Меню Рубрики

Гидробиологические методы анализа поверхностных вод

При оценке качества воды, кроме интегральной оценки, в результате которой устанавливается класс качества воды, а также гидробиологической оценки методами биоиндикации, в результате которой устанавливается класс чистоты, иногда встречается также так называемая комплексная оценка, основу которой составляют методы биотестирования. Последние относятся также к гидробиологическим методам, но отличаются тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам – как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим – рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является наиболее показательной, особенно применительно к оценке качества загрязненных вод (природных и сточных), и позволяет определять даже количественно концентрации отдельных соединений.

Гидробиологические показатели. О качестве воды в пресноводном водоеме, а также о его экологическом состоянии, можно судить не только с помощью приборов, но и с помощью обитающих в водоеме живых организмов – гидробионтов. Соответствующие методы оценки называют гидробиологическими.

Планктон – совокупность живых обитателей водоема, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.

Фитопланктон – совокупность растительных организмов водоема, не способных активно передвигаться, – важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.

При гидробиологической оценке состояния водоемов и качества воды показателями, в общем случае, могут быть видовой состав, количество и биомасса гидробионтов, а также трофность и сапробность водоема.

Объектами гидробиологической оценки могут быть фито- и зоопланктон, бентос, макрофиты, рыбы и др. Получены научные данные о том, что повышенное содержание в воде различных токсикантов приводит к массовым нарушениям эмбрионального и личиночного развития, появлению многочисленных уродств. У молоди рыб нередко развиваются токсикозы, выражающиеся в появлении опухолей и нарушении отдельных органов (печень, мозг, жаберный аппарат и др.). Кроме того, в одном и том же водоеме могут быть акватории с неблагоприятными условиями для гидробионтов.

Таким образом, многие водные организмы имеют особенности, позволяющие рассматривать их как индикаторные виды – т.е. виды, чувствительные к загрязнению воды, причем разные организмы обладают разной чувствительностью к загрязнению воды. Например, при обработке проб зоопланктона специалисты особое внимание обращают на следующие показатели:

1) видовой состав и распределение зоопланктона, соотношение
в нем отдельных групп (простейших коловраток, ветвистоусых рачков
и др.);

2) наличие видов – индикаторов загрязнения в составе комплекса доминирующих видов;

3) значение индекса видового разнообразия Шеннона по зоопланктону, его пространственная и многолетняя динамика;

4) относительное количество в пробах мертвых и поврежденных планктонных животных;

5) наличие уродливых форм и опухолей у рачков;

6) роль сообщества гидробионтов в самоочищении водоемов и др.

Большинство гидробиологических методов, которые могут применять студенты, относятся к методам биоиндикации. Существуют методы биоиндикации, позволяющие получить достаточно точные заключения о качестве воды, хорошо согласующиеся с данными гидрохимических исследований. Однако работать такими методами могут лишь специалисты, знающие водных обитателей «в лицо» и имеющие опыт работы.

В практической работе студенты используют преимущественно лишь два метода, которые сочетают в себе простоту в работе и точность оценки. К ним относятся методы определения биотических индексов Вудивисса и Майера. Имеется в виду несколько упрощенные варианты методик определения биотических индексов Вудивисса и Майера [15, 21, 42]. Полученные с помощью данных методов результаты могут считаться лишь предварительной оценки. Кроме того, успешное применение данных методов требует известных навыков, а также микроскопа (желательно – бинокуляра) и соответствующих определителей или иллюстрированных таблиц.

Биотический индекс Вудивисса рассчитывается только при исследованиях рек (т.е. проточных водоемов) умеренного пояса и дает оценку их состояния по 15-балльной шкале. Он непригоден для оценки состояния озер и прудов. При оценке состояния водоема по методу Вудивисса определяют, какие индикаторные группы имеются в исследуемом водоеме, и далее оценивают общее состояние бентосных организмов, т.е. обитающих в придонном слое воды. Характерно, что методика Вудивисса не требует определения всех пойманных животных с точностью до вида. Достаточно выполнить определение лишь обнаруженных в пробах групп бентосных организмов. При этом за группу принимается любой вид плоских червей, моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей, веснянок, сетчатокрылых, жуков, а также любой вид личинок других насекомых (за некоторыми исключениями). Далее по специальным таблицам находят значение индекса Вудивисса, характеризующее исследуемый водоем, и соответствующий класс качества воды. Например, значение индекса Вудивисса для данного водоема от 0 до 2 баллов считается показателем очень сильного загрязнения (соответствующее значение класса качества воды – 5-7). В таких условиях водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии. Значение индекса 3-5 баллов – значительное загрязнение водоема (4-5 класс качества); 6-7 баллов – незначительное загрязнение (3 класс качества). Для чистых рек (имеющих 1-2 класс качества воды) обычно характерны оценки 8-10 баллов, а иногда и выше.

Более простым в применении является метод, основанный на определении биотического индекса Майера. В основе метода лежит приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности и применим для водоемов любых типов. Преимущество при определении индекса Майера состоит также в том, что не нужно определять беспозвоночных с точностью до вида. Организмы-индикаторы по методу Майера относят к одной из трех индикаторных групп, приведенных в табл. 22 [15, 21].

Состав водных организмов в индикаторных группах по методу Майера [2, 7]

Организмы средней
чувствительности

Обитатели загрязненных водоемов

Обработка результатов, полученных по методу Майера, также сравнительно несложна. При этом нужно отметить, какие из приведенных в таблице индикаторных групп обнаружены в пробах. Количество обнаруженных групп из первого раздела таблицы необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего – на 1. Получившиеся цифры складывают, и значение суммы характеризует степень загрязненности водоема. Если сумма более 22 – водоем имеет 1 класс качества, значения суммы от 17 до 21 говорят о втором классе качества, от 11 до 16 баллов – 3 класс качества. Все значения меньше 11 характеризуют водоем как грязный (4-7 класс качества).

Большой интерес при оценке качества воды представляют также методы биотестирования, которые позволяют непосредственно определить реакцию водной биоты на загрязнение. Методы биотестирования относятся также к гидробиологическим методам. Они отличаются от методов биоиндикации тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам – как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим – рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является наиболее показательной, особенно применительно к оценке качества загрязненных вод (природных и сточных) и даже позволяет количественно определять концентрации отдельных соединений. По этой причине методы биотестирования иногда называют методами комплексной оценки.

Обычно при биотестировании устанавливают количественные градуировочные зависимости показателей смертности тестовых организмов или каких-либо изменений в них, либо поведенческих реакций, от концентрации тяжелых металлов (СuSО4). Токсические эффекты на организмы выражают в концентрациях, эквивалентных концентрациям тяжелых металлов. В качестве тестовых могут использоваться многие природные объекты. Промышленностью выпускается прибор «Биотестер», который позволяет неспецифично определять концентрацию токсиканта (сульфата меди) в воде по поведению инфузории-туфельки. Однако распространение метода биотестирования и соответствующих приборов сдерживается по нескольким причинам. Во-первых, сами приборы имеют относительно высокую стоимость. Во-вторых, необходимо воспроизводить – правильно подготавливать и выращивать – тест-культуру, время жизни особей которой непродолжительно (несколько дней и более). В-третьих, отсутствуют нормативы качества воды по реакциям тестовых организмов, а количественный анализ возможен только по какому-либо отдельному токсиканту при условии предварительной калибровки прибора по этому соединению.

Следует отметить, что исследования, выполняемые при комплексной оценке качества воды, не ограничиваются только методами биотестирования, они обязательно включают (особенно при анализе питьевой и природной вод) гидрохимические методы и методы биоиндикации.

Показатели деградации водоема. К показателям деградации водоемов, в общем случае, могут быть отнесены:

– признаки эвтрофикации: массовое размножение сине-зеленых водорослей, повышенное содержание азота и фосфора в разных формах;

– разрушение береговой линии как следствие природных или антропогенных процессов;

– скопление или чрезмерное разрастание (более чем на 20 % от общей площади водоема) водной растительности – макрофитов;

– изменение видового стада рыб в направлении увеличения доли сорных видов;

– появление большого количества донных червей;

– появление рыб с патологиями и др.

Таким образом, оценка по показателям деградации водоема включает разнообразные методы исследований – методы визуального наблюдения и счета (со сбором или отловом гидробионтов), гидрохимические измерения содержания в воде соединений азота и фосфора в формах нитратов, нитритов, аммонийных органических и неорганических соединений, орто- и полифосфатов и др.

При оценке деградации водоема необходимо проводить сопоставление данных, полученных на протяжении ряда лет с выявлением тенденций в измерениях оцениваемых параметров.

Оценка состояния донных отложений. Донные отложения являются особой средой в водоеме, имеющей большое значение для жизнедеятельности бентосных организмов, макрофитов, рыб и др. В донных отложениях концентрируются и накапливаются как биогенные элементы (запасы органического и неорганического азота и фосфора), так и токсиканты (в первую очередь, тяжелые металлы), а также нефтепродукты и др. Поэтому донные отложения также следует изучать при оценке экологического состояния водного объекта, используя для этой цели методики исследования воды (придонные слои и фильтраты) и почвы (определение элементного состава и концентрации химических загрязнителей), а также методики биоиндикации по бентосным сообществам [27].

При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета («цветение» воды). «Цветение» воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы выделяется сероводород или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемое чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов.

Каждая группа организмов в качестве биологического индикатора имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации.

Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования (заболачивания) водоема.

Зоопланктон также достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Кроме этого, среди зоопланктона встречаются и представители патогенной фауны, ограничивающей использование водного объекта в целях водоснабжения.

Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов.

Зообентос – совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Наиболее достоверными индикаторами среди них служат легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

Значение макрофитов (высшая водная растительность) наиболее существенно при предварительном гидробиологическом осмотре водных объектов. При загрязнении водоемов изменяются видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена доминантных видов, обусловливающих особенности ценоза. Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.

Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.

Для изучения рек и ручьев большое значение имеют перифитонные организмы (т.е. обрастатели), те, которые дают картину общего состояния воды за достаточно длительный промежуток времени, предшествующий исследованию. Быстрые колебания степени загрязнения воды плохо уловимы с помощью перифитона, и для их наблюдения лучше подходят гидрохимические и бактериологические методы.

Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких водоемах.

Это обстоятельство заставляет при исследовании рек обращать внимание на быстрые места их течения – перекаты, плотины и т. д. Если мы хотим получить представление об общем состоянии реки, то станции необходимо выбирать именно здесь. Если же нас интересуют разовые или местные загрязнения, необходимо исследовать обитателей дна в местах со слабым течением – в заводях, бочагах и т.п. После впадения в реку тех или иных загрязненных стоков последние сносятся течением вниз по реке и откладываются в более глубоких местах реки с замедленным течением.

Биологическое исследование стоячих водоемов, как правило, интерпретируется более легко. Здесь, прежде всего, необходимо проведение комплексных исследований с тем, чтобы иметь более полное представление о состоянии водоема. Чем крупнее исследуемый водоем, тем большее количество разнообразных станций надо выбирать по его периметру [21, 42].

Почти любое использование воды влияет на ее качество. Использованная вода обычно возвращается в реки или отстойники для восстановления. Это может оказать нежелательное влияние на жизнь, если использованная вода будет сильно отличаться от естественной.

Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с «живыми приборами», реагирующими на те или иные изменения, отражающие воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов.

Читайте также:  Качественный анализ воды дистиллированной воды

Бурное развитие сине-зеленых водорослей – хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениями.

Лучший индикатор опасных загрязнений – прибрежное обрастание, располагающееся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышении общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой очистке фекально-бытовых сточных вод обрастания бывают белыми или сероватыми. Как правило, они состоят из прикрепленных инфузорий (сувойки, кархезиум и др.) Стоки с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий-теотриксов.

Биоиндикация – способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ.

Биотестирование – использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) беспозвоночных. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию либо отсутствию тех или иных таксонов (табл. 23).

Шкала загрязнений по индикаторным таксонам

Эколого-биологическая полноценность, класс качества воды, использование

Личинки веснянок, плоские личинки поденок, ручейник-риакофилла

Очень чистая. Полноценная. Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное.

Крупные двустворчатые моллюски (перловица), плавающие и ползающие ручейник-нейреклипсис, вилохвостки, водяной клоп

Чистая. Полноценная. Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное, орошение, техническое.

Моллюски-затворки, горошинки, роющие личинки поденок, ручейники при отсутствии риакофиллы и нейреклипсис, личинки стрекоз, плосконожки и красотки, мошки

Удовлетворительно чистая. Полноценная. Питьевое с очисткой, рекреационное рыбоводство, орошение, техническое.

Шаровки, дрейсена, плоские пиявки, личинки стрекоз при отсутствии плосконожки и красотки, водяной ослик

Загрязненые. Неблагополучные. Ограниченное рыбоводство, ограниченное орошение.

Масса трубочника, мотыля, червеобразные пиявки при отсутствии плоских, крыски, масса мокрецов

Грязные. Неблагополучные. Техническое.

Очень грязные. Неблагополучные. Техническое с очисткой.

Биологические индикаторы – организмы, которые реагируют на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением внешнего вида, химического состава, поведения. При экологическом мониторинге загрязнений использование биологических индикаторов часто дает более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как биологические индикаторы реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. При оценке загрязнения водных экосистем в качестве биологических индикаторов могут использоваться высшие растения или микроскопические водоросли, организмы зоопланктона (инфузории-туфельки) и зообентоса (моллюски и др.). В средней полосе России в водоемах при загрязнении воды разрастаются роголистник, рдест плавающий, ряски, а в чистой воде – водокрас лягушачий и сальвиния.

При добавлении в воду бытовых отходов резко увеличивается количество растворенной и взвешенной органики, усиливается заиление дна, немного повышается температура воды; уменьшается концентрация растворенного кислорода (за счет бактериального гниения органики); при наличии света и стабильной обводненности пышно разрастаются макрофиты. Гибнут, в первую очередь, оксифильные организмы (особенно в стоячих водоемах, куда кислород проникает с трудом); напротив, виды с пониженными потребностями к кислороду пышно расцветают. Это в первую очередь: некоторые виды личинок хирономид, олигохеты, водяной ослик, личинка мухи-пчеловидки, личинки мухи-бабочницы. Кроме того, прекрасно себя чувствуют те, кто дышит воздухом: легочные улитки (особенно мелкие прудовики и катушки), жуки-плавунцы и водолюбы.

На течении, где какое-то количество кислорода сохраняется всегда, в загрязненных органикой водах преобладают пиявки, ручейники, веснянка, поденка, ряд шаровок и горошинок, улитки, личинка мошки. В общем это довольно большой ряд форм из всех групп бентоса, но по видовому разнообразию сообщества загрязненных вод уступают естественным сообществам этих мест. Зато по количеству животных намного превосходят (пищи больше!).

Для удобства манипуляции с разными дозами органики введена классификация природных вод по количеству оной. При переходе от класса к следующему классу концентрация органики увеличивается в несколько раз. Так, выделяют классы: ксеносапробных вод (почти нет органики, способной гнить), олигосапробных (ее мало), (β-мезосапробных, α-мезосапробных), полисапробных.

Надо сказать, что естественная концентрация органических веществ в воде зависит от климата и ландшафта. В горах и высоких широтах, в тундре незагрязненные водоемы почти не имеют свободной (мертвой и легкоразлагаемой) органики – ксеносапробны. Жизнь в них качественно довольно разнообразна, а количественно очень бедна. Хозяйственное загрязнение легко увеличивает концентрацию органики в десятки раз, вызывая резкую перестройку сообщества (часто – с полной сменой видов). В лесной зоне реки и ручьи несут немного свободной органики (олиго- и β-мезосапробны), озера и пруды с грунтовым питанием довольно богаты ею (часто α-мезосапробны). Сельскохозяйственные стоки повышают сапробность тех и других на 1-2 ступени, вызывая лишь частичную, хотя и довольно существенную, перестройку сообщества. Как правило, в пределах каждой жизненной формы происходит смена довольно близких видов и наступление детрито-илистых биоценозов на каменисто-песчаные. Только при очень сильном антропогенном прессе (до полисапробной стадии) сменяется не только видовой состав, но и структура сообщества. В загрязненные реки, кстати, часто вселяются прудово-озерные виды, для которых улучшение условий питания компенсирует отрицательное воздействие течения.

В южных, жарких и засушливых районах естественное содержание органики в водоемах соответствует α-мезосапробному и полисапробному уровню. Антропогенные стоки еще увеличивают органический фон, но кардинально картину обычно не меняют.

Анализ местообитаний по составу сообществ населяющих их живых организмов (биоиндикация) – существенная часть современной прикладной экологии. В ее основе лежат следующие положения. Каждый вид живых организмов приспособлен к своим условиям обитания. Определенными (хотя и более размытыми, чем отдельные виды) требованиями к условиям среды отличаются также более крупные таксоны: роды, семейства и даже отряды животных. Поэтому, зная состав сообщества в данной точке, можно предсказать особенности условий обитания в ней и наоборот (по особенностям факторов среды можно предвидеть состав населения).

Сравнивая состав сообщества в водоеме в разные моменты времени, можно следить за изменениями условий обитания в нем; а сравнивая фауны разных водоемов, узнавать о различиях этих водоемов с точки зрения развития жизни. Организмы, используемые в биологическом мониторинге, называются индикаторными (видами-индикаторами). Эти виды должны быть достаточно массовыми в своих «любимых» местообитаниях, легко находимыми в природе и определяемыми, а их экологические требования – хорошо известными.

Наибольшее значение имеет биологический анализ качества и загрязнения водоемов. Другие факторы жизни в воде (течение, тип грунта, глубина и т.п.) легко оценить непосредственно, а прямо определить качество воды (содержание в ней органических веществ, ядов, болезнетворных микроорганизмов и т.п.) довольно сложно. Кроме того, биологический контроль качества вод имеет ряд преимуществ перед химическими, физическими и бактериологическими методами контроля. Он позволяет оценить последствия как постоянного, так и разового загрязнения, усредняя загрязняющие эффекты во времени. Сообщества живых организмов одновременно реагируют на многие факторы, определяющие качество воды, испытывая влияние смешанных загрязнений. При биологическом анализе не нужно узнавать, чем именно загрязнена вода, но можно сразу оценить меру ее загрязнения.

Для рек и ручьев более точные результаты дает изучение бентоса и перифитона, которые, не перемещаясь вместе с потоком, лучше отражают общее качество протекающей над ними воды. В стоячих водоемах перспективно также использование организмов планктона. Различие в применении их в биоиндикации связано еще с масштабом изучаемого времени: мелкие организмы планктона вымирают и размножаются быстрее, и быстрее реагируют на изменение условий среды (за несколько недель); макробентос изменяется медленнее, и отражает усредненное качество среды за последний год или несколько лет. Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема и явными они становятся в случае далеко идущих изменений.

Таким образом, видовой состав живых организмов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.

источник

Биологическое равновесие водных экосистем под держивается многочисленными подвижными связями организмов между собой и с окружающей неживой материей. При антропогенном воздействии это равновесие нарушается, что отражается на видовом составе биоценозов.

Известный исследователь А.Н. Крайнюкова (1988) называет задачи мониторинга водных объектов, которые могут решаться при помощи биоты:

  • • токсикологическая оценка промышленных и городских сточных вод с целью выявления потенциальных источников их загрязнения;
  • • контроль в оперативном и непрерывном режимах аварийных и иных залповых сбросов высокотоксичных сточных вод;
  • • оценка степени токсичности сточных вод на разных стадиях их формирования для проектирования локальных очистных сооружений;
  • • контроль токсичности сточных вод, подаваемых на сооружения биологической очистки;
  • • определение уровней безопасного разбавления сточных вод для организмов гидробионтов при корректировке и установлении предельно допустимых сбросов;
  • • токсикологическая оценка сбросных и дренажных вод и выявление водных объектов с опасным уровнем загрязнения воды; экологическая экспертиза новых технологий и материалов, проектов строительства и реконструкции очистных сооружений.

Контроль качества вод, определение эффективности самоочищения загрязнённых вод, обоснование мероприятий по охране природных вод и выяснение их пригодности для питьевого и промышленного водоснабжения, для рыбохозяйственных и других целей требуют планомерного применения и совершенствований методов анализа вод. Биологическим методам по праву принадлежит первое место (Макрушин, 1974).

Гидробиологический контроль качества вод — важнейшая составная часть системы экологической службы в нашей стране, в частности экологического мониторинга поверхностных вод. Биологический метод позволяет решать задачи, которые не могут быть решены с помощью других методов исследования. С его помощью можно обнаружить последствия разового или прерывистого загрязнения, которые химик или микробиолог могут пропустить, так как результаты химического и бактериологического анализа относятся только к моменту взятия пробы. Биологический же метод позволяет обнаруживать воздействия на водоём, предшествующие времени анализа (Макрушин, 1974).

Система гидробиологического мониторинга поверхностных вод в нашей стране была создана в 1974 г. До этого систематический контроль и наблюдения за качеством поверхностных вод и уровнями их загрязнения проводились только по физическим и химическим показателям. Стратегической целью, определяющей структуру задач и содержание функций системы, является контроль экологического состояния водных объектов России. К основным задачам системы гидробиологического мониторинга относятся:

  • 1. Гидробиологические наблюдения за экологическим состоянием водных объектов, их биологическая оценка и прогноз биологических последствий изменения уровня антропогенных воздействий.
  • 2. Создание банка гидробиологических данных по экологическому состоянию водных объектов России.
  • 3. Обеспечение заинтересованных организаций систематической и оперативной информацией.
  • 4. Обеспечение компетентных организаций материалами для составления рекомендаций в области охраны водной среды, рационального использования водных ресурсов, а также для проектирования народнохозяйственных сооружений, планирования размещения крупных промышленно-энергетических комплексов и других подобных работ.

Основные принципы организации системы гидробиологического мониторинга качества природных вод заключаются в следующем:

  • • единство научно-методического руководства сетью гидробиологических лабораторий;
  • • унификация и стандартизация методов гидробиологического контроля;
  • • централизация всей гидробиологической информации по состоянию водных объектов страны;
  • • массовость гидробиологических наблюдений;
  • • комплексность наблюдений (гидробиологическим наблюдениям сопутствуют гидрологические и гидрохимические наблюдения).

Тем не менее, методы оценки состояния водных экосистем по различным параметрам (химический, бактериологический и биологический методы) применимы не ко всем категориям водных объектов и факторов воздействия. Известно лишь несколько разработанных методов интегральных оценок, позволяющих применять их на любых водных объектах и для оценки большинства факторов воздействия. Так, например, количество растворённой в воде органики является интегральным показателем состояния вод и водных экосистем в целом, так как складывается из органических веществ, возникших в процессе жизнедеятельности организмов на всех трофических уровнях, а также внесенных с бассейна водосбора в результате природных и антропогенных процессов.

Существующие системы биологического анализа вод призваны помочь специалисту при большом разнообразии ситуаций в водоёмах оценивать уровень загрязнения ограниченным числом терминов или баллов. Биологический анализ в руках опытного специалиста служит надежным инструментом оценки уровня загрязнения.

Оценка степени загрязнения водоёмов ведётся в двух основных направлениях. Один из них связан с выявлением возможных ухудшений гигиенических, в частности питьевых качеств воды, другой — с охраной водных экосистем от деградации (ухудшения продукционных характеристик или тех, что определяют биологическое формирование качества воды и гомеостаз гидросферы). Исследования (в первом случае, проводимые гигиенистами, во втором — гидробиологами) тесно взаимосвязаны и дополняют друг друга при решении общих задач охраны водоёмов от загрязнения. При гидробиологической индикации загрязнения широко используют физико-химические методы (определение прозрачности воды, количества взвеси, концентрации растворённых газов и других веществ). В этом отношении гораздо совершеннее биологическая индикация, основанная на учёте состояния самих экосистем. Биотические компоненты водных экосистем отражают трофический статус водного объекта, который, в свою очередь, зависит от количества органических веществ, растворённых в воде. В соответствии с этим популяции, виды и сообщества организмов имеют определённый уровень толерантности в сложившихся условиях. Исследование изменений, происходящих в структуре популяций и сообществ, позволяют оценить состояние всей экосистемы. Результативность биологического мониторинга определяется при этом соответствием её целей особенностям выбранного индикатора. В качестве биоиндикаторов водной среды, состояния гидроэкосистем и их антропогенных изменений могут использоваться практически любые ги- дробионты (бактерии, водоросли, зоопланктон, зообентос, рыбы), их популяции и сообщества, обитающие в водоёмах и водотоках. Однако в индикации качества воды их роль неодинакова. Так, в одном случае в водных экосистемах предлагается оценивать степень поражения окружающей среды по соотношению числа видов Cyclopoida к числу видов Cladocera (Иванова, 1997), в другом — по таксономического составу хирономид (Ruse, 1998). Флористический анализ незарегулироваииых рек и водохранилищ Средней Волги может быть использован при характеристике комплекса основных абиотических факторов (Охапкин, 1998). Для тестирования краткосрочных воздействий, вызывающих непродолжительные обратимые изменения среды, удобно ориентироваться по состоянию сообществ фито-, зоо- и бактериопланктона. Их характеристика в большей степени отражает текущее, а не общее состояние экосистемы или тенденции её долговременного изменения. При необходимости получения интегральной оценки состояния экосистемы, без уточнения его особенностей в различных участках акватории или биотопах, удобно использовать как биоиндикатор ихтиофауну, хотя для биотестирования вод рыбы имеют второстепенное значение. Некоторые виды загрязнений, поступающих с водосборной территории, хорошо отражаются в структуре высшей водной растительности. Так, в 13 мелководных озёрах на востоке Англии методом кластерного анализа выделены три вида сообществ: I — харовые, рдесты, Myriophyllumspicatum, Najasmarina; II — Nupharlutea, нитчатые водоросли; III — без макрофитов (Kennison, Dunsford, Schutten, 1998). Однако общепризнанно, что наиболее удобным, информативным и надёжным тест-объектом состояния водной среды и её антропогенных изменений является зообентос. Продолжительность жизненных циклов организмов зообентоса, по сравнению с планктонными организмами, существенно выше. Кроме того, донные беспозвоночные, в основном, ведут оседлый образ жизни, поэтому состояние зообентоса чётко характеризует нс только экологическое состояние водоёма или водотока в целом, но и конкретных его участков. Таким образом, из всех сообществ гидробионтов именно зообентос наиболее стабилен в пространстве и времени, и его характеристики преимущественно определяются общим состоянием среды, основным направлением сукцессии экосистемы.

Читайте также:  Качественный анализ воды для инъекций

Основные задачи, которые решаются при оценке качества воды, могут быть объединены в три группы:

  • • предупреждение угрозы инфекционных заболеваний;
  • • оценка токсичности воды;
  • • определение трофности водоёмов.

источник

При оценке качества воды, кроме интегральной оценки, в результате которой устанавливается класс качества воды, а также гидробиологической оценки методами биоиндикации, в результа­те которой устанавливается класс чистоты, иногда встречается также так называемая комплексная оценка, основу которой со­ставляют методы биотестирования. Последние относятся также к гидробиологическим методам, но отличаются тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам – как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим – рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является наиболее показательной, особенно применительно к оценке каче­ства загрязненных вод (природных и сточных), и позволяет опреде­лять даже количественно концентрации отдельных соединений.

Гидробиологические показатели.О качестве воды в пресноводном водоеме, а также о его экологическом состоянии, можно судить не только с помощью приборов, но и с помощью обитающих в водоеме живых организмов – гидробионтов. Соответствующие методы оценки называют гидробиологическими.

Планктон – совокупность живых обитателей водоема, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.

Фитопланктон – совокупность растительных организмов водоема, не способных активно передвигаться, – важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.

При гидробиологической оценке состояния водоемов и качества воды показателями, в общем случае, могут быть видовой состав, количество и биомасса гидробионтов, а также трофность и сапробность водоема.

Объектами гидробиологической оценки могут быть фито- и зоопланктон, бентос, макрофиты, рыбы и др. Получены научные данные о том, что повышенное содержание в воде различных токсикантов приводит к массовым нарушениям эмбрионального и личиночного развития, появлению многочисленных уродств. У молоди рыб нередко развиваются токсикозы, выражающиеся в появлении опухолей и нарушении отдельных органов (печень, мозг, жаберный аппарат и др.). Кроме того, в одном и том же водоеме могут быть акватории с неблагоприятными условиями для гидробионтов.

Таким образом, многие водные организмы имеют особенности, позволяющие рассматривать их как индикаторные виды – т.е. виды, чувствительные к загрязнению воды, причем разные организмы обладают разной чувствительностью к загрязнению воды. Например, при обработке проб зоопланктона специалисты особое внимание обращают на следующие показатели:

1) видовой состав и распределение зоопланктона, соотношение
в нем отдельных групп (простейших коловраток, ветвистоусых рачков
и др.);

2) наличие видов – индикаторов загрязнения в составе комплекса доминирующих видов;

3) значение индекса видового разнообразия Шеннона по зоопланктону, его пространственная и многолетняя динамика;

4) относительное количество в пробах мертвых и поврежденных планктонных животных;

5) наличие уродливых форм и опухолей у рачков;

6) роль сообщества гидробионтов в самоочищении водоемов и др.

Большинство гидробиологических методов, которые могут применять студенты, относятся к методам биоиндикации. Существуют методы биоиндикации, позволяющие получить достаточно точные заключения о качестве воды, хорошо согласующиеся с данными гидрохимических исследований. Однако работать такими методами могут лишь специалисты, знающие водных обитателей «в лицо» и имеющие опыт работы.

В практической работе студенты используют преимущественно лишь два метода, которые сочетают в себе простоту в работе и точность оценки. К ним относятся методы определения биотических индексов Вудивисса и Майера. Имеется в виду несколько упрощенные варианты методик определения биотических индексов Вудивисса и Майера [15, 21, 42]. Полученные с помощью данных методов результаты могут считаться лишь предварительной оценки. Кроме того, успешное применение данных методов требует известных навыков, а также микроскопа (желательно – бинокуляра) и соответствующих определителей или иллюстрированных таблиц.

Биотический индекс Вудивисса рассчитывается только при исследованиях рек (т.е. проточных водоемов) умеренного пояса и дает оценку их состояния по 15-балльной шкале. Он непригоден для оценки состояния озер и прудов. При оценке состояния водоема по методу Вудивисса определяют, какие индикаторные группы имеются в исследуемом водоеме, и далее оценивают общее состояние бентосных организмов, т.е. обитающих в придонном слое воды. Характерно, что методика Вудивисса не требует определения всех пойманных животных с точностью до вида. Достаточно выполнить определение лишь обнаруженных в пробах групп бентосных организмов. При этом за группу принимается любой вид плоских червей, моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей, веснянок, сетчатокрылых, жуков, а также любой вид личинок других насекомых (за некоторыми исключениями). Далее по специальным таблицам находят значение индекса Вудивисса, характеризующее исследуемый водоем, и соответствующий класс качества воды. Например, значение индекса Вудивисса для данного водоема от 0 до 2 баллов считается показателем очень сильного загрязнения (соответствующее значение класса качества воды – 5-7). В таких условиях водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии. Значение индекса 3-5 баллов – значительное загрязнение водоема (4-5 класс качества); 6-7 баллов – незначительное загрязнение (3 класс качества). Для чистых рек (имеющих 1-2 класс качества воды) обычно характерны оценки 8-10 баллов, а иногда и выше.

Более простым в применении является метод, основанный на определении биотического индекса Майера. В основе метода лежит приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности и применим для водоемов любых типов. Преимущество при определении индекса Майера состоит также в том, что не нужно определять беспозвоночных с точностью до вида. Организмы-индикаторы по методу Майера относят к одной из трех индикаторных групп, приведенных в табл. 22 [15, 21].

Состав водных организмов в индикаторных группах по методу Майера[2, 7]

Обитатели чистых вод Организмы средней чувствительности Обитатели загрязненных водоемов
Личинки веснянок Личинки поденок Личинки ручейников Личинки вислокрылок Двустворчатые моллюски Бокоплав Речной рак Личинки стрекоз Личинки комаров-долгоножек Моллюски-катушки Моллюски-живородки Личинки комаров-звонцов Пиявки Водяной ослик Прудовики Личинки мошки Малощетинковые черви

Обработка результатов, полученных по методу Майера, также сравнительно несложна. При этом нужно отметить, какие из приведенных в таблице индикаторных групп обнаружены в пробах. Количество обнаруженных групп из первого раздела таблицы необходимо умножить на 3, количество групп из второго раздела – на 2, а из третьего – на 1. Получившиеся цифры складывают, и значение суммы характеризует степень загрязненности водоема. Если сумма более 22 – водоем имеет 1 класс качества, значения суммы от 17 до 21 говорят о втором классе качества, от 11 до 16 баллов – 3 класс качества. Все значения меньше 11 характеризуют водоем как грязный (4-7 класс качества).

Большой интерес при оценке качества воды представляют также методы биотестирования, которые позволяют непосредственно определить реакцию водной биоты на загрязнение. Методы биотестирования относятся также к гидробиологическим методам. Они отличаются от методов биоиндикации тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам – как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим – рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является наиболее показательной, особенно применительно к оценке качества загрязненных вод (природных и сточных) и даже позволяет количественно определять концентрации отдельных соединений. По этой причине методы биотестирования иногда называют методами комплексной оценки.

Обычно при биотестировании устанавливают количественные градуировочные зависимости показателей смертности тестовых организмов или каких-либо изменений в них, либо поведенческих реакций, от концентрации тяжелых металлов (СuSО4). Токсические эффекты на организмы выражают в концентрациях, эквивалентных концентрациям тяжелых металлов. В качестве тестовых могут использоваться многие природные объекты. Промышленностью выпускается прибор «Биотестер», который позволяет неспецифично определять концентрацию токсиканта (сульфата меди) в воде по поведению инфузории-туфельки. Однако распространение метода биотестирования и соответствующих приборов сдерживается по нескольким причинам. Во-первых, сами приборы имеют относительно высокую стоимость. Во-вторых, необходимо воспроизводить – правильно подготавливать и выращивать – тест-культуру, время жизни особей которой непродолжительно (несколько дней и более). В-третьих, отсутствуют нормативы качества воды по реакциям тестовых организмов, а количественный анализ возможен только по какому-либо отдельному токсиканту при условии предварительной калибровки прибора по этому соединению.

Следует отме­тить, что исследования, выполняемые при комплексной оценке ка­чества воды, не ограничиваются только методами биотестирова­ния, они обязательно включают (особенно при анализе питьевой и природной вод) гидрохимические методы и методы биоиндикации.

Показатели деградации водоема.К показателям деградации водоемов, в общем случае, могут быть отнесены:

– признаки эвтрофикации: массовое размножение сине-зеленых водорослей, повышенное содержание азота и фосфора в разных формах;

– разрушение береговой линии как следствие природных или антропогенных процессов;

– скопление или чрезмерное разрастание (более чем на 20 % от общей площади водоема) водной растительности – макрофитов;

– изменение видового стада рыб в направлении увеличения доли сорных видов;

– появление большого количества донных червей;

– появление рыб с патологиями и др.

Таким образом, оценка по показателям деградации водоема включает разнообразные методы исследований – методы визуального наблюдения и счета (со сбором или отловом гидробионтов), гидрохимические измерения содержания в воде соединений азота и фосфора в формах нитратов, нитритов, аммонийных органических и неорганических соединений, орто- и полифосфатов и др.

При оценке деградации водоема необходимо проводить сопоставление данных, полученных на протяжении ряда лет с выявлением тенденций в измерениях оцениваемых параметров.

Оценка состояния донных отложений.Донные отложения являются особой средой в водоеме, имеющей большое значение для жизнедеятельности бентосных организмов, макрофитов, рыб и др. В донных отложениях концентрируются и накапливаются как биогенные элементы (запасы органического и неорганического азота и фосфора), так и токсиканты (в первую очередь, тяжелые металлы), а также нефтепродукты и др. Поэтому донные отложения также следует изучать при оценке экологического состояния водного объекта, используя для этой цели методики исследования воды (придонные слои и фильтраты) и почвы (определение элементного состава и концентрации химических загрязнителей), а также методики биоиндикации по бентосным сообществам [27].

При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета («цветение» воды). «Цветение» воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы выделяется сероводород или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемое чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов.

Каждая группа организмов в качестве биологического индикатора имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации.

Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования (заболачивания) водоема.

Зоопланктон также достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Кроме этого, среди зоопланктона встречаются и представители патогенной фауны, ограничивающей использование водного объекта в целях водоснабжения.

Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов.

Зообентос – совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Наиболее достоверными индикаторами среди них служат легочные моллюски, особенно катушки и речные чашечки. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

Значение макрофитов (высшая водная растительность) наиболее существенно при предварительном гидробиологическом осмотре водных объектов. При загрязнении водоемов изменяются видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена доминантных видов, обусловливающих особенности ценоза. Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.

Читайте также:  Качественный анализ воды в аптеке

Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.

Для изучения рек и ручьев большое значение имеют перифитонные организмы (т.е. обрастатели), те, которые дают картину общего состояния воды за достаточно длительный промежуток времени, предшествующий исследованию. Быстрые колебания степени загрязнения воды плохо уловимы с помощью перифитона, и для их наблюдения лучше подходят гидрохимические и бактериологические методы.

Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких водоемах.

Это обстоятельство заставляет при исследовании рек обращать внимание на быстрые места их течения – перекаты, плотины и т. д. Если мы хотим получить представление об общем состоянии реки, то станции необходимо выбирать именно здесь. Если же нас интересуют разовые или местные загрязнения, необходимо исследовать обитателей дна в местах со слабым течением – в заводях, бочагах и т.п. После впадения в реку тех или иных загрязненных стоков последние сносятся течением вниз по реке и откладываются в более глубоких местах реки с замедленным течением.

Биологическое исследование стоячих водоемов, как правило, интерпретируется более легко. Здесь, прежде всего, необходимо проведение комплексных исследований с тем, чтобы иметь более полное представление о состоянии водоема. Чем крупнее исследуемый водоем, тем большее количество разнообразных станций надо выбирать по его периметру [21, 42].

Почти любое использование воды влияет на ее качество. Использованная вода обычно возвращается в реки или отстойники для восстановления. Это может оказать нежелательное влияние на жизнь, если использованная вода будет сильно отличаться от естественной.

Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с «живыми приборами», реагирующими на те или иные изменения, отражающие воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов.

Бурное развитие сине-зеленых водорослей – хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениями.

Лучший индикатор опасных загрязнений – прибрежное обрастание, располагающееся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышении общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой очистке фекально-бытовых сточных вод обрастания бывают белыми или сероватыми. Как правило, они состоят из прикрепленных инфузорий (сувойки, кархезиум и др.) Стоки с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий-теотриксов.

Биоиндикация – способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ.

Биотестирование – использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) беспозвоночных. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию либо отсутствию тех или иных таксонов (табл. 23).

Дата добавления: 2014-12-26 ; Просмотров: 3925 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Гидробиологический анализ, будучи важнейшим элементом системы наблюдений за уровнем загрязнений поверхностных вод и донных отложений, включает следующее:

  • • определение совокупного эффекта комбинированного воздействия ЗВ на водные биоценозы;
  • • определение экологического состояния водных объектов и установление экологических последствий их загрязнений;
  • • определение направления изменения водных биоценозов в условиях загрязнения природной среды;
  • • оценку качества поверхностных вод и донных отложений как среды обитания организмов, населяющих водоемы и водотоки;
  • • оценку трофических свойств воды;
  • • установление возникновения вторичного загрязнения и его источников, а в ряде случаев специфического химического состава.

О чистоте воды природного водоема можно судить по видовому разнообразию и обилию животного населения — чистые водоемы заселяют пресноводные моллюски, личинки веснянок, поденок, висло- крылок и ручейников. Они не выносят загрязнения и быстро исчезают из водоема, как только в него попадают сточные воды.

Умеренно загрязненные водоемы заселяют водяные ослики, бокоплавы, личинки мошек (мокрецов), двустворчатые моллюски-шаровки, битинии, лужанки, личинки стрекоз и пиявки (большая ложноконская, малая ложноконская, клепсина).

Чрезмерно загрязненные водоемы заселяют малощетинковые кольчецы (трубочники), личинки комара-звонца (мотыли) и ильной мухи (крыска).

Показателем качества воды может служить биотический индекс, который определяется по количеству ключевых и сопутствующих видов беспозвоночных животных, обитающих в исследуемом водоеме. Самый высокий биотический индекс определяется числом 10, он отражает качество воды экологически чистых водоемов, вода которых содержит оптимальное количество биогенных элементов и кислорода, в ней отсутствуют вредные газы и химические соединения, способные ограничить обитание беспозвоночных животных.

Оценка степени загрязнения по показательным организмам (сапробиологический анализ)

Данная оценка основана на различной чувствительности в реагировании гидробионтов на внешние воздействия. Впервые это свойство использовали Р. Кольквитц и М. Марссон (Kolkwitz, Marsson, 1908, 1909), и именно ими создана наиболее детально разработанная система биологического анализа качества вод, в которой оценка производится с использованием заранее разработанных систем индикаторных организмов. Широко используются ее модификации: Пантле и Букка, Сладечека и др. Главной трудностью при сапробиологиче- ском анализе является недостаточная разработанность таксономии водной фауны и флоры, так как списки видов-индикаторов, разработанные для одних климатогеографических регионов, в климатических условиях других регионов должны применяться с поправками. Сложности возникают и при интерпретации данных. Сама система оценки сложна, требует высокой квалификации, затрат времени и усилий. Часто эффект воздействия загрязняющих веществ маскирует влияние других сопутствующих факторов.

Оценка по видовому разнообразию

В основе проведения данной оценки лежит положение об обязательном высоком видовом разнообразии как условии устойчивости экосистем. Преимущество индексов видового разнообразия состоит в возможности их использования для оценки любых видов загрязнений. Но видовое разнообразие может изменяться и с изменением условий минерального питания или любого другого изменения среды обитания. Серьезные трудности возникают при экологической интерпретации индексов разнообразия.

Эти системы основаны на показательном значении организмов и видовом разнообразии. Наибольшее распространение в нашей стране получила система биотического индекса Вудивисса, в которой найден компромисс между точностью полученных данных и оперативностью их получения. Значение полученного индекса хорошо коррелирует с величинами БПК 5 и ХПК. Но для использования в каждом регионе необходим дополнительный подбор таксонов-индикаторов. К сожалению, биотический индекс Вудивисса используется лишь для исследования рек умеренного пояса, он непригоден для оценки состояния озер и прудов.

Наиболее простой методикой биоиндикации, при которой не нужно определять беспозвоночных с точностью до вида, является определение индекса Майера (табл. 5.5). Методика годится для любых типов водоемов, так как в ней используется принцип приуроченности различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности.

Таблица 5.5. Классификация индикаторных организмов

Организмы средней чувствительности, Y

Обитатели загрязненных водоемов,Z

Личинки веснянок Личинки поденок Личинки ручейников Личинки вислокрылок Двустворчатые моллюски

Бокоплав Речной рак Личинки стрекоз Личинки комаров-долго- ножек

Нужно лишь отметить, какие из приведенных в таблице групп обнаружены в пробах, и произвести расчет по формуле:

По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема:

  • • более 22 баллов — водоем чистый, 1-й класс качества;
  • • 17—21 баллов — 2-й класс качества;
  • • 11—16 баллов — водоем умеренно загрязнен, 3-й класс качества;
  • • менее 11 — водоем грязный, 4—7-й класс качества.

Простота и универсальность метода Майера дают возможность

быстро оценить состояние исследуемого водоема. Точность метода невысока, но если проводить исследования качества воды регулярно в течение определенного времени и сравнивать полученные результаты, можно уловить тенденцию изменения состояния водоема.

В состав гидробиологических наблюдений в ГСН входит изучение основных экологических сообществ: фитопланктона, зоопланктона, перифитона и зообентоса. Каждое из этих экологических сообществ наблюдается по целому ряду параметров.

По данным наблюдений рассчитываются специальные обобщенные гидробиологические индексы, на основе которых проводится оценка качества вод по пятибалльной шкале: от 1-го класса (условно чистые воды) до 5-го класса (экстремально грязные воды).

Классы качества воды по гидробиологическим и микробиологическим показателям в нашей стране определяют по ГОСТ 17.1.3.07—82 «Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков», который регламентирует содержание программ контроля гидрохимических, гидробиологических показателей, периодичность контроля, а также назначение и расположение пунктов отбора проб.

Ведущая роль в биоиндикации принадлежит водорослям. При эвтрофикации и соответствующем ухудшении качества воды сукцессия (т. е. последовательная смена) видового состава особенно проявляется в сообществе фитопланктона. Однако водоросли не могут быть индикаторами фекального загрязнения, они непосредственно не чувствительны к органическому загрязнению, тяжелым металлам и пестицидам.

Зоопланктон, как и фитопланктон, используют для характеристики экологического состояния не только той части водного объекта, где проводится отбор проб, но и той, которая лежит выше пункта отбора. По сравнению с фитопланктоном зоопланктон менее показателен при биоиндикации состояния эвтрофикации, тем не менее он применим при индикации экологического состояния водных объектов, особенно озер и водохранилищ. Простейшие позволяют получить оценку загрязнения непосредственно в момент взятия пробы и незадолго до него практически мгновенно.

Зообентос (совокупность животных, обитающих в грунте и на грунте морских и континентальных водоемов) является хорошим, а часто и единственным биоиндикатором экологического состояния донных отложений и придонного слоя воды.

Макрозообентос представляет собой основу многих систем биоиндикации. Достоверными индикаторами служат донные моллюски, особенно катушки и речные чашечки.

Ценную информацию об экологическом состоянии водного объекта при очень простом сборе организмов можно получить при изучении перифитона (организмов, живущих на поверхности погруженных предметов).

При рекогносцировочном гидробиологическом осмотре водных объектов, проводимом с целью экологически обоснованного размещения постоянных пунктов наблюдений, наиболее важная роль принадлежит макрофитам (растениям-макроорганизмам). При загрязнении водоемов изменяются видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена эдификаторов — доминантных видов. Однако при использовании макрофитов как биоиндикаторов экологического состояния водных объектов необходимо учитывать их большую устойчивость к кратковременным сбросам ЗВ.

Основной особенностью бактериологического анализа воды является возможность дать характеристику качества воды только непосредственно в момент взятия пробы. Бактериологические показатели характеризуют не столько водоем в целом, сколько воду или донные отложения. Бактерии могут служить хорошими индикаторами органического загрязнения, особенно фекального. Относительная простота отбора проб, хорошо разработанная методика, автоматизация общего подсчета бактериальных клеток — вот важные преимущества бактериологических методов контроля качества вод. Особенностями их являются характеристика качества воды только в момент взятия пробы, высокая чувствительность и тонкая индикация. В системе используется один показатель — коли-титр, но возможно использование дополнительно следующих показателей:

  • • количество гетеротрофов;
  • • общее количество микроорганизмов;
  • • количество сапрофитов.

Но эти дополнительные показатели могут дать представление только о санитарном состоянии водного объекта, а для характеристики водного объекта как экосистемы необходимо привлечение функциональных характеристик бактериопланктона.

При определении границ зон экологического бедствия и чрезвычайных экологических ситуаций также рассматриваются показатели по:

  • • бактериопланктону;
  • • фитопланктону;
  • • зоопланктону;
  • • ихтиофауне.

Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом, и особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. Случаи массовой гибели рыбы из-за того, что они легко обнаруживаются неспециалистами, часто оказываются первыми зарегистрированными сигналами залповых и аварийных сбросов ЗВ. Отсутствие рыбы в озерах, реках, водохранилищах, особенно в тех, где прежде водилась рыба, указывает на крайнее неблагополучие, причиной которого может быть сильное загрязнение. Отсутствие рыбы может быть более показательным, чем ее наличие, поскольку присутствие рыбы в водоеме еще не указывает на отсутствие вредных веществ, не может служить индикатором ни биологической чистоты воды, ни отсутствия привкуса или запаха, ни пригодности воды для различных целей.

Биотестирование (биологическое тестирование воды) — оценка качества объектов окружающей среды (воды и др.) по ответным реакциям живых организмов, являющихся тест-объектами (ГОСТ 27065— 86); позволяет получить быстрый сигнал о токсичности и необходимой степени разбавления сбросов и выбросов.

Биоиндикация выявляет результат произошедшего воздействия. Таким образом, каждый из приемов, направленных на предотвращение и контроль загрязнения, находит свое место в мониторинге окружающей среды.

Исчерпывающая характеристика состояния экологической системы возможна только на основании данных, касающихся разных водных сообществ, при этом особое внимание необходимо уделять абсолютным биологическим величинам — прежде всего видовому составу главнейших сообществ и количественным данным о видовых популяциях доминирующих и индикаторных видов (Р 52.24.763—2012 «Оценка состояния пресноводных экосистем по комплексу химико-биологических показателей»).

Наиболее важным системным показателем изменения состояния пресноводных экосистем под воздействием антропогенных факторов является перестройка структуры и метаболизма биоценозов.

В условиях загрязнения окружающей среды может происходить как увеличение интенсивности метаболизма биоценоза — метаболический прогресс, так и ее уменьшение — метаболический регресс. Поэтому влияние загрязнения на водные объекты можно выразить не только через категории качества воды, но и через категории экологических градаций, в которых могут находиться экосистемы. При этом

Таблица 5.6. Тенденции в изменении экологического состояния водных объектов по данным гидробиологического мониторинга

источник