Українська Академія аграрних наук

Інститут агроекології і біотехнології

Гроховська Юлія Романівна

УДК 581.5:504.4.054:502.7(043.3)

ФІТОІНДИКАЦІЯ АНТРОПОГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ

ВОДНИХ ЕКОСИСТЕМ

03.00.16 - екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2002

Дисертацією є рукопис

Дисертаційна робота виконана на кафедрі екології Рівненського державного технічного університету.

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор

Клименко Микола Олександрович,

Рівненський державний технічний університет,

завідувач кафедри екології

Офіційні опоненти – доктор біологічних наук, професор

Бурда Раїса Іванівна,

Інститут агроекології і біотехнології УААН,

завідувач лабораторії фітобіотичного моніторингу;

кандидат сільськогосподарських наук,

Коломієць Лариса Петрівна,

Інститут землеробства УААН,

старший науковий співробітник

лабораторії захисту ґрунтів від ерозії

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, м. Київ,

вул. Героїв оборони, 15.

Захист відбудеться “19” березня 2002 року о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 в Інституті агроекології і біотехнології УААН за адресою: 03143, м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту агроекології і біотехнології УААН за адресою: 03143, м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розіслано “15” лютого 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Заякіна Г.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Погіршення екологічного стану поверхневих вод річок басейну Прип'яті у останні 30-40 років обумовлювалося широкомасштабними гідротехнічними меліораціями, збільшенням розораності земель, скороченням площ природної рослинності, використанням у сільському господарстві органічних, мінеральних добрив, засобів захисту рослин. Сформовану гідрохімічну картину водних об`єктів доповнюють та істотно змінюють промислові та комунальні джерела забруднення.

В практиці більшості контролюючих екологічних служб оцінка якості води здійснюється на основі обмеженого переліку гідрохімічних показників, тоді як гідробіологічні дослідження на місцевому та регіональному рівнях не завжди можна провести через відсутність належного фінансування. Блоковий принцип оцінки теж можливий при відсутності повних даних гідробіологічного аналізу – комплексний екологічний індекс розраховують за наявними гідрохімічними (трофо-сапробіологічними та токсикологічними) показниками (Екологічна оцінка сучасного стану поверхневих вод України (методичні аспекти), 1996; Методика картографування екологічного стану поверхневих вод України за якістю води, 1998). Але використання цієї методики обмежується рамками Системи екологічного моніторингу (СЕМ), оскільки потребує акредитованих лабораторій, кваліфікованих кадрів та достатнього фінансування на відбір та аналіз проб.

Водна рослинність – потужний автотрофний блок водних екосистем, що чутливо реагує на зміну стану середовища існування і, зокрема, на антропогенне забруднення води. Без всебічного вивчення флористичних ознак угруповань макрофітів неможлива розробка нових науково обґрунтованих методик оцінки екологічного стану поверхневих вод, заходів з організації моніторингу та управління станом водних екосистем.

Враховуючи зазначене, перспективним практичним напрямом в моніторингових дослідженнях можуть стати спостереження за розвитком та трансформацією угруповань вищих водних рослин як консервативного показника стану поверхневих вод.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проведені дослідження були складовою частиною планової науково-дослідної роботи кафедри екології Рівненського державного технічного університету (місце проходження аспірантури дисертанта) у 1997-2001 рр. – “Охорона і раціональне використання природних ресурсів”.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи був пошук нових можливостей оцінки екологічного стану водних екосистем річок басейну Прип'яті за окремими чутливими видами, а також угрупованнями вищих водних рослин через вивчення їх видового складу та трансформації під впливом антропогенного забруднення. Досягнення мети передбачало вирішення наступних завдань:

·

· дати оцінку рівня антропогенного забруднення водотоків за гідрохімічними показниками на основі комплексної екологічної класифікації якості вод;

· оцінити фітоіндикаційні можливості найпоширеніших видів гідроморфних макрофітів та їх угруповань;

· розробити методику оцінки екологічного стану водних екосистем за вищою водною рослинністю.

Об'єкт дослідження – водні екосистеми річок Устя, Замчисько (притоки Горині) та Іква (притока Стиру), які вцілому належать до басейну Прип'яті.

Предмет дослідження – окремі види та угруповання вищих водних рослин річок і тенденції їх змін під впливом антропогенного забруднення води.

Методи дослідження. Вищу водну рослинність річок вивчали з використанням загальноприйнятих методик (Катанская В.М., 1981; Абакумов В.А.,1983), у період її вегетації у 1996-2000 рр. на річках Устя, Замчисько і Іква та на ставах і притоках басейну р. Устя.

Оцінка якості поверхневих вод на основі КЕІ проводилася за трьома блоками показників (Яцик А.В., Денисова О.І., Серебрякова Т.М. і ін., 1996; Гриб Й.В., Клименко М.О., Сондак В.В., 1999). Лабораторні аналізи для визначення показників якості води виконувалися згідно з чинними керівними нормативними документами відділом аналітичного контролю управління екобезпеки в Рівненській області в рамках досліджень, що проводяться у мережі СЕМ.

Для виявлення зв'язку між забрудненням води та частотою трапляння видів вищих водних рослин на різних ділянках річки використовували елементи градієнтного кількісного аналізу (Миркин Б.М., Розенберг Г.С., Наумова Л.Г., 1989).

Математична обробка експериментальних даних здійснювалась методами кореляційного і регресійного аналізів на ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. З метою вибору фітоіндикатора вперше описано видовий склад угруповань вищих водних і прибережно-водних рослин річок Устя, Замчисько та Іква, класифікація яких проведена згідно флористичних принципів школи Браун-Бланке. Вперше здійснено фітоіндикацію антропогенного забруднення водотоків у створах, які контролюються у мережі СЕМ. Для екологічної оцінки стану водного середовища та якості води запропоновано кількісний показник – індекс фітоіндикації стану поверхневих вод за вищою водною рослинністю. Зроблена перша спроба класифікації стану річкової мережі за видовим складом та біомасою угруповань макрофітів.

Практичне значення одержаних результатів. Проведено оцінку рівня антропогенного забруднення водних екосистем річок Устя, Замчисько та Іква за нормативами комплексної екологічної класифікації стану поверхневих вод. Запропоновано методику оцінки екологічного стану водних екосистем та якості води за видовою різноманітністю угруповань вищих водних рослин. Апробація методики проведена на малих (Устя, Замчисько) та середній (Іква) річках басейну Прип`яті, порівняння отриманих даних з результатами комплексного гідрохімічного аналізу довело достатньо високу надійність запропонованої методики. За результатами комплексного інструментального аналізу якості води встановлено, що першочергових природоохоронних заходів потребує екосистема р. Устя в межах Здолбунівсько-Рівненської промислової агломерації. Для покращання якості води річки найдоцільнішим є створення системи біологічних ставків – біоплато, з використанням стійких до забруднення водних рослин, виявлених у процесі дослідження.

Запропоновані методичні підходи та результати досліджень дозволили розробити серію лабораторних робіт, що включені у навчальні програми дисциплін "Екологія" та "Гідробіологія" Рівненського державного технічного університету, а також використати їх під час проходження студентами літньої навчальної та виробничої практик, при виконанні дипломних робіт. Найважливіші положення дисертації включені до т.3 навчального посібника “Відновна гідроекологія порушених річкових та озерних екосистем” (у друці).

Особистий внесок здобувача. Впродовж 1996-2001 років автором проведено польові дослідження рослинних угруповань річок Устя, Замчисько і Іква, їх трансформації під впливом антропогенного забруднення води, проведено статистико-математичний аналіз і теоретичне узагальнення результатів досліджень. Основні наукові положення та висновки отримані і сформульовані дисертантом.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися та обговорювалися на науково-практичній конференції "Актуальні екологічні проблеми" (Рівне, 2000); на щорічних наукових конференціях Рівненського державного технічного університету в 1996-2000 роках; на засіданні розширеної методичної комісії Інституту агроекології і біотехнології.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 8 наукових праць, у тому числі 4 статті у фахових виданнях.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 127 сторінках машинописного тексту. Робота складається з вступу, 5 розділів, 4 додатків, списку літератури (142 джерела). Текст ілюстровано 22 таблицями та 31 рисунком. Загальний обсяг дисертації 155 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ВИЩІ ВОДНІ РОСЛИНИ ЯК ІНДИКАТОРИ ЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ

ВОДНИХ ОБ`ЄКТІВ (огляд літератури)

На основі аналізу літературних джерел встановлено, що водна рослинність (ВР) вцілому по країні досліджена досить детально. Визначено основні функції, які виконують угруповання вищих водних рослин (ВВР) у водних екосистемах, розглянуто перспективи використання фітомаси у сільському та рибному господарстві, для промислових потреб тощо. На підставі вивчення робіт у галузі фітоіндикації і, зокрема, індикаторної ролі ВВР, з'ясовано, що спостереження за розвитком судинних макрофітів та антропогенною модифікацією угруповань відкривають нові перспективи моніторингу стану поверхневих вод (Кокин К.А., 1982; Клоков В.М. и др., 1993; Дубина Д.В., Шеляг-Сосонко Ю.Р., 1983; Петров С.С., 1992; 1993; “Макрофиты – индикаторы изменений природной среды", 1993 та ін.)

ОБ`ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження проводилися на річках басейну Прип'яті в межах Рівненської області. Басейни річок Устя і Замчисько є репрезентативними для відповідних ландшафтно-господарських районів Рівненщини (Лихо О.А., Волкова Л.А., 1998, 1999). Іква – транзитна річка, протікає по території Львівської, Тернопільської та Рівненської областей. Коротка загальна характеристика річок подана за матеріалами їх паспортизації (Паспорт р. Устье, 1990; Паспорт р. Иква, 1990; Паспорт р. Замчиско, 1992).

Устя – ліва притока Горині першого порядку. Це мала річка, довжиною 65,7 км та площею водозбору 755 км2. В межах басейну розташовано два міста і два селища міського типу, у тому числі Рівне – обласний центр (урбанізованість складає 2,9%). Найбільшими промисловими об'єктами є ВАТ “Волинь” (цементно-шиферний комбінат), ВО "Азот", ВАТ "Рівнельон", радіозавод і ін. Орні землі займають 62% загальної площі басейну.

Замчисько – права притока Горині першого порядку. Це мала річка, завдовжки 43,2 км з площею басейну 336 км2. В межах водозбору розташовані наступні населені пункти: місто Костопіль (районний центр) і 16 сіл (урбанізованість складає 4,6%). Найбільші промислові об'єкти – ВАТ “Костопільський ДБК”, склозавод і ін. Орні землі займають 25% території басейну.

Іква – права притока Стиру першого порядку. Це середня річка, завдовжки 148,8 км, з площею басейну 2230 км2. Протікає по території Львівської, Тернопільської та Рівненської областей. В межах басейну розташовано два міста та два селища міського типу, 162 села (урбанізованість складає 4,3%). Серед найбільших промислових об'єктів в межах Рівненщини – ВАТ “Дубнівський м'ясокомбінат”, овочесушильно-консервний і цукровий заводи тощо. Орні землі займають 49% загальної площі басейну.

Отже, річки, обрані на роль об'єктів дослідження, зазнають значного антропогенного впливу (на водозбірних територіях розташовані урбоекосистеми – обласний та районні центри, великі промислові підприємства, значні площі басейнів антропогенно трансформовані, тощо). Поряд з цим, на річках склалися досить сприятливі умови для розвитку рослинності. Швидкість течії на водотоках рідко перевищувала 0,3 м/с, а глибина – 1,5 м. Характер донних відкладень, прозорість води, переважно, сприятливі для розвитку усіх екологічних груп судинних макрофітів. Усе зазначене надає широкі можливості для порівняння видового складу та кількісних характеристик угруповань з метою фітоіндикації за традиційними методами і хороші умови для апробації розробленої автором методики. Важливим аспектом у виборі об'єктів дослідження була наявність постійних пунктів спостереження за якістю води Державного управління екобезпеки в Рівненській області, дані якого аналізувалися та порівнювалися з результатами фітоіндикації.

Гідрохімічні дослідження повинні відображувати рівень забруднення води впродовж кількох років, оскільки для трансформації угруповань макрофітів під його впливом потрібен певний час (нами визначений умовно з 1994 по 1998 рр.) Для оцінки якості поверхневих вод річок Устя, Замчисько та Іква протягом 1994 -1998 років було проведено відбори проб води згідно рекомендацій Держкомгідромету до 4 разів на рік за гідрологічними сезонами.

Дослідження передбачали вивчення змін значень комплексного екологічного індексу (КЕІ), який розраховувався за формулою (1):

; (1)

де Іа, Ів, Іс – факторні індекси, визначалися за максимальним перевищенням однієї з характеристик у кожній групі при діленні їх фактичного значення (максимального, середнього) на регламентовану величину (Гриб Й.В., Клименко М.О., Сондак В.В., 1999). Оцінка якості поверхневих вод проводилася за трьома блоками: показниками сольового складу, трофо-сапробіологічними (еколого-санітарними) показниками, специфічними показниками токсичної та радіаційної дії. Залежно від поставленої мети блокові індекси визначали: за середніми багаторічними значеннями показників якості води за усі роки спостережень (1994-1998); за середніми значеннями показників у вегетаційний період (умовно визначений з травня по вересень). Оскільки КЕІ є інтегральним показником забруднення води, його значення обрано на роль осі ординації. За частотою трапляння видів оцінювалися розподіл вздовж градієнта забруднення та індикаторна інформативність видів (Василевич В.И., 1972; Миркин Б.М., Розенберг Г.С., Наумова Л.Г., 1989).

Фітоценотичні описи ВР виконували на пробних ділянках розміром 10 м2 (3,3 х 3,3 м). Фрагменти угруповань меншого розміру описували в існуючих межах. З метою фітоіндикації стану описи виконували на пробних ділянках більшої площі (50 м2) для повного врахування чисельності видів та видового складу угруповань, що ростуть у більш-менш однорідних умовах забруднення. Крім того, на ділянках зі створами гідрохімічної зйомки, з метою наступного порівняння та ординації, виконували 10 або 20 описів для нейтралізації ефекту флористичної неповночленності фітоценозів. Пробні ділянки для описів закладали в сприятливих для розвитку ВР непроточних або слабопроточних місцях з незначною глибиною. Розміри та принципи відбору пробних ділянок описані у роботах Петрова С.С. (1992, 1993).

Камеральний етап роботи включав статистичну обробку та аналіз даних польових досліджень. З цією метою використовували ПЕОМ, зокрема можливості програми Microsoft Excel.

ФЛОРИСТИЧНІ ТА ФІТОЦЕНОТИЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ВИЩОЇ ВОДНОЇ РОСЛИННОСТІ ВОДОЙМ ТА ВОДОТОКІВ БАСЕЙНУ ПРИП'ЯТІ

Проведений аналіз дав можливість визначити систематичний склад, спектр еколого-біологічних груп, спектр стратегій рослин та географічну структуру флори досліджуваних водойм та водотоків. У процесі досліджень виявлено 74 види вищих водних та прибережно-водних рослин, що належать до 48 родів та 30 родин. Це 2 види хвощів та 72 види покритонасінних рослин; з них 33 однодольних (44,6%) та 39 дводольних (52,7%).

Найбагатше у флористичному відношенні представлені родини осокових (Cyperaceae) та рдесникових (Potamogetonaceae) – по 7 видів, які разом складають 19% від загальної чисельності. Відносно багатими виявились також родини злакових (Poaceae) – 5 видів, губоцвітих (Lamiaceae) – 5, гречкових (Polygonaceae), жовтецевих (Ranunculaceae) та капустяних (Brassicaceae) – по 4 види. Решта 23 родини складають 51 % від загального числа, у тому числі десять з них представлені лише одним видом.

У флорі досліджених водних об'єктів власне водних рослин – гідрофітів налічується 23 види, або 31% усіх виявлених. З них: занурені не укорінені – 3 види; занурені укорінені – 9 видів; вільноплаваючі – 3 види; з плаваючим листям – 8 видів.

Синтаксономія ВР річок проведена за принципами флористичної класифікації (Дубина Д.В., 1986; Клоков К.А., Карпова Г.А., 1988; Петров С.С., 1992). Згідно отриманих результатів ВР річок Устя, Замчисько та Іква представлена 25 асоціаціями, 21 субасоціацією та 15 варіантами, що об'єднуються в 6 союзів, 4 порядки та 3 класи. Нових асоціацій не виділено, особливості угруповань регіону досліджень обмежені рангами субасоціацій і варіантів.

Серед угруповань дрібних вільноплаваючих рослин союзу Lemnion minoris, найпоширеніша асоціація ряски малої (Lemnetum minoris). Серед ценозів більших за розмірами вільноплаваючих рослин порядку Hydrocharitetalia, часто траплялися асоціації жабурника звичайного з ряскою малою (Lemno-Hydrocharitetum morsus-ranae) та куширу зануреного (Ceratophylletum demersi). Ценози цих асоціацій виявлені нами на більшості досліджених ділянок, які характеризуються різною комбінацією екологічних факторів, у тому числі – відмінним рівнем забруднення води. Розвиток і продуктивність найпоширеніших угруповань вільноплаваючих рослин найбільше залежали від наявності та швидкості течій. На розподіл ценозів ряски триборозенчастої (Lemnetum trisulcae) у значній мірі впливала якість води.

Серед угруповань занурених укорінених рослин союзу Potamion найпоширеніші асоціації рдесника пронизанолистого (Potametum perfoliati) та кучерявого (Potametum crispi), а серед угруповань укорінених рослин з плаваючим листям союзу Nymphaeion широко розповсюджені ценози асоціації глечиків жовтих та латаття білого (Nupharo lutei–Nymphaeetum albae). Розвиток угруповань прикріплених до дна водних рослин з плаваючим на поверхні та в товщі води листям значною мірою залежить від якості води (Дубина Д.В., Шеляг-Сосонко Ю.Р., 1996; Кокин К.А., 1982, Петров С.С., 1992; 1993). Зокрема, ценози асоціації рдесника блискучого (Potametum lucentis) не виявлено на ділянках річок, що зазнають значного антропогенного забруднення (р. Устя нижче м. Рівне).

З угруповань прибережних повітряно-водних рослин союзу Phragmition communis найпоширеніші ценози очерету звичайного (Phragmitetum communis) та лепешняка великого (Glycerietum maximae). Поширення та розвиток угруповань повітряно-водної рослинності найменше залежали від якості води, що збігається з висновками попередніх досліджень науковців у цій галузі (Макрофиты – индикаторы изменений природной среды, 1993; Кокин К.А., 1982).

Отже, фітобіота досліджених об'єктів досить різноманітна і може бути достатньо об'єктивним індикатором забруднення та трансформації екосистем річок, що відбуваються під антропогенним впливом.

ОЦІНКА ЯКОСТІ ПОВЕРХНЕВИХ ВОД РЕГІОНУ ДОСЛІДЖЕНЬ за

нормативами комплексної екологічної класифікації

Згідно результатів гідрохімічного аналізу, основними забруднюючими речовинами у воді річок є біогенні сполуки (нітрити, нітрати та фосфати) і токсичні сполуки міді та хрому, джерела яких – стік з сільськогосподарських територій, господарсько-побутові та промислові стічні води. Найбільше забруднюючих речовин містить вода річок нижче великих населених пунктів: міст Рівне, Здолбунів, Дубно, Костопіль.

Якість води р. Устя за гідроекологічними показниками описується градацією від 3 класу на витоку (стан водного середовища задовільний) до 4 класу нижче міст Рівне та Здолбунів (стан водного середовища поганий). Дослідженнями встановлено, що основний внесок у забруднення води біогенними речовинами забезпечується стоком з сільськогосподарських угідь у верхній і в нижній течії річки. Низька якість води у середній та нижній течії (4 клас), що характеризується як “вода забруднена” та “вода брудна”, зумовлена значним антропогенним пресингом Здолбунівсько-Рівненської промислової агломерації на водозбірну територію річки (рис. 1). Забруднення біогенними речовинами сприяє інтенсивному “цвітінню” води річки в межах м. Рівне, де з екосистеми вилучена ланка повітряно-водних рослин.

Якість води р. Замчисько протягом 1994-1998 років перебувала в межах 3 класу, стан водного середовища характеризувався як задовільний. У вегетаційний період значення КЕІ за максимальним перевищенням екологічного нормативу складали від 3,8 (у м. Костопіль вище скидів промислових підприємств) до 7,2 (нижче стоків підприємств міста).

Рис. 1. Екологічна якість води р. Устя (за матеріалами спостережень у 1994-1998 рр.)

Вода р. Іква в контрольних створах теж відповідала 3 класу якості. Забруднена на території Тернопільської області (КЕІ за середніми багаторічними даними 3,9) річка очищувалась на проміжку до м. Дубно (3,7) і, нижче за течією, зазнавала повторного забруднення недоочищеними промислово-комунальними стоками (3,9-5,1).

Інтенсивність та швидкість самоочищення річок визначалася об'ємом та концентрацією забруднюючих речовин у стічних і зливових водах, що надходили у водотоки. Нижче стоків підприємств міст Дубно (р. Іква) та Костопіль (р. Замчисько) вода характеризувалася 3 класом якості зі значенням КЕІ понад 5,0 і відновлювалася через 5-10 км вниз за течією до 4,1-4,3. Річка Устя у середній течії в межах Здолбунівсько-Рівненської промислової агломерації забруднена інтенсивніше – до 4 класу якості зі значенням КЕІ понад 13,0 (стан водного середовища поганий). Через 20 км в гирлі вода очистилася лише до перехідного стану 4 класу якості (значення КЕІ 12,1 за середніми багаторічними даними).

ФІТОІНДИКАЦІЯ ЯКОСТІ ПОВЕРХНЕВИХ ВОД ТА СТАНУ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА

Паралельно на ділянках річок зі створами гідрохімічної зйомки проводили дослідження рослинності на популяційно-видовому та ценотичному рівні.

Аналіз розподілу видів вздовж градієнта забруднення води (за значеннями КЕІ), показав різну чутливість рослин до якості води (табл.1).

За результатами оцінки індикаторності нами виділено три групи видів:

1 – найкращі індикатори якості води з вузькою екологічною амплітудою за градієнтом КЕІ (3,0-3,8), за нашими спостереженнями найчастіше зустрічалися у водах 3 класу якості: рдесник блискучий (Potamogeton lucens), латаття біле (Nymphaea alba), ряска триборозенчаста (Lemna trisulca) та водопериця колосиста (Myriophyllum spicatum). Такі види характеризуються значенням zi=3.

2 – рослини з ширшою екологічною амплітудою (5,0-6,0) і центром розподілу, розташованим вище ніж у попередньої групи: рдесник пронизанолистий (P. perfoliatus), елодея канадська (Elodea canadensis) та глечики жовті (Nuphar lutea). Індикаторні ознаки цих видів нижчі, ніж у першої групи, але достатні, що дозволяє їх використовувати для потреб фітоіндикації (zi=2).

Таблиця 1

Оцінка індикаторності видів (за результатами спостережень у 1998 р.)

Вид Індикаторна інформативність (Ні) Екологічний центр розподілу () Екологічна амплітуда ()

Рдесник пронизанолистий (Potamogeton perfoliatus) 0,69 5,7 6,0

Рдесник блискучий (P. lucens) 0,50 4,7 3,0

Латаття біле (Nymphaea alba) 0,54 5,4 3,5

Ряска триборозенчаста (Lemna trisulca) 0,58 5,0 3,8

Водопериця колосиста (Myriophyllum spicatum) 0,37 4,7 3,2

Елодея канадська (Elodea canadensis) 0,59 5,4 5,7

Глечики жовті (Nuphar lutea) 0,64 5,8 5,0

Рдесник гребінчастий (P. pectinatus) 0,53 7,6 10,0

Рдесник кучерявий (P. crispus) 0,73 7,6 11,9

Кушир занурений (Ceratophyllum demersum) 1,02 8,4 14,4

3 – рослини з широкою екологічною амплітудою (10,0-14,4), володіють значною стійкістю до антропогенного забруднення води: рдесники гребінчастий (P. pectinatus) і кучерявий (P. crispus), кушир занурений (Ceratophyllum demersum)(zi =1).

Отримані результати співпадають з оцінками чутливості перелічених видів, наведеними у наукових джерелах (Дубина Д.В. і ін. 1983; Кокин К.А, 1980; Петров С.С., 1992; 1993).

Загалом, стійкими до забруднення потрібно визнати усі види, виявлені на 6-кілометровому проміжку р. Устя нижче м. Рівне. Ті з них, які здатні формувати потужні зарості, можна використати при створенні руслових, берегових та наплавних біоплато для інтенсифікації очищення води нижче стоків промислових підприємств, урбанізованих територій тощо. Обов'язковим є штучне видалення відпрацьованої біомаси після завершення вегетаційного періоду для запобігання повторному забрудненню. З метою створення біоплато можна використати наступні види: рдесник гребінчастий, рдесник кучерявий, кушир занурений, лепеху звичайну, лепешняк великий, очерет звичайний, рогози широколистий та вузьколистий.

На основі вивчення видової різноманітності ценозів ВВР, чисельності чутливих до забруднення води видів, які визначено аналізом індикаторності, рівня сприятливості умов водного об'єкта або його ділянки для розвитку рослинності, запропоновано кількісний показник – індекс фітоіндикації екологічного стану водних екосистем за вищою водною рослинністю. Зростання значення індексу вказує на зниження якості води та погіршення стану водного середовища.

При прозорості води від 0,2 до 2,0 м (ці межі характерні для річок дослідженого регіону) індекс фітоіндикації може бути розрахований за запропонованою автором формулою (2):

; (2)

де N – загальне число видів на 10 майданчиках площею 50 м2 (N>10);

n – чисельність занурених видів + чисельність індикаторів (чутливих видів), n>0.

Поряд з цим у формулі (1) запропоновані наступні коефіцієнти:

2,5 – поправочний коефіцієнт, введений для можливості порівняння значень Іf та Іе;

kспр – коефіцієнт природної сприятливості умов для розвитку угруповань ВВР, введений для можливості порівняння видового складу фітобіоти окремих водних об'єктів або окремих ділянок однієї водойми або водотоку, що різняться за гідрологічними та гідрофізичними характеристиками (див. нижче формула 3);

zi – коефіцієнт значущості індикатора, визначений залежно від чутливості виду до забруднень, набуває значень від 1 до 3 (за результатами оцінки індикаторності). Значення коефіцієнта zi – це приблизна оцінка індикаторної значущості виду, застосовується як необхідне спрощення.

Сума гідрологічних та гідрофізичних факторів, що впливають на ВВР, створює сприятливий або несприятливий загальний фон для розвитку рослинних угруповань. Для розрахунку коефіцієнта сприятливості автором пропонується формула (3):

; (3)

де б1k1…kn – складові коефіцієнта сприятливості (фактори, безпосередньо не пов'язані із забрудненням);

n – чисельність факторів, які враховуються.

Пропонується враховувати наступні характеристики: коефіцієнт нахилу дна (б1); переважаюча глибина (k1); швидкість течії (k2); прозорість за диском Секкі (k3); коливання рівня води протягом вегетаційного періоду (k4); характер донних відкладень та субстрату (k5).

За значенням індексу фітоіндикації можна встановити клас якості вод (табл. 2).

Таблиця 2

Класифікація поверхневих вод за значенням індексу фітоіндикації (If)

Значення If Стан водного середовища Клас якості вод

до 3,0 добрий 1-2

від 3,0 до 8,0 задовільний 3

від 8,1 до 11,0 перехідний 4

від 11,1 до 15,0 поганий

понад 15,1 дуже поганий 5

На основі запропонованого автором індексу фітоіндикації розроблено нову методику оцінки стану поверхневих вод. Апробацію запропонованої методики здійснено на річках бас. Прип'яті. Порівняння результатів фітоіндикації та комплексного гідроекологічного аналізу показало достатньо високу надійність методики (рис. 2, табл. 3-4).

Рис 2. Гідроекологічний профіль р. Устя за гідрохімічними показниками на основі Іе (матеріали досліджень 1994-1998 рр.) та індексом фітоіндикації Іf (матеріали досліджень у 1999-2000 рр.)

Таблиця 3

Кореляційний та регресійний аналіз зв'язку між комплексним екологічним індексом та індексом фітоіндикації (tr>t05)

Комплексний екологічний індекс Іf , індекс фітоіндикації

r, коефіцієнт кореляції Sr, похибка Рівняння регресії

Іе* +0,8 0,17 Іе *= 0,28 Іf + 0,77

Іе ** +0,87 0,14 Іе** = 1,15 Іf – 1,69

Примітка. * КЕІ за вегетаційний період у 1994-1998 рр; ** КЕІ за середнім багаторічними показниками (1994-1998 рр.)

Таблиця 4

Експертна якісна оцінка стану річкової мережі рр. Устя, Замчисько та Іква за матеріалами комплексного гідрохімічного аналізу та індексом фітоіндикації

Ділянки річки з пунктами гідрохімічного контролю та дослідження рослинності Іе * Факторні індекси (для Іе* ) If Клас якості вод ** Оцінка стану водного середовища

Іа Показник за яким визначено Ів Показник за яким визначено Іс Показник за яким визначено

1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

р. УСТЯ витік річки (с. Дермань) 4,6 0,7 мінера-лізація 7,0 азот нітритний 6,0 мідь 6,6 3 задовільний

м. Здолбунів, вище скиду підприємств 7,2 1,0 хлориди 7,6 фосфати 13,0 мідь 4,3 3 задовільний

нижче скидів підприємств 17,6 1,3 хлориди 10,4 фосфати 41,0 мідь 12,7 4 поганий

м. Рівне 9,5 1,5 хлориди 19,0 азот нітритний 8,0 хром, мідь 8,1 4 перехідний

нижче м. Рівне 15,4 2,1 хлориди 31,2 фосфати 13,0 хром 14,7 4 поганий

с. Малий Олексин 13,3 2,1 хлориди 27,8 фосфати 10,0 мідь 15 4 поганий

гирло смт. Оржів 12,1 1,8 хлориди 26,4 фосфати 8,0 мідь 11,5 4 поганий

р. ЗАМЧИСЬКО вище м. Костопіль (с. Мала Любаша) 4,0 0,7 сульфати 6,4 залізо 5,0 мідь 6,2 3 задовільний

м. Костопіль, вище стоків підприємств 3,5 0,6 хлориди 3,8 залізо 6,0 мідь 4 3 задовільний

Нижче Костополя 4,3 0,9 хлориди 6,9 залізо 5,0 мідь 6,6 3 задовільний

с. Велика Любаша – гирло 5,7 1,4 хлориди 8,8 фосфати 7,0 мідь 5,1 3 задовільний

р. ІКВА с. Сапанівчик 3,9 0,8 хлориди 7,0 азот нітритний 4,0 мідь 7,0 3 задовільний

Вище м. Дубно, с. Дитиничі 3,7 0,8 сульфати 6,7 азот нітратний 3,6 цинк 6,7 3 задовільний

смт. Млинів, водосховище 4,3 0,8 хлориди 6,0 азот нітритний 6,0 мідь 4,8 3 задовільний

с. Торговиця (гирло) 4,9 0,8 мінера-лізація 4,6 фосфати 9,4 цинк 7,7 3 задовільний

Примітка. * КЕІ за максимальним перевищенням у кожному блоці, факторні індекси подано у наступних стовпчиках таблиці; ** класи якості встановлено за значеннями КЕІ і результатами фітоіндикації.

ВИСНОВКИ

1. Як показали проведені дослідження угруповань вищих водних рослин річок Полісся, які зазнають антропогенного впливу, фітобіота досить різноманітна. Виявлено 74 види вищих водних та прибережно-водних рослин з 48 родів та 30 родин. У кількісному відношенні переважають родини осокових, рдесникових та злакових які разом складають 25,7% від загальної чисельності видів.

Вища водна рослинність представлена 24 асоціаціями, 21 субасоціацією та 15 варіантами, що об'єднуються в 6 союзів, 4 порядки та 3 класи. Нових асоціацій не виділено, особливості угруповань регіону досліджень встановлені на рангах субасоціацій і варіантів.

Виявлені видова і ценотична різноманітність дозволяють розглядати вивчену фітобіоту як достатньо об'єктивний фітоіндикатор екологічного стану поверхневих вод.

2. Основними антропогенними забруднювачами водного середовища є біогенні сполуки (нітрити, нітрати та фосфати) і сполуки міді та хрому, джерелами яких є поверхневий стік з сільськогосподарських угідь, недоочищені господарсько-побутові та промислові стічні води. Найбільше домішок містить вода у створах нижче житлово-промислових комплексів міст Рівне, Здолбунів, Дубно, Костопіль.

3. За результатами оцінки індикаторної інформативності ВВР (за градієнтом КЕІ) виділено три групи видів щодо їх чутливості до антропогенного забруднення води, які узято за основу визначення вагових коефіцієнтів рослин для розрахунку розробленого автором індексу фітоіндикації стану поверхневих вод (Іf).

4. Для управління якістю води та станом водного середовища досліджених водних об'єктів встановлено стійкі до забруднення види ВВР, які можуть бути використані при формуванні руслових, берегових та наплавних біоплато з метою інтенсифікації очищення води (рдесник гребінчастий, рдесник кучерявий, кушир занурений, лепеха звичайна, лепешняк великий, очерет звичайний, рогози широколистий та вузьколистий).

5. Якість води р. Устя за гідрохімічними показниками оцінюється градацією від 3 до 4 класу, а річок Замчисько та Іква знаходиться у межах 3 класу. Проведена оцінка якості води на основі розробленого автором індексу фітоіндикації показала, що якість води річок Устя, Замчисько та Іква також відповідають 3 та 4 класам.

6. Кореляційний аналіз показав, що між результатами оцінки якості води за нормативами комплексної екологічної класифікації на основі Іе та стану водного середовища за видовою різноманітністю угруповань ВВР на основі запропонованого автором індексу If існує сильний прямий зв'язок, що вказує на перспективність практичного використання розробленої методики.

7. Розроблена методика оцінки стану водного середовища апробована в навчальному процесі Рівненського державного технічного університету і рекомендується до впровадження у проведенні польових досліджень, у процесі навчальних та виробничих практик для екологів, виконанні курсових і дипломних робіт.

Список опублікованих праць за темою

дисертації

1. Гроховська Ю.Р. Вищі водні рослини і моніторинг якості поверхневих вод (на прикладі річок Устя та Замчисько)// Вісник Української державної академії водного господарства (УДАВГ). – Рівне, 1998. – Вип. 1. – С. 25-29.

2. Гроховська Ю.Р. Синтаксономія вищої водної рослинності річок басейну Прип'яті (клас Potametea) // Вісник Рівненського державного технічного університету (РДТУ). – Рівне, 2000. – Вип. 5(7). – С. 12-17.

3. Гроховська Ю.Р. Синтаксономія водної рослинності річок басейну Прип'яті (клас Phragmiti-Magnocaricetea) // Вісник РДТУ. – Рівне, 2001. – Вип. 1(8). – С. 3-9.

4. Клименко М.О., Гроховська Ю.Р. Прозорість води та кількісні характеристики вищих водних рослин річок басейну Прип'яті // Вісник РДТУ. – Рівне, 1999. – Вип. 2. – С. 38-42.

5. Клименко М.О., Гроховська Ю.Р. Синтаксономія вільноплаваючої рослинності річок басейну Прип'яті // Вісник РДТУ. – Рівне, 2000. – Вип. 1(3). – С. 3-7.

6. Клименко М.О., Гроховська Ю.Р. Порівняльна характеристика результатів оцінки якості води за гідрохімічними показниками та водною рослинністю // Вісник РДТУ. – Рівне, 2001. – Вип. 3(10). – С. 15-22.

7. Гриб И.В., Гроховская Ю.Р. Индикация санитарно-экологического состояния притоков р. Припяти по ценозам высших водных растений // Гидробиол. журн. – 2001. – Т. 37, №2. – С. 44-57.

8. Гриб Й.В., Сондак В.В., Гроховська Ю.Р. Біоіндикація стану річкової мережі за якісним складом угруповань макрофітів та синтезованої біомаси // Відновна гідроекологія порушених річкових та озерних систем (гідрохімія, гідробіологія, гідрологія, управління). – Рівне: Волинські обереги, 1999. – Т. 1. – С. 68-69.

Гроховська Ю.Р. Фітоіндикація антропогенного забруднення водних екосистем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 – екологія. – Інститут агроекології і біотехнології УААН, Київ 2002.

Водні екосистеми річок Устя, Замчисько та Іква, які вцілому належать до басейну р. Прип'ять, перебувають у зоні активного антропогенного впливу. Встановлено, що основними забруднюючими речовинами є біогенні сполуки, а також сполуки міді і хрому. Якість води р. Устя за гідроекологічною класифікацією на основі комплексного екологічного індексу описується градацією від 3 до 4 класу. Якість води річок Замчисько та Іква перебувала у межах 3 класу.

Паралельно в створах гідрохімічного контролю досліджено вплив антропогенного забруднення на окремі чутливі види та угруповання вищих водних рослин річок. З використанням методів оцінки індикаторної інформативності, виділено 3 групи видів макрофітів, щодо їх чутливості до забруднення води. Ці групи узято за основу визначення вагових коефіцієнтів рослин для розрахунку розроблених автором індексу фітоіндикації та нової методики оцінки стану водних екосистем за вищою водною рослинністю.

Проведено порівняння результатів оцінки стану водного середовища та якості води річок за гідрохімічними показниками на основі комплексного екологічного індексу та вищою водною рослинністю на основі розробленого індексу фітоіндикації. Сильний прямий кореляційний зв'язок між цими показниками підтверджує хороші перспективи майбутніх спостережень за зміною угруповань вищих водних рослин у загальній системі екологічного моніторингу стану поверхневих вод.

Ключові слова: макрофіти, вищі водні рослини, якість води, комплексний екологічний індекс, фітоіндикація.

Гроховская Ю.Р. Фитоиндикация антропогенного загрязнения водных экосистем. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16. – экология. Институт агроэкологии и биотехнологии УААН, Киев 2002.

В практике большинства контрольных экологических служб оценка качества вод и состояния водной среды производится на основании ограниченного количества гидрохимических показателей. Гидробиологические исследования не всегда возможно реализовать на местном и региональном уровне по причине недостаточного финансирования. Учитывая это, перспективным практическим направлением мониторинга могут стать наблюдения за развитием и трансформацией высшей водной растительности, как консервативного показателя состояния поверхностных вод.

Водные экосистемы рек Устье, Замчиско и Иква, которые в целом принадлежат бассейну реки Припять, пребывают в зоне активного антропогенного влияния. Значительная часть загрязнения воды имеет сельскохозяйственное происхождение. Произведена классификация экологического состояния водной среды и качества воды рек на основании комплексного экологического индекса. Установлено, что основными загрязняющими веществами являются биогенные соединения (нитриты, нитраты и фосфаты), токсические соединения меди и хрома. Качество воды реки Устье по гидроэкологическим показателям описывается градацией от 3 класса возле истока (состояние водной среды удовлетворительное) до 4 класса ниже городов Ривне и Здолбунов (состояние водной среды плохое). Качество воды рек Замчиско и Иква пребывало в границах 3 класса.

Параллельно в створах гидрохимического контроля изучали видовой состав сообществ высших водных растений и их трансформацию под влиянием антропогенного загрязнения. Обнаружено 74 вида сосудистых макрофитов, которые относятся к 48 родам и 30 семействам. Самыми богатыми во флористическом отношении оказались семейства осоковых, злаковых и рдестовых. В ходе классификации растительности по флористическим принципам школы Браун-Бланке, выявлено 24 растительные ассоциации, которые принадлежат 6 союзам, 4 порядкам и 3 классам. Обнаруженное видовое и ценотическое разнообразие позволяет рассматривать фитобиоту как достаточно объективный фитоиндикатор экологического состояния поверхностных вод.

Для определения связи между загрязнением воды и видовым разнообразием ценозов высших водных растений использовали элементы количественного градиентного анализа. Значение комплексного экологического индекса анализировали в качестве оси ординации. Постоянство десяти самых распространенных видов рассматривали как показатель изменения растительных сообществ. С использованием методов оценки индикаторной информативности, выделено три группы видов макрофитов, относительно их чувствительности к загрязнению воды. Наиболее чувствительными оказались кувшинка белая, уруть колосистая, рдест блестящий и ряска тройчатая. Во вторую группу попали кубышка желтая, рдест пронзеннолистный и элодея канадская. Самую широкую экологическую амплитуду по градиенту комплексного экологического индекса имели роголистник погруженный, рдесты курчавый и гребенчатый. Полученные результаты анализа совпадают с выводами других исследователей.

На основании оценки индикаторности определены весовые коэффициенты растений-гидрофитов для расчета индекса фитоиндикации состояния водных экосистем по сообществам высших водных растений, разработанного автором. При определении индекса фитоиндикации рассчитывается отношение общего числа видов к числу чувствительных видов на десяти и более пробных площадках размером 50 м2, а также (в виде коэффициента) влияние шумовых гидрологических и гидрофизических характеристик, которые непосредственно не связаны с загрязнением воды. Нарастание значений индекса указывает на ухудшение качества воды.

Предпринята первая попытка классификации состояния речной сети по видовому составу сообществ макрофитов и их биомассой.

Определены стойкие к загрязнению виды высших водных растений, которые можно использовать при формировании русловых, береговых и наплавных биоплато для интенсификации очищения воды исследованных рек (рдест гребенчатый, рдест курчавый, роголистник погруженный, аир болотный, тростник обыкновенный, рогозы широколистный и узколистный).

Произведено сравнение результатов оценки состояния водной среды и качества воды рек по гидрохимическим показателям на базе комплексного экологического индекса и по видовому составу сообществ макрофитов на основе индекса фитоиндикации. Сильная прямая корреляционная связь между этими показателями подтверждает хорошие перспективы будущих наблюдений за изменением сообществ высших водных растений в общей системе мониторинга состояния поверхностных вод.

Ключевые слова: макрофиты, высшие водные растения, качество воды, комплексный экологический индекс, фитоиндикация.

Grochovska J.R. The phytoindication of anthropogenic pollution of water ecosystems. – Manuscript.

Thesis for the Candidate Degree in agricultural sciences. Speciality 03.00.16 – ecology. – Institute of agroecology and biotechnology, Kiev, 2002.

Water ecosystems of the Ustya, Zamchysko and Ikva rivers which as a whole belong to a watershed of the Pripyat are situated in a zone of active anthropogenic influence. It is established that the main pollutants are biogenic substances as well as compounds of copper and chrome. Quality of water in the river Ustya in accordance with the hydroecological classification on the basis