258

Лекция 18. Гидробиологический мониторинг качества воды.

Гидробиологический мониторинг. Определения состояния водных экосистем. Шкала и индексы сапробности. Биотический индекс Вудивисса. Классификатор качества вод Росгидромета.

В оценках гидробиологического качества вод могут быть использованы практически все группы организмов планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие водоросли, макрофиты, бактерии и рыбы. Каждая группа имеет свои недостатки и преимущества как биоиндикатор. Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации качества воды в результате эвтрофикации из-за насыщения воды биогенными веществами. Например, при ухудшении качества воды происходит заметная сукцессия видового состава фитопланктона, водоросли не могут, как Encheria colli индицировать фекальное загрязнение, т.е. не специфический индикатор. Зоопланктон слабо реагирует на эвтрофикацию, однако развитие патогенной фауны хороший индикатор качества воды в средних слоях (пелигиали) водохранилищ, откуда обычно берется вода для нужд городов.

18.1. Программа гидробиологического мониторинга.

Гидробиологический мониторинг водоемов и водотоков проводится на постах наблюдений Гидрометслужбы с 1973 года и предусматривает оценку качества воды no растительному и животному населению водоемов. Оценка степени загрязненности воды в этом случае осуществляется двумя путями: а) по системам (спискам) индикаторных организмам и б) сравнением состояния популяций организмов на чистых и загрязненных участках водоемов и водотоков (методы будут рассмотрены ниже). Контроль по гидробиологическим показателям реко­мендуется проводить ежемесячно (по сокращенной программе) и ежеквартально (по полной программе). При этом ежемесячный контроль по сокращенной программе проводится толь­ко в вегетационный период.

При отсутствии возможности проведения контроля по гидробиологическим показателям в указанные выше сроки следует проводить его в сроки, наиболее показательные для оценки состоя­ния водных экосистем. Ими являются начало, середина и конец вегетационного периода, что соответствует окончанию весеннего половодья, периоду летней межени и времени, предшествующему ледоставу. В течение зимнего периода по возможности осуществляется одна гидробиологическая съемка, так как состояние организмов, их количественный и качественный составы в этот период являются важными показателями степени загрязненности водоема или водостока.

Допускается проведение одноразового гидробиологического контроля в тех пунктах, на которых в результате регулярных гидробиологических съемок в течение двух-трех предшествующих лет не было определено изменений экологической обстановки. При одноразовом контроле особенно важно правильно выбрать место отбора проб, охватив по возможности более полно все разнообразие биологических периодов.

18. 2 Определение состояния водных экосистем.

Ряд гидробионты способны развиваться только в воде определенной степени загрязнения. В 1908-1909 гг. Р. Кольквитц и М. Марссон разработали классификации степени загрязненности вод по показательным организмам, названную "система сапробности" (saprós, по-гречески значит гнилой). Они установили 4 зоны сапробности поли-, мезо-α- и мезо-β и олигосапробная и привели списки индикаторных организмов, характерных для каждой зоны.

Полисапробная зона. Содержит значительное количество нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного разложения. Много белковых веществ. Фотосинтез отсутствует, наблюдается дефицит кислорода. Кислород поступает только за счет атмосферной аэрации в верхние слои и сразу расходуется на окисление. В воде присутствуют метан и сероводород. На дне вообще кислорода нет, много детрита, ил черный с запахом сероводорода, железо присутствует в виде сульфида FeS. Развитие сапрофитной микрофлоры. Развиты гетеротрофы: сплошные покровы нитчатых бактерий Sphaerotilus, пленки серные бактерий Beggiatoa иThiothris, бактериальные зооглеи Zoogloеa ramigera , простейшие инфузории Paramecium putrinum, Vorticella putrina, бесцветные жгутиковые, олигохеты Tubifex tubifex, водоросль Polytoma uvella.

α -мезосапробная зона. В этой зоне присутствует аэробный распад органических веществ, образуются аммиак и углекислота и, хотя кислорода мало, но сероводород и метан отсутствуют. БПК составляет десятки мг/литр. Количество сапрофитных бактерий определяется 10⁴-10⁵ на мл. На дне ил серый, протекают окислительно-восстановительные процессы, и железо находится в окисной и закисной форме. Содержатся организмы, приспособленные к недостатку кислорода и избытку угольной кислоты. Преобладают гетеротрофы и миксотрофы. Массовое размножение бактериальных зооглеев, нитчатых бактерий, грибов, водорослей осциллятория, стигеоклониум, хламидономонас, эвглена. В массе обнаруживаются белый налет из сидячих инфузорий Carchesium, и коловратки Brachionus. Множество бесцветных и окрашенных жгутиковых. В илах много тубифицид и личинок хирономид. Встречаются нетребовательные к кислороду рыбы. Воды характерны для деревенских прудов, канав полей орошения

β - мезосапробная зона. Нестойких органических веществ нет, практически произошла их полная минерализация. Сапрофитов - тысячи клеток в 1 мл с сильным увеличением в периоды отмирание растений. Кислород и углекислота меняется в течение суток. Днем избыток кислорода и дефицит углекислоты, ночью наоборот. Ил желтый, много детрита идут окислительные процессы. Много организмов с автотрофным питанием. Из-за массового развития фитопланктона наблюдается цветение воды. Встречаются диатомовые водоросли Melosira vaians, Diatoma, Navicula, зеленые Cosmarium, Botrytis, Spirogyra crassa, Cladophora, протококковые водоросли. Появляется роголистник Ceratophyllum demersum. Обили корненожек, солнечников, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хирономид. Встречаются ракообразные и рыбы (частиковые), и хотя их видов много, но биомасса и численность незначительна.

Олигосапробная зона. Водоем практически чист. Цветения нет, колебания кислорода и углекислоты незначительны. На дне мало детрита, поэтому мало и автотрофных организмов и таких представителей бентоса как черви, личинки хирономид. Встречаются водоросли Melorisa italica, Draparnaldia glomerata Draparnaldia plumosa, коловратки Notholea longispina, ветвистоусые рачки Daphnia longispina, Bythotrophes longimanus. Характерны личинки поденок и веснянок, моллюск Dreissena polimorpha. Рыбы могут быть представлены редкими стерлядью, гольяном, форелью.

Таблица 1. Числовое выражение сапробности вида.

Организм	Сапробность, Si
Ксеносапроб1	0
Олигосапроб	1
бета-сапроб	2
альфа-сапроб	3
полисапроб	4

Кроме крайних случаев воду водоёма и водотока, подчас сложно классифицировать cтрого в 4 зоны сапробности по одним лишь индикаторным типам организмов. С другой стороны те или иные организмы с чистых участков могут попасть в загрязненные (например, с течением воды) и наоборот. Для учета таких явлений и характеристики переходных зон используется шкала Р. Пантле и Г. Бука (1955), которая предполагает расчет средневзвешенного индекс сапробности S по формуле

(3)

В формуле сапробность S_i определяется характерной средой обитания организма в числовом выражении (таблица 2), а частота встречаемости h_i определяется по процентным градациям таблицы 3.

Таким образом, через анализ по видового составу главнейших сообществ и количества доминирующих и индикаторных организмов может быть дана всесторонняя характеристика состояния экосистемы и качества вод. Организмы показатели загрязнители часто развиваются к осени, поэтому рекомендуется проводить анализ во второй половине лета. Будучи одной из детально разработанных систем биологического анализа воды классификация зон сапробности, на практике однако почти не используется, главным образом по двум причинам: 1) её нельзя использовать для оценки промышленного загрязнения; 2) она громоздка и крайне трудоемка для практического мониторинга состояния вод, требуя специальных знаний по систематике водной фауны.

Таблица 3. Шкала встречаемости организмов.

Словесная характеристика встречаемости	Количество экземпляров данного вида % от общего количества организмов	Частота появления организма hi
Очень редко	<1	1
Редко	2-3	2
Нередко	4-10	3
Часто	10-20	5
Очень часто	20-40	7
Масса	40-100	9