Классификация поверхностных вод по их качеству

(нормативы Госкомгидромета Беларуси)

Величина ИЗВ	Степень загрязнения	Класс качества воды
Менее или равно 0,3	очень чистая	I
Более 0,3 до 1,0	чистая	II
Более 1 до 2,5	умеренно загрязненная	III
Более 2,5 до 4	загрязненная	IV
Более 4 до 6	грязная	V
Более 6 до 10	очень грязная	VI
Более 10	чрезвычайно грязная	VII

Достоинство гидрохимического анализа качества вод – поингредиентное определение загрязнителей. Недостаток – результат химического анализа относится к моменту взятия пробы.

На санитарно-эпидемиологическая сети осуществляются наблюдения за возбудителями заболеваний и ядовитыми веществами с использованием бактериологических и токсикологических методов. Головной организацией санитарно-эпидемиологического мониторинга поверхностных вод является Минздрав.

Гидробиологическая сеть. Биоценоз и его биотоп существуют в единстве и взаимообусловленности. На изменения в биотопе, в частности на антропогенное загрязнение биотопа, биоценоз реагирует (очень чутко) изменением интенсивности и характера своего метаболизма, своего видового состава и др. В водной экосистеме особенности биоценоза определяют скорость и эффективность процессов самоочищения, условия формирования качества воды. Особенности биоценоза в полной мере отражают особенности биотопа, на чем и основаны все методы гидробиологического анализа качества вод и донных отложений. Донные отложения – это часть водной экосистемы, и о состоянии водной экосистемы нельзя судить без представления о состоянии донных отложений, без учета аккумулирующих свойств дна.

Преимущества гидробиологического анализа:

1. Комплексная оценка водной системы как среды обитания для биоты, в отличие от химического анализа, который дает представление об отдельно взятых загрязнителях.

2. Биологический метод позволяет обнаруживать воздействия, предшествующие времени анализа, химический и бактериологичес-кий – только во время отбора проб. Состав сообщества свидетельствует о среднем за длительное время составе воды. Причем, разные организмы и сообщества характеризуют отрезки времени разной продолжительности и обладают неодинаковой чувствительностью к различным загрязняющим ингредиентам и другим факторам. Для гидробиологического анализа качества вод могут быть использованы практически все группы гидробионтов. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому в зависимости от обстоятельств и целей исследования необходимо выбирать объекты.

Прикрепленные сообщества – бентосные и перифитонные – обладают наиболее долгосрочной памятью. Кроме того, бентос и перифитон характеризует именно данный пункт, в отличие от планктонных организмов, которые могут быть занесены из других мест. Поэтому бентос и перифитон имеют первостепенное значение при гидробиологическом анализе качества вод и донных отложений. Водорослям принадлежит ведущая роль в биоиндикации эвтрофирования (сукцессия видов, содержание хлорофилла, продукционные характеристики). Личинки насекомых являются хорошими индикаторы качества вод. Поденки и ручейники – надежные индикаторы чистых зон. При загрязнении водоемов изменяется видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, происходит смена видов-эдификаторов, причем, изменения легко регистрировать. Бактерии – незаменимые показатели фекального загрязнения. Ихтиологические данные особое значение имеют при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. Массовые заморы рыб часто являются сигналом залповых, аварийных сбросов загрязняющих веществ, легко регистрируются неспециалистами.

При индикации биологических последствий закисления озер следует учитывать, что уже на ранней стадии закисления нарушаются микробиологические процессы, а в кислых водоемах при рН ниже 5,0 отмечается подавление бактериальной активности, доминирующие бактерии и простейшие уступают место грибам, уменьшается видовое разнообразие и биомасса фитопланктона, что в свою очередь сказывается на численности и биомассе зоопланктона и ведет к обеднению его видового состава. Начинают в массе развиваться зеленые нитчатые водоросли.

Наиболее полную и достоверную картину дает наблюдение за различными водными сообществами. Большое значение имеет надежность данных, особенно точность определения видов.

Правильная интерпретация данных гидробиологического анализа – трудная задача. Специалист, применяющий гидробиологический метод, имеет дело с системами очень высокой степени сложности, взаимосвязи в которой изучены далеко недостаточно. Для правильного истолкования результатов недостаточно инструкций. Никакая система анализа не может включить в себя все многообразие возможных ситуаций в различных водных экосистемах. Необходима, прежде всего, высокая квалификация специалиста, способность его индивидуализировать каждый отдельный случай, способность понимать сложную зависимость видового состава не только от степени загрязнения водоема, но и от многих других факторов среды.

Существует большое число систем биологического анализа качества вод и способов оценки уровня загрязнения. Многообразие – следствие отсутствия универсальной системы, адекватно отражающей действительность. Наиболее полный анализ существующих систем и методов дан А. В. Макрушиным (1974) в книге «Биологический анализ качества вод», а также в «Руководстве по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений» (1983) и в книге «Методы биоиндикации и биотестирования природных вод» (1989). Учитывая важность гидробиологического анализа в мониторинге поверхностных вод, остановимся на этом вопросе подробнее.

Оценка качества воды или степень загрязнения вод по гидробиологическим показателям производится двумя путями:

1. по результатам сравнения населения на участках загрязненных с контрольными (чистыми) участками;

2. по индикаторным организмам.

Первый метод требует от исследователя четкости в выборе участков обследования. Необходимо, чтобы сопоставляемые участки водоема были достаточно сравнимыми (одинаковые биотопы, гидробиологический и гидрохимический режим, скорость течения, а для перифитона важен выбор субстрата и «возраст» перифитона и т. д.).

В первом случае оценка качества воды производится по составу и количественному развитию гидробионтов («по качественному и количественному развитию»). Учитывается численность, биомасса, общее число видов, число видов в основных группах (например, для зоопланктона – Rotatoria, Cladocera, Copepoda; для фитопланктона – Cyanophyta, Bacillariophyta и др.), соотношение основных групп по численности, массовые виды и их процент в общей численности. Принимается во внимание наличие того или иного вида или группы и, даже в большей степени, отсутствие вида или группы. Учитывается изменение в структуре сообщества, нарушение в соотношении между основными группами.

Для сравнения исследованных участков по зоопланктону широко используют показатели, предложенные М. Б. Ивановой:

1. отношение числа видов Cladocera к числу видов Copepoda;

2. соотношение численностей (средних по всем пробам) этих групп.

Соотношение более единицы свидетельствует о слабом загрязнении (а также об эвтрофировании) вод.

А. В. Макрушин все существующие системы биологического анализа качества вод и способы оценки уровня загрязнения делит на три группы: 1) по показательным значениям обнаруженных организмов; 2) по видовому разнообразию населения обследованных водоемов; 3) учитывается показательное значение организмов и видовое разнообразие.

Первая группа – это системы сапробиологического анализа. Понятие «сапробность» употребляется в двух значениях:

1) сапробность вод – степень насыщенности воды разлагающимися органическими веществами, устанавливаемая по видовому составу организмов-сапробионтов;

2) сапробность организмов – способность организмов развиваться при большем или меньшем содержании органических загрязнений.

Сапробионт (сапроб) – организм, живущий в водах в той или степени загрязненных органическими веществами.

Катаробионт – организм, живущий в чистых водах, не содержащих органического загрязнения.

В классической системе показательные организмы разделяются на три группы:

1. организмы сильно загрязненных вод – полисапробионты или полисапробы;

2. организмы умеренно загрязненных вод – мезосапробионты или мезосапробы (с двумя подгруппами – альфа и бетта);

3. организмы слабозагрязненных вод – олигосапробионты или олигосапробы.

Полисапробные воды в химическом отношении характеризуются бедностью кислорода, высоким содержанием углекислоты и высокомолекулярных лабильных органических веществ – белков, углеводов. В полисапробных водах высокая интенсивность деструкционных процессов с образованием сернистого железа в иле и сероводорода. Биота полисапробных вод обладает низким видовым разнообразием, но отдельные виды могут достигать большой численности. Аэрофилы полностью отсутствуют. Высокое обилие бесцветных жгутиконосцев и бактерий (численность может превышать 1млн./ см³ ). Полисапробные организмы могут встречаться в соседних мезосапробных водах, но в олигосапробных водах чрезвычайно редко и никогда не образуют там постоянной картины.

Альфа-мезосапробные воды характеризуются энергичным самоочищением. В нем принимают участие и окислительные процессы за счет кислорода, выделяемого автотрофами, среди которых некоторые синезеленые, диатомовые и зеленые водоросли. Большой численностью обладают грибы и бактерии, достигающие сотен тыс. в 1 см³ . В этих водах могут обитать нетребовательные к кислороду виды рыб. Деревенские пруды, рвы и канавы на прудах орошения обычно содержат альфа-мезосапробные воды.

Бетта-мезосапробные воды – процессы самоочищения менее интенсивны. Доминируют окислительные процессы, нередко наблюдается перенасыщение кислородом, преобладают такие продукты минерализации белка как аммонийные соединения, нитриты и нитраты. Разнообразно представлены животные и растительные организмы, среди последних диатомовые, зеленые и синезеленые. Число бактерий в 1 см³ не превышает обычно ста тысяч. Многие макрофиты находят здесь оптимальные условия. Пример таких вод – нормально очищенные летние воды полей орошения.

Примером олигосапробных вод являются практически чистые воды больших озер. Число бактерий не более 1 тыс./ 1 см³ .

Наиболее распространенные методы сапробиологического анализа – метод Кнеппа, Пантле и Букка, Зеленки и Марвана, Пантле и Бука в модификации Сладечека. Методы подробно изложены А. В. Макрушиным (1974). Наиболее удобен в отношении планктона (зоо- и фито) метод Пантле и Бука в модификации Сладечека. Этот же метод применяют и для биоиндикации по фитоперифитону. Именно метод Пантле и Бука в модификации Сладечека принят в качестве стандартного в системе Госкомгидромета Беларуси (России и БСС). Этот метод дает возможность представить результаты биологического анализа численными значениями и обеспечивает тем самым возможность сравнения состояния водоемов различных районов.

Индекс сапробности вычисляется по формуле:

, 5

где s – индикаторная значимость каждого вида (определяется по спискам сапробных организмов), h – величина, которая находится из шестиступеньчатой шкалы значений частоты и определяет относительное количество видов.

Таким образом, для определения индекса сапробности необходимо знать значение индикаторной значимости каждого встреченного в пробе вида и его количественное значение в данной пробе. Индекс сапробности вычисляют с точностью до 0,01. Индекс сапробности находится в пределах:

1. ксеносапробная зона (x, отсутствие органического загрязнения) 0 – 0,50;

2. олигосапробная зона (о, чистые воды) – 0,51–1,50;

3. β-мезосапробная зона (воды умеренно загрязненные) – 1,51–2,50;

4. α-мезосапробная зона (тяжело загрязненные) – 2,51–3,50;

5. полисапробная зона (очень тяжело загрязненные) – 3,51–4.50.

Пример расчета индекса сапробности по методу Пантле и Букка приведен в табл. 4–5.

Таблица 4

Пример расчета индекса сапробности по методу Пантле и Букка

Вид	Сапробность	s	h	sh
Navicula radiosa	o–β	1,6	2	3,2
Nitzschia linearis	o–β	1,5	2	3,0
N. sigmoidea	β	2,0	2	4,0
Pinnularia viridis	β	2,1	1	2,1
Stephanodiscus hantzschii	α	2,7	5	13,5
Сумма значений			53	90,45

Таблица 5

Соотношение значений относительного обилия и частоты встречаемости

организмов

Частота	Количество экземпляров одного вида, % общего количества экземпляров	h
Очень редко	 1	1
Редко	2–3	2
Нередко	4–10	3
Часто	10–20	5
Очень часто	20–40	7
Масса	40–100	9

6

Вторая группа методов анализа качества вод – по видовому разнообразию населения обследованных водоемов. Для анализа используют различные индексы, применяемые в популяционной экологии:

1. Индексы видового разнообразия (видовое разнообразие при загрязнении, как правило, уменьшается) – Фишера, Маргалефа и др.

2. Индексы сходства населения – Жаккара, Серенсена, Шорыгина и др.

3. Индексы, основанные на теории информации – Шеннона и др.

Третья группа методов анализа качества вод – оценка степени загрязнения по показательным организмам и по видовому разнообразию.

Наиболее широко применяемый метод Вудивиса. В системе Гидромета принят в качестве стандартного для анализа качества вод по зообентосу. Разработан в Англии для р. Трент. Этот индекс иногда так и называют «индекс р. Трент». В нем объединяются принципы индикаторного значения отдельных таксонов и принцип изменения разнообразия фауны в условиях загрязнения.

Определение биотического индекса по системе Вудивиса ведется по рабочей шкале, в которой использована наиболее часто встречаемая последовательность исчезновения животных по мере увеличения загрязнения. Для учета разнообразия фауны предложено условное понятие «группа» животных, под которым для одних животных понимаются отдельные виды, для других трудно определяемых более крупные таксоны. По сумме групп и качественному составу населения рассчитываются значения биотического индекса р. Трент. Пример расчета дан в «Руководстве по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений» (1983).

Широко применяется особенно для рек индекс Гуднайт-Уитлея – относительная численность малощетинковых червей (% общего количества донных организмов).

В заключение следует отметить, что в системе Гидрометеослужбы бывшего СССР, а теперь России и Беларуси принят классификатор качества вод, содержащий 6 классов (табл. 6). Класс вод определяется на основании данных о состоянии зообентоса, перифитона, фитопланктона, зоопланктона и бактериоплакнктона, в тех случаях, когда этот показатель используется.

Окончательная экспертная оценка качества вод осуществляется с учетом других важнейших показателей: численности и биомассы организмов, общего числа видов, соотношения различных групп организмов в отдельных сообществах, состояния макрофитов, интенсивности продукционно-деструкционных процессов, активности микробиологических процессов. Общая оценка качества вод в каждом конкретном случае дается по совокупности гидробиологических показателей, с учетом экологических и зоогеографических особенностей водного объекта. При этом принимаются во внимание особенности загрязнения различных биотопов (дно и толща воды).

Допустимо также оценивать класс вод как промежуточный между вторым и третьим, третьим и четвертым, четвертым и пятым классами.

Таблица 6

Классификатор качества вод суши по гидробиологическим показателям

Класс вод	Воды	Зообентос		Фитопланктон, зоопланктон, перифитон (индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечека)
		относительная численность олигохет, % общей численности бентоса	биотический индекс
I	Очень чистые	1–20	10–8 (10)	 1
II	Чистые	21–35	7–5 (7–9)	1,10–1,50
III	Умеренно загрязненные	36–50	4–3 (5–6)	1,51–2,50
IV	Загрязненные	51–65	2–1 (4)	2,51–3,50
V	Грязные	66–85	1–0 (2–3)	3,51–4,00
VI	Очень грязные	86–100 или макробентос отсутствует	0 (0–1)	 4