Евгений фёдорович экологическая оценка антропогенного влияния на ихтиофауну реки ишим юга тюменской области
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
ФЁДОРОВ
Евгений Фёдорович
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ
НА ИХТИОФАУНУ РЕКИ ИШИМ ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
03.02.08 – экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Омск – 2011
Работа выполнена в ГОУ ВПО
«Омский государственный педагогический университет»
на кафедре экологии и природопользования
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Калиненко Николай Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор биологических наук. профессор
Лихачев Сергей Федорович
кандидат биологических наук, старший преподаватель
Кубарева Марина Вячеславовна
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тюменский государственный университет»
Защита диссертации состоится 25 февраля 2011 г. в 11:00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.177.05 при ГОУ «Омский государственный педагогический университет» по адресу: 644099, г.Омск, ул. наб. Тухачевского, 14, ауд. 212.
Телефон/факс: (3812) 23-12-20, e-mail: [email protected].
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте
(http://www.omgpu.ru) Омского государственного педагогического университета.
Автореферат разослан _24 января_2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Т. Ю. Колпакова
кандидат биологических наук, доцент
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В середине XX столетия резко обострились проблемы, связанные с антропогенным загрязнением биосферы, нередко приводящим к острым токсико-экологическим ситуациям. Это вызвало расширение и интенсификацию исследований масштабов и темпов загрязнения окружающей среды, поиск эффективных приемов охраны природных вод, предусматривающих как снижение потоков загрязняющих веществ, поступающих в природные воды с выбросами промышленности, транспорта, с бытовыми отходами, так и ограничение или полное устранение токсичного действия различных веществ техногенного происхождения на гидробионты природных вод и, главным образом, предотвращение отрицательного их влияния на здоровье человека (Бокрис Дж. О. М., 1982; Г. К. Будников, 1998; В. П. Гусева и др., 2000; Л. К. Садовникова, 2006; В. М. Калинин, 2007; A. E. Cole, 1941; H. B. Hynes, 1960; С. А. Патин, 1979; В. А. Лёзин, 1999; А. В. Крылов и др.. 2003; А. В. Селезнева, 2003; В. М. Калинин, 2007).
Антропогенное влияние на гидрологический режим и биоту реки заключается в переносе в русло большого количества химических веществ. На данный момент объем сточных вод, сбрасываемых в реку, сопоставим с объемом потенциального разбавителя, и потому расчёт на «нейтрализацию» загрязнений путем их разбавления становится необоснованным. К серьезным последствиям антропогенного влияния является прямое токсическое действие на рыб (от икры и личинок до половозрелых особей) и косвенное – ухудшение условий обитания и обеднение кормовой базы (Г. А. Ведемейер, 1981; И. Н. Рябов, 1985, 1988; В. И. Лукьяненко, 1983, 1987; И. Н. Рябов и др, 1990; Л. И. Соколов и др., 1994; Л. И. Соколов, 1998; T. Penczak, 2000; В. П. Семенченко, 2004; Е. А. Котова, 2009; Т. А. Шарапова, 2010).
Исходя из вышесказанного, в условиях юга Тюменской области остаётся открытым вопрос, касающийся оценки негативного антропогенного влияния на ихтиофауну реки Ишим на юге Тюменской области. В данном случае явными источниками выбросов являются сельскохозяйственные предприятия юга, расположенные в пойме р. Ишим; г. Ишим, как крупный урбанизированный объект и многие другие не столь крупные загрязнители. Кроме того, р. Ишим является трансграничной и принимает в свои воды значительный объем выбросов с территории Республики Казахстан (Б. П. Ткачёв, 2001; О. Е. Токарь, 2001; Т. А. Шарапова, 2003; С. Н. Гашев и др., 2006; В. М. Калинин и др., 2007; С. Ф. Лихачёв и др., 2009; Т. М. Вешкурцева, 2007, 2010; А. Б. Садуова, 2010).
Цель исследования – установить степень влияния антропогенной нагрузки на популяции рыб реки Ишим по их состоянию и уровню эколого-морфологической изменчивости отдельных видов ихтиофауны.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- Оценить изменения гидрохимического состояния вод р. Ишим за 2008-2009 гг. на территории исследования.
- Изучить видовой состав, эколого-морфологические особенности и состояние ихтиофауны р. Ишим на исследуемых створах.
- Охарактеризовать степень влияния антропогенной нагрузки на ихтиофауну р. Ишим и сформулировать практические рекомендации по сохранению рыбного населения реки Ишим юга Тюменской области.
Научная новизна исследования. На основании комплексного исследования ихтиологического материала с трех исследуемых створов впервые составлен подробный каталог представителей ихтиофауны р. Ишим по югу Тюменской области за 2008-2009 гг., а также описана структура рыбного населения р. Ишим. Дана характеристика уровня эколого-морфологической изменчивости как функционального ответа рыбного сообщества на антропогенное воздействие со стороны г. Ишима и его окрестностей. Отдельно выделено влияние выбросов и стоков с городской территории на ихтиофауну как наиболее значимый источник загрязнения русла реки в регионе. Намечены меры по стабилизации состояния ихтиофауны реки.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью выбранных методов и форм исследования, статистической обработкой экспериментальных данных, соответствие основных экспериментальных результатов результатам других авторов.
Практическая значимость диссертации. Анализ полученных данных позволяет судить о современном состоянии ихтиофауны реки Ишим на исследуемом участке.
Выявленная зависимость трансформации структуры популяций ихтиофауны реки Ишим от уровня антропогенного воздействия позволяет сделать соответствующие выводы и рекомендации, которые необходимо учитывать при дальнейшей хозяйственной деятельности в Приишимье.
В рамках данного диссертационного исследования проект методического пособия по организации ихтиологической практики на юге Тюменской области среди школьников и студентов ВУЗов получил диплом 1 степени по итогам областного конкурса методических материалов по эколого-биологическому образованию среди учреждений дополнительного образования детей и молодежи в номинации «Образование». Проект пособия основан на промежуточных результатах исследования. Приказ Государственного автономного учреждения дополнительного образования детей Тюменской области «Областной центр дополнительного образования детей и молодежи» №76 от 08 мая 2009 г.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Приоритетными загрязняющими веществами реки Ишим на территории исследования в 2008-2009 гг. являются: фенолы, нефтепродукты, органические вещества (по БПК), СПАВ, железо общее, ионы аммония, нитраты и нитриты.
2. Ихтиофауна р. Ишим представлена 13 видами рыб. Доминирующими видами являются: среди «мирных» рыб - плотва, среди хищников - окунь.
3. Выявлена зависимость высокого уровня эколого-морфологической изменчивости отдельных видов рыб от степени антропогенной нагрузки на воды р. Ишим.
Апробация работы. Материалы диссертации и отчеты о работе были представлены на заседании кафедры экологии и природопользования ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет» (ноябрь, 2010); I и II Международной научно-практической конференции «Культура и образование как фактор развития региона», Ишим, 2008, 2009; XVII Межвузовской научно-практической конференции «Ершовские чтения», Ишим, 2008; IV Международной научно-практической конференции «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития», Ишим, 2009; I и II Международные научно-практические конференции «Экологический мониторинг и биоразнообразие», Ишим, 2009, 2010; 13-я Пущинская международная школа-конференция молодых ученых «БИОЛОГИЯ – НАУКА XXI ВЕКА», Пущино, 2009. Промежуточные результаты исследований были использованы при выполнении научно исследовательской работы по гранту губернатора Тюменской области «Исследование аллохтонного и автохтонного загрязнения водоемов г. Ишим методами биоиндикации и мониторинг состояния вод» 2008 г.
Публикации. Материалы исследования опубликованы в 10 печатных работах, в том числе в издании, рекомендованном ВАК Минобразования и науки РФ для публикации основных положений диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук (1 статья)
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 198 страницах, состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы (146 источников, из них 26 на иностранном языке) и приложений. Диссертация содержит 31 рисунка и 40 таблиц (13 рисунков и 31 таблиц в приложении).
Благодарности. Искреннюю благодарность и признательность выражаю моему научному руководителю Николаю Алексеевичу Калиненко, истинному профессионалу своего дела. Помощь и поддержка доктора сельскохозяйственных наук, профессора Н. А. Калиненко сыграли решающую роль в подготовке данного научного исследования. Большую признательность выражаю также и работникам государственной аккредитованной аналитической лаборатории ОАО «Водоканал» г. Ишима за помощь в подготовке и проведении гидрохимического анализа проб воды р. Ишим. Автор благодарен к.п.н. Бызову В. М. (ИГПИ им. П. П. Ершова) за ценные консультации.
Краткое содержание работы
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В главе 1 в первом разделе представлен обзор литературы по теме исследования, приводится общая физико-географическая характеристика района исследования (Приишимья) в пределах Ишимского района. Освещены вопросы климата, почвы, гидрология, гидробиология, гидрохимия и растительный мир Приишимья (Г. В. Крылов, 1961; Т. Г. Павлова, 1963; И. А. Волков, 1965; Е. С. Фролова, 1969; Л. Н. Каретин, 1990; В. В. Бакулин и др., 1996; В. М. Калинин и др., 1998; В. А, Лезин, 1999; Б. П. Ткачев, 2001; С. А. Шереметова, 2005; Экологическое состояние…, 2000-2009). Во втором разделе описываются закономерности химического, физического и биологического антропогенного воздействия на ихтиофауну (Л. С. Берг, 1948, 1949, 1949а; Г. К. Будников, 1998; В. П. Гусева и др., 2000; В. М. Калинин, 2007). В третьей части главы по литературным данным рассматриваются уровни и характер антропогенного воздействия на воды реки Ишим со стороны Российской Федерации и Республики Казахстан (О. Е. Токарь, 2001, 2003; Лихачёв С. Ф. и др., 2009; А. М. Решетников, 2010; Т. М. Вешкурцева, 2007, 2010; А. Б. Садуова, 2010).
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Программа исследования составлялась в соответствии с целями и задачами (рис. 1). Объектами исследования выступают воды и ихтиофауна р. Ишим.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ОБЪЕКТЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЯ
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 2.2 Программа исследования
Рис. 1. Программа исследования
Обследованы три створа, расположенные на р. Ишим. Створ №1 располагается вблизи села Лариха (граница Ишимского и Казанского районов), характеризуется преимущественным влиянием сельского хозяйства на речное русло и удален от устья реки на 565 км. Основными загрязнителями становятся стоки с животноводческих ферм, жилого частного сектора, а также снос с сельскохозяйственных полей Казанского района Тюменской области. Ниже створа №1 по течению реки располагается створ №2.
Расстояние между ними составляет более 60 километров по руслу реки. Створ
№2 расположен непосредственно в г. Ишиме и характеризуется преимущественным влиянием стоков с сельскохозяйственных полей, животноводческих ферм Ишимского и Казанского районов, а также жилого частного сектора пригорода Ишима. Данный створ удален от устья на 503 км. Створ №3 располагается за чертой г. Ишима в 700 м ниже точки сброса хозяйственно-бытовых сточных вод г. Ишима. Этот створ удален от устья на 486,3 км.
В основе оценки гидрохимического состояния р. Ишим в пределах исследуемых створов лежит анализ проб воды по основным качественным и количественным показателям. Анализ проводился по 36 показателям. Химический анализ полученных проб воды проводился совместно с сотрудниками на базе аккредитованной лаборатории ОАО «Водоканал» г. Ишим.
Кроме того, использовались архивные данные, получены в рамках обязательной программы ежемесячных наблюдений за качеством вод реки в лаборатории ОАО «Водоканал» г. Ишима. Использовались статистические отчетные материалы Департамента недропользования и экологии Тюменской области для расчета многолетней динамики уровней нагрузки на русло р. Ишим
В ходе исследования было отобрано и проанализировано 45 проб воды р. Ишим в течение 2008 года и 45 проб в 2009 – общее количество 90 проб. Пробы отбирались раз в неделю в течение всего периода исследования. На каждом створе проба бралась три раза – на левом берегу, правом и в центральной части русла р. Ишим. Анализ воды на содержание основных химических соединений выполнялся в 3-х кратной повторности (Е. А. Можаев, 1976; Бокрис Дж. О. М., 1982; ГОСТ 17.1.3.07 – 82, 1982; Ю. Ю. Лурье, 1984; В. П. Гусева и др., 2000; Л. К. Садовников, 2006).
Общее количество рыбы, которая была выловлена в рамках данного исследования в 2008-2009 гг. составляет 2981 экз. Отбор проб воды и отлов рыбы производился с июня по сентябрь каждого года исследования. Отдельно зимой отлавливался налим. Видовая диагностика рыбы проводилась по отдельным работам (Л. С. Берг, 1948, 1949, 1949а; Е. А. Веселов, 1977; Н. А. Мягков, 1994). Полевые исследования и морфометрический анализ отобранного ихтиологического материала проводили по общепринятым методикам (Н. И. Чугунова, 1959; И. Ф. Правдин, 1966; Е. А. Зиновьев и др., 2003; В. В. Кафанова, 2004; Н. В. Ильмаст, 2005).
В процессе ихтиологических исследований анализировался видовой состав, структура рыбных сообществ, линейно-весовые характеристики, а также показатели морфологической изменчивости и стабильности развития рыбы (В. М. Захаров, 1987). Учитывались показатели индикаторной способности отдельных видов для определения сапробности створов на реки Ишим по методике Зелинка и Марвана (M. Zelinka, 1967; А. В. Макрушин, 1974).
Накопление, корректировка, систематизация, статистический анализ исходной информации и визуализация полученных результатов проводилась в электронных таблицах MS Excel, «STATAN» (С. Н. Гашев, 2007) и STATISTICA StatSoft, Inc.
Личное участие. Автором лично разработана программа исследования гидрохимического состояния вод р. Ишим в пределах района исследования, систематизирован обзор литературных данных и материалов исследований, проведен статистический анализ. Отбор проб воды проводился лично автором. Часть работы связанной с проведением гидрохимического анализа пробы воды проводилась с сотрудниками государственной аккредитованной лаборатории ОАО «Водоканал» г. Ишима с участием автора. Также автором разработан алгоритм исследования ихтиофауны, выбраны контрольные точки облова в пределах Ишимского района. Постановка сетей и отлов рыб производился лично автором. В целом, личный вклад в исследование составил 80%.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В данном разделе диссертации представлены итоги мониторинга гидрохимического состояния вод реки и уровня нагрузки на русло реки со стороны Приишимья и территории Республики Казахстан. Также в главе представлены результаты экологической оценки антропогенного влияния на ихтиофауну р. Ишим по данным видового состава, структуры ихтиоценозов, линейно-весовым характеристика и морфологической изменчивости исследованных рыб.
3.1 Мониторинг гидрохимического состояния реки Ишим
Вода р. Ишим характеризуется общими для природных вод закономерностями – наиболее низкая минерализация воды и минимальные концентрации составляющих её ингредиентов отмечаются в летне-осенний период, максимальные значения приурочены к весеннему периоду.
Среди особенностей гидрохимического режима реки на данном участке можно назвать высокую интенсивность процессов деструкции органического вещества. Об этом факте свидетельствует изменение величины рН – в зимний период она снижается вследствие подкисления среды углекислотой, образующейся при окислении органических веществ, как растворенных в воде, так и содержащихся в донных отложениях. Со второго квартала начинается увеличение рН, что, по всей видимости, является следствием развития фитоценозов, в основном гидрофитов.
Таблица 1
Изменение содержания веществ (показателей загрязнения) в водах р. Ишим в 2008-2009 гг. исследования
| Вещество (Показатель) | Изменение веществ (показателя) по сравнению со створом №1 в 2008 г., % | Изменение веществ (показателя) по сравнению со створом №1 в 2009 г., % | ||||
| Створ №1 | Створ №2 | Створ №3 | Створ №1 | Створ №2 | Створ №3 | |
| Щелочность | 100 | 108 | 98 | 100 | 84 | 90 |
| Ион-аммония | 100 | 80 | 1680 | 100 | 82 | 809 |
| Нитриты | 100 | 110 | 1433 | 100 | 100 | 892 |
| Нитраты | 100 | 105 | 197 | 100 | 118 | 240 |
| БПК5 | 100 | 109 | 159 | 100 | 104 | 157 |
| Растворенный О2 | 100 | 99 | 90 | 100 | 104 | 90 |
| Железо | 100 | 99 | 131 | 100 | 115 | 133 |
| Хлориды | 100 | 100 | 114 | 100 | 87 | 102 |
| рН | 100 | 99 | 101 | 100 | 101 | 103 |
| Сульфаты | 100 | 103 | 92 | 100 | 88 | 90 |
| СПАВ | 100 | 106 | 346 | 100 | 105 | 291 |
| Нефтепродукты | 100 | 105 | 138 | 100 | 95 | 123 |
| Фенолы | 100 | 100 | 125 | 100 | 112 | 119 |
В 2002 - 2009 гг. наблюдается тенденция снижения водородного показателя в третьем квартале по сравнению со вторым, что является тревожным знаком, так как это может означать превосходство процессов деструкции органических веществ над продуцированием биомассы.
Рис. 2. Уровень антропогенной нагрузки на р. Ишим, отношение объемов
выбросов к годовому стоку реки (N)
На фоне внутригодовых и межгодовых колебаний наблюдается устойчивая тенденция роста концентраций ряда ингредиентов состава речных вод. Показатель рН демонстрирует тенденцию к уменьшению своего значения с 2000 по 2009 гг. со значения 8,15 до 7,56. Обращает на себя внимание то, что уже в черте города по многим анализируем параметрам превышена ПДК. Такие показатели как мутность, окраска, БПК5, концентрации сульфатов, СПАВ, фенолов, нефтепродуктов и железа не соответствуют нормативам для рыбохозяйственных водоемов II категории. Данные показатели фиксировались до точки сброса сточных вод г. Ишима, что свидетельствует об изначально высоком уровне загрязнения вод р. Ишим.
Данные исследования гидрохимического состояния вод р. Ишим в 2008-2009 гг. (июнь-сентябрь) в створах приведены в табл. 1. Результаты анализа приводятся относительно створа №1, который условно в данном исследовании является контрольным. Явно выделяется уровень концентраций соединений азота (ионы аммония, нитраты, нитриты), который резко возрастает в створе №3. В 2008 г. наблюдается шестнадцатикратное увеличение ионов аммония в пробах воды из створа №3 относительно створа №1. Кроме того, закономерным выглядит уменьшение в створе №3 содержания растворенного кислорода, который интенсивно используется на окисление органического вещества.
В качестве объективного показателя, характеризующего уровень антропогенной нагрузки на р. Ишим от точечного источника загрязнения, выступает отношение объемов выброса к годовому стоку реки (N) (рис. 2). Анализ показателя антропогенной нагрузки позволяет говорить о росте влияния сточных вод г. Ишима на реку. Но основную проблему в данном случае представляет не увеличение объемов сброса сточных вод (ежегодный рост составляет от 1 до 4%), а падение уровня р. Ишим и её годового стока. Именно зарегулирование стока плотинами и водохранилищами, постоянные потери воды на территории Республики Казахстан и приводят к ежегодному росту нагрузки на речное русло. Резкий рост показателя в 2004 г. также объясняется относительной маловодностью данного периода.
3.2 Экологическая оценка антропогенного влияния
на ихтиофауну реки Ишим
3.2.1 Видовой состав и биология представителей ихтиофауны реки Ишим
В ходе данного исследования выявлены 13 видов рыб, обитающих в р. Ишим в пределах района исследования.
В течение 2008 г. с июня по сентябрь было проведено по 10 контрольных обловов на каждом из трех створов. Общее количество выловленного ихтиологического материала в течение данного года исследования составил 1077 экз.
Таблица 2
Список видов рыб реки Ишим и их основные экологические характеристики
| Виды (подвиды)рыб | Образ жизни | Тип питания | Отношение к нерестовому субстрату |
Отряд I. КАРПООБРАЗНЫЕ –(CYPRINIFORMES) Сем. I. Карповые (CYPRYNIDAE)
| Лимнофил | Эврифаг | Фитофил |
| Лимнофил | Бентофаг | Фитофил |
| Рео-Лимнофил | Планктофаг | Фитофил |
| Реофил | Планктобентофаг | Псаммофил |
| Лимно-Реофил | Эврифаг | Фитофил |
| Лимнофил | Фитобентофаг | Фитофил |
| Лимнофил | Эврифаг | Фитофил |
| Реофил | Бентофаг | Псаммофил |
Отряд II. ESOCIFORMES - ЩУКООБРАЗНЫЕ. Сем. II. ESOCIDAE – Щуковые.
| Лимнофил | Ихтиофаг | Фитофил |
Отряд III. PERCIFORMES – ОКУНЕОБРАЗНЫЕ Сем. III. PERCIDAE – Окуневые.
| Лимно-Реофил | Ихтиобентофаг | Фитофил |
| Лимнофил | Ихтиобентофаг | Фитофил |
| Лимно-Реофил | Ихтиофаг | Фитофил |
Отряд IV. GADIFORMES – ТРЕСКООБРАЗНЫЕ Сем. IV. LOTIDAE – Налимовые.
| Лимно-Реофил | Ихтиобентофаг | Псаммофил |
В 2009 г. контрольные обловы также проводились с июня по сентябрь по аналогичной методике. Отличие заключает в том, на каждом створе было проведено по 15 обловов. Это позволило в 2009 году выловить 1904 экз. рыб. Более обширные, по сравнению с 2008 г., обловы в 2009 г. позволили составить полную картину видового разнообразия рыб реки (табл. 2).
Рис. 3. Сводные данные по относительному количеству выловленного ихтиологического материала за 2008-2009 гг.
Сводные данные по двум годам исследования качественного и количественного состава ихтиофауны р. Ишим в районе исследования позволяют говорить о том, что преобладающими видами среди нехищных рыб являются плотва сибирская, обыкновенная уклея, лещ, обыкновенный ёрш (рис. 3). Один выловленный в 2009 г. экземпляр обыкновенного пескаря является уникальным для ихтиофауны реки в настоящее время. Последние упоминания среди рыболовов-любителей о данном виде имеют 10-15-летнюю давность.
Для детерминированных систем, состоящих из доминантных видов и видов, представленных одиночными экземплярами, удобно использовать индекс доминирования, который в организованных системах приближается к единице, а в полностью дезорганизованных равен нулю. Если некоторые виды в сообществе становятся доминирующими, то закон равных вероятностей нарушается с уменьшением неопределенности системы, что говорит об увеличении степени организации сообщества.
Таблица 3
| Индексы биоразнообразия | 2008 | 2009 | ||||
| Створ №1 | Створ №2 | Створ №3 | Створ №1 | Створ №2 | Створ №3 | |
| Индекс видового богатства, R | 9,12 | 9,12 | 3,91 | 10,77 | 9,98 | 6,11 |
| Индекс видового разнообразия Шеннона, H | -1,67 | -1,60 | -1,18 | -1,9 | -1,9 | -1,5 |
| Индекс видового разнообразия Симпсона, D | 0,75 | 0,75 | 0,66 | 0,80 | 0,82 | 0,72 |
| Индекс доминирования Симпсона, C | 0,23 | 0,25 | 0,34 | 0,20 | 0,17 | 0,27 |
| Индекс выравненности Пиелу, E | -1,80 | -0,77 | -0,85 | -0,74 | -0,78 | -0,77 |
Видовое разнообразие сообществ рыб в 2008-2009 гг. исследования
Использование индекса доминирования позволяет конкретизировать описание структуры ихтиоценоза, поскольку он принимает максимальное значение в системах, где наблюдается полное доминирование, а минимальное - в системах полностью дезорганизованных (А. В. Крылов и др., 2003).
Динамика индексов доминирования и разнообразия позволяет говорить о том, что в створах №1 и 2 данные показатели сходны в 2008 и 2009 гг. Ихтиофауна из створа №3 более дезорганизована, что может свидетельствовать о неблагоприятном влиянии антропогенной нагрузки на речное русло (табл. 3).
Анализ индексов разнообразия по исследуемым створам выявляет снижение индексов видового разнообразия, выравненности и повышается индекс доминирования Симпсона, что характерно для трансформированных, нарушенных сообществ, и, в определённой степени, обусловлено неблагоприятным действием сноса токсичных веществ с территории города и хозяйственно-бытовых сточных вод.
Данные исследования сапробности створов р. Ишим позволяют говорить о том, что все створы в течение 2-х лет относятся преимущественно к -мезосапробному классу воды по показателям ихтиофауны. В 2008 г. вода в створе №3 является наиболее ярко выраженной -мезосапробной, в то время как створы №№1 и 2 имеют отчетливые отклонения в сторону более чистой олигосапробной воды.
В исследовании 2009 г. данная картина сохраняется, но створ №3 показывает положительную динамику, то есть наблюдаются отклонения в сторону олигосапробности.
3.2.2 Изменчивость размерно-весовых показателей рыб
В настоящем исследовании в качестве оценки упитанности рыбы используется индекс Фультона, 1906. В первую очередь анализируется упитанность хищных рыб. В исследовании взяты выборки со сходным возрастом – от 1 до 6 лет (рис. 4).
Рис. 4. Упитанность ихтиофагов (по Фультону, 1906)
Отчетливо просматривается тенденция сходности внутривидовых показателей упитанности у представленных хищных рыб. Лишь у пяти – и шестилетних окуней из створа №3 наблюдается снижение коэффициента упитанности относительно выборок из створа №№1 и 2. Кроме того, у судака в возрасте 1 и 2 года выявилась тенденция снижения упитанности. Возможно, это стало последствием интенсивного линейного роста хищника в данной возрастной группе. Особое внимание стоит уделить тому факту, что наблюдаются незначительно повышение упитанности в выборке щуки в пределах створа №3, который в наибольшей степени подвергается антропогенному воздействию. Результаты анализа упитанности ценных промысловых мирных рыб—леща и плотвы сибирской—позволяют говорить о тенденции увеличении индексов упитанность в створе №3 как у леща, так и у плотвы (рис. 5). У леща результаты исследования достаточно условны, так как в створе №3 выборка чрезвычайно малочисленна – всего 4 экземпляра в возрасте от 1+ до 3+. Но и их упитанность выше аналогичных выборок из створа №2 и 1.
Рис. 5. Упитанность бентофагов и эврифагов (по Фультону, 1906 )
3.2.3 Морфологическая изменчивость представителей ихтиофауны
В данном исследовании два вида бентофагов и эврифагов - лещ и плотва сибирская подвергались морфометрическому анализу по счётным и пластическим признакам. Ихтиобентофаг - обыкновенный окунь обследовался только по счетным признакам (табл. 4). Кроме того, обыкновенная щука анализировалась по пяти счётным признакам – число чешуй в боковой линии, над боковой линией, количество позвонков, число жаберных лучей и чешуй по боку хвостового стебля.
Морфологические особенности плотвы, леща и окуня рассчитывались в исследуемых створах р. Ишим в течение двух лет исследования. Анализ велся по 13 пластическим индексам. По большинству из них в исследованных выборках наблюдаются статистически достоверные различия. Особенно стоит отметить выборки леща, в которых отличия достоверны по 5-6 индексам в зависимости от года.
Число позвонков и их фенотипы являются очень важными морфологическим признаками популяций, которые позволяют говорить о величине негативного антропогенного воздействия в районе обитания. У плотвы, окуня, леща и щуки в пределах территории исследования за два года исследования явно выделяются результаты, полученные при анализе рыб из створа №3. Увеличивается как средние величины признаков, так и стандартные отклонения. Особенно выделяются показатели среднего количества позвонков у леща – в створах №№1 и 2 он равен 39,8, в створе №3 уже 38.
Стоит отметить, что в створе №3 было выловлено всего 4 леща, поэтому говорить о полной достоверности данных результатов рано.
Анализ уровня флуктуирующей асимметрии (ФА) проводился в выборках плотвы, леща и окуня во всех створах в течение 2008-2009 гг. Учитывалось число чешуй в боковой линии (l.l.), число чешуй в боковой линии с сенсорными канальцами (l.l. проб), число жаберных тычинок (Sp. br.), число лучей в грудных плавниках (Pв), в брюшных (Vв).
Полученные показатели свидетельствуют о существовании различий у выборок плотвы из створов №1, 2 и 3 р. Ишим в 2008-2009 гг. По 3 из 5 анализируемых признаков различия между дисперсиями достоверны
Таблица 4
Количество подвергнутых морфометрическому анализу
экземпляров рыб в 2008-2009 гг.
| Виды рыб | 2008 г. | 2009 г. | ||
| Пластические признаки | Счетные признаки | Пластические признаки | Счетные признаки | |
| Лещ | 49 | 49 | 54 | 54 |
| Плотва сибирская | 262 | 262 | 273 | 273 |
| Обыкновенный окунь | - | 147 | - | 154 |
| Обыкновенная щука | - | 82 | - | 107 |
| Всего | 311 | 540 | 327 | 588 |
Кроме того, наблюдается полное отсутствие признаков ФА у плотвы по признаку Vв (число лучей в брюшных плавниках). В створе №3 у плотвы наблюдается увеличение доли асимметричных особей до 68,8%, а также увеличение вклада ФА в общую фенотипическую дисперсию (ОФД) по исследуемым признакам.
У особей, выловленных из створа №1, стабильность развития индивидуумов несколько выше, чем у особей из створа №2, так как достоверно меньше средняя величина ФА. Это справедливо для выборок в 2008 и 2009 гг. В 2009 г. среднее значение вклада ФА в ОФД в створе №3 несколько снижается до 2,054, в то время как в створе №2 он составляет 2,28. Также стоит отметить, что ФА может служить косвенным показателем генетической обусловленности изменчивости: чем устойчивее и генетически детерминирован признак, тем больше вклад ФА в ОФД (Захаров, 1987). Анализируя этот показатель, констатируем, что наиболее устойчивым фенотипическим признаком является число жаберных тычинок (Sp. br.). О более устойчивом развитии плотвы из створа №1 говорит и то, что процент особей с асимметрией ниже, чем в аналогичной выборке из створа №2.
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Экологическая обстановка р. Ишим в районе исследования характеризуется некоторыми проблемными аспектами. Особое трансграничное положение реки обуславливает неудовлетворительное состояние гидрохимических показателей как на границе с Республикой Казахстан, так и вблизи города Ишима. Антропогенная загруженность участка русла от границы до города являются причиной относительно низкой самоочистительной способности, что также подтверждается другими авторами.
Анализ гидрохимического состояния вод реки в районе исследования (июнь-сентябрь) позволяет говорить о том, что наиболее чистыми являются воды в створе №№1 и 2. В среднем увеличение концентраций загрязняющих веществ в створе №2 по сравнению с №1 увеличивалась на 10-15%. Это может говорить об отсутствии значительных источников загрязнения на территории Ишимского района от створа №1 до №2. В основном загрязнение на этом участке обуславливается сносом с сельскохозяйственных полей и сельских поселений. Створ №3 отличается повышенным содержанием загрязняющих веществ по сравнению со створами №1 и №2. Особыми загрязнителями являются органические вещества - это выражается в многократном увеличении концентраций органических соединений азота, увеличении значений БПК5 и уменьшении количества растворенного кислорода (на 10%). Кроме того, повышается концентрация общего железа, фенолов, нефтепродуктов и СПАВ. Именно это загрязняющие агенты и являются ключевыми в створе №3. Они также непосредственно влияют на ихтиофауну района исследования.
Исследование ихтиофауны в тесной взаимосвязи с анализом гидрохимического состава позволило оценить степень влияния антропогенной нагрузки на рыбное население реки. Состав ихтиофауны реки на протяжении двух лет исследования достаточно схож с понто-каспийско-аральской провинцией и заселен в большинстве своем южными видами рыб. Отсутствие лососевых и обилие карповых лишний раз подтверждаю этот факт. Особое положение занимает холодолюбивый вид – налим, который является единственным представителем отряда трескообразых в пресноводной ихтиофауны.
Индексы биоразнообразия в исследованных створах однозначно снижаются от створа №1 к №3. Известно, что чем выше видовое разнообразие и видовое богатство экосистемы, тем труднее изменить ее состояние, тем устойчивее система, так как различные виды в системе через сложные трофические, топические и другие связи функционально дополняют и замещают друг друга. Таким образом, наименее устойчивым может считаться ихтиоценоз в створе №3 и наиболее вероятной причиной его обеднения является антропогенное воздействие хозяйства Приишимья и города.
Створ №3, который характеризуется наибольшим антропогенным воздействием со стороны точечного источника – г. Ишима, показал наименьшее количество выловленной рыбы. В 2008 году снижение улова в сравнении со створом №1 составило 71%, в 2009 году данная цифра составляет 54%. Гидрохимический состав вод реки в створе №3 отличается от таковых показателей створов №1 и №2 – изменения зафиксированы по БПК, нефтепродуктам, рН, железу и другим показателям. Снижается не только количество выловленной рыбы в створе, но и из состава выпадают некоторые оксифильные виды – налим, обыкновенный пескарь, обыкновенный судак и другие. Определенно просматривается негативное антропогенное влияние на количество обитающей рыбы и на видовой состав. В тоже время, наблюдается увеличение доли экологически пластичных видов – обыкновенная щука, обыкновенный окунь и плотва сибирская. Также можно предположить незначительное увеличение кормовой базы(хирономиды и др.) за счет более высокой эвтрофикации участка реки в районе створа №3. Это отражается и в линейно-весовых характеристиках рыб в данном районе. Взрослые особи отличались большей упитанностью по сравнению со створами №1 и №2. Усиление позиций окуня и щуки в депрессивных условиях створа №3 может говорить об их высоких адаптационных способностях, что отмечалось ранее в подобных исследованиях в Европе (Penczak, Gomes, 2000).
Устойчивое снижение уровня воды в реке Ишим создает достаточно негативные условия для ихтиофауны. Рекордно низкие уровни реки (до минус 160 см) в конце 2009 – начале 2010 уже привели к резкому снижению доли судака в уловах. На данный момент хищники реки Ишим активно питаются мирной рыбой нереста 2007 года, когда были удовлетворительные условия для икрометания фитофильных видов рыб (лещ, уклейка, плотва и др.). Об этом говорит и стабильно высокие значения коэффициента упитанности в исследуемых выборках ихтиофагов. В 2010 году крайне неблагоприятные условия весны-лета для нереста могут в будущем резко снизить численность хищных видов рыб, в первую очередь из-за неблагоприятной кормовой базы.
Стабильность развития рыб в данном исследовании отражалось в уровне флуктуирующей асимметрии. Можно с большой долей уверенности говорить о том, что исследованные виды рыб по многим показателям асимметричны, что является следствием нарушения онтогенетических процессов. Это выражается в высоком проценте особей с ФА – до 100 % в выборках леща. От створа №1 до створа №3 происходит плавное увеличение показателей асимметрии рыб по пяти счётным признакам. И только число лучей в брюшных плавниках (Vв) не проявляет никаких признаков асимметрии.
Данные нашего исследования уровня ФА во многом согласовываются с отмеченными другими исследователями закономерным увеличением ФА в популяциях различных видов рыб при возрастании антропогенного воздействия (Захаров, 1987; Рябов, 1985; Рябов, Молюков, 1988; Рябов, Крышев, 1990).
ВЫВОДЫ
1. Речные воды Ишима не соответствуют ПДК для водоемов рыбохозяйственного значения по БПК (до 2 ПДК), нефтепродуктам (до 1,5-2 ПДК), фенолам (до 2-3 ПДК), СПАВ (до 3 ПДК), сульфатам (до 2 ПДК) и железу (до 5 ПДК). Все показатели, кроме сульфатов, имеют антропогенное происхождение. Наиболее высокие концентрации загрязняющих веществ зафиксированы в 2008-2009 гг. исследования в створе №3.
2. Воды р. Ишим на участке от створа №1 и №2 характеризуются сходными показателями загрязнения. Приоритетными источниками загрязнений на данном участке являются диффузные выбросы с сельскохозяйственных территорий Ишимского и Казанского района, а также промышленность и коммунальное хозяйство Республики Казахстан. Главным загрязнителем в районе створа №3 становятся хозяйственно-бытовые сточные воды города Ишима, а также снос с территории города. В среднем концентрация основных загрязняющих веществ в створе №3 повышается в 1,5-2 раза.
3. В районе исследования выявлено 13 видов рыб из четырех семейств — карповые, щуковые, окуневые и налимовые. Ихтиофаги представлены следующими видами: обыкновенная щука и обыкновенный судак. К ихтиобентофагам относятся: обыкновенный окунь, обыкновенный ёрш и налим. Эврифаги — плотва сибирская, язь и линь. Бентофаги — обыкновенный пескарь и лещ. Обыкновенная уклея, елец сибирский и серебряный карась являются, соответственно, планктофагом, планктобентофагом и фитобентофагом. Река Ишим на всем протяжении района исследования является типичным окунёво-плотвичным водотоком, так как именно данные виды доминируют в ихтиофауне. Также широко распространены обыкновенная уклея, обыкновенный ёрш, лещ, обыкновенная щука и елец сибирский. Наиболее малочисленными видами являются налим, обыкновенный пескарь, линь, язь, обыкновенный судак и серебряный карась.
4. Негативное антропогенное влияние на ихтиофауну заключается в снижении количества выловленной рыбы, снижению индекса видового богатства (min R= 3,91), увеличению присутствия -мезосапробных и экологически пластичных видов рыб—плотва сибирская, обыкновенная щука и обыкновенный окунь, а также в увеличении морфологической изменчивости. Стабильность развития в популяциях плотвы сибирской и обыкновенного окуня достоверно нарушается от створа №1 к створу №3. Таким образом, наиболее благоприятными условиями для ихтиофауны реки Ишим в пределах района исследования обладает створ №1 на границе Ишимского и Казанского районов.
5. Высокий уровень эвтрофированности створа №3 создает благоприятные условия для успешного развития кормовой базы рыб реки Ишим, что подтверждается ранними исследованиями. Значения индекса упитанности Фультона в выборках рыб из популяций плотвы сибирской, леща, обыкновенной щуки и обыкновенного окуня в данном створе выше, чем в остальных на 5-10%.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Для достижения благоприятных условий для ихтиофауны в районе города Ишима и ниже его по течению р. Ишим необходимо усовершенствовать прибрежную зону оборудованием частного жилого сектора централизованной канализационной системой. Это позволит сократить уровень фекального загрязнения вод реки.
2. Рыболовам-любителям в настоящее время рекомендуется не отлавливать редких для ихтиофауны рыбы до восстановления полноценной численности популяции. К ним относятся обыкновенный пескарь, линь, налим, обыкновенный судак, язь и серебряный карась.
3. Рекомендуется более тесно координировать усилия с соответствующими природоохранными органами Республики Казахстан для увеличения объемом санитарных попусков воды с водохранилищ в весенне-летний период. Это позволит создать соответствующие условия для нереста рыбы.
3. Методические материалы, основанные на данном исследовании используются в образовательных программах «Областного центра дополнительного образования детей и молодежи» г. Тюмени.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК
1. Фёдоров, Е. Ф. ЭКОЛОГО—МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИХТИОФАУНЫ РЕКИ ИШИМ НА ЮГЕ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // Вестник Челябинского государственного педагогического университета. – 2010. - №2. – С. 313-321.
Публикации в других изданиях
2. Фёдоров, Е. Ф. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ФОРМЫ АЗОТА В ВОДАХ РЕКИ ИШИМ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // Естественные науки и экология. Ежегодник. Вып 12. Межвузовский сборник научных трудов. – Омск: изд-во ОмГПУ, 2008. – С. 129-132.
3. Фёдоров, Е. Ф. ОРГАНИЧЕСКИЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД: ОЦЕНКА И ВЛИЯНИЕ НА ВОДЫ РЕКИ ИШИМ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // Культура и образование как фактор развития региона: сб. материалов международной научно-практической конференции. – Ишим, 2008. – Ч. 2. – С. 90-97.
4. Фёдоров, Е. Ф., ПРОБЛЕМА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ФЕНОЛАМИ ВОД РЕКИ ИШИМ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // Академический журн. Западной Сибири. – Тюмень, 2008. – Вып. 1. – С. 84–85.
5. Фёдоров, Е. Ф. ДИНАМИКА ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОДЫ РЕКИ ИШИМ В ЧЕРТЕ ГОРОДА ИШИМА [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // XVII Ершовские чтения: межвузовский сб. научно-методических статей. – Ишим, ИГПИ им. П. П. Ершова, 2008. – С. 145-147.
6. Фёдоров, Е. Ф. СТАБИЛЬНОСТЬ РАЗВИТИЯ ABRAMIS BRAMA В РЕКЕ ИШИМ НА ЮГЕ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // БИОЛОГИЯ – НАУКА ХХI ВЕКА: 13-я Пущинская международная школа-конференция молодых ученых, (Пущино, 28 сентября - 2 октября 2009 года). Сборник тезисов. – С. 249-250.
7. Фёдоров, Е. Ф. СТАБИЛЬНОСТЬ РАЗВИТИЯ В ПРИРОДНОЙ ПОПУЛЯЦИИ RUTILUS RUTILUS L. РЕКИ ИШИМ ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития: материалы IV международной научно-практической конференции / отв. ред. Н. Н. Никитина. – Тюменский издательский дом, 2009. – вып. 4. – С. 322-325.
8. Фёдоров, Е. Ф. ВИДОВОЙ СОСТАВ ИХТИОФАУНЫ РЕКИ ИШИМ ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // Экологический мониторинг и биоразнообразие. – Ишим, 2009—Том 4.—№1-2. – С. 117-122.
9. Фёдоров, Е. Ф. РЫБНОЕ НАСЕЛЕНИЕ РЕКИ ИШИМ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // Культура и образование как фактор развития региона: сб. материалов международной научно-практической конференции. – Ишим, 2009. – 76-77 с.
10. Фёдоров, Е. Ф. СЧЁТНЫЕ ПРИЗНАКИ ESOX LUCIUS (L.) РЕКИ ИШИМ НА ЮГЕ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ [Текст] / Е. Ф. Фёдоров, Н. А. Калиненко // Экологический мониторинг и биоразнообразие..—Ишим, 2010—Том 5.—№1. – С. 113-115.
Объем 1 печ. л. Бумага офсетная
Формат А5 Тираж 100 экз.
