РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ТЕХНОГЕННОЙ ЭКОСИСТЕМЫ С УЧАСТИЕМ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ REALIZATION OF COMPLEX APPROACH TO STUDYING OF TECHNOGENIC ECOSYSTEM IN PARTICIPATION WITH STUDENTS AND UNDERGRADUATES

Gidrobionts of the sewerage store-vaporizer ecosystem is presented by the types of different organisms: neuston, plankton and benthos. Distinction of the types of feeding and environment they prefer made this groups representatives show a range of different reactions to the mercury accumulated in the ecosystem of the lake. Slit deposited mercury is redistributed by different trophic chains of the lake ecosystem, showing up on morphological and ecological levels.

Стимулирование активного отношения к окружающему миру, личностного участия в решении многообразных экологических проблем способствует становлению экологи­ческого мировоззрения подрастающего по­коления. Привлечение студентов и учащихся школ к выполнению конкретных экологиче­ского характера видов деятельности содей­ствует реализации принципа целостности процесса экологического образования.

В течение 2006-2009 гг. в рамках НИР «Последемеркуризационное управление ртут­ным загрязнением на территории бывшего ПО «Химпром», а также оценка риска для окружающей среды от загрязнения подзем­ных вод и прилегающих водоемов Северной промышленной зоны г. Павлодара» прово­дились экологические исследования с учас­тием преподавателей и студентов Павло­дарского государственного университета им. С. Торайгырова, а также учащихся школ и лицеев (см. также «Опыт участия студентов и школьников в международном экологичес­ком проекте в бассейне Среднего Иртыша в настоящем сборнике). В задачи исследова­ний входили вопросы изучения современно­го биоразнообразия экосистемы, степень на­копления ртути различными группами биоты водоема и перераспределение ртути по пище­вым цепям.

В Обь-Иртышском бассейне сегодня су­ществует очаг потенциальной техногенной экологической катастрофы, при реализации которой произойдет нарушение естественно­го равновесия одной из самых значительных водных экосистем нашей планеты. Источни­ком этой угрозы являются аккумулирован­ные под землей 1310 т ртути бывшего павло­дарского ПО «Химпром» всего в 5 км от русла Иртыша. Учитывая напряженную экологи­ческую обстановку в бассейне трансгранич­ной реки учеными и специалистами многих стран проводятся различные мероприятия по оценке современного состояния источни­ка захоронения и его риска для окружаю­щей среды. В настоящее время территория, затронутая ртутным загрязнением, является своеобразным полигоном для проведения различных экологических мониторинговых исследований. Одним из компонентов зоны исследований является экосистема озера- накопителя промышленных стоков — Был- кылдак. Водоем, примыкающий к промыш­ленной площадке, ранее являлся местом разгрузки грунтового потока, а после исполь­зования в качестве испарителя перешел в об­ласть питания грунтовых вод [1].

В настоящее время в воде озера Былкыл- дак содержание ртути составляет 0,000125­0,00027 мг/дм³, а в иловых отложениях озера содержится от 15 до 20 т ртути, которые не­равномерно распределены по территории во­доема.

Результаты исследований показали, что техногенное воздействие не превратило водо­ем в мертвую зону и что животный и расти­тельный мир достаточно разнообразен, хотя имеются отдельные экотопы с весьма огра­ниченным набором видов. Среди растений встречается заметное количество синантроп- ных видов, по-видимому, связанных с пере­ходной сукцессией нарушенной территории. Высшие водные растения представлены по всему периметру озера Былкылдак. Видовой состав гидрофильных макрофитов представ­лен прибрежной растительностью форма­ций Phragmites australis, группы ассоциаций тростника южного и галофитов. Накопле­ние ртути наблюдается как прибрежной, так и погруженной растительностью. При этом погруженная растительность накапливает в среднем в 2,4 раза больше ртути, чем при­брежная.

Беспозвоночные гидробионты нейстона, планктона и бентоса в связи с различием в типах питания и местообитания в различ­ной степени накапливают в своих организ­мах аккумулированную в экосистеме озера ртуть. Так, в зависимости от места исследо­ваний (экотопов) содержание ртути в пред­ставителях планктона и нейстона колебалось от 0,098 до 0,629 %о, а бентоса от 0,505 (толь­ко моллюски) до 0,723 %о. У нейстонных ор­ганизмов, (доминирующие рода — Notonecta и Gerris), обитающих главным образом в за­рослях макрофитов, четко прослеживается положительная связь степени накопления ртути в организме с концентрацией металла в местах их обитания. Представители нейсто- на в свою очередь являются пищей для всех разновозрастных рыб, обитающих в озере Былкылдак.

Представители зоопланктона весьма не­равномерно распределены по водоему. Они практически отсутствуют в местах повы­шенной загрязненности. Содержание рту­ти у отдельных представителей Grustacea, колебалось от 0,50 до 0,63 % . Это еще раз свидетельствует, что планктонные организ­мы чутко реагируют на присутствие в среде их обитания загрязняющих веществ, в связи с чем их численность, продуктивность, видо­вой состав претерпевает значительные изме­нения, а при высоких концентрациях поллю- тантов, планктонные организмы и особенно ракообразные, отсутствуют в данных экото- пах или в целом в биогеоценозах.

Основными гетеротрофными организ­мами, обитающими в донном биогоризонте озера Былкылдак, являются представители типа Annelida. Среди кольчатых червей пре­обладают Oligochaeta и часто встречающиеся Hirudinea. Среди моллюсков преобладают виды класса Gastropoda. Известно, что мол­люски являются весьма важными биоинди­каторными организмами загрязнения водо­емов. Непосредственно в озере Былкылдак, нами отмечено присутствие представителей Mollusk только в экотонных зонах неболь­ших водотоков, питающих озеро. Основной представитель малакофауны этого водоема — прудовик обыкновенный Lymnaea stagnalis обитает в озере на водной растительности, которую поедает и на которой откладывает потомство — синкапсулы с эмбрионами. От­сутствие моллюсков непосредственно в озере, свидетельствует о повышенном содержании загрязняющих веществ в водоеме и отсут­ствии благоприятных условий для существо­вания в нем мягкотелых организмов.

Среди водных беспозвоночных, представи­тели донных гетеротрофов имеют самые высо­кие показатели аккумуляции ртути — от 0,653 до 0,723 %, что закономерно согласуется с их образом жизни и средой их обитания. У мол­люсков отмечена определенная зависимость между массой моллюсков и содержанием в них ртути. Наблюдается повышенное со­держание ртути у меньших по размеру мол­люсков, что, скорее всего, свидетельствует о сдерживании роста организмов повышен­ной концентрацией тяжелого металла. Хими­ческий анализ моллюсков показал, что наи­большая концентрация ртути наблюдается в теле моллюска и меньшая в его раковине.

Основными представителями нектона в озере Былкылдак являются рыбы. В настоя­щее время в водоеме обитают три вида их­тиофауны: карп (Cyprinus carpio), карась се­ребряный (Carassius auratus) и линь (Tinca tinca). Молодь этих рыб питается главным образом фито- и зоопланктоном, а взрослые особи наряду с этими организмами в массе по­едают высшую водную растительность и оби­тателей бентоса. Рыбы встречаются по всему озеру, но предпочитают заросли макрофитов. Проведенный ихтиологический анализ пока­зал, что в контрольных уловах основу состав­ляют караси длиной тела 10-13 см — 70 %. Содержание ртути у разных особей карася весьма неодинаково и составляло от 0,159 до 1,150 %о, т. е. различалось более чем в 7 раз.

Мальки, имеющие высокие содержания ртути в теле, отстают в весовом росте. Так, мо­лодь с содержанием в теле в среднем 0,476 % ртути имеют массу тела 4-5 г, а с меньшим на­коплением ртути (0,387 %о), уже имеют мас­су тела 10-11 г. Сходная динамика изменения массы тела от содержания ртути прослежи­вается у взрослых особей карася. Снижение ртути в теле организмов рыб способствует лучшему росту половозрелого карася.

Уже на начальном этапе исследований были зафиксированы интенсивно выраженные фе- нотипические изменения у особей карася. Наиболее значимым признаком в трансфор­мации морфологии карася озера Былкылдак являются аномалии ротовой части головы в виде удлинения одной из челюстей, что образу­ет «нижний» или «верхний» рот — «мопсовид- ность» (рис. 1). Количество рыб с мопсовид- ным ртом составляет в озере Былкылдак 36 %, при этом в этой группе доминируют рыбы дли­ной 10-14 см. Особи с ярко выраженными фе- нодевиантами («уродливые») практически во всех весовых группах имеют в теле превыше­ние по содержанию ртути в сравнении с груп­пой «нормальных» рыб. И эти данные еще раз свидетельствуют, о негативном влиянии ртути на организмы гидробионтов обитающих в за­грязненной среде.

Среди молодых рыб, длиной тела до 10 см, особей с аномалиями челюстных костей не отмечено. Возможно, это связано с тем, что рыбы приобретают этот признак в период он­тогенеза, в условиях длительного обитания в загрязненной среде. Известно, что взрослые караси питаются преимущественно донными организмами, которые в свою очередь, депо­нируют большое количество загрязняющих веществ в водоеме.

Молодые особи карася имеют более высо­кие концентрации ртути в своем теле по срав­нению с взрослыми в связи с тем, что по мере роста в популяции идет элиминация (гибель) особей, накопивших летальные дозы ртути. И до взрослого состояния доживают рыбы, концентрация ртути в теле которых не пре­вышает в среднем 0,250 %о. При этом еди­ничные экземпляры могут содержать в своем теле и до 0,5 %о ртути.

Изучение моллюска разных размеров и возраста показали, что в озере Былкылдак его раковины подвержены сильным изме­нениям. Значительно нарушается структу­ра оболочки: появляются различного рода

Рис. 1. Аномалии в форме рта серебряного карася

выпуклости, шероховатости, искривления, особенно в устьевой части, что не отмечено у моллюсков из «чистых» водоемов. Эти фе- нодевиации моллюсков, безусловно, можно использовать для биологической индикации загрязнения ртутью водоемов.

Визуально выявляемые аномалии в стро­ении гидробионтов позволяют рассматри­вать их как надежный инструмент для опе­ративного экологического мониторинга вод­ных экосистем в условиях антропического пресса.

В целом, трехлетние исследования сов­местно со студентами и школьниками позво­лили оценить современное состояние озерной экосистемы, используемой в качестве техно­генного водоема, выявить изменения биоло­гических и экологических характеристик под влиянием загрязнителей. Участники проекта в условиях полевых работ смогли реально увидеть и оценить масштабы трансформации участков живой природы в результате произ­водственной деятельности человека. В про­цессе исследований были успешно реализо­ваны многие компоненты образовательного процесса и мировоззренческого характера.

А. П. Бондаренко, А. В. Убаськин

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, Павлодар, Казахстан

awupawl@mail.ru