Меню

Индивидуальные сапробности видов фито-, зоопланктона и зообентоса

Гидрографические районы России и сопредельных государств: карты, бассейны, водные объекты, створы, программы мониторинга

Данные биологического и физико-химического мониторинга

Пример использования данных для экологического контроля водной среды

Классификатор качества вод Росгидромета

Классификатор качества поверхностных вод суши по химическим показателям

newПрограммы по биоиндикации и экологическому нормированию

Зал искусств

Индексы и классы качества вод

Из “Руководства по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем” под редакцией проф. В. А. Абакумова. СПб.: Гидрометеоиздат. 1992.

Оценка сапробности воды по показателям перифитона

В санитарной гидробиологии под сапробностью понимают способность организмов жить при большом содержании органических веществ в среде. Сапробность является функцией как потребностей организма в органическом питании, так и устойчивости возникающих при разложении органических соединений ядовитых веществ: H₂S, CO₂, NH₃, H⁺, органических кислот.

Установлено, что фактически в ряду олигосапробы — мезосапробы — полисапробы возрастают не только специфическая стойкость к органическим загрязняющим веществам и к таким: их последствиям, как дефицит кислорода, но и их эврибионтность, т. е способность существовать при очень различных условиях среды Это положение значительно расширяет возможности использования сапробиологического анализа. Поэтому термин “сапробность” в последнее время употребляют, когда говорят о степени общего загрязнения вод. Тем не менее для оценки общего загрязнения поверхностных вод в современных ситуациях, например в случае токсического загрязнения или антропогенного увеличения минерализации, использование только одного сапробиологического анализа оказывается уже недостаточным.

В системе Роскомгидромета для оценки сапробности воды по организмам перифитона рекомендуется применять метод индикаторных организмов Пантле и Букка в модификации Сладечека. Данный метод учитывает относительную частоту встречаемости (обилие) гидробионтов h и их индикаторную значимость s (сапробную валентность). Индикаторную значимость s и зону сапробности определяют для каждого вида по спискам сапробных организмов СЭВ.

Обе величины (h и s) входят в формулу для вычисления индекса сапробности.

. Для статистической достоверности результатов исследования необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее 12 индикаторных видов с общей суммой частоты встречаемости (обилия)

, равной 30.

Индекс сапробности указывают с точностью до 0,01. Для ксеносапробной зоны он находится в пределах 0-0,50; олигосапробной — 0,51-1,50; β-мезосапробной — 1,51-2,50; α-мезосапробной — 2,51-3,50; полисапробной — 3,51-4,00.

Наряду с зонами сапробности, устанавливаемыми для водных объектов на основе сапробиологического анализа, существуют зоны повышенной трофности, зоны обеднения, частичной или полной деградации исходных биоценозов, мертвые зоны и др. Выявление и описание зон возможно при использовании других формальных методов, а также абсолютных биологических данных о видовом составе и структуре перифитонных сообществ.

Методы оценки качества вод, основанные на применении отдельных крупных таксонов зообентоса

Метод крупных таксонов широко применяется в практике гидробиологического мониторинга благодаря простоте вычислений, отсутствию трудоемких таксономических определений. Теоретическим обоснованием и условием универсальности метода является повсеместное распространение используемых таксонов в водоемах разных типов с разным уровнем загрязнения. Такими группами являются олигохеты и личинки хирономид.

Классический вариант олигохетного индекса (ОИ) впервые был предложен Гуднайтом и Уитлеем в 1961 г. ОИ рассчитывается как отношение численности олигохет к общей численности организмов в пробе. При этом состояние реки считается хорошим, если ОИ меньше 60%, сомнительным при ОИ в пределах 60-80%, река тяжело загрязнена, если ОИ превышает 80%.

Э. А. Пареле применила ОИ для малых рек Латвии, ранжировав его в соответствии с классификацией качества вод С. М. Драчева. На основании значений модифицированного ОИ, названного коэффициентом D, Пареле было выделено шесть групп в исследованных водотоках: очень чистая — 0,01-0,16 (или 1-16%); чистая — 0,17-0,33 (17-33%); умеренно загрязненная — 0,34-0,50 (34-50%); загрязненная — 0,51-0,67 (51-67%); грязная — 0,68-0,84 (68-84%); очень грязная — 0,85-1 (свыше 85%).

В условиях Русской равнины для крупных рек хорошо зарекомендовал себя другой метод Пареле, основанный на отношении численности олигохет семейства тубифицид к суммарной численности всех олигохет:

, где t — численность тубифицид, O — численность всех олигохет. По значениям D₂ для рек Латвии были выделены: сильно загрязненные воды (0,8-1,0); загрязненные (0,55-0,79); слабо загрязненные (0,3-0,54); относительно чистые (меньше 0,3). В малых быстротекущих водотоках с разнообразной донной фауной предлагается использовать коэффициент D₁, — соотношение численности тубифицид и всего бентоса в пробе.

Для оценки состояния внутренних вод Европейского Севера предложен информационный индекс сапробности I_s :

, где I_s — индекс сапробности олигохет; N_t — средняя численность Tubifex tubifex, N_h — средняя численность Limnodrilus hoffmeisteri, N_f — средняя численность Spirosperma ferox; Nо — средняя численность всех олигохет в биотопе.

Значения характеризуют загрязненность вод следующим образом: сильно загрязненные воды (0,9-1,0); загрязненные воды (0,5-0,89); слабо загрязненные воды (0,3-0,49) чистые и относительно чистые воды.

Е. В. Балушкина предложила оценивать загрязненность воды по соотношению численности представителей отдельных подсемейств хирономид с помощью индекса

, где a_T, a_Ch и a_O — вспомогательные величины соответственно для подсемейств Tanypodinae, Chironomae, Orthocladiinae. Вспомогательные величины рассчитываются по сумме численности N представителей каждого из подсемейств, выраженной в процентах от общей численности хирономид и слагаемого 10, иначе говоря, a=N+10. Подобранное эмпирически число 10 ограничивает пределы возможных значений, определяя оптимальное соотношение градаций индекса и степени его чувствительности.

Влияние относительной численности особей подсемейства Chironominae снижено вдвое на том основании, что в наиболее чистых водах относительная численность Orthocladiinae + Diamesinae приближалась к 100% (без учета зарослевых форм), в наиболее грязных относительная численность Tanypodinae также составляла 100%. Тенденция же увеличения относительного количества Chironominae по мере загрязнения выражена в меньшей степени и их индикаторное значение в целом ниже, что и нашло отражение в уменьшении .

Значения индекса K от 0,136 до 1,08 характеризуют чистые воды; 1,08-6,5 — умеренно загрязненные; 6,5-9,0 — загрязненные, 9,0-11,5 — грязные.

Для оценки качества вод возможно использование любых других экспрессных методов, разработанных для отдельных регионов или водоемов. Так, например, отсутствие олигохет позволяет отнести средний участок р. Ангары к особо чистому классу вод. Если в пробе появляются олигохеты, рассматривается соотношение обилия гаммарид и олигохет. Если гаммарид больше, чем олигохет, это I класс вод. Далее сравнивается соотношение обилия Naididae, Tubifex tubifex и Limnodrilus. Если Naididae больше, чем T. tubifex + Limnodrilus, вода относится ко II классу, если суммарное обилие T. tubifex и Limnodrilus равно или более 90% от общего обилия организмов — это III класс. Если в пробе присутствуют одни олигохеты — это IV класс вод.

Использование различных региональных методов возможно в качестве вспомогательных методов оценок состояния контролируемых водных экосистем и должно сопровождаться обязательным обоснованием их применения (ссылки на литературные источники, многолетние данные собственных наблюдений и др.).

Биотический индекс

В системе Роскомгидромета для оценки качества вод по показателям зообентоса наибольшее распространение получил метод расчета биотического индекса для р.Трент (БИ), разработанный Ф. Вудивиссом в 1964 г. В основу метода положено упрощение таксономической структуры биоценоза по мере повышения уровня загрязнения вод за счет выпадения индикаторных таксонов при достижении пределов их толерантности на фоне снижения общего разнообразия организмов, объединенных в так называемые группы Вудивисса. В качестве индикаторных групп выбраны отряды веснянок, поденок, ручейников, два рода ракообразных (Gammarus, Asselus), а также олигохеты семейства Tubificidae и хирономиды рода Chironomus. В группы Вудивисса входят: каждый вид плоских червей, класс олигохет (исключая род Nais), род Nais, каждый вид пиявок, моллюсков, ракообразных, веснянок, поденок, жуков, клопов, личинок двукрылых (кроме хирономид и мошек) вислокрылок, каждое семейство ручейников, семейства мошек, хирономид (кроме Chironomus thummi), личинка Chironomus thummi.

Рабочая шкала для определения биотического индекса представлена в таблице. При работе со шкалой следует:

Двигаясь сверху вниз найти показательный (индикаторный) таксон в первой графе шкалы по присутствию этого таксона в пробе;
Определить наличие в пробе одного или большего числа видов или индикаторного таксона, относящегося к веснянкам, поденкам или ручейникам, и отыскать соответствующую строку в графе “Видовое разнообразие”;
Определить число групп Вудивисса в пробе;
Найти балл биотического индекса в точке пересечении найденной строки видового разнообразия с графой числа групп, соответствующего пробе.

**Рабочая шкала для определения биотического индекса по наличию группы Вудивисса**
Показательные организмы	Видовое разнообразие	Число групп Вудивисса в пробе
Показательные организмы	Видовое разнообразие	0-1	2-5	6-10	11-16	16 и более
Личинки Plecoptera	Больше одного вида	—	7	8	9	10
	Только один вид	—	6	7	8	9
Личинки Ephemeroptera	Больше одного вида^*	—	6	7	8	9
	Только один вид^*	—	5	6	7	8
Личинки Trichoptera	Больше одного вида**	—	5	6	7	8
	Только один вид**	—	4	5	6	7
Gammarus	Все вышеназванные организмы отсутствуют	3	4	5	6	7
Aesellus aquaticus	То же	2	3	4	5	6
Tubificidae и личинки Chironomus	То же	1	2	3	4	—
Все вышеназванные группы отсутствуют	Могут присутствовать некоторые нетребовательные к кислороду виды	0	1	2	—	—

_____________
^*Исключая Baetis rhodani.
^**Включая Baetis rhodani.

Оценка состояния пресноводных экосистем по индикаторным организмам-зоопланктерам

Видное место среди методов биологического анализа пресных вод занимает сапробиологический анализ, или оценка состояния пресноводных экосистем по индикаторным организмам. Авторы данного метода Кольквитц и Марссон, использовав различную чувствительность гидробионтов к воздействиям внешней среды, выделили четыре зоны сапробности и предложили списки видов-индикаторов, характерных для каждой из этих зон. В систему по мере ее эксплуатации постоянно вносились изменения; наибольший вклад в ее усовершенствование внесли Пантле и Букк, Зелинка и Марван, Сладечек, Ротшайн.

Одним из методов оценки средней сапробности биоценоза является метод Пантле и Букка в модификации Сладечека. Данный метод учитывает относительную частоту встречаемости гидробионтов h и их индикаторную значимость s. Значение s определяется для каждого вида зоопланктона по спискам сапробных организмов. Величина h находится из шестиступенчатой шкалы значений частоты и определяет относительное обилие видов:
Соотношение значений относительного обилия и частоты встречаемости организмов
Встречаемость Количество экземпляров одного вида, % от общего количества h, баллы

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

Величины h и s входят в формулу для вычисления индекса сапробности:

. Вместо частоты встречаемости h можно использовать абсолютную численность. Однако в этом случае приходится производить операции с большими числами, что возможно только в хорошо оснащенной лаборатории (вычислительные приборы, калькуляторы), т. е. перевод абсолютной численности в частоту встречаемости h обусловлен трудоемкостью вычислений. Для статистической достоверности результатов исследования необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее 12 индикаторных видов с общей суммой частоты встречаемости h, равной 30.

Индекс сапробности вычисляют с точностью до одной сотой. Для ксеносапробной зоны он находится в пределах 0-0,50, олигосапробной — 0,51-1,50; β-мезосапробной — 1,51-2,50, α-мезосапробной, полисапробной — 3,51-4,00.

При использовании метода Пантле и Букка следует иметь в виду, что индикаторное значение видов может быть неодинаковым в различных климатических зонах. Желательно провести коррекцию списков индикаторных организмов для своей зоны. Распределение организмов по сапробности, т. е. по отношению к органическому загрязнению, не вполне отвечает условиям настоящего времени (изменился состав загрязняющих веществ). Однако исследования показали, что состав планктона в целом достаточно правильно отражает степень загрязненности участков разных водных объектов, но хуже передает различия между отдельными станциями в пределах одного водоема или водотока.

В условиях фонового загрязнения для оценки состояния пресноводных экосистем могут быть рассчитаны индекс ^e/_O (отношение эвтрофных видов к олиготрофным) и индекс трофности по А. Мяэметсу, основанные на классификациях зоопланктона Ярнефельта, Паталаса, Мяэметса, Хаккари и др.

Удобным при оценке состояния пресноводных экосистем в условиях фонового загрязнения по зоопланктону представляется индекс стабильности зоопланктонного сообщества. Используются два показателя стабильности. Первый предполагает, что устойчивость может характеризоваться величиной, получаемой из усреднения ряда индивидуальных показателей стабильности отдельных характеристик системы:

_, где N — число показателей стабильности отдельных характеристик. За показатель стабильности принимается значение отклонения амплитуды переменной относительно ее среднего значения:

_, где K_j — значение переменной в момент измерения (K_j ≥ 0), а n — число измерений. Максимальная стабильность (S_i= 0) наблюдается при постоянстве характеристик; S_i> 0 при изменениях переменной i.

Второй индекс — коэффициент вариабельности:

, где

— среднее значение, S_i — стандартное отклонение:

_. Стабильность достигает своего максимума (V_j=0) при отсутствии изменений свойств экосистемы. Для анализа используются следующие характеристики зоопланктона: средние за сезон показатели численности (N) и ее устойчивости (S₁, V₁), биомассы (B, S₂, V₂), продукции мирного зоопланктона (P, S₃, V₃), ^P/_B коэффициента(^P/_B, S₄, V₄) индекс видового разнообразия (H, S₅, V₅) и общая стабильность (S, V), высчитанная как среднее из этих показателей. О сильной нарушенности экосистем водных объектов свидетельствуют высокие значения индексов стабильности. Индекс стабильности имеет прямую связь с продукцией зоопланктона и обратную с его видовым разнообразием. Индекс общей стабильности зоопланктонного сообщества представляется вполне надежным, но трудоемким. Для вычисления этого индекса нужны подробные исследования зоопланктона на водоеме по вышеуказанным параметрам в течение не менее чем двух лет. Такие исследования на водоеме предусмотрены программой наблюдений за фоновым состоянием водных экосистем, разработанной в Институте глобального климата и экологии.

Оценка состояния качества вод по фитопланктону

Для формальной характеристики видовой структуры сообществ используются индексы видового богатства и разнообразия. В основе такого подхода лежит выделение существенных параметров и целостных характеристик сообщества и нахождение общих закономерностей, по которым в ряде случаев можно судить о состоянии сообщества.

Изучение различных структурных характеристик сообществ и индексов разнообразия показало, что для формальной оценки изменений видовой структуры фитопланктонного сообщества под действием неблагоприятных условий среды наибольшей разрешающей способностью обладает индекс Менхиника:

, основанный на соотношении между количеством видов N и общей численностью фитопланктона W.

Для оценки состояния пресноводных экосистем по фитопланктону используют также метод Пантле и Букка в модификации Сладечека. В результате применения этого метода получают индекс сапробности, вычисляемый по формуле

, где s — индикаторная зависимость каждого вида (определяется по спискам сапробных организмов), h — численность вида или относительная частота встречаемости вида, определяемая по глазомерной шкале. Индекс сапробности вычисляют с точностью до 0,01. Для ксеносапробной зоны он находится в пределах 0-0,50; бетамезосапробной — 1,51-2,50; альфамезосапробной — 2,5 1-3,50; полисапробной — 3,51-4,00.

При оценке состояния водных экосистем важно учитывать одновременно функциональные и структурные характеристики фитопланктоценозов. Одновременное увеличение первичной продукции и видового разнообразия фитопланктона является надежным показателем экологического прогресса. Это явление часто наблюдается в местах смешения водных масс различного происхождения. С экологическим прогрессом обычно связано также образование водохранилищ. В первые десятилетия существования водохранилища увеличение первичной продукции может сопровождаться многократным увеличением таксономического разнообразия фитопланктона.

При значительных уровнях антропогенных нагрузок, ведущих и увеличению первичной продукции, происходит сокращение видового разнообразия фитоценоза — метаболический прогресс достигается путем экологического регресса фитоценоза. На тяжелое загрязнение биогидроценоза указывает явление экологического и метаболического регресса фитопланктоценоза.

Оценка состояния экосистемы по показателям развития бактериопланктона

Данные об общем количестве бактерий (А), числе гетеротрофов (Б) и их соотношении позволяют охарактеризовать состояние экосистемы:

**Оценка состояния экосистемы по шкале экологических модификаций**
Состояние экосистемы	А, млн. ^клеток / _мл	Б, тыс. ^клеток / _мл	^А / _Б
Фоновое	<1,0	<0,5	>1000
Экологический прогресс (антропогенное экологическое напряжение)	1,0-4,0	0,5-10,0	1000-400
Элементы экологического регресса	4,0-20,0	10,0-200,0	400-100
Экологический регресс	20,0-40,0	100-70	100-70
Метаболический регресс	>40,0	>700,0	<70

Численность бактерий, вырастающих на МПА:10, характеризует определенный уровень трофности и загрязненности вод: в высокотрофных или загрязненных водах отношение числа таких бактерий к их количеству на МПА равно 2-3, в малотрофных и загрязненных водных объектах это отношение составляет 10-100 и может достигать еще больших значений.

Содержание споровых микроорганизмов указывает на характер органического вещества: при наличии трудноразлагаемых соединений число таких микроорганизмов может превышать 1000 ^клеток / _мл.

Появление в пробах воды сульфатредуцирующих бактерий (в количестве нескольких десятков в 1 мл) свидетельствует об опасности сероводородного заражения.

Наличие фенол- и углеводородокисляющих бактерий в количествах, превышающих 10^2-103 клеток/мл, указывает на ту или иную степень загрязнения этими веществами. При определении интенсивности разрушения нефтяных остатков по значению ПОС следует руководствоваться следующей шкалой: сильное хроническое нефтяное загрязнение — 0,4-1,0 мг О₂/(л-сут) и более; слабое загрязнение — 0,1-0,4 мг О₂/(л-сут); нет загрязнения — менее 0,1 мг О₂/(л-сут).

2.7. Определение класса качества вод

С помощью классификатора качества вод Росгидромета на основе полученных индексов для разных групп гидробионтов проводится суммарная оценка качества по 6-балльной шкале:

Класс качества воды	Степень загрязненности воды	По фитопланктону, зоопланктону, перифитону	По зообентосу		По бактериопланктону
Класс качества воды	Степень загрязненности воды	Индекс сапробности по Пантле и Букку (в модификации Сладечека), баллы	Отношение общей численности олигохет к общей численности донных организмов, %	Биотический индекс по Вудивиccу, баллы	Общее количество бактерий, 10⁶кл/см³ (кл/мл)	Количество сапрофитных бактерий, 10³кл/см³ (кл/мл)	Отношение общего количества бактерий к количеству сапрофитных бактерий
1	Очень чистые	Менее 1,00	1-20	10	Менее 0,5	Менее 0,5	Более 10³
2	Чистые	1,00-1,50	21-35	7-9	0,5-1,0	0,5-5,0	Более 10³
3	Умеренно загрязненные	1,51-2,50	36-50	5-6	1,1-3,0	5,1-10,0	10³-10²
4	Загрязненные	2,51-3,50	51-65	4	3,1-5,0	10,1-50,0	Менее 10²
5	Грязные	3,51-4,00	66-85	2-3	5,1-10,0	50,1-100,0	Менее 10²
6	Очень грязные	Более 4,00	86-100 или макробентос отсутствует	0-1	Более 10,0	Более 100,0	Менее 10²

Примечание: Допускается оценивать класс качества воды и как промежуточный между 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6.

Web-мастер Денисов Пётр, дизайн -=AGE=-