ у д. Митино. Левый берег песчаный, несколько лет назад при углублении переката песок был отсыпан под левый берег. Правый берег каменистый, есть зона с обратным течением, имеется зона аккумуляции донных отложений. Источник загрязнения: г. Таруса, рекриационная зона Калужской области. Состояние биоты в этих створах, где отсутствуют сильные антропогенные источники, расположенные выше, позволяет оценить нагрузку в створах Московской области, обусловленную местным загрязнением. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Московская область. Входной створ у д. Ланьшино. Левый берег песчаный, имеется значительное количество донных отложений. Правый берег песчаный, большой слой донных отложений, фарватер проходит вблизи правого берега. Источник загрязнения : на правом берегу расположен карьер. Створ ниже устья Протвы (д. Дракино). Левый берег каменистый, имеются донные отложения. Правый берег также каменистый, с песчаными участками. Имеется наилок. Фарватер по медиали. Источники загрязнения: Предприятия бассейна р. Протвы. Створ выше устья Нары (г. Серпухов). Правый берег каменистый, есть заводь с обратным течением, имеется зона аккумуляции. Левый берег песчаный, здесь расположен пляж г. Серпухова. Выше имеется заводь, образованная дамбой. Фарватер проходит вблизи левого берега. Источник загрязнения: Сельхозпредприятия в бассейне р. Скниги. Створ между ж/д и автомобильным (трасса М2) мостами. (д. Михайловка.) Левый берег песчаный с вкраплениями каменистых гряд, имеет значительное количество донных отложений. Правый берег каменистый, имеется зона обратного течения, локальные умеренные донные отложения. Фарватер вблизи правого берега. Источник загрязнения: предприятия г. Серпухова. Створ у д. Лужки. Левый берег каменистый, имеются донные отложения. Правый берег песчаный, имеется слой наилка. Фарватер расположен ближе к правому берегу. Источник загрязнения: промышленные предприятия г. Серпухова бассейна р. Речмы. Створ выше г. Пущино. Правый берег каменистый, имеются донные отложения. Левый берег заиленный, слой донных отложений значителен. Фарватер на медиали. Источники загрязнения: предприятия г. Серпухова. Створ ниже г. Пущина. Правый берег каменистый заиленный левый берег песчаный, значительные донные отложения. Источник загрязнения: очистные сооружения г. Пущина. Створ у т/б «Березки». Правый берег каменистый, заиленный, далее к Федоровскому перекату имеется заводь с обратным течением и большой песчаный пляж. Левый берег песчаный, фарватер проходит вблизи левого берега. Источники загрязнения отсутствуют.
Створ у д. Прилуки. Левый берег песчаный, имеются умеренные донные отложения, под левым берегом расположена большая отмель. Правый берег песчаный, донные отложения отсутствуют. Фарватер проходит под правым берегом. Источники загрязнения отсутствуют. Створ возле устья Беспуты. Левый берег песчаный, имеется наилок, под левым берегом расположена обширная отмель. Правый берег каменистый, имеется легкий наилок. Фарватер у правого берега. Источники загрязнения отсутствуют. Створ у д. Соколова Пустынь. Левый берег каменистый, значительный объем донных отложений. Правый берег песчаный, фарватер проходит по медиали реки. Источники загрязнения отсутствуют. Створ выше Каширы. Правый берег каменистый сильно заиленный. Левый берег песчаный, имеется значительный слой донных отложений. Фарватер проходит по медиали. Источник загрязнения: Карьер на р. Мутенке. Створ ниже Каширы ГРЭС у д. Кременье. Правый берег песчаный, имеются небольшие донные отложения. Левый берег каменистый, имеется наилок. Фарватер проходит ближе к правому берегу. Источник загрязнения: Кашира ГРЭС. Эти характеристики биотопов важны для понимания биологических данных о видовом составе и других характеристик популяций водных организмов. Изучение состояния популяций высшей водной растительности.
Состояние высшей водной растительности в значительной степени определяется типом биотопа, его состоянием и уровнем загрязнения. В обычную межень значительные локусы макрофитов встречаются в створах выше Тарусы, у д. Ланьшино, в створе между мостами у д. Михайловка, выше и ниже г. Пущина, выше Каширы. В сезоне 2004 года в связи с аномально высоким уровнем воды во всех створах отмечается угнетение развития популяций макрофитов. Во многих створах развитие макрофитов было редуцировано. В данных гидрологических условиях могли развиваться подводные формы. Развитые надводные формы имеют в малом числе створов только отдельные виды макрофитов :сусак зонтичный (Butomus umbrellas), камыш озерный (Scirpus L ), кубышка (Nuphar). В створах выше г. Тарусы (правый берег), у д. Митино (правый берег), у д. Ланьшино (правый и левый берега), ниже устья Протвы (левый берег), у д/о «Березки» отмечаются отдельные куртины камыша озерного (Scirpus L). Состояние растений удовлетворительное. В сезонах с обычной водностью камыш озерный встречается также в створах выше и ниже г. Пущино, на правом берегу в створе у д. Лужки, в створе выше г. Кашира. В данном сезоне в этих створах данные виды макрофитов не представлены. В этих же створах в данном сезоне отмечается наличие кубышки (Nuphar). Состояние растений неудовлетворительное. Обычно доминирующий в популяциях макрофитов сусак зонтичный (Butomus umbrellas) заметен сборах в прибрежной зоне в створах у л. Ланьшино и выше серпуховского городского пляжа. Рдесты в экосистеме р. Оки обычно представлены следующими видами: рдест курчавый (Potamogeton crispus), рдест блестящий (Potamogeton lucens), рдест пронзеннолистный (Potamogeton perfoliatus). Рдест курчавый не был обнаружен ни в одном из створов, где он ранее встречался. Другие виды рдестов имеются в незначительном количестве створов, развитие их неудовлетворительное. Стрелолист (Sagittaria sagettaefolia) , роголистник (Ceratophyllum), элодея канадская (Elodea) практически не встретились в данном сезоне. Такая картина характерна для сезонов с устойчиво высоким уровнем воды в летнюю межень. По нашему мнению, в следующих сезонах макрофиты восстановят свои популяции.
Изучение состояния популяций крупных фильтрующих моллюсков.
Во всех изучаемых створах в 2004 г. изучался не только видовой состав крупных наяд, но и количественное соотношение между ними. Результаты этих исследований приведены в таблице 1 и диаграмме 1.
Таблица 1. Соотношение видов различных моллюсков.
Перловица живописцев Перловица клиновидная Беззубка утиная Перловица толстая Беззубка узкая Створ у д. Велигож 23 71 2 4 0,2 Створ выше г. Тарусы 43 56 1 0,2 0,3 Створ у д. Митино 23 58 15 4 0,2 Створ у д. Ланьшино 37 51 12 0,1 Створ ниже устья Протвы 35 58 7 0,3 Створ выше устья Нары 19 70 9 2 Створ между мостами 41 46 12 0,3 Створ у д. Лужки 26 59 14 0,4 Створ выше г. Пущино 50 36 14 0,1 Створ ниже г. Пущино 43 43 14 0,2 Створ у т/о Березки" 32 57 7 0,3 Створ в устье Беспуты 61 0 18 21 0,5 Створ у д. Прилуки 40 50 10 0,5 Створ у Соколовой Пустыни 29 36 35 0 Створ выше Каширы 51 23 26 0 Створ ниже Каширской ГРЭС 18 50 32 0
На диаграмме 1 ясно видно, что в створах до д. Лужки в популяциях доминирует перловица клиновидная. В створах расположенных ниже створах доли перловицы живописцев и клиновидной становятся примерно равными. Доля беззубки утиной в створах постепенно увеличивается вниз по течению. Она особенно высока в зоне Каширского плеса, где имеется значительное количество донных отложений, биотоп, который благоприятен для ее развития. В предыдущие годы перловица толстая, которая обитает в чистых притоках Оки на территории Калужской области, встречалась крайне редко даже в створах у д. Велигож и выше г. Тарусы. В 2004 доля ее в сборах моллюсков стала выше. В створе возле устья Беспуты (р. Киреевка) обнаружено значительное количество экземпляров перловицы толстой. В сезоне 2004 года отмечается высокая доля молоди в популяциях всех видов. Это проиллюстрировано для нескольких приведенных ниже створов. Для показательных створ приведены некоторые параметры популяций моллюсков: видовой состав и количественное соотношение между видами. Приведены важные калибровочные зависимости: возраст - средняя длина раковины и возраст средний вес по возрастным группам. На основании этих данных можно провести сравнение темпов роста одновозрастных (ежегодного прироста раковины и привеса ) моллюсков одного вида в различных створах. Сравнение параметров популяции моллюсков в створах на территории Калужской области показывает, что возрастной состав примерно одинаков. В створах на территории Московской области темпы роста моллюсков несколько меньше. Хуже других створов ситуация в створе выше г. Пущина. Здесь обнаружено значительное количество погибших моллюсков, в популяциях имеется значительная доля старовозрастных моллюсков, темпы роста меньше, чем в других створах. Диаграмма 1 Параметры популяций двустворчатых моллюсков.
Створ выше г. Тарусы. Таблица 2. Параметры популяции перловицы клиновидной
Возраст средняя длина мм Ошибка среднего средний вес гр ошибка среднего Число особей 2 45,3 5,2 10,7 2,7 26 3 51,5 3,8 14,7 3,1 76 4 58,4 3,8 21 4,8 38 5 66,2 5,1 30,2 5,3 32 6 49,6 3,4 31,6 5,6 14 7 78,5 4,5 45 1 2
Диаграмма 2 Диаграмма 3 Таблица 3. Перловица живописцев
Возраст Средняя Длина мм Ошибка среднего средний вес гр ошибка среднего Число особей 2 47,8 8,5 11 2,5 26 3 59 7 16,6 4,1 17 4 67,5 8,1 22,6 6,5 18 5 72,5 6,2 26,5 5,3 40 6 75,5 6,5 30,4 6 26 7 77,1 5 31,4 6,5 17 8 75 32 1 9 90 46 1
Диаграмма 4 Диаграмма 5.
Створ у д. Митино.
Структура популяций крупных наяд. Перловица клиновидная Таблица 4 Таблица 5 Таблица 6 Возраст в годах средний вес гр ошибка среднего 1 3,3 1,7 2 11,3 4,7 3 14,5 5,3 4 26,7 6,5 5 38,4 7,9 6 43 8,2 7 45 10,6 8 53,1 7,8 9 54 8 Возраст В годах доля в % 1 1 2 15 3 28 4 19,5 5 14,5 6 11 7 5 8 3 9 0,8
Возраст в годах средняя длина мм ошибка среднего 1 26,6 2,9 2 45,7 9,3 3 50,8 6,3 4 61,6 6,5 5 70,8 5,7 6 73,8 4,6 7 75,6 6,3 8 81,50 4,9 9 71,6 3,50
Диаграмма 6. Диаграмма 7. Диаграмма 8 Диаграмма 9
Таблица 7. Беззубка утиная. Беззубка утиная возраст средняя длина мм ошибка среднего средний вес ошибка среднего 1 33,4 4,65 3 1,2 2 54,1 13 13 8,6 3 67 15,8 32 10,4 4 82,3 7,5 43,8 10,4 5 92,1 9,4 60,5 18,9 6 93,5 8,4 73 16 7 85 40
Диаграмма 10 Диаграмма 11 Створ между мостами
Параметры популяции крупных наяд Таблица 8 вид доля Перловица живописцев 41 163 Перловица клиновидная 46 181 Беззубка утиная 12 48
Диаграмма 12 Створ у д. Лужки. Видовой состав и доля видов у д. Лужки. Таблица 9 вид доля число Перловица живописцев 26 88 Перловица клиновидная 59 201 Беззубка утиная 14 49
Перловица живописцев Таблица 10 Возраст в годах средняя длина раковины ошибка среднего средний вес ошибка среднего количество особей доля особей в % 2 50 0 10 0 1 1 3 37 0 7 0 1 1 4 62,5 6,1 22,6 5,7 11 13 5 66,3 7 26,7 4,8 20 23 6 68,5 6,1 20,5 6,8 15 17 7 74,2 4,3 37,6 6,4 19 22 8 82 4,4 46,7 6,78 13 15 9 90 0 51 7 2 2 10 76,2 6,7 41 10,5 4 4 11 86 0 53 0 1 1
Диаграмма 13
Створ ниже г. Пущина Параметры популяций крупных наяд.
Перловица клиновидная Таблица 11 Возраст в годах Средняя длина Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Число особей Доля в % 1 0 0 0 0 0 0 2 56 0 20 0 1 0,8 3 48,3 6,1 13,3 4,6 6 5 4 55 5,7 18,5 3,8 8 7 5 60,6 5,6 27,1 7 18 16 6 64,3 3,8 30,8 4,2 33 29 7 71,8 2,3 38 4,4 33 29 8 83,5 4,4 56 6,9 11 10 9 0 0 0 0 0 0 10 82 0 56 0 1 0,8 11 83 0 60 0 1 0,8
Перловица живописцев Таблица 12 Возраст в годах Средняя длина Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Число особей Доля в % 3 56,5 0,5 14,5 0,5 2 2 4 66 10 23,2 8,2 4 5 5 63,4 5,7 22,9 7,1 9 10 6 66,7 5,4 28 4,7 30 26 7 75,5 3,7 36,1 5 55 48 8 85,3 2,5 45 8,2 14 12
Беззубка утиная
Таблица 13 Возраст в годах Средняя длина Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Число особей Доля в % 1 18,5 0,5 1 0 2 5 2 44,6 11,3 8,1 6,2 7 19 3 57 12 19,7 10 11 30 4 68,4 8,6 31,2 12,2 10 27 5 91,5 8,5 72,5 27,5 2 5 6 96 0 65 0 1 2 7 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 9 90 0 65 0 1 2 10 0 0 0 0 0 9 11 100 96 0 1 2 12 110 111 0 1 2
Диаграмма 14 Створ у д/о «Березки» Параметры популяций крупных наяд.
Вид моллюска Доля в % Перловица клиновидная 50 Перловица живописцев 40 Беззубка утиная 10
Таблица 14 Перловица клиновидная
возраст средний размер ошибка среднего средний вес ошибка среднего количество особей 2 55 8,5 22,7 6,3 24 3 58,3 9,7 29,1 11 44 4 59,3 8 27,1 9 40 5 63,6 9,9 32,5 12,4 23 6 67,3 5,7 34,2 5,7 18 7 77,1 6,1 54,2 8,7 13 8 80,6 6,4 55,4 9,6 8
Диаграмма 15. Таблица 15. Перловица живописцев Возраст в годах Средняя длина Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Число особей Доля в % 1 36 6 5 4 2 2 2 51,6 6,4 11,1 2,6 21 24 3 54,7 6,7 14 3,1 12 13 4 57 6,7 16,8 4,5 27 30 5 63,2 4 19,8 2,6 10 11 6 67,8 5,6 27,8 6,1 13 14 7 68,3 5,7 23,6 6,2 3 3
Таблица 16, Беззубка утиная Возраст в годах Средняя длина Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Число особей Доля в % 1 49 0 7 0 1 4 2 61 12 23,5 19,2 4 14 3 63,2 15,5 27,5 19 4 14 4 84,6 7,5 46,6 21,7 3 11 5 86,3 6,8 58,6 13,1 3 11 6 93,2 5,5 73,8 14 6 21 7 92 7,6 71 12,8 4 12 8 86 4 62 6 2 8 9 101 0 109 0 1 4
Створ у д. Прилуки
Таблица 17. Параметры популяции перловицы клиновидной.
Возраст в годах Средняя длина Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Число особей Доля в % 1 31 1 3 0 2 1 2 52 7,1 15 4,1 12 8 3 56,5 6 19,7 5,2 44 28 4 60,2 4,2 22,2 4,8 54 34 5 63,8 4,2 28 4,1 20 13 6 65 5,8 32,7 7,1 17 11 7 73,8 7,2 46,1 10,1 6 3 8 63,5 8,5 35,5 20,5 2 1
Диаграмма 17.
Створ у д. Прилуки. Таблица 18. Параметры популяции перловиц живописцев.
Возраст в годах средний размер ошибка среднего средний вес ошибка среднего количество особей 2 55,2 8,4 16 5,8 28 3 60,6 7,6 21 7,2 41 4 62,3 8,1 26 10 28 5 71 7,2 37,1 13,2 13 6 74,1 7,5 32,2 7,2 10 7 85,2 8,2 52 9,6 5 8 89,4 3,7 55,4 9,7 5
Диаграмма 18. Диаграмма 19. Диаграмма 20
Таблицы 19. Популяция беззубки утиной
Возраст В годах средняя длина раковины ошибка среднего средний вес Ошибка среднего количество особей 1 41 8 1 2 64,3 12 29,3 11,5 15 3 72,5 6,7 33,6 11 7 4 84 1,3 60,6 8,2 3 5 81,5 11,5 50 16 2 6 88 7 69,5 12,5 2 7 0 0 0 0 0 8 89 60 1 9 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 12 115 120 1
Диаграммы 20 и 21
Таблица 20. Видовой состав и доля видов в створе у д. Прилуки.
Виды доля в % Число в сборе Перловица живописцев 40 136 Перловица клиновидная 50 169 Беззубка утиная 10 34 339
Диаграмма 22
Створ возле устья р. Беспуты.
Параметры популяций крупных фильтрантов. Таблица 21. Перловица живописцев.
Возраст в годах Средняя длина в Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Количество особей 2 35 5 8 3,5 4 3 50 6,1 12,2 2,6 6 4 57,8 7,3 22 4 21 5 65,5 7,4 30 7,3 13 6 71 4,6 34 5,8 9 7 81 4 47,6 8,9 3 8 89,3 4,8 56 7,3 3
Таблица 22 Перловица толстая
Возраст в годах Средняя длина в Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Количество особей 2 43,5 7,5 6 0 2 3 44,3 4,4 11 3 6 4 54 3,7 20,3 3,4 7 5 56 3,3 24 3,3 3 6 61 0 31 0 1 7 63,6 1,5 31 1,3 3
Таблица 23. Беззубка утиная
Возраст в годах Средняя длина в Ошибка среднего Средний вес Ошибка среднего Количество особей 2 30 0 5 0 1 3 76,8 8,2 37,4 10,7 5 4 88,4 5,5 55,5 9,1 11 5 0 0 0 0 0 6 87 0 59 0 1
Таблица 24. Вид Число в сборах Доля в % Перловица толстая 22 22 Перловица живописцев 59 58 Беззубка утиная 17 18
Диаграмма 23. Кроме створа выше г. Пущина, количество моллюсков уменьшилось и в створе выше г. Кашира. Здесь, на правом берегу, в течение многих лет работает песчаный карьер. Он оказывает негативное влияние на популяции моллюсков. В данном сезоне количественные измерения плотности популяций крупных фильтрантов удовлетворительной точности не могли быть выполнены из-за высокого уровня воды. Проведены лишь грубые экспертные оценки этого параметра. Тем не менее, даже приближенные оценки показывают, что плотности популяций на литоралях вблизи береговой линии увеличились по сравнению с 2002 и 2003 годами. Можно говорить о тенденции к началу увеличения численности моллюсков. Для проведения более точных оценок необходимо определить плотности популяций в год со средним меженным уровнем. Кроме того, необходимо проанализировать динамику изменений численности популяций ихтиофауны, «хозяина» паразитирующих на рыбе глохидий моллюсков.
Изучение загрязнения тканей моллюсков тяжелыми металлами (ТМ).
Необходимость таких исследований стала актуальна в связи с тем, что жители ряда прибрежных деревень (Михайловка, Ланьшино, Липицы, Подмоклово) стали употреблять ткани моллюсков для вскармливания домашней птицы и свиней. Эта мясная продукция, а также выловленная браконьерами рыба (бентофаги), реализуется на не контролируемых органами СЭС рынках. ТМ попадают в ткани как в результате переваривания загрязненного фито- и зоопланктона, так и результате обитания в загрязненных ТМ донных отложений (ДО). Содержание ТМ влияет на скорость роста моллюсков, их численность. Особенно чувствительны к этому виду загрязнения молодые особи. В таблице 1 и на диаграмме 1приведены сравнительные данные загрязнения биотопов. Таблица 25. Сравнительное содержание тяжелых металлов (сухой вес) в некоторых створах р. Оки в 1996 и 2003 годах.
Cu 1996 Cu 2003 Pb 1996 Pb 2003 Co 1996 Co 2003 Ni 1996 Ni 2003 Ока у д.Митино 17 15,5 7 14 5,5 10,5 11 28,21 Ока у д. Ланьшинo 12 17,25 6,26 11,7 5,5 7,25 8,5 21 Ока выше устья Нары 10,5 16,2 6 12,6 5,5 8,82 13 23,8 Ока ниже устья Нары 11 9,4 9,73 7,8 5,5 7,6 10 15,8 Ока выше г Пущино 13,5 16,7 9,32 20,8 7 8,36 26 23,7 Ока ниже г. Пущино 6 15,6 3,9 11 6 6,4 10,5 23
Содержание меди в донных отложениях в целом практически не изменилось, за исключением створа ниже г. Пущина. Содержание свинца увеличилось на всем участке. Содержание кобальта практически не изменилось. Содержание никеля также возросло. Уровень загрязнения ДО не уменьшился, несмотря на то, что были благоприятные годы с довольно большими меженными расходами воды. Диаграмма 24. На диаграмме 25 представлены уровни загрязнения веществами 1 класса опасности в 1996 и 2003 годах. Данные по концентрации ртути в 1996 отсутствуют. Диаграмма 25. В 1996 году были выполнены исследования зависимости накопления меди в жабрах перловиц и беззубок от ее содержания в донных отложениях (диаграмма 26). Диаграмма 26. Эти исследования показали, что на уровень загрязнения влияет и текущая концентрация ТМ в воде. Это проявилось в увеличении концентрации ТМ в створах ниже загрязненных притоков Оки: Протвы и особенно Нары. Уровень накопления загрязнений в донных отложениях, в которых и обитают организмы бентоса, является более надежным показателем загрязнения водоема, чем информация о концентрации загрязняющих веществ в воде, которая не дает достоверной информации о суммарных уровнях загрязнения, так как данные относятся лишь к моменту взятия пробы. Моллюски, наряду с другими организмами бентоса, обитают на дне, максимум плотностей их популяций в поперечном сечении реки находятся в зоне прибрежных мелководий. Именно в этих местах и аккумулируются донные отложения. В придонном слое наблюдается интенсивный обмен ионами между потоком и донными отложениями, концентрация поллютантов здесь выше, чем на медиали. Наши исследования были продолжены для выяснения вопроса о видовых особенностях накопления ТМ, что важно для понимания и прогнозирования изменения как видового состава популяций крупных наяд, так численности фильтрантов. Необходимо так же выяснить вопрос о том, какие органы являются преимущественными мишенями для различных металлов. Это важно для понимания динамики популяций ТМ. Кроме того, необходим контроль текущим уровнем загрязнения тканей моллюсков.
Диаграмма 27.
Результаты исследований содержания ТМ в тканях моллюсков в створах у д. Митино и Ланьшино (диаграмма 27) показали, что моллюски хорошо накапливают кадмий. Основные органы мишени для кадмия– это жабры и мантия. Кадмий является весьма токсичным металллом. В 2004 году в исследования были продолжены. Были выполнены анализы содержания ТМ в тканях перловиц и беззубок. Животных делили только по родам, так как строение органов у изучаемых видов очень сходно. Анализ содержания ТМ в донных отложения был проведен зимой 2003. Эти данные вполне могут быть использованы для сравнения с содержанием ТМ в тканях моллюсков летом 2004 года, так как этот параметр слабо изменился за данный период.
Таблица 26. Содержание тяжелых металлов в ДО и тканях моллюсков в створе д. Митино
Год Металл Объект Сu мг/кг Zn г/кг Fe г/кг Cr мг/кг Mn г/кг Ni мг/кг 2003 год Донные отложения 15,50 0,05 31,89 30,00 0,71 16,50
2004 Беззубки Жабры 7,00 0,70 17,52 24,00 10,00 9,00 Печень 25,00 0,24 11,15 93,00 0,22 5,00 Нога 24,50 0,08 3,80 11,50 0,14 18,50 Перловицы Жабры 18,00 0,46 12,19 110,0 7,55 16,00 Печень 26,00 0,48 4,49 5,50 0,57 14,50 Нога 25,00 0,47 9,86 6,50 0,17 23,50
Таблица 27. Содержание тяжелых металлов в ДО и тканях моллюсков в створе д. Ланьшино
Год Металл Объект Сu мг/кг Zn г/кг Fe г/кг Cr мг/кг Mn г/кг Ni мг/кг 2003 Донные Отложения 18,00 0,06 41,90 35,50 0,73 19,5
2004 Беззубки Жабры 13,00 0,66 16,69 58,5 11,35 2,00 Печень 19,00 0,20 5,19 105,0 0,35 3,50 Нога 26,50 0,19 21,95 9,00 0,14 17,00 Перловицы Жабры 20,00 0,44 4,47 99,00 7,45 9,00 Печень 16,00 0,15 3,73 19,00 0,40 4,00 Нога 26,00 0,18 26,05 9,00 0,25 21,50
Исследование содержание меди в тканях пресноводных моллюсков показало, что медь накапливается в самом большом по весу органе моллюсков- «ноге». Это характерно как для беззубок, так и для перловиц. Концентрация меди в этом органе превышает концентрацию ее в ДО.
Таблица 28. Содержание тяжелых металлов в ДО и тканях моллюсков в створе выше устья Нары.
Год Металл и объект Сu мг/кг Zn г/кг Fe г/кг Cr мг/кг Mn г/кг Ni мг/кг 2003 Донные отложения 18,00 0,06 41,51 33,50 0,74 20,00
2004 Беззубки Жабры 11,00 0,75 9,33 86,00 8,45 3,00 Печень 19,00 0,19 2,44 138,0 0,22 11,50 Нога 45,00 0,21 3,24 19,00 0,15 16,00 Перловицы Жабры 15,00 0,73 11,22 104,0 7,35 24,50 Печень 18,00 0,25 5,02 24,50 0,40 5,50 Нога 29,00 0,15 5,66 3,50 0,12 17,00
Таблица 28. Содержание тяжелых металлов в ДО и тканях моллюсков в створе между мостами ниже Серпухова.
Год Металл Объект Сu мг/кг Zn г/кг Fe г/кг Cr мг/кг Co мг/кг Mn г/кг Ni мг/кг 2003 Донные отложения 12,00 0,05 27,89 21,50 - 0,60 15,50
2004 Беззубки Жабры 8,00 0,89 11,56 98,00 10,15 5,00 Печень 23,00 0,17 3,60 134,0 0,19 4,50 Нога 26,50 0,10 2,39 8,50 - 0,10 19,50 Перловицы Жабры 8,00 0,99 7,03 23,00 9,65 10,50 Печень 12,00 0,18 7,10 160,0 1,20 13,00 Нога 24,00 0,13 3,99 5,50 - 0,19 19,50
Таблица 29. Содержание тяжелых металлов в ДО и тканях моллюсков в створе выше Пущино
Год Металл Объект Сu мг/кг Zn г/кг Fe г/кг Cr мг/кг Mn г/кг Ni мг/кг 2003 Донные Отложения 20,50 0,07 45,86 38,00 0,76 23,00
2004 Беззубки Жабры 10,00 0,78 17,77 97,00 10,40 12,50 Печень 16,00 0,14 3,20 136,0 0,49 8,00 Нога 26,50 0,08 2,81 6,00 0,16 10,00 Перловицы Жабры 5,00 0,60 8,81 28,00 9,50 17,00 Печень 12,00 0,29 7,61 159,0 1,60 17,00 Нога 27,00 0,15 7,49 4,00 0,53 19,50 Концентрация цинка в тканях моллюсков также превышает содержание их в донных отложениях. Особенно велико значение концентраций в жабрах. Этот факт объясняется тем, что жабры как беззубок, так и перловиц имеют пластинчатое строение. При фильтрации воды часть мелкодисперсных взвесей попадает в щели между пластинами и остается там надолго. Из литературы известно, что концентрация всех ТМ наиболее высока на мелкодисперсных фракциях взвесей. Так что значительная доля цинка в жабрах имеет не органическую природу. Концентрация железа и марганца в тканях моллюсков не коррелирует с содержанием его в ДО в разных створах. Наибольшая концентрация этих металлов обнаружена в жабрах, что обусловлено наличием в составе мелкодисперсных взвесей большой доли железо - марганцевых конкреций. Содержание железа и марганца в «ноге» на 2 порядка меньше, чем в жабрах. Содержание хрома, элемента, в значительной мере имеющего техногенную природу, весьма неравномерно на исследуемом участке. Концентрация его в ДО имеет слабую вариацию, хотя на створы ниже устья Нары имеют сильное влияние предприятия г. Серпухова и фабрика «Пролетарий». Органом- мишенью для этого поллютанта является печень. В створах ниже г. Серпухова содержание хрома в печени моллюсков резко возрастает. Более восприимчивы к этому металлу беззубки. Это, по – видимому, обусловлено видовыми особенностями их метаболизма. Литературные данные по этому вопросу отсутствуют. Содержание никеля слабо варьирует в донных отложениях на данном участке. Накопление его происходит в основном в мышечной ткани «ноги». Механизм этого явления еще не исследован. Таким образом, ткани моллюсков являются удобным объектов для мониторинга распространения загрязнения ТМ водотоков рек. Моллюски являются стационарным объектом в створах, взрослые моллюски не перемещаются по течению реки. Концентрации ТМ в тканях моллюсков в несколько раз выше, чем в ДО, и на 2-3 порядка выше, чем в воде. Подготовка проб тканей моллюсков к проведению анализа довольно проста, для анализа образцов не нужны высокочувствительные дорогие анализаторы. Таким образом, ткани моллюсков являются хорошим объектом для организации мониторинга распространения различных видов поллютантов по речным экосистемам.
Заключение и выводы.
Экологическая экспедиция с участием школьников проходила в условиях высокого уровня воды в реке Оке. Глубина воды в местах обитания основной массы моллюсков составляла 1,2 - 1,7 м. В этих условиях невозможно проведение достоверных количественных измерений плотности моллюсков. Поэтому основной упор был сделан на изучение видового состава, количественному соотношению между различными видами. Кроме того, получен материал для построения калибровочных характеристик для всех видов моллюсков во всех створах. Точность определения параметров популяций в створах зависит от количества собранных моллюсков (объема выборки). Количество собранных в створе моллюсков определялось их плотностью, а также доступностью популяции в данном створе. Кроме того, немаловажным фактором является и время сбора, так как необходимо было выполнять график проведения экспедиции. В большинстве створов удалось собирать 250 – 350 моллюсков, что является достаточным для такого рода исследований. Объём полученного материала очень велик, обработка данных еще будет продолжена.
Определение видового состава макрофитов и распределение их по водотоку было затруднено высоким уровнем воды. Однако можно отметить, что этот параметр довольно стабилен на протяжении ряда лет. Определение видового состава бентоса для определения качества воды в ряде створов было невозможно по тем же причинам. В доступных к обследованию створах был обнаружен типичный для Оки набор видов – индикаторов. По сравнению с прошлыми сезонами увеличилась доля в сборах бентоса личинок стрекоз. В створах у д. Ланьшино, между мостами, выше Каширы стабильно встречается длиннопалый рак. Популяции рака имеют тенденцию к увеличению. Кроме биологических исследований, в рамках этой работы были проведены и химические исследования содержания ТМ в донных отложениях и тканях моллюсков, что актуально в связи возрождающимся промыслом моллюсков на корм скоту и птице. Эта продукция продается населению на несанкционированных рынках. Высокий уровень накопления ТМ делает эти организмы – мишени наилучшими кандидатами на роль биологических индикаторов загрязнения водных экосистем тяжелыми металлами.
Выводы.
1. Получены достоверные данные о видовом составе фильтруюших моллюсков и распределению видов на исследуемом участке, количественному соотношению между видами, возрастные параметры популяций, построены «калибровочные» зависимости для створов, что позволит в будущем году провести сравнения темпов роста и изменения возрастного состава популяций крупных фильтрантов. На основании полученных данных можно говорить о существующей тенденция к увеличению численности популяций фильтрующих моллюсков. Впервые обнаружена довольно крупная популяция редкого для этого участка реки вида- перловицы толстой в створе у устья Беспуты. Этот участок берега реки находится в Ступинском районе и интенсивно используется в рекриационных целях населением этого района. Необходимо принять меры к охране этого вида. Полученные данные о популяциях моллюсков необходимо использовать при согласованиях места и объемов добычи ПГС и проведения дноуглубительных работ. 2. Для популяций макрофитов данный сезон не является благоприятным. Практически во всех створах высшая водная растительность угнетена. Но это обычное явления для таких сезонов. Восстановление их в будущем году вполне возможно. 3. Качество воды существенно не изменилось по сравнению с прошлым годом, уровень фитопланктона высок. 4. Сравнительный анализ данных о содержании ТМ в донных отложениях, тканях моллюсков и данных о плотностях популяций фильтрантов позволяют предположить, что основной причиной медленного восстановления популяций фильтрантов является падение меженных уровней воды и разрушение биотопов обитания моллюсков. Химическое загрязнение, несомненно, отрицательно сказывается на развитии популяций. Кроме того, еще одной важной причиной является уменьшение популяций ихтиофауны по сравнению с послевоенными годами. Поэтому восстановление уровней реки Оки является ключевой задачей к восстановлению ее экосистемы.
|