Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткая характеристика района исследований 9
Глава 2. История исследования фауны макрозообентоса бассейна р. Кеми (1930-2001 гг.) 23
Глава 3. Материалы и методы исследований 27
Глава 4. Таксономический состав макрозообентоса водоемов бассейна р. Кеми 32
Глава 5. Биоценотическая структура макрозообентоса водоемов бассейна р. Кеми 41
5.1. Озера системы р. Каменной 43
5.2. Озер а Ку йто 63
5.3. Озера системы р. Лахны 76
5.4 Малые русловые озера р. Кеми 78
5.5. Озера системы р. Кенти 83
5.6. Сравнительная характеристика бентоценозов озер бассейна р. Кеми 86
Глава 6. Бентоценозы озерно-речной системы р. Кенти и тенденции их изменений под влиянием техногенных вод Костомукшского ГОКа 99
Глава 7. Бентоценозы озерно-речной системы р. Контокки и тенденции их изменений под влиянием хозяйственно-бытовых сточных вод 130
Выводы 141
Литература 143
Приложение 166
- История исследования фауны макрозообентоса бассейна р. Кеми (1930-2001 гг.)
- Таксономический состав макрозообентоса водоемов бассейна р. Кеми
- Озера системы р. Каменной
Введение к работе
Водные ресурсы бассейна р. Кеми, первой по величине среди озерно-речных систем Республики Карелия, в настоящее время широко используются различными отраслями народного хозяйства, осваивающими природные богатства края. До середины 50-х годов прошлого века северо-западная часть бассейна р. Кеми представляла собой малонаселенный, труднодоступный и, вследствие этого, малоисследованный район. Освоение природных богатств края, за исключением лесных ресурсов, было крайне ограниченно: по рекам и озерам проводился сплав древесины, был развит водный транспорт, осуществлялся промысел рыбы, водопользование ограничивалось нуждами местного населения, что не оказывало ощутимого влияния на флору и фауну водоемов.
В последние десятилетия 20-го века в связи с созданием каскада гидроэлектростанций на р. Кеми и разработкой Костомукшского железорудного месторождения, открытого в 1945 г., этот регион стал интенсивно осваиваться и обживаться. Построенный на его базе современный горно-обогатительный комбинат, вырабатывающий свыше 10 млн. т железорудных окатышей в год, выросший в девственной тайге город Костомукша с населением около 30 тыс. человек, с его разветвленной инфраструктурой, коренным образом изменили веками сложившиеся природные комплексы. Началось интенсивное загрязнение вод, воздушного бассейна, почвенно-растительного покрова. Интенсивное освоение и использование природных богатств района неизбежно сопровождается возрастающим антропогенным воздействием на окружающую среду, изменением состава и ухудшением качества речных и озерных вод для различных типов водопользования.
По объему водопотребления в карельской части бассейна Белого моря Костомукшский промузел занимает в настоящее время второе место после Сегежского. В Государственном докладе о состоянии окружающей природной среды Республики Карелия в 2000 г. в качестве приоритетных природоохранных проблем на ближайшее время выделена проблема загрязнения озерной системы Куйто сточными водами Костомукшского промузла. Основные источники загрязнения - техногенные воды Костомукшского ГОКа и прошедшие биологическую очистку сточные воды г. Костомукши.
Техногенные воды многокомпонентны, характеризуются повышенной минерализацией (свыше 500 мг/л) и содержанием ионов К+ (до 125 мг/л), а также аномальным соотношением основных катионов, что существенно отличает их от природных вод (Поверхностные воды ..., 2001). Поступая в водоемы, они оказывают комбинированное негативное влияние на водные экосистемы в целом и бентоценозы в частности. Направленность и скорость процессов трансформации видового состава и таксономической структуры бентоценозов ультрапресных водоемов под влиянием сточных вод подобного типа мало изучены.
Город Костомукша и его предприятия полностью охвачены системой канализации. Сточные воды собираются городским коллектором и подаются на канализационные очистные сооружения. После обработки на станции биологической очистки и обеззараживания сточные воды сбрасываются через ряд крупных озер в р. Кемь, усиливая тенденции к эвтрофированию с адекватной реакцией биоценозов на всех трофических уровнях.
Вместе с тем в непосредственной близости к промузлу находится государственный заповедник "Костомукшский" созданный в 1983 году. Ядром
заповедной территории является озеро Каменное, до настоящего времени не подверженое существенному, в отличие от остальных водных объектов, антропогенному влиянию и поэтому может выступать своеобразным эталоном при изучении биоразнообразия флоры и фауны данного региона.
Основой для выявления направленности происходящих в водоемах процессов природного и антропогенного характера послужили фоновые материалы, полученные Западно-Карельской комплексной экспедицией Карельского филиала АН СССР в 50-х годах, а также данные комплексных исследований проведенных Институтом водных проблем Севера (в то время Отделом водных проблем) в начале 70-х годов, когда велись изыскательские работы в связи с планируемой разработкой железорудного месторождения, строительством горнообогатительного комбината и города Костомукши.
Цель исследования. Изучить современное состояние макрозообентоцено-зов водоемов бассейна р. Кеми (Северная Карелия) - видовой состав, таксономическую структуру, количественные параметры и проследить основные тенденции их изменения в зависимости от типа и интенсивности антропогенной нагрузки, характерных в настоящее время для региона, в сравнении с фоновыми показателями.
Задачи исследования:
провести ретроспективный анализ таксономической изученности фауны донных беспозвоночных водоемов бассейна р. Кеми и на его основе оценить современное состояние вопроса;
по имеющимся в наличии первичным натурным материалам сформировать базу данных по макрозообентосу озер бассейна р. Кеми;
- дать характеристику видового разнообразия, таксономической структуры и
количественного развития биоценозов макрозообентоса озер зоны северной тайги на первых этапах хозяйственного освоения региона (фоновые характеристики);
- проследить основные тенденции изменений в структуре бентоценозов под
влиянием различных типов антропогенной нагрузки - высокоминерализованных
вод хвостохранилища Костомукшского ГОКа и биологически очищенных
хозяйственно-бытовых сточных вод.
Теоретическое значение и научная новизна. Впервые получены современные данные о биологическом разнообразии и таксономической структуре бентоценозов водоемов бассейна р. Кеми, как подверженных антропогенному воздействию различного типа, так и находящихся в естественном состоянии.
Значительно расширены списки видов организмов, населяющих бенталь водоемов бассейна р. Кеми. Показаны тенденции в трансформации таксономической структуры сообществ донной фауны ультрапресных водоемов зоны северной тайги под влиянием различных по характеру и интенсивности типов антропогенной нагрузки.
Практическое значение. Результаты проведенных исследований использованы при разработке комплексных программ экологического мониторинга водоемов Республики Карелия, ряда международных проектов по инвентаризации и охране редких и исчезающих видов и сохранению биоразнообразия флоры и фауны приграничных районов РК, а также при разработке регламента функционирования хвостохранилища Костомукшского ГОКа, при подготовке предложений по организации заповедника "Костомукшский" и Калевальского национального парка. Полученная информация может быть широко использована
при санитарно-гидробиологической оценке качества поверхностных вод, разработке практических рекомендаций по повышению рыбохозяйственной ценности внутренних водоемов и организации товарного рыбоводства.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на: 21-й научной конференции по изучению и освоению водоемов Прибалтики и Белоруссии (Псков, 1983), 3-й республиканской конференции по проблеме рыбохозяйственных исследований внутренних водоемов Карелии (Петрозаводск, 1983), 5-м и 6-м съездах ВГБО (Куйбышев, 1986; Казань, 1996), всесоюзной конференции «Биоиндикация и биотестирование природных вод» (Ростов-на-Дону, 1986), российско-финляндском симпозиуме «Acidification of inland waters» (Joensuu, 1990), российско-финляндском семинаре по итогам исследований в международном парке "Дружба" (Kuhmo, 1994), международной конференции «Экологические проблемы севера европейской территории России» (Апатиты, 1996), российско-финляндском симпозиуме «Biodiversity of Fennoskandia» (Петрозаводск, 1997), всероссийском совещании «Антропогенное воздействие на природу Севера и его экологические последствия» (Апатиты, 1998), международной конференции «Биологические основы изучения, освоения и охраны животного и растительного мира, почвенного покрова Восточной Фенноскандии» (Петрозаводск, 1999), юбилейной научной конференции, посвященной 275-летию Российской академии наук «Важнейшие результаты научных исследований Карельского научного центра РАН» (Петрозаводск, 1999), международной конференции «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура» (Архангельск, 2000).
Личный вклад. В основу работы положены материалы собственных исследований, проведенных автором на водоемах бассейна р. Кеми в период с 1980 по 2001 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы, в том числе 2 коллективных монографии, 4 работы находятся в печати.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы. Рукопись содержит 36 таблиц, 14 рисунков и 4 табличных приложения. Список литературы включает 188 источников.
Автор выражает благодарность всем сотрудникам Института водных проблем Севера Кар. НЦ РАН за большую практическую и консультационную помощь, оказанную при подготовке диссертации.
История исследования фауны макрозообентоса бассейна р. Кеми (1930-2001 гг.)
Исследования фауны донных беспозвоночных водоемов и водотоков бассейна реки Кеми были начаты еще в начале 30-х годов 20-го века и касались в основном изучения жемчужницы Margaritana (Margaritifera) margaritifera (Верещагин, 1930; Влостов, 1934). Первая общая сводка литературных и рукописных материалов по таксономическому составу беспозвоночных озер Карелии была составлена СВ. Гердом еще в 1938 г., но была опубликована только после 1945 г. (Герд, 1946). В ней приводятся первые фрагментарные сведения о фауне бентосных беспозвоночных озер Куйто и малых озер системы реки Кенти (Алаярви и Юляярви), основанные на сборах Карельской научно-исследовательской рыбохозяйственной станции (КНИРС) 1932-1933 гг.
С 1949-1950 г. в связи с проектом строительства Западно-Карельской железной дороги Петрозаводским университетом и АН СССР был начаты планомерные комплексные исследования озер системы р. Каменной (Каменное, Лувозеро, Кимасозеро, Нюк), в результате которых была получена информация о гидрологическом и гидрохимическом режимах водоемов, а также о состоянии гидробиологических сообществ (Лазаревская, Попенко, 1959; Потапова, 1959). Далее, в 1970 г., в связи с началом освоения Костомукшского месторождения железной руды эти работы были продолжены (Соколова и др., 1971, 1977; Родькин, 1974, Харкевич и др., 1976; Биологические ресурсы... 1977, Рябинкин, 1982; 1986; Природные воды..., 1985).
С 1980 г. в связи с вводом в действие Костомукшского ГОКа и резко возросшей антропогенной нагрузкой промышленных сточных вод на озерно-речную систему реки Кента (водосбор оз. Среднее Куйто), проводятся регулярные комплексные гидробиологические и эколого-токсикологические исследования с целью оценить степень влияния сточных вод, проследить основные тенденции в динамике структурно-функциональных характеристик отдельных звеньев экосистемы (Гордеева и др., 1986; Дубровина и др., 1995; Ивантер и др., 1995; Калинкина, 1995; Калинкина, Дубровина, 1995; Комулайнен, 1995; Кухарев и др., 1995; Палынин и др., 1995; Регеранд, 1995; Регеранд, Дубровина, 1995; Хазов, 1988; Хазов, Власова, 1995; Чекрыжева, 1995; Хазов, Калинкина, Власова, 1999). Составной частью этих работ являются и исследования сообществ макрозообенгоса как одного из важнейших элементов водных экосистем (Гордеева и др., 1986; Хазов, 1988; Рябинкин, Хазов, 1995; Кухарев, 1995; Кухарев и др., 1998).
В 1961-1963, 1972-1973 гг. Карельским отделением ГосНИОРХ и в 1982-1983 гг. Отделом водных проблем Карельского филиала АН СССР проводились комплексные исследования озер Куйто и образованного на их основе Юшкозерского водохранилища и ряда малых озер его бассейна. Получены сведения о видовом составе, количественном развитии, особенностях распределения и сезонной динамике макрозообентоса, а также продукции реликтовых ракообразных (Гордеева и др., 1986; Рябинкин, Хазов, 1984, 1989; Состояние запасов ..., 1974; Хазов, Рябинкин, 1984).
В 1991 г. были возобновлены наблюдения за состоянием биологических сообществ озера Каменного и ряда малых водоемов, территории заповедника "Костомукшский", созданного в 1983 г. и являющегося частью международного российско-финляндского "Парка Дружбы" с целью сохранения биоразнообразия уголков девственной природы в непосредственном соседстве с крупным Костомукшским промузлом и обнаружения возможных негативных изменений в экосистемах. Эти работы систематически проводятся до настоящего времени по различным направлениям, в частности по программе комплексного экологического мониторинга водоемов Карелии и международному проекту "Интегрированный мониторинг..." на полигоне "Камалахти" (Ecosistem, fauna and flora..., 1997; Современное состояние..., 1998). В 1980-1981 гг. в связи с проектом строительства Белопорожской ГЭС и созданием нового водохранилища обследованы малые озера Юшкозерской группы (Хаапаярви, Юляярви, Юшкоярви, Куроярви, Аланъярви, Перялампи) и озера среднего течения р. Кеми (Роппомо, Панозеро), потенциально попадавшие в зону затопления ( Гордееваидр., 1982; Рябинкин, 1983,1989).
Таксономический состав макрозообентоса водоемов бассейна р. Кеми
Список видового состава беспозвоночных, эволюционно приспособившихся к обитанию на грунте водоемов и на различных субстратах (зообентос), бассейна реки Кеми, составленный нами по архивным и литературным материалам, опубликованным до 1970 г., насчитывал на тот период 123 таксона различного ранга. В его основу легли материалы, полученные в 30-х годах пошлого века СВ. Гердом (Герд, 1935, 1946, 1949, 1950, 1961, 1963) и дополненные более поздними исследованиями. Полученная информация о видовом составе и ареалах распространения основных групп водных беспозвоночных была систематизирована в коллективной монографии «Фауна озер Карелии» (1965).
Класс круглые черви (Nematoda) постоянно встречались при исследованиях, но до вида не определялись.
Класс Nematomorpha был представлен всего одним свободноживущим видом волосатиков - Gordius aquaticus Dyj., найденным в озере Среднее Куйто на глубине 25 м (Герд, 1935).
Класс малощетинковые черви (Oligochaeta) являются одним из важнейших компонентов донной фауны, зачастую составляя основу бентоценозов водоемов. Вместе с тем фаунистическая изученность этого класса беспозвоночных обитающих в озерах бассейна реки Кеми была явно недостаточна. Основываясь на сборах 30-х годов СВ. Гердом отмечено для оз. Среднее Куйто всего 3 вида, относящихся к трем семействам: Peloscolex (Spirosperma) ferox (Eisen) (семейство Tubificidae), Stylodrilus heringianus Clap, (семейство Lumbriculidae), Marionina riparia Brets. (семейство Enchytraeidae) (Герд, 1946, 1950; Чекановская, 1965).
Класс пиявки (Hirudinea) был представлен в озерах бассейна р. Кеми всего двумя родами Helobdella (Н. stagnalis Blanch) и Glossiphonia, найденными в озерах Куйто (Герд, 1935, 1946; Герд, Соколова, 1965).
Из представителей класса (Crustacea) в наиболее крупных озерах бассейна р. Кеми были отмечена реликтовая мизида Mysis relicta Loven (отряд Mysydacea) (Нюкозеро, озера Куйто) и бокоплавы (отряд Amphipoda) Pontoporeia (Monotoporeia) affinis Lindstr. (Нюкозеро, озера Куйто) и Pallasea quadrispinosa Sars (Среднее Куйто) (Герд, 1935, 1946; Гордеев, 1949, 1951, 1952, 1957, 1965; Потапова, 1958, 1959).
Hydrachnella - водные клещи (Arachnida, Acari) водоемов бассейна изучены явно недостаточно. Отдельные сведения имеются о нахождении Piona coccinea var. recurva Lindbl. и Piona coccinea stjordanensis (Thor.) в озерах Куйто (Герд, 1946; Янковская, 1965). В месте с тем из 143 видов водных клещей, отмеченных для Карелии в сводке А.И. Янковской (1965), большинство, судя по их ареалам, относится к палеарктическим, широко распространенным для водоемов Фенноскандии видам и их присутствие весьма вероятно.
Фауна брюхоногих моллюсков (Gastropoda) региона, по данным В.А. Соколовой (1965), включала 7 видов, относящихся к трем семействам из озер Куйто и Нюк. Из семейства Limnaeidae - Lymnaea ovata Drop., L. auricularia var. lagotis Schr., Galba palustris (Mull), Amphipeplia glutinosa (Mull), из семейства Valvatidae -Valvata piscinalis (Mull), V. cristata (Mull.), из семейства Planorbidae - G. gredleri (Biels.) (Герд, 1935, 1946; Соколова, 1965). По результатам эколого-паразитологических исследований 1968 г. литоральной малакофауны оз.
Озера системы р. Каменной
В составе донных биоценозов озера Каменного (рис.5.1.1) отмечено 83 таксономических единицы (приложение 2). В действительности список видов значительно шире, поскольку, во-первых, целый ряд крупных систематических групп, таких как Nematoda, Hydrachnella, Hemiptera, Coleoptera, Plecoptera и некоторых других до вида не идентифицировались и, во-вторых, исследованы далеко не все биотопы с высоким потенциалом биоразнообразия. Наиболее разнообразна фауна Chironomidae (свыше 40 видов и личиночных форм). Chironomidae доминируют в профундали, а в осенне-зимний период и в литоральных бентоценозах. Повсеместно встречены Tanytarsus sp., Cladotanytarsus sp., Trissocladius zalutchicola, Procladius sp..
Из Oligochaeta наиболее часто встречаются Spirosperma ferox, Limnodrilus hoffmeisteri, Stylodrilus heringianus, Stylaria lacustris. Mollusca представлены в основном видами родов Euglesa и Sphaerium.
Литоральная зона в озере выражена слабо, занимает незначительную площадь и представлена в основном песчаными и каменистыми открытыми ветро-волновому воздействию участками. Средняя численность организмов песчаных отмелей не превышает 900 экз./м , средняя биомасса - 1.0 т/и . Основу фауны составляют Oligochaeta (S. ferox, L. hoffmeisteri, S. heringianus), Chironomidae {Tanytarsus sp., Cladotanytarsus sp., Cryptochironomus sp., Psectrocladius sp.), Mollusca. Значительно разнообразнее и богаче бентос илисто-песчаных и грубо-детритных грунтов зарос-левой литорали (до 3300 экз./м и 3.5 г/м ). Ведущую роль в зарослевых бентоценозах играют Oligochaeta (S. lacustris, Nais simplex Lymbriculus variegatus), фитофильные формы Chironomidae (Cricotopus silvestris, C.algarum, Psectrocladius psilopterus), a также Ephemeroptera {Ephemera vulgata, Ephemerella ignita), Megaloptera {Sialis flavelatera) и различные виды Trichoptera.
Высшая водная растительность, особенно погруженная и с плавающими листьями удобное местообитание для моллюсков Limnaea ovata, L. palustris, Phisafontinalis.
Значительным биологическим разнообразием отличаются биоценозы бентоса заиленных песчаных грунтов зоны берегового склона. Доминирующей группой являются Chironomidae, представленные элементами эврибионтной {Tanytarsus sp., Cladotanytarsus sp., Trissoeladius zalutschiocla, Procladius sp.), литоральной {Psectrocladius sp., Limnochironomus nervosus) и профундальной {Trissoeladius paratatricus, Stictochironomus crassiforseps, Paratrichocladius triquetra) фауны. Особую ценность как кормовые объекты представляют Ephemera vulgata и ледниковые реликтовые амфиподы Monoporeia affinis, Pallasea quadrispinosa. Средняя числен ность организмов в летний период составляет 1500 экз./м , при биомассе 2.0 г/м .
Донная фауна профундальной зоны, на глубинах больше 6 м, очень бедна и представлена личинками Chironomidae, Oligochaeta, Bivalvia и Nematoda. Основу профундальных бентоценозов (свыше 70% численности и биомассы) составляют Chironomidae: Т. paratatricus, Prodiamesa bathyphila, Limnopyes karelica, Tanytarsus sp., Stictochironomus crassiforseps, Procladius sp.. Средняя численность в летний пе риод не превышает 200-300 экз./м , а средняя биомасса - 0.2-0.3 г/м .
Озеро Каменное в настоящее время по степени развития макробентоса относится к озерам олиготрофного типа. Средняя численность организмов в прибрежном мелководье колеблется от 150 экз./м до 1800 экз./м при биомассе 0.4-2.1 г/м . В профундали средние величины численности и биомассы находятся в пределах 100-800 экз./м2 и 0.2-1.0 г/м2 соответственно. Основу составляют, как и в большинстве олиготрофных озер Карелии, Insecta, главным образом Chironomidae, Oligochaeta и Mollusca. Интегральные характеристики донной фауны представлены в таблицах 5.1.1 и 5.1.2. За 20 лет с момента первых исследований (1973-1993 гг.) структурные параметры и количественные характеристики бентоценозов озера Каменного не подверженного существенному антропогенному воздействию не претерпели существенных изменений (Биологические ресурсы ..., 1977, 1986; Гордеева и др., 1974; Соколова, 1986; Соколова и др., 1971,1977; Родькин, 1974; Ryabinkin, 1997).
