Биологический мониторинг и биоиндикаторы

Биологический мониторинг определяет состояние живой системы на всех уровнях организации, биоиндикаторы формируют отклик в ответ на различные виды воздействия, что позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания. Биологические показатели являются интегральными показателями состояния живых систем и дают косвенную оценку качества среды. Разработано методическое пособие по биомониторингу, созданы постоянные посты биоиндикационных исследований.

Биомониторинг пресноводных экосистем

Цели и задачи.В нашей стране большое количество водоемов и водотоков находится в стадии экологического регресса. В связи с этим чрезвычайно важен хорошо организованный надежный контроль состояния пресноводных экосистем.

Система контроля, основанная на дифференцированном определении концентраций контролируемых вредных веществ и сопоставлении их с предельно допустимыми концентрациями (ПДК), малоэффективна. Согласно определению, ПДК—это максимальное количество вредного вещества в единице объема, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не вызывает каких-либо болезненных изменений в организме и неблагоприятных наследственных изменений у потомства. Однако существующие методические подходы к регламентации вредных веществ несовершенны. Во многих случаях при установлении ПДК учитывается только прямое токсическое воздействие, но не учитываются все реально существующие косвенные эффекты. Некоторые показатели регламентируются только при общесанитарной оценке водоемов, при этом для отдельных показателей (температуры, БПК, плавающих примесей и т. п.) допустимые значения приняты в известной мере произвольно.

Не менее серьезным недостатком системы контроля, основанной на определении ПДК, является и то, что изолированное действие отдельных химических веществ без учета реальной экологической ситуации не отражает истинной картины. Изолированного действия не существует, необходимо принимать во внимание всю сумму факторов. На сегодняшний день установлено около тысячи ПДК вредных веществ для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения и около 700 ПДК веществ для рыбохозяйственных водоемов, тогда как число загрязняющих веществ антропогенного происхождения в диапазоне концентраций 10^-4 —10^-7 % превысило в водоемах и водотоках миллион наименований и ежегодно синтезируется свыше четверти миллиона новых химических веществ. Положение усугубляется еще и тем, что не более 10 % общего количества нормированных вредных веществ обеспечено методами анализа на уровне ПДК. Кроме того, в пресноводных экосистемах образуются сложные комплексы различных химических соединений антропогенного происхождения, принципиально иначе воздействующие на биоценозы, чем отдельные составляющие. В результате взаимодействия многих химических ингредиентов в водной среде происходит образование веществ, которые могут оказаться значительно токсичнее анализируемых исходных соединений и могут обладать мутагенным эффектом. Не дают адекватной оценки состояния пресноводных экосистем и методы биотестирования — экспериментального определения токсичности воды для гидробионтов, основанного на регистрации реакций тест-объектов, так как возможность экстраполяции результатов, полученных in situ биотестнрованнем, на естественные водоемы крайне ограничена. При разработке и стандартизации методик биотестирования практически, невозможно учесть все существенные особенности жизнедеятельности организма. Например, выживание и размножение зависят от поведения, определяющего результаты взаимодействия хищника и жертвы, питания, гнездостроения, ухаживания и т. п. На некорректность экстраполяции на природные экосистемы результатов, полученных в лабораторных условиях, указывают многие исследователи. Так, Келсо и Шоу называют ряд факторов, которые затрудняют экологическую экстраполяцию результатов биотестирования: «I) даже на самых ранних стадиях жизни водные организмы оказались способными избегать низких значений рН; 2) есть возможность избегать даже сублетальные уровни; 3) при биотестировании пробы ограничиваются экспозиционными камерами, поэтому условия не отражают реального натурного воздействия».

Система контроля, основанная на дифференцированном определении концентрации контролируемых вредных веществ (эколого-аналитический мониторинг), как и методы биотестирования, не может давать адекватной оценки со­стояния пресноводных экосистем также и потому, что на пресноводные экосистемы помимо химического загрязнения оказывает негативное влияние тепловое и биологическое загрязнение. В результате последнего в пресноводные экосистемы внедряются малоценные и сорные виды рыб, вредные для человека гидробионты, ухудшающие качество воды, осложняющие навигацию, снижающие водопропускную способность каналов, затрудняющие эксплуатацию гидротехнических сооружений. Наибольшую опасность представляют патогенные организмы. Биологическому загрязнению способствуют строительство гидросооружений, расширение сети водных коммуникаций, увеличение площади внутренних водоемов, что приводит к более свободному обмену фауной и флорой между различными, прежде изолированными водными системами.

Состояние пресноводных экосистем находится в прямой зависимости от состояния площади водосбора, уровня антропогенной освоенности бассейна. Глубокое воздействие на пресноводные экосистемы производят изменения режима, баланса и качества вод водоисточников, вызванные мероприятиями орошаемого земледелия в аридной зоне и осушительно-увлажнительными мероприятиями в гумидной зоне, водопонизительньши работами в районах горнорудных разработок и др. Существенное влияние на пресноводные экосистемы оказывают изменение режима наносов, береговые и русловые деформации, связанные с водозаборами и другими инженерными сооружениями в долинах и поймах рек, с вырубкой лесов, выемкой галечника и прочей хозяйственной деятельностью. Велико отрицательное влияние маломерных моторных судов, численность которых в России составляет около 3 млн. единиц. Им доступны огромные акватории, ранее не использовавшиеся речным транспортом. Все это обусловливает необходимость внедрения в широкую практику мониторинга методов которые обеспечивают возможность прямой, непосредственной оценки состояния пресноводных экосистем. Такими методами являются методы гидробиологического анализа.

Система. Биологический мониторинг пресноводных экосистем включает в себя, в частности, определения состояния биоты (совокупности живых организмов), ее реакцию на антропогенную нагрузку, в том числе изменение видового разнообразия, численности гидробионтов, замену одних видов другими. Для этой цели в СССР в 1972 г. была создана Общегосударственная служба наблюдений и контроля за загрязненностью объектов природной среды (ОГСНК) и система гидробиологического мониторинга поверхностных вод (1974 г.).

К основным задачам гидробиологического мониторинга относятся:

1. Гидробиологические наблюдения за экологическим состоянием водных объектов, их биологическая оценка и прогноз биологических последствий изменения уровня антропогенного воздействия.

2. Создание банка гидробиологических данных по экологическому состоянию водных объектов России.

3. Обеспечение заинтересованных организаций систематической и оперативной информацией.

4. Обеспечение компетентных организаций материалами для составления рекомендаций в области охраны водной среды, рационального использования водных ресурсов, а также для проектирования народнохозяйственных сооружений, планирования размещения крупных промышленно-энергетических комплексов и других подобных работ.

Основные принципы организации системы гидробиологического мониторинга качества природных вод:

1) единство научно-методического руководства сетью гидробиологических лабораторий;

2) унификация и стандартизация методов гидробиологического контроля;

3) централизация всей гидробиологической информации по состоянию водных объектов страны;

4) массовость гидробиологических наблюдений;

5) комплексность наблюдений (гидробиологическим наблюдениям сопутствуют гидрологические и гидрохимические наблюдения).

Пункты контроля организованы на водоемах и водотоках, подверженных загрязнению промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Кроме того, созданы пункты для фоновых наблюдений. Пункты контроля включают в себя один или несколько створов. По одному створу установлено на незагрязненных участках, на замыкающих участках рек и в местах пересечения границы. При наличии сброса сточных вод один створ установлен выше источника загрязнения, другие - ниже, начиная с расстояния гарантийного смешивания сточных вод с речными.

Пунктам контроля установлена одна из четырех категорий. В соответствии с категорией определена периодичность отбора проб, а также программа наблюдений в пункте. Категория пункта определена с учетом ряда факторов, в основном народнохозяйственным значением и размерами водного объекта, а также его состоянием.

Пункты четвертой категории установлены в незагрязненных участках водных объектов, являющихся уникальными природными образованиями, а также расположенными в заповедниках и национальных парках.

Пункты третьей категории расположены в районе сброса сточных вод, где систематически отмечается увеличение загрязнения воды по одному или нескольким показателям до 10 ПДК, а также в районе городов с населением 0,5 млн. жителей, замыкающих створах больших и средних рек.

Пункты второй категории установлены в районе сброса сточных вод, где наблюдается превышение от 10 до 100 ПДК загрязнения воды по одному или нескольким показателям, также в районе городов с населением от 0,5 до 1 млн. жителей, в районах важного рыбохозяйственного значения.

Гидробиологические пробы отбираются во всех пунктах ежеквартально. Кроме того, в пунктах третьей категории они отвираются в течение вегетационного периода ежемесячно, т.е. всего 7-8 раз в год, а в пунктах второй категории - ежемесячно в течение всего года. Приоритетными гидробиологическими показателями, позволяющими оценить во времени уровень загрязненности, вызванный антропогенным воздействием, является высшая водная растительность, фитопланктон, зоопланктон, перифитон, и макрозообентос.

Термином "перифитон" обозначаются животные и растения, обитающие в тосще воды на живых и мертвых субстратах, приподнятых над дном вне зависимости от их происхождения и степени подвижности.

Макрозообентос (от bentos - глубина) - это совокупность беспозвоночных (размер тела свыше 2 мм), населяющих дно водоема (или бенталь), водную растительность (или фиталь), а также другие субстраты, в том числе различные гидротехнические сооружения.

Микроскопические организмы, пассивно передвигающиеся в воде и осуществляющие фотосинтез, объединяются термином "фитопланктон". Фитопланктон, первое звено трофической цепи, играет важную роль в мониторинге пресноводных экосистем. Способность фитопланктона адекватно реагировать на изменение условий окружающей среды определяется его большим видовым разнообразием и, как правило, коротким жизненным циклом.

Одним из звеньев, составляющих гидробиоценоз, является зоопланктонное сообщество, т.е. совокупность беспозвоночных животных, населяющих толщу воды. Роль зоопланктона в трансформации энергии и биотическом круговороте веществ, определяющих продуктивность водоема, очень велика. В большей части озер и водохранилищ основной поток энергии идет через планктон.

Зоопланктонное сообщество, как и любое сообщество экосистемы, характеризуется постоянством видового состава, динамической устойчивостью, определенной, присущей ему организацией. Изменения условий существования организмов отражаются на видовом составе, количественных показателях обилия, соотношении отдельных групп, структуре популяций зоопланктеров. Зоопланктон пресных вод представлен в основном простейшими, коловратками, ракообразными, веслоногими и ветвистоусыми раками.

Организмы зоопланктона - преимущественно микроскопические формы. В зависимости от линейных размеров пресноводный планктон принято делить на следующие группы:

1) мезопланктон - наиболее крупные организмы, видимые невооруженным глазом, их размеры достигают нескольких миллиметров;

2) микропланктон - организмы микроскопические, их размеры от 50 до 1000 мкм;

3) наннопланктон - организмы, длина тела которых меньше 50 мкм;

4) ультрамикропланктон - крайне мелкие организмы размером менее 20 мкм.

В зависимости от указанных размеров групп сбор планктонных организмов осуществляется различными методами: первые две группы могут быть уловлены планктонными сетями, для сбора нанно- и ультрамикропланктона необходимо применять отстойный метод.

Водные растения по-разному связаны с водной средой. По отношению к водному фактору: гидрофиты - настоящие водные растения, полностью или большей частью погруженные в воду, гигрофиты - растения избыточного увлажнения - и мезофиты - растения достаточного (среднего) увлажнения. Переходной группой между гидрофитами и гигрофитами является гидрогигрофиты, или гелофиты - водно-болотные (земноводные) растения, которые населяют как акватории, так и сырые берега.

Влаголюбивые растения - гигрофиты, а часто и мезогигрофиты - являются обычными компонентами растительных сообществ прибрежной зоны. Они широко развиты на озерных сплавинах, на заболоченных и сильно увлажненных (мокрых) низменных участках берегов, где линия уреза воды часто бывает неясна, на кочках или прямо в воде на небольшой глубине среди зарослей растительности у берега.

Таблица для определения модификаций видового состава растительности (модификаций ВСР) и классов общего состояния растительности (классов ОСР) по видовому составу на примере среднего течения р. Белой

Виды

классы ОСР

I

II

III

IV

V

Модификации ВСР

1

2

3

4

5

6

7

озера реки

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Фонтиналис противопожарный

++

Уруть колосистая

++

Рдест блестящий

++

++

Осока острая

++

++

++

++

Манник большой

++

++

++

++

Рдест пронзеннолистный

++

++

++

Рдест курчавый

+

++

++

+

Белокопытник ложный

++

++

++

++

+

Элодея канадская

++

++

++

+

Многокоренник обыкновенный

++

++

++

++

Ряска малая

++

++

++

++

++

Рдест гребенчатый

++

++

++

++

++

Ежеголовник прямой

+

++

++

++

++

Клубнекамыш морской

+

++

++

++

++

Череда трехраздельная

+

+

+

+

+

++

++

Горец щавелеволистный

+

+

+

+

+

++

++

Ежовник куриное просо

+

+

+

+

+

++

++

Марь сизая

+

+

+

+

+

++

++

Лебеда лоснящаяся

+

+

++

++

Триостреник болотный

+

+

+

Цаникеллия болотная

+

+

Пырей ползучий

++

Пастернак лесной

Знаком (+) отмечены виды, встречающиеся одиночно;

знаком (++) - виды с высоким обилием (доминанты и содоминанты)

Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1998 году"

Содержание

Предисловие