Оценка экологического состояния малых рек в районе стационара «Усинский»

Руководитель: Апонасенко А. Д., д.ф.-м.н

Исполнители: Макарская Г. В., Андрианова А. В., Постникова П. В.

Внештатные сотрудники: Тарских С. В. — научный сотрудник, Пономарева Ю. А. — аспирант

С целью изучения экологического состояния реки Ус экспедиционный отряд отдела вычислительной физики ИВМ СО РАН в период с 9 июля по 15 июля 2012 г. проводил экспедиционные работы по теме «Оценка экологического состояния малых рек в районе стационара «Усинский».

Исследования проводились на условиях, предусмотренных Договором №1 от 07.06.2012 на выполнение научно-исследовательских работ между Федеральным государственным бюджетным учреждением науки СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН «Заказчик» и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт вычислительного моделирования СО РАН «Исполнитель» в рамках комплексных исследований программы по поддержке стационаров институтов СО РАН (приложение к постановлению Президиума СО РАН от 25.02.2010 №65) и в соответствии с постановлением Президиума СО РАН от 05.04.2012 №141.

Работы проводились на базе стационара СКТБ «Наука», который расположен в Ермаковском районе Красноярского края, в 15 километрах вниз по течению реки Ус от поселка Верхнеусинское, на левом берегу реки Ус. В ходе экспедиции проводилось исследование реки Ус, правого притока р. Енисей. Длина 236 км, площадь бассейна 6880 км². Берёт начало в Западном Саяне. Течёт на Ю.-З. в межгорной Усинской котловине. Питание смешанное, с преобладанием снегового. Средний расход воды в 43 км от устья 66 м³/сек. По долине среднего течения Ус проходит участок автомобильной дороги Абакан — Кызыл (М54), Усинского тракта и строящейся железнодорожной ветки Кызыл-Курагино.

Штатные сотрудники отряда: Апонасенко А. Д. — начальник отряда, Андрианова А. В. — заместитель начальника отряда, Макарская Г. В. — научный сотрудник, Постникова П. В. — материально ответственное лицо. Внештатные сотрудники: Тарских С. В. — научный сотрудник.

Комплексная оценка состояния экосистемы реки Ус включала следующие работы:

определение качественных и количественных гидробиологических параметров реки (видовое разнообразие, массовые виды, виды-индикаторы, численность и биомасса бактериопланктона, фитопланктона, перифитона, бентоса);
изучение продукционных и деструкционных характеристик бактерио- и фитопланктона и их взаимосвязей в реке;
оценка параметров водной среды (биологическое потребление кислорода (БПК), химическое потребление кислорода (ХПК), растворенное органическое вещество, взвешенное минеральное вещество, содержание хлорофилла фитопланктона, фотосинтетическая активность водорослей и др.);
исследование функциональной активности клеток крови наиболее распространенных видов рыб в реке с целью оценки состояния иммунного статуса иммуногематологическими и хемилюминесцентным методами;
оценка качества воды.

Рис. 1. Карта-схема расположения станций вдоль русла реки Ус. Кружками отмечены точки отбора проб, цифрами — номера станций

На каждой станции отбирались пробы воды для исследования фитопланктона, зообентоса, минерализации (солености), содержания растворенного кислорода, содержания растворенного органического вещества, биохимического потребления кислорода, содержания хлорофилла фитопланктона, коэффициента фотосинтетической активности фитопланктона, первичной и бактериальной продукции, деструкции. В районе ст. 11 было выловлено 20 особей хариуса для изучения морфометрических характеристик и состояния системы гемоиммуногенеза рыб.

Содержание хлорофилла фитопланктона в р. Ус незначительно и на исследуемом участке изменяется от 0.08 до 0.7 мкг/л. Минимальные величины содержания отмечены на ст.3 и 5. На этих же станциях зафиксированы высокие величины коэффициента фотосинтетической активности (рис. 1).

Рис. 2. Гистограмма распределения концентрации хлорофилла фитопланктона и коэффициента фотосинтетической активности вдоль русла р. Ус

По содержанию хлорофилла фитопланктона р. Ус относится к олиготрофным водотокам и соответствует 1 классу качества воды, «чистая».

Максимальные величины содержания РОВ зафиксированы на ст. 4 и 10 (рис. 2). На ст. 4 (у моста через р. Ус по трассе М-54 после Усинского тракта) повышенная концентрация РОВ, вероятно, частично связана с антропогенным воздействием (интенсивное автомобильное движение по мосту, мойка автомашин именно в этом месте), а частично с выносом органического вещества с притоками Коярд и Орош.

Рис. 3. Гистограмма распределения растворенного органического вещества вдоль русла р. Ус

На ст.10 повышенное содержание РОВ обусловлено выносом РОВ с водой притока р. Теплой. Ниже по течению содержание РОВ постепенно уменьшается в результате перемешивания с водой реки Ус.

В фитопланктонном сообществе определено 66 таксона водорослей из 5 отделов, 6 классов, 12 порядков, 18 семейств и 34 родов. В распределении количества таксонов выделяются диатомовые водоросли. Коэффициент флористического сходства разных станций колебался от 0,09 (между станциями 4 и 5) до 0,70 (между станциями 3 и 12). В среднем видовой состав биоты всех 12 станций характеризуется невысоким коэффициентом сходства (0,43), что указывает на межпространственную разрозненность альгоценозов. В пространственном аспекте установлена тенденция к увеличению индекса Шеннона (H_b) от верховья к низовью, где отмечалось наибольшее число видов, разновидностей и форм водорослей. Численность фитопланктона изменялась от 0,28 (станция 7) до 0,96 (станция 11) млн.кл/дм³. Максимальная биомасса фитопланктона (1,33 мг/дм³) отмечена на станции 8, где зарегистрированы крупноклеточные представители диатомовых, а также зеленых нитчатых водорослей. Вода р. Ус относится ко 2-му классу (чистая, вполне чистая), α-олигосапробной зоне самоочищения. Категория трофности по биомассе соответствует мезотрофному типу.

В р. Ус на исследованном участке обнаружено 87 видов и таксонов донных макробеспозвоночных. Наибольшее видовое разнообразие (46 таксонов) отмечено в отряде двукрылых. Основу зообентоса составляли литореофильные виды хирономид, поденок, веснянок, ручейников и олигохет. Это широко распространенные в Палеарктике и Голарктике виды, характерные для горных и предгорных водотоков. Донные сообщества высоко организованы в качественном отношении (индекс видового разнообразия Шеннона — около 3 и более бит).

Количественно преобладали хирономиды (60 % от общей численности зообентоса), наибольший вклад (30 %) в общую биомассу вносили другие личинки двукрылых. Пространственная динамика характеризуется пиками количественного развития зообентоса в низовье исследованного района (ст. 8 и 9). Средние показатели численности и биомассы составили 1.8 экз./м² и 4.6 г/м² соответственно. Трофический статус реки варьировал от «низкого» до «среднего».

Интегральная оценка качества воды по донным сообществам характеризует р. Ус как «чистую» II класса с тенденцией перехода к «умеренно загрязненной» III класса качества. Высокое таксономическое разнообразие поденок, ручейников и веснянок в зообентосе характеризует р. Ус как чистый водоток с благоприятными условиями для развития реофильных гидробионтов. Отмечено локальное загрязнение на ст. 4 (у моста через р. Ус по трассе М-54), проявившееся в снижении некоторых показателей (число видов, индексы Шеннона и Вудивисса) донного сообщества.

Следует отметить, что проведенное исследование является рекогносцировочным, а представленные результаты, особенно количественные показатели, при дальнейших исследования могут существенно измениться. Для более точной оценки экологического состояния р. Ус, пространственного распределения основных донных биоценозов и представления об их продуктивности необходимы регулярные гидробиологические наблюдения. Исследования важно проводить в периоды наибольшего видового разнообразия и достижения максимальных уровней структурно-функциональных показателей зообентоса.

Сбор материалов для изучения состояния ихтиоценоза и ихтиологических проб для определения морфометрических и иммуногематологических характеристик рыб на участке р. Ус в пределах Усинской котловины в 14-18 км ниже с. Верхнеусинское проводился с использованием крючковой снасти (спиннинг, удочка). Ростовые характеристики рыб определяли путем измерения длины тела от рыла до начала хвостового плавника и взвешивания.

Забор крови производили путем надреза жаберной вены и сбора крови капельно на часовое стекло, смоченное раствором гепарина. Определение содержания гемоглобина, численности эритроцитов и лейкоцитов проводили согласно общепринятым рекомендованным методикам. Функциональную активность клеток крови рыб при антигенной стимуляции фагоцитоза оценивали по кинетике генерации АФК, регистрируемой микрометодом люминол- и люцигенинусиленной хемилюминесценции с использованием аппаратурно-программного комплекса «Хемилюминометр CL-3604 — ПЭВМ» (СКТБ «Наука», Красноярск). О кинетике генерации АФК в системе клеток цельной крови рыб судили по кинетике хемилюминесцентной кривой, принимая во внимание наиболее информативные параметры: амплитуду максимальной активности хемилюминесцентной реакции, время достижения максимума и площадь под кривой хемилюминесценции, определяющей общее количество квантов, регистрируемых за время записи хемилюминесцентной кривой.

В р. Ус обитает форма хариуса, который отличается от енисейского меньшими в 2 раза размерами тела и весом одновозрастных особей.

Достоверных отличий в содержании эритроцитов и лейкоцитов у хариуса разного возраста р. Ус не выявлено, хотя проявляется тенденция снижения с возрастом численности лейкоцитов и соответствует величине этих характеристик у хариуса р. Енисей. Отмечается более высокое содержание гемоглобина у самок одновозрастных особей. По относительному содержанию фагоцитирующих клеток достоверных отличий нет, но проявляется более высокая вариабельность у самок.

Хемилюминесцентный анализ функциональной активности клеток по кинетике генерации люминол- и люцигенинзависимых АФК в ответ антигенную стимуляцию in vitro и без нее выявил почти в 2 раза более высокий уровень продукции люминолзависимых АФК клетками крови хариуса р. Ус в сравнении с хариусом из р. Енисей. Содержание растворенного кислорода в воде р.Ус в зоне вылова рыбы составляла 8,13 ± 0,04 мг/л (для р. Енисей — 8,56 ± 0,07 мг/л). При этом продукция люцигенинзависимых АФК (супероксид аниона) клетками усинского хариуса составляла 1/3 от уровня и объема продукции люминолзависимых АФК, что сравнимо с таковым соотношением у окуня из Красноярского водохранилища, для других видов рыб такое соотношение значительно меньше.

Обследованные хариусы р. Ус являются типичными представителями этого вида, отличаются от енисейского меньшими размерами и весом, но более высокой неспецифической резистентностью, оцененной по функциональной активности клеток периферической крови.