Система сапробности

Биоиндикация загрязнения водоемов

Цель: ознакомиться с методами гидробиологического анализа, характеристиками зон сапробности, освоить методики расчетов индексов качества воды.

К биологическим методам оценки качества воды относятся бактериологический и гидробиологический анализы. Под гидробиологическим анализом понимается оценка качества воды по растительному и животному населению водоема. Наилучших результатов достигают, применяя совместно химико-аналитические, бактериологические и гидробиологические методы.

Для биологической индикации качества вод могут быть исполь­зованы практически все группы организмов, населяющие водо­емы. Орга­низмы, которые обычно используются в качестве биоиндикаторов, ответственны за самоочищение водоема, участвуют в создании первичной продукции, осуществляют трансформацию веществ и энергии в водных экосистемах.

В основе оценки степени загрязнения по гидробиологическим показателям лежат две характеристики: видовое разнообразие и показательное значение видов.

С увеличением степени загрязнения видовое разнообразие, как правило, уменьшается, поэтому для оценки уровня загрязнения могут быть использованы индексы разнообразия. Такая оценка применима к любым видам загрязнений, что может рассматриваться как преимущество этого способа, однако по индексам разнообразия нельзя судить о возможных различиях действия разных загрязнителей, которые могут обнаруживаться по видовому составу. Во многих случаях степень загрязнения лучше характеризуется по соотношению видов, чем по их количеству.

Показательное значение видов лежит в основе многих гидробиологических методов оценки качества воды. Балльными индексами, расчет которых основан на показательном значении видов - индексом сапробности, биотическим и олигохетным индексами оперирует классификатор качества вод Росгидромета. Индекс сапроб­ности Пантле-Букка (в модифи­кации Сладече­ка) определяется по фито­планкто­ну, зоо­планкто­ну, пери­фи­тону; по зообентосу рассчитываются два показателя – олигохетный и биотический индексы.

Система сапробности

Наиболее разработанной оценкой степени загрязненности вод по показательным (индикаторным) организмам является система сапробности – система оценки степени загрязнения вод разлагающимся органическим веществом. Если весь процесс возрастающего загрязнения - от чистой воды до самой грязной разделить на некоторое число степеней, то все организмы можно соответственно разбить на такое же число групп, из которых каждая группа будет приурочена к определенной степени сапробности.

Кольквитц и Марссон (Kolkwitz, Marsson, 1908, 1909) были пионерами в создании системы показательных организмов для оценки сапробности. Они установили 4 зоны сапробности:

1. Полисапробная зона — в воде присутствуют разлагающиеся белки, условия среды анаэробные, характер биохимических процессов восстановительный, в воде много сероводорода, число бактерий в 1 мл воды - 10⁹.

2. α-мезосапробная зона — присутствуют амино- и амидокислоты, условия среды полуанаэробные, характер биохимических процессов восстановительно-окислительный, присутствует сероводород, бактериальное число в 1 мл воды – 10⁶.

3. β-мезосапробная зона — соединения азота в форме солей аммония, нитритов и нитратов, кислорода обычно много, но возможны заморы у дна и ночью из-за прекращения фотосинтеза, сероводород — иногда в небольшом количестве, характер биохимических процессов окислительный, число бактерий в 1 мл воды - 10⁵.

4. Олигосапробная зона — незагрязненные, чистые воды, соединения азота в форме нитратов, вода насыщена кислородом, углекислоты мало, сероводород отсутствует, число бактерий в 1 мл воды - 10—10².

Кольквитц и Марссон дали списки видов, характерных для каждой из этих зон. Многие затруднения при практическом использовании системы Кольквитца-Марссона привели к неоднократным предложениям по ее усовершенствованию.

В качестве примера приведем индекс сапробности Пантле-Букка (Pantle, Buck, 1955) в модификации Сладечека, один из наиболее популярных в гидробиологии и принятый в Гидрометеослужбе РФ:

,

где s — сапробность вида по 4-балльной шкале (приведена в специальных справочниках),

h — численность вида, или относительная частота встречаемости.

Относительная частота встречаемости (h) оценивается следующим образом (по В. Сладечеку):

Соотношение значений относительного обилия и частоты встречаемости организмов
Встречаемость	Количество экземпляров одного вида, % от общего количества	h, баллы
Очень редко	<1
Редко	2-3
Нередко	4-10
Часто	11-20
Очень часто	21-40
Масса	41-100

Вместо частоты встречаемости h можно использовать абсолютную численность, однако перевод абсолютной численности в частоту встречаемости h обусловлен трудоемкостью вычислений.

Индикаторная значимость (s) олигосапробов равна 1, β-мезосапробов — 2, α-мезосапробов — 3 и полисапробов — 4. Индикаторные значимости S для соответствующих зон сапробности табулированы для многих организмов.

Для статистической значимости результатов необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее 12 видов индикаторных организмов одной зоны сапробности. Заключение о степени за­грязненности воды дают обычно по системе баллов от одного до шести с точностью до одной сотой. В полисапробной зоне индекс сапробности равен 4,00-3,51, в α -мезосапробной зоне 3,50—2,51, в β - мезосапробной зоне 2,50-1,51 и в олигосапробной зоне 1,50—0,51, ксеносапробной – 0-0,50.

Неправильно считать, что на состав населения водоема в первую очередь влияет загрязнение воды, и в отсутствие антропогенных загрязнений концентрация органических веществ в водоеме (сапробность) обязательно близка к нулю. Каждому водоему присущ свой «естественный фон» сапробности. Он тем выше, чем богаче продукцией и беднее водой окружающий ландшафт, чем меньше поступает в водоем кислорода и теплее вода.

Не менее важны для биоценоза: тип дна, глубина, проточность и скорость течения, сезон года, географическое положение водоема и многие другие факторы. Именно они определяют разнообразие пресноводных сообществ. Например, фауна плотных субстратов (камней, коряг, листового опада), а также фауна водных растений в том же водоеме населена более олигосапробными видами, чем фауна мягких субстратов (ила, детрита и песка). Строго говоря, нельзя везде использовать одну и ту же систему индикаторных организмов, а следует создавать отдельные системы сапробности для водоемов и биотопов разных типов.

Возможности использования системы сапробности Кольквитца-Марссона и ее модификаций:

1) применима к водоемам, загрязненным органическим веществом биогенного происхождения;

2) при наличии в составе промышленных сточных вод использование затруднено;

3) для оценки степени загрязнения вод веществами химического происхождения она непригодна.