Биологическая классификация рек

Лекция 7

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОД

Биологические методы оценки – это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема. Рассматриваются различные типы населения водоемов – перифитон, бентос, планктон, нектон, макрофиты и др.[3, 23, 24, 35, 40].

Специалисты многих стран при мониторинге рек используют бентосных макробеспозвоночных для оценки влияния на качество воды ряда антропогенных загрязнений.

Классификация с использованием бентосных макробеспозвоночных не дает полную экологическую картину всех искусственных и естественных загрязнений, которые встречаются в проточных водах. Не имеется также никакой единой классификации рек, которая пригодна для всех географических областей. Однако для рек, которые пересекают национальные границы, потребность в классификации имеется.

Сущность классификации рек Международной организации по стандартизации (ИСО) заключается в сравнении между поведением бентосных макробеспозвоночных в чистых условиях и в наблюдаемой среде. По ИСО рекомендуется пять классов качества вод по бентосным макробеспозвоночным, табл. 1.1 [59].

Таблица 1.1.

Биологическая классификация рек

Классификация качества по бентосным макробеспозвоночным	Характеристика
Высокое	Естественное поведение бентосных макробеспозвоночных
Хорошее	Не пострадавшее биологическое сообщество
Посредственное	Несколько пострадавшее биологическое сообщество
Бедное	Умеренно пострадавшее биологическое сообщество
Плохое	Сильно пострадавшее биологическое сообщество – экстремальная реакция на антропогенное загрязнение.

При этом типе классификации принимают во внимание естественную изменчивость биологических объединений [15].

Оценка сапробности воды по показателям перифитона.В гидробиологии под сапробностью понимают способность организмов жить при большом содержании органических веществ в среде. Сапробность является функцией потребностей организма в органическом питании и устойчивости возникающих при разложении органических соединений ядовитых веществ: H₂S, CO₂, NH₃, H+, органических кислот.

Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности водных объектов, который рассчитывают исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне) [55].

Полисапробная зона – содержится много не стойких органических веществ и продуктов их анаэробного разложения. Фотосинтеза нет. Дефицит О₂, полностью идет на окисление. В воде – сероводород и метан. На дне много детрита, идут восстановительные процессы; железо в форме FeS. Ил черный с запахом сероводорода. Много сапрофитной микрофлоры, гетеротрофных организмов: нитчатые и серные бактерии, бактериальные зооглеи; простейшие – инфузории, жгутиковые, олигохеты, водоросль Polutoma [1].

Альфа-мезосапробная – начинается аэробный распад органических веществ, образуется аммиак, СО₂, мало О₂, сероводорода, метана – нет. Железо в форме закиси и окиси. Идут окислительно-восстановительные процессы. Ил серого цвета. Преобладают бактериальные зооглеи, эвглена, хламидомонада, личинки хиромонид.

Бета-мезосапробная – произошла минерализация. Увеличивается число сапрофитов. Содержание О₂ колеблется в зависимости от времени суток. Ил желтый, идут окислительные процессы. Много детрита, цветение воды (фитопланктон), диатомовые и зеленые водоросли, роголистник. Много корненожек, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хиромонид. Есть ракообразные, рыбы, но численность их невелика.

Олигосапробная – чистые водоемы. Цветения не бывает, содержание 0₂ и С0₂ не колеблется. Детрита мало. Бентос малочисленен. Встречаются водоросли рода Melozira, коловратки, дафнии, личинки веснянок, поденок, моллюски, стерлядь и т.д.

Установлено, что фактически в ряду олигосапробы – мезосапробы – полисапробы возрастают не только специфическая стойкость к органическим загрязняющим веществам и к таким: их последствиям, как дефицит кислорода, но и их эврибионтность, т. е способность существовать при различных условиях среды.

Это положение значительно расширяет возможности использования сапробиологического анализа. Поэтому термин «сапробность» в последнее время употребляют, когда говорят о степени общего загрязнения вод. Для оценки общего загрязнения поверхностных вод в современных ситуациях, например в случае токсического загрязнения или антропогенного увеличения минерализации, использование только одного сапробиологического анализа оказывается уже недостаточным.

В системе Роскомгидромета для оценки сапробности воды по организмам перифитона рекомендуется применять метод индикаторных организмов Пантле и Букка в модификации Сладечека. Данный метод учитывает относительную частоту встречаемости (обилие) гидробионтов h и их индикаторную значимость s (сапробную валентность). Для статистической достоверности результатов исследования необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее 12 индикаторных видов с общей суммой частоты встречаемости (обилия) h равной 30.

Индекс сапробности указывают с точностью до 0,01. Для ксеносапробной зоны он находится в пределах 0–0,50 – очень чистые; олигосапробной – 0,51-1,50 – чистые; бета-мезосапробной – 1,51-2,50 – умеренно-загрязненные; альфа-мезосапробной – 2,51-3,50 – тяжело загрязненные; полисапробной – 3,51-4,00 – очень загрязненные [39].

Методы оценки качества вод, основанные на применении отдельных крупных таксонов зообентоса:Метод крупных таксонов широко применяется в практике гидробиологического мониторинга благодаря простоте вычислений, отсутствию трудоемких таксономических определений. Теоретическим обоснованием и условием универсальности метода является повсеместное распространение используемых таксонов в водоемах разных типов с разным уровнем загрязнения. Такими группами являются олигохеты и личинки хирономид.

В своих исследованиях Е. В. Балушкина предложила оценивать загрязненность воды по соотношению численности представителей отдельных подсемейств хирономид с помощью индекса:

, (1.1)

где: , и – вспомогательные величины для подсемейств Tanypodinae, Chironomae, Orthocladiinae.

Вспомогательные величины рассчитываются по сумме численности N представителей каждого из подсемейств, выраженной в процентах от общей численности хирономид и слагаемого 10, иначе говоря, α=N+10. Подобранное эмпирически число 10 ограничивает пределы возможных значений, определяя оптимальное соотношение градаций индекса и степени его чувствительности.

Влияние относительной численности особей подсемейства Chironominae снижено вдвое на том основании, что в наиболее чистых водах относительная численность Orthocladiinae + Diamesinae приближалась к 100% (без учета зарослевых форм), в наиболее грязных относительная численность Tanypodinae также составляла 100%. Тенденция же увеличения относительного количества Chironominae по мере загрязнения выражена в меньшей степени и их индикаторное значение в целом ниже, что и нашло отражение в уменьшении [3]. Значения индекса K от 0,136 до 1,08 характеризуют чистые воды; 1,08-6,5 – умеренно загрязненные; 6,5-9,0 – загрязненные; 9,0-11- грязные.

Биотический индекс Вудивисса.Этот метод оценки пригоден только для исследования рек умеренного пояса и не подходит для озер и прудов. Оценка состояния рек проводится по 15-балльной шкале. В этом методе используется показатель, который называется биотический индекс Вудивисса. Его определяют по специальной таблице.

Чтобы оценить состояние водоема по методу Вудивисса, нужно:

1) выяснить, какие индикаторные (показательные) группы имеются в исследуемом водоеме;

2) затем необходимо оценить общее разнообразие бентосных организмов. Определить количество «групп» бентосных организмов в пробе. При использовании метода Вудивисса за «группу» принимается любой вид плоских червей, моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей, веснянок, сетчатокрылых, жуков, любой вид личинок других насекомых. Определив количество групп в пробе, находят соответствующий столбец в таблице;

3) на пересечении строки и столбца по специальной таблице находят индекс Вудивисса. Его значение изменяется от 0 до 15 и измеряется в баллах. Состояние водоема определяется так: 0-2 балла – очень сильное загрязнение (5-7 класс качества), водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии; 3-5 баллов – значительное загрязнение (4-5 класс качества); 6-7 баллов – незначительное загрязнение водоема (3 класс качества); 8-10 баллов и выше – чистые реки (1-2 класс качества).

Согласно биотическому индексу Вудивисса, по мере повышения уровня загрязненности вод происходит изменение видовой структуры бентосных организмов. Вследствие, чего происходит отмирание индикаторных таксонов, достигших предела толерантности [7, 1, 3, 33].

Индекс Гуднайт-Уотлея.Эта простая, но надёжная методика биоиндикации используется только для определения загрязнения водоёма органическими веществами. Для определения значений олигохетного индекса годятся только материалы дночерпательных проб [8, 9].

Значение индекса а равно отношению количества обнаруженных в пробе олигохет (малощетинковых червей) к общему количеству организмов (включая и самих червей) в процентах по формуле

. 1.2)

Степень загрязнения воды органикой дана в табл. 1.2.

Классический вариант олигохетного индекса (ОИ) впервые был предложен Гуднайтом и Уотлеем в 1961 г. ОИ рассчитывается как отношение численности олигохет к общей численности организмов в пробе. При этом состояние реки считается хорошим, если ОИ меньше 60%, сомнительным при ОИ в пределах 60-80%, река тяжело загрязнена, если ОИ превышает 80%. По показателю обобщенного индекса судят о степени эвтрофикации водоема.

Таблица 1.2.