Угроза нефтяным загрязнением водных объектов Северного Урала многие годы была не актуальна, однако с открытием в 2006 году района падения отделяющихся частей ракет-носителей (ОЧ РН) типа «Союз» при запусках с космодрома Байконур на данной территории возникла необходимость экологического сопровождения приема фрагментов отделяющихся частей ракет-носителей, заключающееся контроле природной среды перед падением и после падения фрагментов. Космические аппараты «Союз» используют в качестве топлива авиационный керосин, что определило при разработке мониторинга основное внимание уделять именно исследованию загрязнения водной среды нефтепродуктами. Состав донного населения водоемов относительно постоянен, пока находится в условиях, в которых он сформирован. В загрязненных водоемах из его состава выпадают не только отдельные виды, но и целые группы беспозвоночных животных. Качественные и количественные характеристики зообентоса служат хорошими, а в ряде случаев единственными показателями загрязнения водоемов разного типа [1]. Учитывая, что в горных районах водосбор формирующихся рек охватывает значительную территорию, анализ состояния донного населения их может быть использован для контроля состояния природного комплекса в целом. Цель исследования – многолетний комплексный мониторинг состояния водной среды основных водотоков, расположенных в зоне района падения отделяющихся частей ракет-носителей типа «Союз» на Северном Урале.
Материалы и методы исследования
Основные исследования (отбор воды для анализа на содержание нефтепродуктов, количественный учет индикаторных видов – личинок ручейников) проводили с 2009 по 2014 годы, в летний период. Пробы воды отбирали согласно требованиям ГОСТ 17.1.3.07-82; ГОСТ 17.1.5.05-85; ГОСТ 17.4.3.04-85; ГОСТ 26204-84 – ГОСТ 26213-84; ГОСТ 28168-89; ГОСТ 17.4.01 – 83 (СТ СЭВ 3847-82); анализ на содержание нефтепродуктов произведен согласно стандартным методикам (МУК 4.1.1061-01, ПНД Ф 16.1:2.2.22-98; ПНД Ф 14.1:2.57-96; ПНД Ф 14.1:.2:4.168-00) методом инфракрасной спектрометрии с использованием концентратомера КН-2 в ФГУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Уральскому Федеральному округу» (2009–2010 гг.), с 2011 года химический анализ содержания нефтепродуктов в воде водных объектов производится в КГУ «Аналитический центр» (г. Пермь). Количественный учет личинок ручейников проведен методом прямого подсчета числа особей, обнаруженных прикрепленными к обратной стороне камней на одном квадратном метре дна исследуемого водного объекта (ос./м2). Дополнительно, в июле 2013 г была проведена оценка видового разнообразия и состояния макрозообентоса как индикаторного показателя состояния природной среды территории РП ОЧ РН. Пробы макрозообентоса были взяты на трех реках: р. Улс, р. Жиголан и р. Крив-Вагранский, расположенных в зоне вероятного воздействия пусков ракет-носителей (падение фрагментов ОЧ РН).
Результаты исследования и их обсуждение
В составе донной фауны рек Улс, Жиголан и Крив-Вагранский установлено 62 широко распространенных в Палеарктике вида и таксона более высокого ранга. Отмечены организмы из 12 систематических групп: олигохеты, водяные клещи, пауки, поденки, веснянки, вислокрылки, водяные жуки, ручейники, лимонииды, мошки, эмпидиды и хирономиды (1). По числу видов преобладают личинки насекомых, доля которых в общем списке составляет 90,3 %. Наиболее разнообразно представлены хирономиды – 15 таксонов. В составе поденок отмечено 13 видов, ручейники и веснянки включали 10 и 6 видов соответственно. Наиболее часто встречались личинки хирономид C. gr. silvestris, Larsia sp., Tanytarsus excavatus и виды рода Boreoheptagia. Число первичноводных животных невелико – 4 таксона. Донная фауна р. Улс представлена большим числом таксонов.
Таблица 1
Видовой состав зообентоса рек
|
Группа, вид |
Река |
||
|
Улс |
Жиголан |
Крив-Вагранский |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Тип ANNELIDES |
|||
|
Класс OLIGOCHAETA |
|||
|
Отряд Naidomorpha |
|||
|
сем. Tubificidae |
|||
|
Limnodrilus sp. |
+ |
+ |
– |
|
Tubifex tubifex (O.F. Müller, 1774) |
– |
+ |
– |
|
Отряд Lumbricomorpha |
|||
|
сем. Lumbriculidae |
|||
|
Lumbriculus variegatus (O.F.Müller, 1774) |
– |
– |
+ |
|
Тип ARTHROPODA |
|||
|
Класс ARANEINA (ARACHNIDA) |
|||
|
Отряд Aranei |
|||
|
сем. Cybaeidae |
|||
|
Argyroneta aquatica (Clerck, 1757) |
+ |
– |
– |
|
Отряд Acariformes |
|||
|
сем. Sperchonidae |
|||
|
Sperchon sp. |
– |
+ |
+ |
|
сем. Hygrobatidae |
|||
|
Hygrobates sp. |
– |
+ |
– |
|
Класс INSECTA |
|||
|
Отряд Ephemeroptera |
|||
|
сем. Ametropodidae |
|||
|
Metretopus borealis Eaton, 1871 |
+ |
– |
– |
|
сем. Ameletidae |
|||
|
Ameletus inopinatus Eaton, 1887 |
– |
+ |
– |
|
сем. Baetidae |
|||
|
Baetis feles Kluge 1980 |
– |
+ |
– |
|
Baetis fuscatus (Linnaeus, 1761) |
+ |
– |
– |
|
Baetis (N.) maxillaris (Braasch et Soldan, 1983) |
– |
– |
+ |
|
Baetis (N.) niger (Linnaeus, 1761) |
+ |
– |
– |
|
Baetis vernus Curtis, 1830 |
– |
+ |
+ |
|
сем. Ephemerellidae |
|||
|
Ephemerella aurivillii Bengtsson, 1908 |
– |
– |
+ |
|
Ephemerella sp. |
– |
+ |
– |
|
сем. Heptageniidae |
|||
|
Cinygma lyriformis (McDunnough, 1924) |
– |
+ |
+ |
|
Heptagenia sp. |
+ |
– |
– |
|
сем. Leptophlebiidae |
|||
|
Habrophlebia lauta McLachlan, 1884 |
+ |
– |
– |
|
Paraleptophlebia cincta Retzius, 1783 |
+ |
– |
– |
|
Отряд Plecoptera |
|||
|
сем. Nemouridae |
|||
|
Amphinemura sp. |
+ |
– |
– |
|
Nemoura sp. |
– |
+ |
+ |
|
сем. Leuctridae |
|||
|
Leuctra sp. |
+ |
+ |
– |
|
сем. Perlodidae |
|||
|
Diura sp. |
– |
– |
+ |
|
Isogenus nubecula Newman, 1833 |
– |
+ |
– |
|
Isoperla sp. |
+ |
– |
– |
|
Отряд Megaloptera |
|||
|
сем. Sialidae |
|||
|
Sialis nigripes Pictet, 1865 |
+ |
– |
– |
|
Отряд Coleoptera |
|||
|
сем. Dytiscidae |
|||
|
Laccophilus sp. |
+ |
– |
– |
|
Oreodytes sp. |
+ |
– |
– |
|
сем. Hydraenidae |
|||
|
Hydraena sp. |
+ |
+ |
– |
|
сем. Elmidae |
|||
|
Elmis sp. |
+ |
– |
– |
|
Elmidae n. det. |
+ |
– |
– |
|
Отряд Trichoptera |
|||
|
сем. Rhyacophilidae |
|||
|
Rhyacophila nubila Zetterstedt, 1840 |
+ |
+ |
– |
|
Rhyacophila fasciata Zetterstedt, 1840 |
– |
+ |
– |
|
сем. Polycentropodidae |
|||
|
Plectrocnemia conspersa (Curtis, 1834) |
– |
+ |
– |
|
Polycentropus flavomaculatus Pictet, 1834 |
+ |
– |
– |
|
сем. Apataniidae |
|||
|
Apatania crymophila McLachlan, 1880 |
+ |
– |
– |
|
сем. Limnephilidae |
|||
|
Brachypsyche sibirica (Martynov, 1924) |
+ |
+ |
– |
|
Chaetopteryx villosa Fabricius, 1798 |
– |
+ |
+ |
|
Grensia praeterita (Walker, 1852) |
+ |
– |
– |
|
Halesus tessellatus Rambur, 1842 |
+ |
– |
– |
|
Limnephilus sp. |
– |
– |
+ |
|
Отряд Diptera |
|||
|
сем. Limoniidae |
|||
|
Dicranota bimaculata (Schummel, 1829) |
– |
+ |
+ |
|
сем. Simuliidae |
|||
|
Knetha sp. |
– |
+ |
– |
|
Prosimulium hirtipes (Fries, 1824) |
– |
– |
+ |
|
Simulium sp. |
– |
– |
+ |
|
сем. Empididae |
|||
|
Chelifera sp. |
+ |
– |
– |
|
Clinocera sp. |
+ |
– |
– |
|
сем. Chironomidae |
|||
|
подсем. Tanypodinae |
|||
|
Ablabesmyia gr. annulata |
+ |
– |
– |
|
Clynotanypus nervosus (Meigen, 1818) |
+ |
– |
– |
|
Larsia sp. |
+ |
+ |
+ |
|
Tanypus sp. |
– |
+ |
– |
|
подсем. Prodiamesinae |
|||
|
Prodiamesa olivacea Meigen, 1818 |
+ |
– |
– |
|
подсем. Diamesinae |
|||
|
Boreoheptagyia sp. |
– |
+ |
+ |
|
Boreoheptagyia dasyops Serra-Tosio, 1989 |
+ |
+ |
+ |
|
Potthastia longimana Kieffer, 1922 |
– |
+ |
– |
|
Pseudodiamesa gr. branickii |
+ |
– |
– |
|
подсем. Orthocladiinae |
|||
|
Cricotopus gr. silvestris |
+ |
+ |
+ |
|
Orthocladius sp. |
– |
+ |
– |
|
Paracricotopus niger (Kieffer, 1913) |
– |
– |
+ |
|
Thienemanniella gr. clavicornis |
– |
– |
+ |
|
подсем. Chironominae |
|||
|
Polypedilum exectum Kieffer, 1915 |
+ |
– |
– |
|
Tanytarsus excavatus Edwards, 1929 |
+ |
+ |
+ |
|
Всего: |
34 |
28 |
20 |
Таблица 2
Структура сообществ донных беспозвоночных животных рек
|
Группы |
Река |
|||||
|
Улс |
Жиголан |
Крив-Вагранский |
||||
|
N, % |
B, % |
N, % |
B, % |
N, % |
B, % |
|
|
Oligochaeta |
1,4 |
0,4 |
0,8 |
0,4 |
0,2 |
0,9 |
|
Hydracarina |
0,3 |
0,5 |
0,3 |
<0,1 |
0,6 |
0,1 |
|
Ephemeroptera |
28,0 |
11,4 |
44,7 |
45,0 |
29,5 |
33,0 |
|
Plecoptera |
12,6 |
5,5 |
10,9 |
20,2 |
7,5 |
6,5 |
|
Megaloptera |
0,3 |
1,2 |
– |
– |
– |
– |
|
Coleoptera |
20,9 |
8,8 |
0,3 |
<0,1 |
– |
– |
|
Trichoptera |
7,4 |
65,2 |
3,5 |
20,3 |
0,4 |
6,7 |
|
Limoniidae |
– |
– |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
0,9 |
|
Simuliidae |
– |
– |
1,6 |
1,0 |
41,1 |
45,4 |
|
Empedidae |
1,1 |
0,4 |
– |
– |
– |
– |
|
Chironomidae |
28,0 |
6,6 |
37,3 |
12,6 |
20,3 |
6,5 |
Примечание: N – численность, B – биомасса.
Количественные показатели зообентоса определяют амфибиотические насекомые (табл. 2).
Они создают 98,3–99,2 % общей численности и 99,0–99,6 % суммарной биомассы беспозвоночных. Основу численности составляли хирономиды, поденки, мошки, жуки и веснянки. Ведущую роль в создании биомассы играли поденки, ручейники, мошки. Роль веснянок, хирономид и водяных жуков ниже: в сумме они составляли 13,0–32,8 % суммарной биомассы. Соотношение основных групп, а также состав комплексов доминирующих видов в реках отличается.
На основе качественных и количественных показателей зообентоса рассчитаны индексы качества вод (табл. 3). Полученные значения свидетельствуют, что, не смотря на длительное использование территории для приема отделяющихся частей ракет-носителей «Союз», обследованные створы рек характеризуются как очень чистые – 1 класс качества вод (табл. 3): загрязнения не выявлено.
Таблица 3
Значения индексов для оценки качества вод
|
Река |
No/Nb |
D1 |
Индекс Вудивисса |
BBI |
|
Улс |
1,4 |
1,4 |
10 |
10 |
|
Жиголан |
0,8 |
0,8 |
10 |
10 |
|
Крив-Вагранский |
0,2 |
0 |
9 |
10 |
Доминирующая группа донного населения личинки ручейника рода Stenophylax распространена по всем водоемам исследованной территории, заселяя чистые природные водоемы: ручьи, горные потоки, большие олиготрофные озера и равнинные реки [2, 3]. Следует отметить, что эти организмы относятся к олигосапробам, чувствительны к повышенному содержанию химических веществ в водной среде и при загрязнении естественных экосистем сигнализируют о начале их деградации уже на самых ранних стадиях процесса – сокращается видовой состав этой группы зообентоса и снижается уровень их биопродуктивности [4, 5]. Эта особенность позволила использовать группу в качестве биоиндикатора состояния текучих вод территории РП ОЧ РН и всего природного комплекса их водосбора на территории Северного Урала. Наблюдения проведены в течение 6 лет, начиная с 4 года эксплуатации территории для приема фрагментов ОЧ РН.
Численность личинок ручейника регистрировалась в конце июня – начале августа на трех экспериментальных участках среднего течения р. Улс. Одновременно произведен контроль химического загрязнения водотока нефтепродуктами как возможным загрязнителем при падении фрагментов ОЧ РН.
Во все годы исследований, на фоне невысоких концентраций нефтепродуктов (ниже ПДК), отмечена стабильно высокая численность личинок ручейников (табл. 4). Исключение представляют сборы в августе 2011 г., когда было зафиксировано снижение количества выбранных нами организмов-индикаторов на фоне стабильно низких концентраций нефтепродуктов в воде. Обнаруженное снижение численности личинок ручейников в августе 2011 г., вероятно, связано с онтогенетическими особенностями этих гидробионтов: личинки к этому времени перешли в стадию куколки, и частично произошел вылет имаго, о чем свидетельствовали пустые чехлики, обнаруженные на дне реки.
Таблица 4
Концентрации нефтепродуктов (мг/л) в воде р. Улс и численность населяющих ее личинок ручейников
|
Показатели |
2009 июль |
2010 июнь |
2011 август |
2012 июль |
2013 июль |
2014 июль |
|
Концентрация нефтепродуктов, мг/л |
0.026–0.048 |
0.03– 0.05 |
0.010– 0.011 |
0.008– 0.010 |
0.09– 0.12 |
0.09– 0.16 |
|
Численность личинок ручейников, ос/м2 |
380–420 |
350–400 |
150–300 |
340–400 |
370–410 |
250 – 350 |
Полученные результаты свидетельствуют об отсутствии загрязнения водной экосистемы среднего течения р. Улс.
Заключение
В связи с организацией контроля состояния природных комплексов района падения ОЧ РН впервые исследована донная фауна рек горной части Северного Урала: Улс, Жиголан, Крив-Вагранский. Установлено присутствие 62 широко распространенных в Палеарктике видов и таксонов более высокого ранга. Отмечены организмы из 12 систематических групп: олигохеты, водяные клещи, пауки, поденки, веснянки, вислокрылки, водяные жуки, ручейники, лимонииды, мошки, эмпидиды и хирономиды Количественные показатели зообентоса определяют амфибиотические насекомые. Ведущую роль в создании биомассы играют поденки, ручейники и мошки. Согласно расчету значений стандартных индексов для оценки качества вод на обследованных створах рек вода относится к 1 классу, что свидетельствует об отсутствии загрязнения, в том числе и нефтепродуктами. Результаты комплексной оценки последствий долгосрочного воздействия ракетно-космической деятельности на природную среду района падения отделяющихся частей ракет-носителей на территории Северного Урала с использованием в качестве биоиндикаторов представителей донной фауны основных водотоков свидетельствуют, что длительное, но эпизодическое использование участка территории в качестве района падения отделяющихся частей ракет-носителей «Союз» не привело к негативным изменениям в состоянии водной среды. Стабильность численности индикаторного вида – личинок ручейника свидетельствует о высоком качестве состояния водотока на исследуемом участке, что также позволяет говорить об отсутствии загрязнения природного комплекса территории водосбора верхнего течения реки.
Работа выполнена в рамках проекта ориентированных фундаментальных исследований УрО РАН № 13-4-019-КА.