17.6.3. Гидробиоценозы.

Рассмотрим, как гидробиоценозы индицируют изменение кислотности воды. Общепринято полагать, что концентрация водородных ионов в водоёмах обычно устойчива из-за буферной поглощаемости карбоната кальция или медленно меняется. Влияние ионов водорода сказывается через воздействие на ионный обмен и скорость ферментных процессов. Условно водные организмы делятся на эвриионные, которые выдерживают большой диапазон рН (например личинки комаров, рачки Chydorus ovalis и др. выдерживают рН от 2 до 10) и стеноионые, среди которых выделяют алкофильных (обычно моллюски с известковой раковиной) живущие при рН>7 и ацидофильные (жгутиковые Саrtesia obtusа, коловратка Elosa worallii обитают в сфагновых болотах с рН до 3,8). Бентосные формы обычно легче переносят уменьшение рН так живут в условиях подкисленых по сравнению с водой грунтов (рН <7). На рисунке показана классическая схема изменения состава гидробиоценоза при снижении рН в водоемах. Биологические эффекты начинают проявляться при рН <6,5 из-за уменьшения видового разнообразия и нарушения пищевых цепей. Например, важный элемент кормления рыб мормыш или бокоплав озерный (Gammarus lacustris) не обитает в озерах с рН<6,0. Исчезают и некоторые виды поденок, вислоногие рачки. Вслед за исчезновением специфического корма исчезают плотва, гольян, лосось и форель. О том, что реакция воды приближается к рН=6 свидетельствует появление раков, улиток, двухстворчатых моллюсков с истонченными, из-за нарушения ассимиляции кальция, панцирями и раковинами. Опускание ниже 6 единиц благоприятно для развития светолюбивых сфагновые мхов на ложе озер, поскольку с увеличением кислотности происходит и осветление вод. Следует сказать, что в опытах воспроизводящих кратковременные колебания кислотности высокая смертность форели и карповых наблюдалось в самом начале падения рН < 6. Опыты показывает, что рН=5,6 является предельным значением кислотности, дальнейшее уменьшение рН приводит к необратимым последствиям. По этим исследованиям оптимальные условия для рыб в пределах 6,5рН8,5, а относительно безопасные 5,5рН9. Лишь щука и окунь могут жить в среде с рН=5. После того как исчезла рыба, часто наблюдается увеличение плотности популяций водных форм насекомых стрекоз, ручейников, комаров, которые хорошо переносят кислотность.

17.6. 4. Использование данных биондикации в оценке устойчивости природопользования.

В прошлых лекциях мы уже убедились, что определив ионный состав и рН осадков можно прогнозировать засоление и закисление почв, а так же стоимость мелиоративных работ. Сумев доказать, что источником загрязнений является данный регион или предприятия мы вправе предъявлять обоснованные требования к виновнику на покрытие издержек связанных с восстановлением природного баланса. Однако в ряде случаев нет достаточной информации будет ли процесс обратимым. Например, неизвестно приведет ли сокращение выбросов сернистого не только к конечному восстановлению исходной кислотности озера, но и экосистемы в целом. Полностью алгоритмизированный подход для оценки вероятности восстановления системы в принципе не возможно создать поскольку любой биологический объект это самоорганизующаяся динамическая система, подходы к анализу, которых пока ещё развиваются в недрах теоретической физики. Однако выработать пусть ограниченную вероятностную модель природопользования можно попытаться используя данные биондикации.

Рассмотрим как данные атмосферного мониторинга кислотных осадков, химического анализа почв и водоемов, вместе гидробиологическим анализом могут использованы для оценки возможного восстановления популяций рыб. Для этого используем ряд примеров приведенных (Израэлем и др., 1983 с 169-171). По обследованию химического состава 719 озер Норвегии удалось построить номограмму рис 2а по которой зная концентрацию кальция в воде Са²⁺ и рН атмосферных осадков можно прогнозировать уровень рН озера. На номограмме (2а) выделены три области бикарбонатных озер с pH>5,3, переходных 4,7<pH<5,3, и кислых с рН<4,7. Гидрохимические процессы с рН выше чем в переходной области определяется геологическими условиями водосбора, т.е. концентрацией кальция в независимости от кислотности осадков, а ниже доминирует влияние рН осадков, что действительно наблюдается в Скандинавии, Шотландии, Северной Америке. К примеру, если имеется озеро с концентрацией Са²⁺ 50 мкг-экв на литр, то при рН=4,7 (см рис 2а) оно останется бикарбонатным без тенденций к изменению до тех пор, пока рН осадков не будет 4,5 в этом случае оно чрез некоторое время станет переходным, а если осадки будут с рН<4,3 то озеро станет кислым. Если начальные концентрации кальция выше (например 75мкг-экв/литр), то соответствующие переходы будут совершаться при меньших значениях рН осадков. Прогноз преобразования экосистемы озера при изменениях его кислотности может быть оценен на основе оценки состояния популяций рыб (или иных организмов) в конкретных озерах бикарбонатной, переходной и кислой группы ( см. рис. 2б, нулевой считается популяция рыб, практически потерявшая способность к воспроизводству, малочисленной близкая к пределам минимально жизнеспособной популяции). Как видим из гистограммы в условиях переходных озер будут преобладать малочисленные популяции, хотя отдельные могут сохранить свою численность на оптимальном уровне, а условиях кислых останутся лишь популяции на гране исчезновения. Понимая под устойчивостью экосистемы к внешнему воздействию, возможность восстановления популяции при кратковременном её сокращении до исходного уровня (0,1,2,3) по процентному соотношению между малочисленными (0,1) и нормальными (2,3) можно оценить устойчивость будущей экосистемы. В данном примере в бикарбонатных (переходных) озерах около 70 (30) % популяций находится в устойчивом состоянии, то в кислых ни одной.

Литература.

Федорова A.И. Б Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране среды. 2000, М. Владос, 288 с.

Константинов А.С. Общая гидробиология. М. Высшая школа, 1986.

Ландшафтно-экологогеохимическая карта России. Объяснительная записка. М.-1995, ИМГРЭ, 40 с.

1 В американской литературе для обозначения по сути близкого понятия ecotoxicology экотоксикология.

2 Среди природных фенолов (флавоноидов) наиболее распространены антоцианы, дающих всю гамму расцветок от оранжевого до темно-фиолетового. Синие и фиолетовые пигменты поглощают больше энергии, чем красные, что определяет окраску цветов высокогорий и Севера

3 При загрязнении тяжелыми металлами плодовитость коллембол Оnichiurus armatus возрастает и сокращаются сроки их развития.

4 сильное загрязнение выдерживает водоросль плеврококкус, дающая зеленоватый налет на деревьях.

5 растительный опад в различных стадиях минерализации

6 Часто это значение принимается за единицу и К_п расчитывается в относительных единицах (см. Ландшафтно-геохимическая..,1995)_