Биоиндикация загрязнения водоемов по состоянию популяций водных растений семейства рясковых

Биоиндикация загрязнений водных экосистем

Водные растения, относящиеся к семейству рясковых, используются в качестве биоиндикаторов, так как они широко распространены и обладают высокой чувствительностью к загрязнению водной среды. Все рясковые плавают на поверхности или слегка погружены в воду. Отдельные растения представляют собой зеленую округлую пластину (щиток) размером 1-10мм с дочерними щит­ками ("детками"), прикрепленными по бокам материнского щитка. Вырастая, "детки" отделяются и превраща­ются во взрослые растения, благодаря чему ряски быст­ро заполняют поверхность водоема.

По карте обследуемого района намечают точки сбора материала, причем, чем сильнее загрязнение, тем ближе друг к другу (0,5-1,0 км) они должны быть расположены. На мало загрязненных участках точки сбора могут быть удалены на расстояние 2-3 км друг от друга.

Обследование водоема проводится в течение 2-4 дней Наиболее показательным периодом является первая декада июня, дополнительную работу можно повто­рить в середине июля или в конце августа - начале сентября.

Сбор материала проводится в бухточке или заливе со спокойным, замедленным течением. Ведром с поверхно­сти приблизительно 0,5 м² собирается ряска. Растения (с помощью шумовки) переносятся в сосуд или полиэти­леновый пакет, содержащий необходимое количество воды из водоема.

Разбор пробы. Проба (или ее часть), содержащая примерно 150-200 растений, разделяется, по видам.

Общий вид водных растений семейства рясковых:

а — многокоренник обыкновенный; б – ряска тройчатая; в – ряска горбатая

После разбора пробы по видам производится подсчет:

а) числа растений (особей) каждого вида (одно расте­ние – материнский щиток с прикрепленными к нему "детками", если они есть);

б) общего числа щитков (суммарное количество мате­ринских щитков и "деток") каждого вида;

в) числа щитков с повреждениями (черные и бурые пятна – некроз, пожелтение – хлороз, количество и раз­мер пятен не учитываются).

Экспресс-оценка качества воды. При экспресс-оценке используется самый массовый вид растений (обычно ряска малая). Определение качества воды про­водится по таблице 1.

Таблица 1. Определение класса качества воды

Щетки с повреждениями, %	Отношение щитков к особям
0,1	1,3	1,7
	1-2
					-
				-	-
			-	-	-

Примечание. Первая колонка соответствует тем случаям, когда в целой пробе не удалось набрать 30 экземпляров даже наиболее массового вида. Условные обозначения: 1 - очень чистая вода; 2 - чистая; 3 -умеренно загрязненная; 4 - загрязненная; 5 - грязная; -комбина­ция, встречаемость которой исключается.

2.б Беспозвоночные животные– биоиндикаторы за­грязнения малых рек

Проблема загрязнения малых рек – одна из наиболее острых в кризисной экологической ситуации большин­ства густонаселенных регионов Беларуси. Вода малых рек все чаще оказывается непригодной не только для питья, но и для хозяйственных нужд. Неочищенные сбросы промышленных предприятий, отходы животноводческих ферм, коммунально-бытовые стоки городов и поселков – далеко не полный перечень источников загрязнения вод малых рек.

Качество вод в естественных водоемах Беларуси оце­нивается в настоящее время по результатам химическо­го, бактериологического и биологического анализов. Для их выполнения требуется сложное оборудование, длитель­ное время и высокая квалификация сотрудников.

В последние десятилетия осуществляется большой объем исследований влияния стрессоров на жизненные функции и выживаемость водных организмов. Предло­жен целый ряд методических разработок по использова­нию живых индикаторов для контроля качества воды.

Среди них для биоиндикации были выбраны наибо­лее характерные таксоны, т.е. конкретные представите­ли систематических групп беспозвоночных, наличие ко­торых в донных отложениях отчетливо характеризует уровень загрязнения воды. В качестве индикаторных групп выступают как отдельные виды, так и таксоны более высокого ранга: роды, семейства, отряды, классы типы, а также экологические группы (разные таксоны, объединяемые в одну группу по сходству экологии и биологии, входящих в нее видов).

Многие индикаторные организмы представлены на­секомыми, находящимися в личиночной стадии. Поэто­му для обследования рек следует выбирать периоды либо до вылета насекомых, либо после вылета, т.е. весну или начало осени.

Отбор и обработка проб для биологического анали­за. Количество участков реки, выбираемых для исследова­ния, определяется целями работы. Для проведения анали­за качества воды на всем протяжении водотока, места от­бора проб выбираются через равные интервалы от истока до устья. Если исследуется влияние конкретного источни­ка загрязнения, то качество воды может определяться на небольшом числе участков ниже и выше по течению от него.

При выборе участков отбора проб следует учитывать ряд условий. На них не должно быть мелководий с гус­той водной растительностью, а также затонов с застой­ной водой. И в том, и в другом случае донное население может значительно отличаться от такового на участках реки с нормальной скоростью течения воды.

Пробы грунта с обитающими в нем донными организ­мами отбирают с помощью специальных ловушек: закид­ной драги и сачкового скребка.

После каждого наполнения ловушек донным материалом пробы промываются непосредственно в этих же ловушках и помещаются в эмалированные емкости с крышками.

Отбор организмов из промытого грунта обычно ведет­ся на месте отбора проб. При этом небольшая порция грунта переносится в кювету с водой, и с помощью пин­цета, животные перекладываются в баночки с 40 % -ным раствором формалина. На баночки наклеиваются этикет­ки. Допускается разбор проб и в лаборатории.

Определение класса качества речной воды. Опреде­ление уровня загрязнения воды по методу С.Г. Николаева производится с помощью шкалы (таблица 2), которая уста­навливает 6 классов качества. Для каждого из них в ходе многолетних наблюдений были найдены свои индикатор­ные таксоны, которые в водах других классов встречаются лишь изредка.

Таблица 2.Шкала качества воды

Индикаторные таксоны	Условная значимость каждого таксона в классе, единицы	Класс качества воды
Личинки веснянок Личинки ручейника рода риакофила		1-й очень чистая
Губки Плоские личинки поденок Личинки ручейника рода нейреклепсис Личинки вилохвосток	25,0	2-й чистая
Роющие личинки поденок Личинки ручейников при отсутствии риакофил и нейреклепсисов Личинки стрекоз красотки и плосконожки Личинки мошек Водяной клоп Крупные двустворчатые моллюски Моллюски-затворки	14,2	3-й удовлетворительно чистая
Личинки стрекоз при отсутствии красотки и плосконожки Личинки вислокрылок Водяной ослик Плоские пиявки Мелкие двустворчатые моллюски	20,0	4-й загрязненная
Мотыль (в массе) Крыски (личинки мух-пчеловидок) Трубочник (в массе) Червеобразные пиявки при отсут­ствии плоских	25,0	5-й грязная
Макробеспозвоночные отсутствуют	-	6-й очень грязная

Так, личинки веснянок, характерные для вод 1-го класса, в более загрязненных водах 2-го класса встречаются редко, а в водах 3-го класса – практически никогда. Признаком же принадлежности воды к 6-му клас­су служит полное отсутствие крупных беспозвоночных. В таблице 2 кроме списка таксонов, соответствующих определенному классу вод, приводится условная значимость каж­дого из них. Эта величина нужна для последующей коли­чественной оценки уровня загрязнения.

Для определения класса качества воды обследованного участка реки среди пойманных организмов отбираются представители индикаторных таксонов и их названия записыва­ется в рабочую таблицу 3 в строгом соответствии с их положением в классах шкалы качества воды. Организмы, не относящиеся к индикаторным таксонам, не учитываются.

Таблица 3. Рабочая таблица определения качества воды

В реке_______________________

На участке______________________

Класс качества воды	Обнаруженные индикаторные организмы	Условная значи­мость таксонов в пределах класса, единицы	Количество об­наруженных таксонов	Суммарная значимость обнаруженных таксо- нов, единицы
1-й
2-й
3-й
4-й
5-й

После внесения в таблицу 3 всех обнаруженных в пробах индикаторных таксонов в каждом разделе (классе) второй графы подсчитывается число таксонов и умножается на вели­чину условной значимости данной группы таксонов (графа 2 табл. 2). Найденная суммарная значимость таксонов зано­сится в графу 5 (табл. 3) в раздел соответствующего класса.

Класс качества воды на обследованном участке опре­деляется по максимальной классовой значимости одной из групп таксонов. Несколько возможных вариантов оп­ределения класса качества воды приводятся в таблице 4.

Таблица 4.Определение класса качества воды

Класс качества воды	Условная значимость каждого таксона в классе	Вариант
а	б	а		а	б	а	б	а	б	а	б
1-Й						-	-	-	-	-	-
2-й				-	-	-	-			-	-
3-й	14,2		99,4		14,2	-	-	28,4	-	-
4-й						-	-			-	-
5-й		-	—	-	—					-	-	-	-
6-й	—

Примечании.а – число обнаруженных таксонов; б – суммарная классовая значимость.

В первом варианте в пробах были обнаружены таксоны, характерные для первых четырех классов качества воды. Однако наибольшая суммарная классовая значимость приходится на таксоны 3-го класса. Следовательно, вода этого участка реки относится к 3-му классу качества с некоторым смещением к 4-му классу. Во втором варианте она будет относиться к 1-му классу, а в третьем – к 5-му. В четвертом варианте получаются неоднознач­ные результаты: суммарные значимости таксонов 2-го и 4-го классов различаются незначительно. Значит, этот участок нуждается в повторном обследовании.

В пятом и шестом вариантах результаты несомнен­ны: качество воды на этих участках характеризуется 6-м и 2-м классами соответственно. Помимо рассмотренной выше, существуют и другие методики оценки степени загрязнения водоема (биоиндикация) по составу водных беспозвоночных. Одна из таких методик предусматрива­ет классификацию биологического анализа качества воды в естественном водоеме по трем группам таксонов круп­ных беспозвоночных (таблице 5).

Таблица 5.Классификация таксонов крупных организмов по отношению к чистоте воды

Таксоны 1-й группы	Таксоны 2-й группы	Таксоны 3-й группы
Личинки поденок Личинки (нимфы) веснянок Личинки вислокрылок Личинки ручейников Двустворчатые моллюски	Личинки комара-долгоножки Личинки стрекоз Речные раки Бокоплавы Моллюски (катушки и лужанки)	Личинки комара-звонца (мотыль) Моллюски-прудовики Пиявки Водяные ослики Личинки мошки Олигохеты

Группа 1. Эти организмы погибают в грязной воде. Преобладание их – признак очень чистой воды.

Группа 2. Эти организмы могут существовать в воде различной степени загрязненности.

Группа 3. Эти организмы выживают даже в очень грязной воде. Преобладание их – признак повышенного загрязнения воды (рисунок 3).

По количеству индикаторных таксонов и численнос­ти особей каждого из них в пробах можно определить, относится ли вода обследованного участка к загрязнен­ной, малозагрязненной или чистой.

Пробы для трехуровневой индикации отбираются так же, как и при использовании метода С.Г. Николаева. Од­нако теперь помимо распределения организмов по инди­каторным таксонам надо будет подсчитать число особей, относящихся к каждому из них.

Таксономические группы беспозвоночных, помогающие опре­делять степень загрязнения воды:

Группа 1: а – личинки поденок; б – нимфы веснянок; в – личинки вислокрылок; г – личинки ручейников.

Группа 2: а – личинки комара-долгоножки; б – бокоплавы; в – моллюски (ка­тушки и лужанки); г – личинки стрекоз.

Группа 3: а – водяные ослики; б – олигохеты; в – пиявки; г – моллюски-прудо­вики; д – личинки мошки; е – личинки комара-звонца.

Оценка качества воды делается следующим образом.

Загрязненная вода – 90% организмов и более отно­сятся к 3-й группе индикаторов.

Малозагрязненная вода (удовлетворительного каче­ства) – от 11 до 30% организмов в пробе относятся к индикаторным таксонам 1-й и 2-й групп.

Чистая вода – 30% и более организмов в пробе от­носятся к индикаторным таксонам 1-й группы.

Результаты биологического анализа по трем выше­указанным группам таксонов можно затем индексиро­вать по значимости таксонов, подобно тому, как это де­лается в методе С.Г. Николаева. Такой прием позволяет оценивать качество воды уже по четырем уровням за­грязнения.

Таксонам групп 1, 2 и 3 присваивается значимость 3, 2 и 1 соответственно. По числу индикаторных таксонов в группе определяется индекс для каждой из групп.

Индекс 1 – число индикаторных таксонов в группе 1, умноженное на 3.

Индекс 2 – число индикаторных таксонов в группе 2, умноженное на 2.

Индекс 3 – число индикаторных таксонов в группе 3, умноженное на 1.

Суммарный индекс для обследованного участка водо­ема определяется как сумма всех трех индексов. Каче­ство воды оценивается с помощью шкалы (таблица 6).

Таблица 6.Четырехуровневая оценка качества воды

Вода	Суммарный индекс
Очень чистая Чистая Малозагрязненная Загрязненная	Более 22 От 17 до 22 От 11 до 16 Менее 11

Литература

1. Денисов С.И. Полевая практика по экологии: учебное пособие Мн.: Университет, 1999 г. – 120 с.