Малые водоемы и водотоки мегаполиса испытывают многофакторное антропогенное воздействие в виде промышленного, транспортного и коммунально-бытового загрязнения, а также изменений гидрологического режима в результате нарушения природного ландшафта водосборных территорий. При этом городские водоемы используются населением как рекреационные объекты и служат важным компонентом экологического каркаса города. Поэтому оздоровление (ремедиация) их экосистем является актуальной и практически значимой задачей современной урбоэкологии и прикладной гидроэкологии [15].

Одним из путей решения этой задачи является использование биоремедиационного потенциала высшей водной растительности, активно участвующей в процессах биологического самоочищения водоемов. Многие водные макрофиты в комплексе с биопленками микроорганизмов способны достаточно эффективно поглощать и утилизировать комплекс загрязняющих веществ, таких как биогенные элементы, тяжелые металлы, нефтепродукты, пестициды и синтетически поверхностно-активные вещества [2, 4, 7–11, 13, 14, 16].

Высшие водные растения выполняют следующие значимые санитарно-экологические функции в водоемах:

– газовую (насыщают воду кислородом и поглощают углекислоту при фотосинтезе);

– окислительную (окисляют органические вещества, способствуя их биодеструкции);

– седиментационную (способствуют улавливанию и осаждению взвешенных частиц);

– поглотительно-аккумуляционную (поглощают и ассимилируют биогенные элементы, тяжелые металлы и некоторые органические вещества);

– детоксикационную (иммобилизуют и преобразуют токсиканты в нетоксичные);

– экзометаболическую (образуют и выделяют в воду биологически активные вещества, в том числе фитонциды);

– илонакопительную (образуют детрит и способствуют накоплению органических веществ в донных отложениях);

– экотопическую (создают субстраты, убежища и местообитания для эпифитонных, планктонных, бентосных и нектонных видов) [6; дополнения авторов].

Одним из эффективных способов очистки загрязненных природных водоемов, а также доочистки сточных вод в современных экономических условиях является создание болотных экосистем и биологических прудов с конструированием полос биоплато с околоводной, прибрежно-водной и погруженной высшей водной растительностью («сконструированные ветланды»). Широко используются биотехнические сооружения из камыша с тростником для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и для очистки загрязненного поверхностного стока [1, 14].

В Ирландии (г. Вильямстоун) успешно эксплуатируется система совместной очистки хозяйственно-бытовых сточных вод (72 %) и поверхностного стока (28 %), сконструированная в виде трех мелководных бассейнов, два из которых засажены камышом и рогозом, а третья представляет собой биопруд с плавающими водными растениями: водным гиацинтом и ряской. Степень очищения воды составляет в среднем: 48 % по БПК, 83 % по взвешенным веществам, 51 % по общему азоту, 13 % по общему фосфору, 99 % по патогенным микроорганизмам [7].

Поскольку загрязнение поверхностных водоемов в мегаполисе носит комплексный характер, обусловливающий сложный химический состав и хроническую токсичность, необходим подбор видов водных макрофитов, способных при этом расти, размножаться и эффективно очищать воду. К числу таких растений, устойчивых к промышленному загрязнению, относится южноамериканский гидрофит – водный гиацинт (Eichhornia crassipes Martius) [5, 8, 13].

Экологические особенности водного гиацинта следующие:

– светолюбивый (> 1 клк);

– теплолюбивый (рост и размножение: +16–33 °С, оптимум: +25–29 °С, гибель: +4 °С);

– размножение вегетативное с очень высокой скоростью (до 70 раметов в месяц);

– способность расти и размножаться в воде с высокой концентрацией токсикантов и биогенных элементов, вызывающих гибель других водных растений;

– высокая эффективность поглощения и биоаккумуляции токсикантов и биогенов;

– выделение в воду биологически активных веществ, ингибирующих рост микроводорослей и патогенных бактерий [5, 8, 12, 17].

Эйхорния ускоряет процесс бактериального разложения нефтепродуктов и органических токсикантов (фенолов, хинонов и др.) за счет выделения корневой системой стимуляторов роста нефте- и фенолокисляющих бактерий [4].

В средней полосе России водный гиацинт используется на биологических очистных сооружениях в условиях искусственного подогрева. Его использование для фиторемедиации ограничено летним периодом с температурой воды не ниже +15 °С. Гибель растения при температуре воды ниже +5 °С обусловливает невозможность образования гиацинтом в открытых водоемах умеренной зоны постоянных популяций, что гарантирует экологическую безопасность его сезонной акклиматизации в природные водоемы для биоремедиации [8].

Цель работы: оценить параметры роста и размножения водного гиацинта в условиях акклиматизации в летний сезон на малой реке Левинке г. Нижнего Новгорода.

Этапы выполнения работы включали следующее:

1) выбор контрольных станций с разными биотопическими условиями и составом сообществ водной растительности;

2) высадка в водоем водного гиацинта на экспериментальной площадке;

3) оценка количественного развития аборигенной водной растительности;

4) оценка скорости роста и размножения акклиматизированного водного гиацинта.

Результаты исследования и их обсуждение

Исследования проводились в июне ? июле 2015 г. на участке среднего течения малой реки Левинки на семи контрольных станциях (рисунок, табл. 1).

Река Левинка – правый приток р. Волги – протекает по густонаселённой территории трёх районов города. Имеет площадь водосбора 11,6 км2 и длину 6,1 км. На расстоянии 3,2 км от устья в р. Левинку с левого берега впадает главный приток – р. Параша, имеющая длину 7,5 км и сопоставимый объем стока. Исследуемые малые реки испытывают значительное хозяйственно-бытовое и автотранспортное загрязнение, а река Параша – также зоогенное эвтрофирование от зоопарка. К числу их основных загрязняющих веществ относятся: железо, марганец, цинк, медь, аммоний, фосфаты, нефтепродукты, СПАВ, легкоокисляемые органические вещества [3].

Скорость течения на речном участке реки (ст. 2) в июне ? июле составляла 0,3–0,35 м/с, а на прудовом (ст. 3–7) – < 0,1–0,2 м/с. Температура воды варьировала от 18 до 23 °С. Глубина реки по станциям изменялась от 0,5 до 1,5 м, в среднем составила 0,83 ± 0,15 м. Прозрачность воды по белому диску была низкой: в среднем: 0,58 ± 0,05, варьировала от 0,37 до 0,77 м. Содержание кислорода в воде днем варьировала от 6,9 до 7,6 мг/л [15].

Для описания водной растительности исследуемого участка р. Левинки использовался метод пробных гидроботанических площадок в выделенных биотопах с относительно однородными экологическими условиями. В зависимости от площади однородного биотопа гидроботанические описания проводили на трех или пяти площадках по 4 м2, расположенных в шахматном порядке на акватории 100 м2. Определяли видовой состав, баллы обилия по шкале Друде и процент проективного покрытия вида, выделяли виды-доминанты и субдоминанты гидрофитов.

Результаты описания сообществ водных макрофитов исследуемого участка малой реки представлены в табл. 1.

Схема расположения станций отбора проб на реке Левинке

В устьевом участке реки Параши (ст. 1) высшая водная растительность отсутствовала. В реке Левинке в районе впадения р. Параши (ст. 2) на мелководном расширении русла наблюдалось массовое развитие кубышки желтой и многокоренника. В начале прудового расширения реки Левинки (ст. 3) значительную часть водного зеркала занимала ассоциация тростника обыкновенного (10 ? 8,5 м), выдающаяся с правого берега более чем на середину русла. Кубышка жёлтая и белокрыльник болотный встречались редко. Протяженный участок ст. 5 (ширина около 21,5 м) характеризовался доминированием рдеста плавающего (около 80 %) вдоль правого берега. Станция 6 оконтурена полосой плавающей растительности из рдеста плавающего и кубышки жёлтой, а также присутствием рдеста туполистного и рдеста нитевидного. Соотношение покрытия рдеста плавающего и кубышки жёлтой 70/30 %. На приплотинном мелководном участке (ст. 7) водная поверхность обильно покрыта кубышкой жёлтой. Встречаются небольшие вкрапления пузырчатки, манника наплывающего, стрелолиста обыкновенного.

Большинство видов водных макрофитов, выявленных на участке реки, относятся к эвтрофным ?-мезосапробам, индикаторам стоячих и малопроточных вод. Интересным исключением был Potamogeton filiformis Pers. (рдест нитевидный), который обычно приурочен к олиготрофным водоёмам и водотокам с песчаным или илистым дном.

Таким образом, основной вклад в самоочищение водной массы прудового участка реки вносят аборигенные сообщества гидрофитов: кубышки желтой, рдеста плавающего, многокоренника и тростника.

Высшая водная растительность исследуемого участка реки Левинки имела мозаичный характер, обусловленный как различной скоростью течения и глубиной, так и различием по уровню антропогенной нагрузки. Всего обнаружено 13 видов гидрофитов и гидатофитов.

Таблица 1

Развитие высшей водной растительности в исследуемых биотопах реки Левинки

На ст. 4 реки Левинки 15.06.2015 была заложена экспериментальная площадка в виде заякоренного, плавающего на поверхности пластикового обруча диаметром 1,0 м. На площадке были высажены 6 экземпляров водного гиацинта массой от 2 до 34 г (табл. 2). Каждое растение предварительно было описано по следующим показателям: количество листьев, длина черешка листа, длина и ширина листовой пластинки, длина основного и дочерних побегов (розеток), средняя и максимальная длина корней, биомасса. Повторные наблюдения проводили 30.06. Результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Динамика морфометрических показателей и биомассы материнских растений водного гиацинта на экспериментальной площадке реки Левинки за период 15.06?30.06.2015 г.

Таблица 3

Морфометрические и весовые показатели дочерних растений водного гиацинта на экспериментальной площадке реки Левинки 30.06.2015 г.

Полученные результаты свидетельствуют об успешной акклиматизации водного гиацинта в реке Левинке во 2-й половине июня, когда, несмотря на длинный световой день, наблюдался активный рост и вегетативное размножение. Из высаженных шести материнских растений с пяти дочерними розетками (экземпляры № 1?6) образовалось 13 новых розеток и 6 самостоятельных раметов с 11 дочерними розетками (экземпляры № 7-12). Прирост листовой фотосинтетической поверхности составил в целом 3,486 м2 (69 %) за счет роста начальных 38 и развития 52 новых листьев. Чистая первичная продукция составила 242,2 г, а удельная продукция (П/Б-показатель) – 212 %.

Таким образом, летняя акклиматизация водного гиацинта в малой реке Левинке г. Нижнего Новгорода показала положительные результаты по скорости роста и размножения, что позволяет сделать вывод о возможности его использования для биоремедиации загрязненных малых водоемов и водотоков средней полосы России при условии защиты экспериментальных площадок.