Гидробиологический контроль качества водоемов

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.

Смешанные системы оценок

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

Обитатели чистых вод, X

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

Моллюски-катушки

Моллюски-живородки

Личинки комаров-звонцов

Пиявки

Водяной ослик

Прудовики

Личинки мошки

Малощетинковые черви

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

Экологическое состояние

Количество водных объектов, %

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Экологическое благополучие

19

18

20

21

34

30

32

Антропогенное экологическое напряжение с элементами экологического регресса

68

74

65

44

36

38

40

Экологический и метаболический регресс

13

8

25

35

30

32

28

по мере роста нагрузки загрязнения на водную среду наблюдается последовательное ухудшения состояния водных экосистем (табл. 5.6).

В зависимости от нагрузки на водную среду различают следующие последовательные градации состояния экосистем:

  • Фоновое состояние — возможны перестройки структуры экосистемы, не ведущие к ее усложнению или упрощению, т. е. не изменяющие общего уровня организации биоценоза (например, смена видов-доминантов, изменение видового состава); не происходит глубоких изменений интенсивности метаболизма биоценоза.
  • Антропогенное экологическое напряжение — обусловлено относительно небольшими антропогенными нагрузками, приводящими к увеличению видового разнообразия, усложнению межвидовых отношений, усложнению пищевой цепи и повышению интенсивности метаболизма биопроцессов.
  • Антропогенный экологический регресс — характеризуется уменьшением видового разнообразия, упрощением межвидовых отношений и трофической сети, обусловленными большими антропогенными нагрузками.
  • Антропогенный метаболический прогресс — характеризуется увеличением как первичной продукции, так и продукции всех последующих трофических уровней, что сопровождается, как правило, ростом численности и биомассы отдельных компонентов биоценоза.
  • Антропогенный метаболический регресс — обусловлен сильным антропогенным загрязнением, в результате которого происходит снижение активности биоценоза по сумме всех процессов образования и разрушения органического вещества, полная деградация биоценозов.

Применение такого двойного подхода к оценке качества экосистем — через категории экологических градаций и по шкале качества вод — дает возможность наиболее объективно и всеобъемлюще охарактеризовать состояние изучаемых систем.

В 2013 г. такая оценка была произведена органами Росгидромета на 149 водных объектах РФ на 234 гидрологических пунктах и 351 створах в шести гидрографических районах: Балтийском, Черноморском, Азовском, Баренцевском, Карском и Тихоокеанском.

По результатам исследования были выявлены наиболее загрязненные водоемы, экосистемы которых испытывают сильное негативное воздействие загрязнения и находятся в состоянии экологического регресса.

Так, в Каспийском гидрографическом районе состояние водных экосистем по-прежнему характеризуется как состояние антропоген-

Схема размещения основных водных объектов гидробиологического мониторинга в 2013 г

Рис. 5.3. Схема размещения основных водных объектов гидробиологического мониторинга в 2013 г.

Гидрографические районы Российской Федерации (латинские цифры): I — Балтийский район и Калининградская область; II — Черноморский; III — Азовский; IV— Баренцевский; V — Карский; VI — Восточно-Сибирский; VII — Каспийский; VIII — Тихоокеанский. Районы размещения и принадлежность водных объектов к УГМС Росгидромета: 1 — Северо-Западное; 2 — Верхне-Волжское; 3 — Приволжское; 4 — Республики Татарстан; 5 — Северо-Кавказское; 6 — Средне-Сибирское; 7 — Иркутское; 8 — Забайкальское; 9 — Дальневосточное; 10 — Приморское; 11 — Мурманское; 12 — Северное; 13 — Якутское ного экологического напряжения с элементами экологического регресса. В Баренцевском гидрографическом районе состояние антропогенного экологического напряжения с элементами экологического регресса сменяется состоянием антропогенного экологического регресса. В Балтийском гидрографическом районе и Калининградской области изменения состояния водных экосистем не отмечено. В Азовском гидрографическом районе основные изменения состояния водных экосистем отмечены на р. Дон, где состояние антропогенного экологического напряжения переходит в состояние с элементами экологического регресса.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >