Биоиндикационные методы оценки качества поверхностных вод методические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Х.М. БЕРБЕКОВА»

БИОИНДИКАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Методические указания

Для направления 06.03.01 Биология

НАЛЬЧИК

2015

УДК 574(470.64) (075.8)

ББК 20.1 (2Р-6-КБ) я 73

Б63

Рецензент:

кандидат биологических наук, доцент Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета им. В.М. Кокова

Н.Л. Цепкова

Составитель: Хатухов А.М.

Б63 Биоиндикационные методы оценки качества поверхностных вод [Текст] : методические указания / А. М. Хатухов. – Нальчик : Каб.-

Балк. ун-т, 2015. – 15 с. – 50 экз.

Издание содержит основные биоиндикационные методы оценки качества поверхностных вод, в том числе внедренные в практику Федерального государственного управления «Каббалкводресурсы» по мониторингу рек Ка- бардино-Балкарской Республики и в учебный процесс по дисциплине «Экологический мониторинг» на биологическом факультете КБГУ. Даны задания, отражающие конкретные ситуации на реках Кабардино-Балкарии, с указанием порядка их выполнения.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Биология».

Рекомендовано РИСом университета

УДК 574(470.64) (075.8) ББК 20.1 (2Р-6-КБ) я73

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, 2015

2

Методы биоиндикации поверхностных вод

Биоиндикатор – группа особей одного вида (или сообщество), по наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей (Реймерс, 1990). Биоиндикация – процесс оценки состояния среды по индикаторным (показательным) организмам и их сообществам. В целях биоиндикации используются различные таксономические и экологические группы и целые комплексы организмов.

Методов биоиндикации существует довольно много, процесс их совершенствования продолжается. Однако все они сводятся к учету различий в терпимости индикаторных видов к органическому загрязнению, отраженному в понятии «сапробность». Степень насыщенности воды разлагающимися органическими веществами (индекс сапробности водоема) определяется по видовому составу организмов-сапробионтов водного сообщества. Нарастание загрязнения вод идет по схеме: ксеносапробность – олигосапробность – мезосапробность – полисапробность. В свою очередь, по предпочтению тех или иных вод организмы делятся на ксено-, олиго-, мезо- и полисапробов и получают условные цифровые обозначения. Каждый вид-индикатор имеет свой, индивидуальный индекс сапробности, устанавливаемый специалистамигидробиологами и приводимый в соответствующих справочниках вместе с методами биологического контроля качества воды (Горидченко, 1994).

Общепринятой классификацией является деление вод на 6 классов по качеству, из которых только воды I–III классов являются экологически полноценными (табл. 1).

Таблица 1

Шкала зон сапробности водоемов

Для изучения антропогенного воздействия на реках выделяют створы: выше источника загрязнения (фоновый), в зоне воздействия, ниже участка воздействия (зона влияния) и в зоне рассеяния загрязнителя. В обычной практике чаще закладываются два створа – выше источника загрязнения и в 500 м ниже него.

Выбор индикаторных объектов во многом зависит от характера водоема. Для горных рек Кабардино-Балкарии наиболее показательны бентосные (донные) животные, которые чаще всего представлены литореофильным комплексом. Фито- и зоопланктон наших рек резко обеднен и состоит в основном из аллохтонных видов, привносимых в реки из придаточных водоемов. Напротив, биоценозы дна, формируясь в определенных условиях конкретных биотопов в течение длительного времени, достаточно надежно отражают степень антропогенного воздействия на экосистемы.

4

Метод сапробных индикаторов по Пантле и Букку

Индекс сапробности (S) обследуемого участка реки вычисляется по формуле:

S = ∑Si∙hi/∑hi,

где Si – индивидуальный индекс сапробности конкретного вида, hi – частота встречаемости этого же вида, обозначаемая условными цифрами: 1 – случайные находки, 3 – частая встречаемость, 5 – массовое развитие.

Требования к использованию метода: не менее 12 индикаторных видов, общая сумма частот встречаемости этих видов не менее 30.

При использовании в качестве индикаторной группы макрозообентоса, как в нашем случае, вместо частоты встречаемости удобно пользоваться абсолютными числами, показывающими численность каждого вида в анализируемой выборке животных. Тогда указанная формула примет вид:

S = ∑Si∙ni/∑ni,

где ni – количество экземпляров данного вида в выборке.

Задача

Оценить методом сапробных индикаторов влияние на качество воды в реке Урвань хозяйственно-бытовых стоков городов Нальчик и Нарткала по имеющейся базе данных о зообентосе этой реки (прил. 1 и 2). Достаточна ли поглотительная способность реки, чтобы ее вода оставалась в пределах экологической нормы?

Порядок решения задачи

Проводим сравнительный таксономический анализ протоколов, где представлены списки видов с указанием их численности в пробах, взятых из реки в разные месяцы в створах выше сброса сточных вод (фон) и ближе к устьевой зоне у хутора Колдрасинский (контроль). Обращаем внимание на изменение соотношения видов в зависимости от их требовательности к чистоте воды, проводим их ранжирование по этому признаку (использовать приложение 5).

Оцениваем раздельно качество воды фонового и контрольного створов (индексы сапробности). Это можно сделать по каждому месяцу, но для большей объективности следует объединить все данные за год.

Показатели численности каждого вида за все месяцы отдельно суммируются, и полученная сумма умножается на соответствующий данному виду индекс индивидуальной сапробности (найти в приложении 5).

Например, Gammaruspulex: (28+53+1+77+3+3+41) x 0,65 = 207 x 0,65 = 134,55.

В свою очередь, полученные произведения по каждому виду суммируются, в результате чего получаем первую часть уравнения (числитель).

Следующим шагом годовые численности всех видов складываем и получаем вторую часть уравнения (знаменатель). Проведя операцию деления первой цифры на вторую, получаем искомое значение индекса сапробности створа реки.

Полученную цифру соотносим со шкалой сапробности (табл. 1) и получаем класс качества воды.

5

Для фонового створа должна быть получена цифра 1, 2, что характеризует воды как чистые (II класс качества). Контрольный створ выдает цифру 2, 7, что соответствует загрязненным водам (IV класс качества).

Делаются выводы: качество воды в реке Урвань ухудшилось значительно с выходом за пределы экологически приемлемых под влиянием сточных вод; река Урвань уже не справляется с объемом поступающих сточных вод. Ставится вопрос о работе очистных сооружений указанных городов.

Метод биотического индекса Вудивисса

Метод довольно прост и не требует подробных знаний по систематике используемых животных: достаточно определить их групповую принадлежность. Метод базируется на индикаторной значимости организмов и видовом разнообразии бентосного сообщества (Горидченко, 1994). Для определения биотического индекса Вудивисса используют «рабочую шкалу» (табл. 2). Она основана на принципе исчезновения организмов бентоса по мере увеличения загрязнения водоема. Шкала включает наиболее часто встречающуюся последовательность исчезновения групп водных организмов.

Таксономическое разнообразие определяется по количеству «групп» животных, куда включаются как виды, так и роды, а также другие таксономические единицы. Количество «групп» служит для расчета индекса Вудивисса. В состав групп входят следующие таксоны: ракообразные; моллюски; водяные клещи; олигохеты; плоские черви; пиявки; личинки поденок; личинки веснянок; личинки ручейников; личинки вислокрылок; имаго и личинки жуков; клопы; личинки мошек; личинки хирономид.

Задача

Определить качество воды реки Урвань на фоновом и контрольном створах по тем же исходным данным методом биотического индекса Вудивисса.

Порядок решения задачи

Для расчета биотического индекса вначале по графе «Группы, присутствующие в пробе» (табл. 2) определяется начальная позиция. Например, если в пробе, как на контрольном створе реки Урвань, нет ни веснянок, ни поденок (Baetis rhodani не в счет), но есть ручейник, то следует остановиться на этой позиции. В ней уточняется число видов ручейников (в данном случае – один). Определив позицию по первым двум пунктам, переходим к графе «Общее число групп (их на контрольном створе у нас оказалось 4 – ракообразные, олигохеты, ручейники, хирономиды), по которой определяется биотический индекс Вудивисса. В случае с контрольным створом реки Урвань он равен 4. Расшифровка индекса Вудивисса делается по другой «рабочей шкале» (табл. 3), которая показывает результат предыдущего метода – IV класс качества воды.

Проведя те же операции по фоновому створу, получаем, как и по предыдущему методу, II класс качества.

6

Таблица 2 Классификация биологических проб по Ф. Вудивиссу (1977)

Примечания: 1 – исключая Baetis rhodani; 2 – включая Baetis rhodani

Таблица 3

Расшифровка биотического индекса Вудивисса

Метод Гуднайта – Уитлея, или «олигохетный» индекс

Данный метод основан на определении соотношения олигохет и остальных организмов зообентоса. Метод предлагает следующие индикаторные показатели: река находится в хорошем состоянии – олигохет менее 60 % от общего числа всех донных организмов; река в сомнительном состоянии – олигохет 60–80 %; река тяжело загрязнена – олигохет более 80 %.

Задача

Определить качество воды в реке Урвань на фоновом и контрольном створах методом Гуднайта – Уитлея по тем же исходным данным.

Порядок решения задачи

Определяем количество олигохет и общее число организмов в пробе зообентоса на фоновом створе – 5 и 776 соответственно.

7

Высчитываем процентное содержание олигохет в пробе, что составляет 0,65 %. Это значение соответствует хорошему состоянию реки.

Проделываем те же операции с контрольным створом. Олигохет – 7208, всего организмов 9168. Доля олигохет – 78,6 %. По этой цифре состояние реки характеризуется как «сомнительное», но близкое к состоянию «тяжелое загрязнение».

Метод определения степени нарушенности водных биоценозов

Степень нарушенности сообщества можно определить, сравнивая его с ненарушенным (эталонным) сообществом по видовому разнообразию. Одним из простых показателей фаунистических сходств и различий является коэффициент сходства Жаккара, вычисляемый по формуле:

К = С/(А+В) – С,

где А – число видов в первом сообществе, В – число видов во втором сообществе, С – число видов, общих для обоих сообществ. Значения индекса меняются от 1 (полное сходство) до 0 (ни одного общего вида).

Задача

Определить по коэффициенту сходства Жаккара степень нарушенности водного биоценоза реки Баксан под воздействием сброса неочищенных стоков г. Баксан по материалам гидробиологического обследования реки (приложение 3). Сделать соответствующие выводы.

Порядок решения задачи

Определить число видов в пробе зообентоса, взятой выше сброса сточных вод (сообщество А) и ниже сброса сточных вод (сообщество В), а также число общих видов (С), найденных на обоих створах.

Подставить полученные цифры в указанную формулу и получить результат в долях от единицы. Для удобства интерпретации результата доли перевести в проценты, умножив на 100.

Сделать выводы о степени вреда водному населению р. Баксан, наносимого сточными водами г. Баксан.

Задания

1.Определить качество воды контрольного створа реки Урвань для летнего и осенне-зимнего периодов изученными методами. Влияет ли гидрологический режим реки (половодье и межень) на загрязненность реки?

2.Оценить степень нарушенности водного сообщества родниковой речки Нартия под влиянием рекреационной нагрузки по результатам анализа проб зообентоса фонового и контрольного створов (приложение 4).

8

ЛИТЕРАТУРА

1.Вудивис Ф. Биотический индекс реки Трент. Макробеспозвоночные

ибиологическое обследование // Научные основы контроля качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям: труды советско-англий- ского семинара. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – С. 132–161.

2.Горидченко Т.П. Временные методические указания по гидробиологическому анализу качества вод малых рек. – М., 1994. – 259 с.

3.Левич А.П. Биотическая концепция контроля природной среды // Доклады РАН. – 1994. – № 2. – С. 280–282.

4.Макрушин А.В. Биоиндикация загрязнений внутренних водоемов // Биологические методы оценки природной среды. – М.: Наука, 1978. – С. 123–137.

5.Мамаев Б.М. Определитель насекомых по личинкам: пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1972. – 400 с.

6.Тихонова И.О., Кручинина Н.Е., Десятов А.В. Экологический мониторинг водных объектов. – М.: Форум, 2012. – 152 с.

7.Хатухов А.М., Якимов А.В. Экология животных: методические указания. – Нальчик: КБГУ, 1999. – 44 с.

8.Хатухов А.М., Таов А.М., Якимов А.В. О предварительных итогах гидрохимического и гидробиологического исследования качества речных вод Кабардино-Балкарии // Вестник Кабардино-Балкарского госуниверситета. Серия «Биол. науки», вып. 8. – Нальчик: КБГУ, 2006. – С. 97–104.

9.Хейсин Е.М. Краткий определитель пресноводной фауны. – М.: Госучпедгиз, 1962. – 153 с.

9

Приложение 1

Протокол обработки ежемесячных проб из р. Урвань на фоновом створе

(выше впадения сточных вод)

10