Донные организмы — биоиндикаторы нефтяных загрязнений

Осевшие и трансформирующиеся на дне водоемов загрязнения определяют их суммарное влияние и являются долговременным источником негативных последствий. Донные организмы значительно выносливее к нефтяным загрязнениям, чем планктонные. Сравнительный анализ устойчивости к токсикантам показал, что гаммариды — бокоплавы и моллюски характеризуются более высокой устойчивостью по сравнению с ветвистоусыми и веслоногими ракообразными. При накоплении в донных осадках твердых фракций буровых отходов нарушения в бентосе носят точечный, временный и обратимый характер. Для наиболее уязвимых неподвижных форм бентоса (губки, гидроиды) токсичен слой осадка около 5 мм, гибель крупных моллюсков происходит при толщине слоя буровых отходов более 10—15 см.

Исследования показали, что во всех типах донных отложений увеличена численная доля комаров-звонцов подсемейства

Prodiarn.esi.nae. Наиболее уязвимыми организмами в донных ценозах при загрязнениях нефтью являлись личинки ручейников и двустворчатые моллюски, численность которых сокращалась. В комплексном нефтяном загрязнении водных объектов углеводороды нефти не всегда играют основную роль в токсическом действии. Так, устойчивые к органическому загрязнению олигохеты чувствительны к серосодержащим веществам, гексахлорану, ионам тяжелых металлов.

Многие характеристики макрозообентоса: видовое разнообразие, численность, биомасса — зависят от физических свойств грунта, количества преобразованного бактериями органического вещества и от качества отложений. Для грунтов с признаками нефтяного загрязнения свойственна бедность видового состава при высокой численности и биомассе устойчивых к загрязнению форм. При сильном хроническом загрязнении наблюдалось угнетение всех сообществ, включая устойчивые формы. При загрязнении ароматическими углеводородами снижалась численность бентоса, типичные реофильные виды донных беспозвоночных заменялись устойчивыми к загрязнителям видами. Максимальные значения численности и биомассы олигохет, хирономид и моллюсков отмечались при содержании водорастворимых битумов 40 мг/кг грунта. При более высоких концентрациях — 82 мг/кг — происходило снижение численности отдельных видов и зообентоса в целом.

Следует отметить, что влияние водорастворимых битумов на группы зообентоса неоднозначно. При концентрации битумов 40 мг/кг создавались оптимальные условия для развития микрофлоры, повышающей пищевую ценность детрита, что способствовало обилию гидробионтов. При дальнейшем увеличении содержания водорастворимых битумов наблюдалось снижение численности моллюсков и хирономид.

При загрязнении донных отложений дизельным топливом смертность личинок хирономид вида Ойгопотиз прапиз была выше при концентрации 220—320 мг/кг.

Нефть разных месторождений по-разному влияла на донных беспозвоночных, что связано с различным фракционным составом углеводородов. Нефть с высоким содержанием нафтеновых кислот, смол и серы наиболее токсична для гидробионтов. Помимо микробных деструкторов нефти, донные организмы участвовали в преобразовании нефти в донных осадках. Гидробионты способны накапливать в своем организме нефтепродукты.

Полихеты способствовали преобразованию нефти в грунте, они перерабатывали тяжелые фракции нефтепродуктов. В исследованиях, проведенных на Limnod.ril.us Но//тыз1еп, показано, что илистый субстрат, прошедший через кишечник червя, имел более низкое содержание нефти, чем исходный грунт1.

Проходя через организм мидий, углеводороды нефти претерпевали качественные и количественные изменения по сравнению с трансформацией нефти в морской воде. Накопление углеводородов мидиями зависит от степени исходного загрязнения нефтью; физиологического состояния, связанного с недостатком питательных веществ; химического спектра углеводородов. Моллюски способны продолжительное время сохранять нефть в своем теле.

Загрязненные донные отложения являются источниками передачи нефтяных углеводородов по трофической цепи: ил — водоросли — мелкие планктонные организмы — рыбы. Концентрация веществ в последующем звене трофической цепи может возрастать. Высокие концентрации нефтепродуктов в воде и донных отложениях вызывали перестройку всего бентосного сообщества. В сильно загрязненных водных объектах встречались личинки мух стратиомиид, брюхоногие моллюски, клопы-водомерки, личинки комаров кулицид и хаоборид. В обводненном нефтешламовом амбаре с содержанием нефти более 251 г/кг зообентос не присутствовал. В водоемах с низким содержанием нефтепродуктов активно развивались диатомовые, зеленые, хлорококковые и эвгленовые водоросли. При увеличении нефтяной нагрузки на водоем снижалось видовое разнообразие низших растений.

Инфузории при увеличении содержания нефтепродуктов повышали численность и биомассу, если сохранялось несколько видов, устойчивых к загрязнению. Инфузории и некоторые водоросли способны активно участвовать в процессах самоочищения водных объектов от нефти.

Разработан классификатор уровней загрязнения по состоянию донных сообществ зообентоса, который использовался при биоиндикации донных нефтезагрязнений водоемов[1] .

Слабое нефтезагрязнение — 0,021—0,050 г/кг. Незначительные изменения количественных показателей бентоса. Стимуляция численности и биомассы сапрофитных и нефтеокисляющих микроорганизмов, увеличение видового разнообразия и численности хирономид.

Умеренный уровень нефтезагрязнений — 0,051—0,15 г/кг. Пороговое состояние: выпадение из сообщества чувствительных видов и перестройка в сторону преобладания наиболее устойчивых видов хирономид, олигохет, пик плотности олигохет рода Limnodrilus. Встречаются наиболее устойчивые виды поденок, ручейников, пиявок.

Сильный уровень нефтезагрязнений — 0,160—0,5 г/кг. Область нарастающих изменений: снижение видового разнообразия, замена мелких форм хирономид на крупные устойчивые виды рода Chironomus, массовое развитие олигохет рода Limnodrilus. Снижение количественных показателей отдельных групп и зообентоса в целом.

Экстремальный уровень — 0,501—1 г/кг. Значительное обеднение донного сообщества. Пик плотности устойчивых хирономид и олигохет рода Tubifex. Выпадение из сообщества чувствительных видов ручейников, поденок, вислокрылок, мокрецов, жуков, слепней, нематод, остракод, пиявок и двустворчатых моллюсков. Стимуляция размножения нефтеокисляющих бактерий и снижение численности сапрофитов.

Критический уровень нефтезагрязнений — 5 г/кг и больше. Нарушение сообщества по всем структурно-функциональным показателям, значительное снижение численности и видового разнообразия, доминирование устойчивых видов хирономид рода Chironomus, снижение численности углеводородокисляю-щей микрофлоры (УОМ).

Повышение токсичности донных отложений по мере увеличения их сорбционных характеристик подтверждено в опытах на Chironomus riparius. Токсичность по критерию выживаемости, времени вылета имаго при заданных концентрациях внесения нефти достоверно не отличалась от контрольных особей, но линейный размер личинок на 20-е сутки экспозиции в системе с илистыми грунтами был на 15—35 % меньше по сравнению с песчаным.

Характерно, что слабое загрязнение водоема нефтью ведет к усложнению структуры сообщества зообентоса — экологическому прогрессу. Увеличивается количество видов, численность, усложняются межвидовые отношения, повышается пространственное разнообразие структуры сообщества, уровень трофности. В составе донных сообществ лидирующая роль принадлежит эвритопным видам из малощетинковых червей, тубифицидам, двустворчатым моллюскам и личинкам хироно-мид; биомасса бентоса повышается.

Повышение уровня нефтезагрязнений водоема приводило к упрощению экологической структуры сообществ — экологическому регрессу. Сообщества донных беспозвоночных реагировали на изменения условий посредством метаболизма. Видовое разнообразие сокращалось, упрощалась пространственная структура.

Увеличивались количественные показатели бентоса за счет эврибионтных видов. Массовое развитие получали олигохеты и хирономиды.

Промежуточное положение между экологическим прогрессом и регрессом занимала экологическая модуляция. В составе донной фауны сообщества постепенно перестраивались структурно: изменялся состав фауны, сменялись виды-доминанты и субдоминанты, основную роль в сообществах играли олигохеты и хирономиды. Максимальный уровень загрязнения приводил к гибели донных животных и полной деградации сообществ бентоса.

Процесс самоочищения от дизельного топлива довольно длительный. В его окислении принимают участие различные виды живых организмов: на начальном этапе — нефтеокисляющие бактерии, жгутиконосцы и инфузории, на конечном этапе — коловратки.

Олигохеты — распространенные представители бентоса рек и озер, устойчивы к нефтезагрязнениям и используются при биоиндикации уровней загрязнения водоемов. Фауна олигохет пойменных озер средней Оби многочисленная: 32 вида, или 74,4 % общего числа видов олигохет бассейна средней Оби.

Малощетинковые черви устойчивы к органическому загрязнению и химическим веществам, но чувствительны к серосодержащим веществам, фенолам, гексахлорану, ионам тяжелых металлов. Используя в пищу грунт, они концентрируют в теле химические вещества, находящиеся в донных отложениях. При концентрациях нефти 0,5—5 г/кг наблюдалась перестройка структуры сообществ доминирующего комплекса хи-рономид — преобладали виды рода СЫгопотиз и происходило массовое развитие олигохет рода Lim.nodril.us. В составе зообентоса озера Средний Кабан, подверженного нефтяному загрязнению, доминирующий комплекс представлен олигохетами рода Ьтиш^гНиз и личинками хирономид.

Следовательно, олигохеты являлись наиболее устойчивыми к нефтяному загрязнению после макрофитов по показателю ЬС50 при концентрации 18 г/кг.

По мере удаления от источников загрязнения численность олигохет, представленных тубифицидами в бентосе, повышалась за счет большей выносливости групп к нефтяному загрязнению, что подтверждают и другие исследователи. По результатам очистных работ на озере Щучьем Усинского района Республики Коми показано, что одними из первых организмов, которые заселяли донные ценозы озера, являются олигохеты. В первый год численность олигохет составила 90—100 %, биомасса — 80—100 % в бентосе.

Тубифициды, являясь типичными представителями донной фауны, способны выдерживать сильные загрязнения донных отложений и активно участвовать в процессах самоочищения. Олигохеты наиболее оптимально подходят для использования на биологическом этапе очистки донных отложений от нефти при концентрациях свыше 6 г/кг. При концентрациях нефти в иле 6—7 г/кг наблюдается снижение выживаемости червей лимнодрилусов, максимум выживаемости соответствует концентрации 3—4 г/кг нефти.

Ил, загрязненный «свежей» нефтью, обладает более высокой токсичностью для лимнодрилусов, чем старый ил с загрязнением. Показано, что в результате жизнедеятельности тубифицид Ь1ттх1п1и8 Ио//те1з1еп концентрация нефти в донных отложениях 0,836; 3,344; 6,688; 10,032; 16,720 г/кг снижалась за 30 суток в 1,20—1,72 раза, или на 16,67—41,90 %, что использовалось в мероприятиях по биологической очистке донных отложений водоемов от нефти. Показано, что тубифициды, перемещаясь в загрязненных «свежей» нефтью грунтах, предпочитают незагрязненные участки ила. Ил, загрязненный «свежей» нефтью, обладает максимальной токсичностью в силу наличия токсичных летучих компонентов. Тубифициды активно перемешивают донные отложения. Ил, прошедший через кишечник лимнодрилусов, содержит на 22,4—25,0 % меньше нефти, чем исходный. Снижение концентрации нефти связано с ферментативными и бактериальными процессами, проходящими в кишечнике червя.

Бентос является комплексным экологическим показателем, позволяющим оценивать уровень антропогенных загрязнений и прогнозировать этапы самоочищения водоемов. Необходимо отметить, что разложение нефти в водоемах зависит от вида водоема и его экологических особенностей. Основу нейстонно-го перифитона на нефтяных агрегатах составляют прикрепленные организмы: бактерии, водоросли, мшанки, сидячие полихеты, усоногие раки; подвижные формы: изоподы, поли-хеты, брюхоногие моллюски. В разных районах океанов состав нейстонного перифитона на агрегатах различен. В Атлантике встречаются нефтяные агрегаты, покрытые гетеротрофными микроорганизмами, диатомовыми и синезелеными водорослями, колониальными животными — мшанками, усоногими раками Lepas fascicularis. На отдельных агрегатах обнаружены кладки яиц океанических водомерок.

Главная роль в деструкции нефтяных углеводородов в воде принадлежит биогенному фактору — микроорганизмам-деструкторам. Сообщества четко индексируют «концентрационную границу» нефтяного загрязнения, ниже которой микробные ценозы «вода — грунт» еще справляются с нефтяными фракциями в донных отложениях и стабилизируют ситуацию: это 40 мг/кг, 60 мг/кг сухого грунта.

При избыточном нефтяном загрязнении повышались численность и биомасса бактерий, но снижалась их общая активность. Накапливались токсичные продукты анаэробного распада, за летний период микроорганизмами поверхностных вод может быть окислено от 1,2 до 2,5 мг нефтяных углеводородов в 1 л. В связи с активной трансформацией и деградацией нефтяных углеводородов изменялась структура сообществ, сохранялись более устойчивые к биологической переработке вещества токсичных продуктов. При загрязнении ароматическими углеводородами снижалась численность бентоса, типичные реофильные виды беспозвоночных заменялись толерантными к загрязнителям видами.

Загрязнение донных осадков нефтью и нефтепродуктами приводит к перестройке бентосных сообществ водных экосистем и является долговременным. Рост видового разнообразия донных сообществ рассматривается как процесс восстановления водоемов.

  • [1] Воробьев Д. С. Биологические основы очистки донных отложений водных объектов от нефти и нефтепродуктов: дис.... д-ра биол. наук. Томск, 2003. 2 Михайлова Л. В., Исаченко-Боме Е. А. Разработка и апробация норматива содержания нефти в донных отложениях поверхностных водных объектов // Водные ресурсы. 2012. Т. 39, № 5. С. 530—542.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >