20.2. Сапробність водних об'єктів

Ступінь забруднення водних об'єктів органічними речовинами визначає їх сапробність (sapros — гниючий), а розділ гідроекології, що вивчає такі забруднення, називається сапробіологія.

Водяні організми різних систематичних груп виявляють неоднакову чутливість до вмісту у воді органічних речовин і продуктів їх розкладу. Можливість пристосування гідробіонтів до існування у середовищі з різним рівнем органічного забруднення зумовлюється комплексом фізіолого-біохімічних процесів, які постійно протікають у їх організмі. Гідробіонти, які живуть у забруднених органічними речовинами водах і приймають участь у процесах їх розкладу, називаються сапробіонтами, або сапротрофами. Вони є важливим ланцюгом у біологічному кругообігу речовини і енергії. До цієї групи належать бактерії, актиноміцети, гриби, окремі види водоростей, здатні засвоювати органічні речовини. Серед водяних тварин є такі, які живляться розчиненими органіч ними речовинами, гниючими залишками, екскрементами і можуть жити в воді з невисоким вмістом кисню (наприклад, олігохета трубочник звичайний (Tubifex tubifex).

Видова структура угруповань гідробіонтів в залежності від їх чутливості до органічного забруднення водойм чітко виявлена на біоценотичному рівні. Виходячи з цього, у 1908 р. німецькі дослідники К. Кольквітц і Р. Марссон запропонували оцінювати інтенсивність забруднення водойм органічними речовинами за наявністю у водоймах представників окремих систематичних груп гідробіонтів з різним ступенем гетеро-трофності та оксифільності - показових організмів, або біоіндикаторів сапробності. Ними були закладені підвалини санітарно-біологічного аналізу води, або санітарної гідробіології.

За ступенем забруднення вод органічними речовинами їх поділяють на полі-, мезо- і олігосапробні, а гідробіонти, які в них мешкають, називаються полі-, мезо- і олігосапробами. Мешканців особливо чистих вод називають катаробами, або катаробіонтами, а особливо брудних — гіперсапробами. Ці організми є показовими щодо відповідних умов сапробності або біоіндикаторами.

Одним з основних показників при оцінці сапробності водних об'єктів або їх окремих зон (табл. 14) є кількісна характеристика наявності або відсутності у воді вільного кисню. Чим більша ступінь забруднення органічними речовинами, тим більша кількість 0₂ використовується на окиснення і тим менша його концентрація залишається у воді.

Таблиця 14. Основні показники сапробності водних об'єктів

Показники	Зони
	полісапробна		ά-мезосапробна	β-мезосапробна	олігосапробна
1	2		3	4	5
Наявність органічної речовини та продуктів її розкладу	Білкові сполуки, поліпептиди, вуглеводи		NH4+, N02-, аміак, амінокислоти, аміди, амідокислоти	NH4+, N02-, N03- аміачні сполуки жирних кислот	N03-;
Кисневі умови	Анаеробні		Напіванаеробні	Аеробні	Аеробні
Джерела кисню	Дифузія		Дифузія та фотосинтез	Фотосинтез та дифузія	Фотосинтез та дифузія
Потреба організмів У кисні	Незначна		Слабка	Велика	Дуже велика
•Характер біохімічних процесів	Відновний		Окисно-відновний	Окисний	Окисний
Вугільна кислота	Багато	Чимало		Небагато	Мало
С ірководень	Багато	Чимало		Мало	Немає
Чисельність сапрофітних бактерій	Сотні тисяч — мільйони	Десятки — сотні тисяч		Тисячі — десятки тисяч	Сотні — тисячі
Різноманіття видів	Дуже мале	Значне		Велике	Велике
Головні групи організмів	Бактерії, безкольорові джгутикові, інфузорії, черви, личинки мух	Бактерії, гриби, синьозелені, зелені джгутикові водорості, інфузорії, черви, коловертки, личинки мух		Синьозелені, діатомові, зелені, золотисті та інші водорості; інфузорії; губки; коловертки; молюски; ракоподібні; риби	Зелені, діатомові, динофітові, хризомонадові та інші водорості; коловертки; моховатки; губки; молюски; ракоподібні; риби
Переважання окремих видів	Дуже сильне	Сильне		Значне	Звичайно слабке
Продуценти	Немає	Мало		Багато	Багато
Консументи	Дуже багато	Багато		Багато	Небагато

Ступінь сапробності визначається перш за все за видовим складом бактеріо-, фіто- і зоопланктону, бентосу та перифітону.

Полісапробні води характеризуються наявністю значної кількості білків, поліпептидів, вуглеводів, а також лише слідовими концентраціями кисню та накопиченням у воді діоксиду вуглецю, сірководню і метану. Для таких вод типовим є відновний характер біохімічних процесів. Показник біохімічного споживання кисню БСК₅ у таких водах становить близько 40 мг 0₂/дм³. У них живуть переважно гідробіонти-полісапроби, які витримують високий рівень забруднення, серед них бактерії Thiopolycoccus ruser і Sphaerotilus natans, сіркобактерії роду Beggiatoa, інфузорії Paramecium putrinum, Vorticella putrina, джгутикові Oicomonas mutabilis, олігохети Tubifex tubifex, личинки мух Eristalis tenax. Полісапробні води формуються в річках і замкнених водоймах, в які спускаються господарчо-побутові і стічні води виробництв харчових та інших підприємств, які переробляють органічні речовини. Чисельність видів гідробіонтів, які можуть жити у таких водах, дуже обмежена. Ті ж організми, які пристосовуються до умов полісапробності, розвиваються масово, оскільки вони мають обмежене коло конкурентів. Полісапроби часто утворюють слизові лопаті обростань на твердих предметах. У полісапробних водах може зустрічатись кишкова паличка у досить значній кількості.

У мезосапробних водних об'єктах ступінь забруднення менш виражена, відсутні білки, більше кисню, значно менше діоксиду вуглецю та сірководню. В той же час у воді є слабоокиснені азотисті сполуки, зокрема, аміак, аміно- та амідокислоти. у мезосапробних водах живуть організми, які витримують помірно забруднене органічними речовинами середовище. На відміну від полісапробів, мезосапроби більш вимогливі до наявності вільного кисню у воді і продуктів розкладу білків, а саме амонію і нітритів.

В залежності від рівня забруднення органічними речовинами та присутності представників окремих систематичних груп гідробіонтів мезосапробні води поділяються на ά- і β-мезосапробні.

Води ά- мезосапробної зони характеризуються наявністю аміаку, нітритів, амідо- і амінокислот. Мінералізація органічної речовини у таких водах відбувається за рахунок аеробного окиснення, особливо за участю бактерій. Показник БСК₅,. для таких вод становить приблизно 4—12 мг 0₂/дм³. Серед мезосапробних організмів зустрічається багато бактерій, деякі гриби (Nematosporangium, Leptomitus lacteus), різні види водоростей -синьозелені (деякі види роду Oscillatoria), зелена нитчаста водорость Stigeoclonium tenue, деякі евгленофітові (Euglena viridis); війчасті інфузорії (Stentor coeruleus), коловертки різних видів, ракоподібні (Asellus aquaticus), молюски (Sphaerium corneum), личинки двокрилих (Chironomus plumosus, Psychoda), олігохети та інші бентосні безхребетні. Ці організми витримують досить забруднене середовище із значним дефіцитом кисню. У воді зустрічається кишкова паличка.

У β-мезосапробних водах у значно меншій кількості зустрічається амонійний і нітритний азот, переважають нітрати. Сірководень виявляється лише у слідових концентраціях. Відчувається деякий дефіцит кисню у воді, але він виражений слабо. Органічні речовини мінералізуються внаслідок їх повного окиснення. БСК₅ дорівнює в середньому 1,7—4 мг 0₂/дм³.

Організми-індикатори β-мезосапробних вод представлені різними водоростями: синьозеленими, діатомовими, зеленими та іншими. У β-мезосапробній зоні можуть інтенсивно вегетувати вищі водяні рослини. У значній кількості представлені види найпростіших: корененіжок, джгутикових, війчастих інфузорій, коловерток і червів. Зустрічаються молюски, ракоподібні, губки, моховатки. У таких водоймах поширені риби (карась, короп, лин, голець, в'юн та інші).

Води малозабруднених річок, озер, водосховищ, в яких відбувається інтенсивна мінералізація органічних речовин, характеризуються як олігосапробні. У таких водних об'єктах внаслідок високої концентрації розчиненого кисню переважають окисні процеси. Із сполук азоту містяться нітрати, мало вугільної кислоти і відсутній сірководень. БСК₅ не перевищує 1,6 мг 0₂/дм³, що свідчить про дуже низький вміст органічних речовин у воді. Серед олігосапробних організмів, що мешкають у чистих або слабозабруднених органічними речовинами водах, багато водоростей різних систематичних груп (зокрема, діатомових і золотистих), безхребетних (коловерток (Notholca longispina), ракоподібних (Daphnia longispina, Bythotrephes longimanus), молюсків (Dreissena polymorpha), личинок комах), а з риб представлені форель, судак, окунь, стерлядь, гольян. Серед бактерій олігосапробної зони мало сапрофітів (не більше 3 тис. екз./см³) та організмів, які живляться бактеріями.

Особливо чисті води за системою сапробності називаються катаробними. Такі води перенасичені киснем, у них відсутні діоксид вуглецю і сірководень. Показник БСК₅ дуже низький, що свідчить про мінімальний вміст органічних речовин. Серед мешканців таких вод (а це, як правило, найбільш холодні гірські річкові води) добре почуває себе форель та інші гідробіонти-оксифіли.