Экологический мониторинг и экспертиза. Учебное пособие
.pdfдостоверности, сходства, корреляции и проч.), картографирования с
выделение зон разного экологического состояния.
11.3.1 Биоиндикация среды с помощью древесных пород
Итогом биоиндикационных исследований при помощи хвойных или широколиственных пород деревьев является заполненный бланк описания ОЖС леса. Записанная в бланке информация подвергается статистическому анализу и графической интерпретации. Прежде всего определяют ОЖС отдельных деревьев. Для этого существуют две стандартные методики.
1. Оценка ОЖС по сумме баллов. Это сравнительно простая методика,
позволяющая получить приблизительный результат состояния древесной растительности. Оценка сводится к определению суммы значений пяти показателей: степень дефолиации, класс пожелтения (хлороз) побегов, «новые шишки», «старые шишки», прирост верхушечного побега.
Максимальная сумма может равняться 15, что соответствует отмирающему или мёртвому дереву. Сумма от 0 до 5 баллов свидетельствует о благополучии и жизнеспособности дерева; от 6 до 10 - удовлетворительном состоянии; свыше 10 - неудовлетворительном.
2. Оценка по классам повреждения побегов. Этот метод является более гибким и достоверным. ОЖС определяется по комбинации показателей класса дефолиации и класса пожелтения (усыхания) ассимилирующих побегов (таблица 17).
Таблица 17 - Оценка по классам повреждения побегов
Класс дефолиации |
|
Класс пожелтения (усыхания) |
|
||
|
0 или 1 класс |
|
2 класс |
|
3 класс |
0 |
0 |
|
1 |
|
2 |
1 |
1 |
|
2 |
|
2 |
2 |
2 |
|
3 |
|
3 |
3 |
3 |
|
3 |
|
3 |
где, 0 баллов соответствует;
1 балл - ;
101
2 балла - ;
3 балла - ; 4 балла (в таблице не представлены) - молодой сухостой;
5 баллов (в таблице не представлены) - старый сухостой.
Графическая интерпретация данных биоиндикации леса сводится к построению диаграмм. Наиболее распространены столбчатые диаграммы, позволяющие сравнивать жизненное состояние деревьев на разных площадях или оценивать динамику состояния леса в разные годы. При построении диаграмм придерживаются следующих правил:
На оси ординат откладывают количество деревьев каждого класса ОЖС, выраженное в процентах;
На оси абсцисс отображают номера исследовательских площадей или годы проведения биологической индикации леса.
Для построения диаграммы записывают все классы ОЖС ( от 0 до 5 ) и количество деревьев, соответствующее каждому классу. Затем определяют количество деревьев всех классов ОЖС (показатель N) и принимают его за 100%. Высчитывают процент деревьев каждого класса ОЖС. По полученным данным строят диаграмму.
Пример построения диаграммы состояния древесной растительности на площади № 1.
На площади № 1 было обследовано 17 сосен. Это значение соответствует показателю N и принимается за 100 %. Распределение деревьев по классам ОЖС составило: 0 класс - 4 экз, 1 класс - 5 экз, 2 класс - 4 экз, 3 класс - 2 экз, 4 класс - 1 экз, 5 класс - 1 экз. Относительная численность соответственно составила: 23,5 %, 29,4 %, 23,5 %, 11,8 %, 5,9 % и 5,9 %. В соответствии в полученными значениями относительной численности строят диаграмму, располагая классы ОЖС в порядке возрастания ( с 0 по 5 ). Участок, соответствующий отдельному классу, выделяют цветом или штриховкой.
Биоиндикация газодымовых загрязнений по состоянию хвои сосны. 102
Экспресс-метод включает два этапа: полевой и камеральный.
На первом этапе выбирается район проведения исследований, в
пределах которого закладываются биоиндикационные площади. При высокой антропогенной нагрузке площади должны быть расположены на расстоянии до 3 км, в малозагрязнённых районах - на расстоянии до 10 км. На площади выбираются пять молодых сосен, растущих на открытом месте, с 8 - 15
мутовками боковых побегов на головном стволе, отстающих друг от друга на расстоянии от 10 м до 20 м. У каждого дерева осматриваются хвоинки участка центрального побега предыдущего года (второй сверху).
Определяют: продолжительность жизни хвои, некрозы хвои. Следует учитывать, что шипик на конце хвоинки всегда более светлый, поэтому его окраска не включается в оценку.
Продолжительность жизни хвои устанавливают при обследовании побегов верхушечной части ствола. Каждая мутовка, считая сверху - год жизни. Определяют срок сохранения хвои (количество лет). Таким образом,
полный возраст хвои определяю числом участков ствола с полностью сохранёнными побегами плюс доля сохранённой хвои на следующем за ним участке. Например, если вершинная часть и один участок между мутовками сохранили хвою, а на следующем участке сохранилась половина хвои, то продолжительность жизни составила 2 + 0,5 = 2,5 лет
Камеральная обработка данных включает экспресс-оценку загрязнения воздуха по таблице 18:
Таблица 18 - Экспресс-оценка загрязнения воздуха
Максимальный возраст |
Класс повреждения хвои на побегах второго года жизни |
||
хвои |
I |
II |
III |
4 |
1 |
1 - 2 |
3 |
3 |
1 |
2 |
3 - 4 |
2,5 |
2 |
3 |
4 |
2 |
-- |
4 |
4 - 5 |
1,5 |
-- |
4 |
5 - 6 |
1 |
-- |
-- |
-- |
103
Класс загрязнённости воздуха оценивают по данным таблицы: 1 класс - идеально чистый воздух; 2 класс - чистый воздух;
3 класс - относительно чистый (вариант нормы);
4 класс - умеренно загрязнённый воздух;
5 класс - сильно загрязнённый воздух;
6 класс - предельно загрязнённый.
« -- » - невозможное сочетание данных.
11.4 Биологическая индикация пресных водоёмов
Качество вод в естественных водоёмах традиционно оценивается по результатам физико-химического, бактериологического и биологического анализов. Для их проведения требуется сложное оборудование, длительное время и высокая квалификация сотрудников. В связи с этим в последнее время активно развиваются методы биоиндикационных исследований природных вод.
Методы биоиндикации водоёмов является составной частью комплексной программы мониторинга водных объектов. При организации биоиндикационных исследований водоёмов должны соблюдаться следующие принципы:
Исследования должны проводится в период максимальной активации гидробиологических процессов, т.е. в летний и летне-осенний период.
При проведении биоиндикационных исследований крайне важно правильно выбрать точки отбора проб. Гидробиологические пробы должны отбираться в местах с благоприятным кислородным режимом, в различных частях акватории водоёма и на разной глубине. При этом следует избегать
104
участков с сильным течением или длительным застоем воды, а также рекреационных зон.
Точки сбора проб должны по возможности находиться рядом с местами проведения стандартных гидробиологических и физико-химических исследований. Это повысит точность наблюдений и увеличит количество индикационных показателей.
Любые биоиндикационные исследования, независимо от их целей и задач, должны проводиться по единой методике и с использованием одинакового инструмента. Это снизит погрешности полевого периода работ
ипозволит правильно интерпретировать полученные результаты.
Вкачестве объектов-биоиндикаторов должны привлекаться организмы разных экологических и систематических групп. Проведение комплексных исследований, например, оценки сапробности воды или общего экологического состояния водоёма, с использованием 1 – ого 2 - ух видов биоиндикаторов недопустимо!
Вкачестве индикаторов выбираются представители разных систематических и экологических групп водных организмов, наличие которых наиболее полно характеризует уровень загрязнения воды.
Наибольшее распространение получили методы биоиндикационных исследований при помощи перифитона, фито- и зоопланктона и зообентоса.
Перифитон используется при оценке содержания отдельных химических компонентов в воде, её сапробности, а также при отслеживании
«эффектов загрязнения» водоёмов за длительный период времени.
Наибольшее значение среди перифитонных организмов в биоиндикации имеют представители трех основных функциональных групп: автотрофы
(водоросли); гетеротрофы-консументы (простейшие, коловратки, черви и другие) и гетеротрофыредуценты (зооглейные, нитчатые, палочковидные,
кокковидные и другие бактерии и грибы).
Планктонным организмам отдаётся предпочтение при определении физико-химических показателей воды и оценке её сапробности. В
105
биоиндикации активно используются преставители как фитопланктона (сине-
зелёные, диатомовые и зелёные водоросли) так и зоопланктона (низшие ракообразные и мелкие личинки насекомых).
Зообентос удобен при оценке общего экологического состояния водоёма. В практике биоиндикационных исследований наибольшее значение получил макрозообентос, представленный организмами разного систематического положения. К ним относятся плоские, круглые и кольчатые черви, брюхоногие и двустворчатые моллюски, ракообразные и многочисленные водные насекомые.
Кроме традиционной биоиндикации водоёмов существуют методики биотестирования. Они основаны на привлечении в качестве тест-объектов одного или нескольких видов водных растений или животных.
Биотестирование позволяет сосредоточиться на каком-либо одном гидрологическом показателе (например, на концентрации тяжёлых металлов в воде или водном грунте) и в сравнительно небольшие сроки провести его оценку. В качестве тест-объектов чаще всего используются одноклеточные водоросли, простейшие (инфузории), низшие ракообразные (дафнии,
циклопы, артемии и др.) и личинки насекомых.
Биоиндикационные исследования водоёмов проводятся в несколько этапов и требуют тщательного соблюдения всех установленных правил. От этого зависит достоверность полученных результатов. С этой целью составляется примерная программа проведения исследований. Она включает следующие этапы:
1. Рекогносцировочное обследование водоёма и выбор мест проведения анализа (контрольных точек). Обследование водоёма проводится стандартными гидрологическими методами. При этом определяются основные гидрографические и гидрометрические характеристики - тип водоёма, название и принадлежность к бассейну речной системы,
протяжённость и извилистость, притоки, падение и уклон реки, площадь водосборного бассейна, ширина русла, скорость течения, глубина различных
106
участков акватории, температура и важнейшие органолептические показатели воды. По результатам обследования составляется план русла реки или озера, на котором отмечаются выбранные контрольные точки.
2. Взятие гидробиологических проб и их обработка. Сборы водных организмов-биоиндикаторов проводятся в соответствии с правилами взятия проб разных экологических групп гидробионтов. Наибольшей информативностью отличаются свежие «живые» пробы, обработанные не позднее 4 часов после изъятия. Каждая проба должна быть этикетирована. На этикетке обязательно указывается номер пробы, дата и суточное время взятия пробы, название и тип водоёма, пункт взятия пробы, глубина взятия пробы,
субстрат, орудие лова и фамилия сборщика. При исследовании проб в большинстве случаев определяются два показателя видовой состав гидробионтов и их обилие. Кроме того, ряд методик требует использования дополнительных индикационных показателей (возраст организмов,
физиологическое состояние отдельных особей, репродуктивные способности
ипроч).
3.Оценка результатов биоиндикационных исследований. На заключительном этапе программы оценивают состояние водоёмов с помощью специальных индикаторных шкал, таблиц, индексов и т.п. В
системе мониторинга РФ экологическое состояние пресных водоёмов принято оценивать с помощью классов качества воды (ККВ). Их семь:
1класс - очень чистая вода;
2- чистая;
3- умеренно загрязнённая;
4- загрязнённая;
5- грязная;
6- очень грязная;
7 - предельно грязная.
Методики биоиндикационных исследований пресных водоёмов можно
условно разделить на простые и сложные. Сложные способы имеют ряд
107
серьёзных ограничений при выборе индикаторных групп организмов, типа водоёма, времени исследований и т.д. Простые методики этими ограничениями пренебрегают, однако позволяют оценивать качество воды весьма приблизительно. Эти методики рекомендуется использовать на предварительном этапе биоиндикационных исследований, при первом знакомстве с водоёмом. К ним относятся метод Майера и метод упрощённой оценки экологического состояния водоемов по макрозообентосу.
Метод Майера приемлем для любых типов водоёмов. Он основан на приуроченности различных групп водных беспозвоночных к водоёмам с определённым уровнем загрязнённости. При этом все организмы делятся на три индикаторные группы - группы Майера.
Группа I - обитатели чистых вод. К ним относятся личинки веснянок,
личинки подёнок, личинки ручейников, личинки вислокрылок и двустворчатые моллюски.
Группа II - обитатели умеренно загрязнённых вод. К ним относятся рачки-бокоплавы, речной рак, личинки стрекоз, личинки комаров-
долгоножек, моллюски-катушки и живородки.
Группа III - обитатели загрязнённых вод. К ним относятся личинки комаров-звонцов, пиявки, водяной ослик, моллюски-прудовики, личинки мошек и малощетинковые черви.
Все организмы, обнаруженные в пробе, распределяются в соответствии с индикаторными группами Майера. Количество организмов из первой группы (обитатели чистых вод) умножают на 3, количество организмов из второй группы - на 2, из третьей - на 1. Получившиеся цифры складывают и определяют индекс Майера. Этот показатель позволяет судить о степени загрязнённости водоёма.
Если индекс Майера превышает 22 балла - водоём 1 класса качества.
Индекс Майера от17 до 21 баллов - 2 класс качества.
Индекс Майера от 11 до 16 баллов - 3 класс качества.
Индекс Майера меньше 11 баллов - 4-7 класс качества. 108
Упрощенная методика оценки экологического состояния водоемов по макрозообентосу. Этот способ основан на анализе присутствия в водоеме представителей крупных таксонов водных беспозвоночных. В ней не учитывается общее видовое разнообразие водной фауны, без оценки обилия отдельных видов. Это существенно экономит время исследований, но при этом резко снижается точность результатов.
Основным принципом данной методики является определение факта наличия тех или иных организмов в воде. В качестве биоиндикаторов берутся следующие систематические группы:
-индикаторы очень чистой воды - личинки веснянок, личинки ручейника-Риакофила;
-индикаторы чистой воды - губки, плоские личинки подёнок, личинки ручейника-Нейроклепсиса, личинки вилохвосток;
-индикаторы умеренно чистой воды - роющие личинки подёнок,
личинки ручейников прочих видов, личинки стрекоз Плосконожки и Красотки, личинки мошек, водяные клопы, крупные двустворчатые моллюски и моллюски-затворки;
- индикаторы загрязнённой воды - личинки стрекоз прочих видов,
личинки вислокрылок, водяной ослик, плоские пиявки, мелкие двустворчатые моллюски;
- индикаторы грязной воды - личинки хирономид, крыски, червь-
трубочник, червеобразные пиявки.
Порядок работы следующий. Вначале проводится сбор водной фауны в различных частях исследуемого водоема. Далее производится определение основных присутствующих в водоеме таксонов. Видовое определение можно не приводить, так как в рамках данной методики оно не имеет смысла. Далее сравнивают составленный фаунистический список найденных организмов с индикаторными группами. При наличии в исследуемом водоеме хотя бы одного из организмов верхней части таблицы данному водоему автоматически присваивается класс чистоты не ниже выявленного. Наличие
109
других организмов (характерных для более грязных вод) при этом не учитывается.
Одним из важнейших показателей, влияющих на видовой состав и обилие организмов в водоёмах, является сапробность. Сапробностью обозначают степень насыщения водоёма разлагающимися органическими веществами, связывающими свободный кислород. С одной стороны,
сапробность определяет потребность гидробионтов в органическом питании,
с другой - устойчивость водных организмов к ядовитым соединениям,
возникающими при разложении органических веществ (сероводород,
аммиак, мочевина, органические кислоты, катионы водорода и др.). В
зависимости от содержания органических соединений в воде определяют индекс сапробности (S) и статус водоёма:
- ксеносапробный водоём имеет индекс сапробности в пределах от 0
до 0,50;
-олигосапробный водоём - S от 0,51 до 1,50;
--мезосапробный водоём - S от 1,51 до 2,50;
-- мезосапробный водоём - S от 2,51 до 3,50;
-полисапробный водоём - S от 3,51 до 4,00.
В основе способа оценки сапробности водоёмов при помощи планктонных и перифитонных организмов лежит классическая методика Пантле и Букка в модификации Сладечека. Метод относится к разряду универсальных и позволяет проводить анализ при помощи разных организмов - одноклеточных водорослей, простейших, низших ракообразных и др. Сапробиологический анализ основан на разделении индикаторных организмов по степени их сапробной валентности на группы ксеносапробов,
олигосапробов, - и -мезосапробов и полисапробов. Сапробная валентность
(s) того или иного организма определяется по спискам сапробных организмов СЭВ.
Оценку сапробности воды осуществляют следующим образом:
110