Биологические методы оценки загрязнения вод
Биологические методы оценки – это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема. Рассматриваются различные типы населения водоемов – перифитон, бентос, планктон, нектон, макрофиты и др
Специалисты многих стран при мониторинге рек используют бентосных макро беспозвоночных для оценки влияния на качество воды ряда антропогенных загрязнений. Классификация с использованием бентосных макро беспозвоночных не дает полную экологическую картину всех искусственных и естественных загрязнений, которые встречаются в проточных водах. Не имеется также никакой единой классификации рек, которая пригодна для всех географических областей. Однако для рек, которые пересекают национальные границы, потребность в классификации имеется.
Классификация качества по бентосным макро беспозвоночным Характеристика Высокое Естественное поведение бентосных макро беспозвоночных Хорошее Не пострадавшее биологическое сообщество Посредственное Несколько пострадавшее биологическое сообщество Бедное Умеренно пострадавшее биологическое сообщество Плохое Сильно пострадавшее биологическое сообщество – экстремальная реакция на антропогенное загрязнение. Биологическая классификация рек
Сущность классификации рек Международной организации по стандартизации (ИСО) заключается в сравнении между поведением бентосных макро беспозвоночных в чистых условиях и в наблюдаемой среде. По ИСО рекомендуется пять классов качества вод по бентосным макро беспозвоночным При этом типе классификации принимают во внимание естественную изменчивость биологических объединений
Оценка сапробности воды по показателям перифитона. В гидробиологии под сапробностью понимают способность организмов жить при большом содержании органических веществ в среде. Сапробность является функцией потребностей организма в органическом питании и устойчивости возникающих при разложении органических соединений ядовитых веществ: H 2 S, CO 2, NH 3, H+, органических кислот.
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. В своих исследованиях Е. В. Балушкина предложила оценивать загрязненность воды по соотношению численности представителей отдельных подсемейств хирономид с помощью индекса: – вспомогательные величины для подсемейств Tanypodinae, Chironomae, Orthocladiinae
Биотический индекс Вудивисса. Этот метод оценки пригоден только для исследования рек умеренного пояса и не подходит для озер и прудов. Оценка состояния рек проводится по 15-балльной шкале. В этом методе используется показатель, который называется биотический индекс Вудивисса. Его определяют по специальной таблице. Чтобы оценить состояние водоема по методу Вудивисса, нужно: 1) выяснить, какие индикаторные (показательные) группы имеются в исследуемом водоеме; 2) затем необходимо оценить общее разнообразие бентосных организмов. Определить количество «групп» бентосных организмов в пробе. При использовании метода Вудивисса за «группу» принимается любой вид плоских червей, моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей, веснянок, сетчатокрылых, жуков, любой вид личинок других насекомых. Определив количество групп в пробе, находят соответствующий столбец в таблице; 3) на пересечении строки и столбца по специальной таблице находят индекс Вудивисса. Его значение изменяется от 0 до 15 и измеряется в баллах. Состояние водоема определяется так: 0-2 балла – очень сильное загрязнение (5-7 класс качества), водное сообщество находится в сильно угнетенном состоянии; 3-5 баллов – значительное загрязнение (4-5 класс качества); 6-7 баллов – незначительное загрязнение водоема (3 класс качества); 8-10 баллов и выше – чистые реки (1-2 класс качества).
Индекс Гуднайт-Уотлея. Эта простая, но надёжная методика биоиндикации используется только для определения загрязнения водоёма органическими веществами. Для определения значений олигохетного индекса годятся только материалы дночерпательных проб. Значение индекса а равно отношению количества обнаруженных в пробе олигохет (малощетинковых червей) к общему количеству организмов (включая и самих червей) в процентах по формуле
Индекс Шеннона. Представляет собой формализацию, которая используется при оценке сложности и содержания информации любых типов систем, он лучше всего подходит для целей сравнения в тех случаях, когда не интересуют компоненты разнообразия по отдельности. К тому же он не зависит от величины пробы, а также важно то, что численность видов всегда характеризуется нормальным распределением. Немаловажно, что индекс Шеннона придает больший вес редким видам. Он обычно меняется в пределах от 1,5 до 3,5. Причины ошибок в оценке разнообразия с использованием этого индекса заключаются в том, что невозможно включить в выборку все виды реального сообщества.
Индекс Майера. Наиболее простая методика биоиндикации. Эта методика подходит для любых типов водоемов. Она более простая и имеет большое преимущество – в ней не надо определять беспозвоночных с точностью до вида. Метод основан на том, что различные группы водных беспозвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности. При этом организмы – индикаторы относят к одному из трех разделов Обитатели чистых вод, X Организмы средней чувствительность и, Y Обитатели загрязненных водоемов, Z Личинки веснянок Личинки поденок Личинки ручейников Личинки вислокрылок Двустворчатые моллюски Бокоплав Речной рак Личинки стрекоз Личинки комаров – долгоножек Моллюски- катушки, моллюски- живородки Личинки комаров- звонцов Пиявки Водяной ослик Прудовики Личинки мошки Малощетинко вые черви
Интегральный индекс экологического состояния. В основу экспертной классификации речных экосистем по показателям зообентоса может быть положен интегральный индекс экологического состояния по биологическим показателям, учитывающий такие гидробиологические параметры как численность и биомасса бентоса; число видов в сообществе; видовое разнообразие, оцениваемое по индексу Шеннона; биотический индекс Вудивисса и олигохетный индекс Пареле.
Характеристика биологических методов оценки загрязнения вод Наименование ПреимуществаНедостатки Сапробность воды по показателям перифитона Устанавливается по видовому составу индикаторных организмов, живущих в воде Приспособление организмов к существованию при различных условиях среды (эврибионтность) Сапробность воды по отдельным крупным таксонам зообентоса Повсеместное распространение таксонов: личинки хирономид (комары – звонцы) и олигохет (малощетинковые черви) Является характеристикой водной среды за некоторый промежуток времени и не дает оценки на момент исследования. Для получения надежных данных, как правило, пробоотборник должен находиться в реке не менее четырех недель. При этом в каждой точке проводят не менее трех повторных отборов. Биотический индекс Вудивисса Учитывает частую последовательность исчезновения групп индикаторных организмов по мере увеличения загрязнения. Не подходит для озер и прудов. Необходимо выяснить, какие индикаторные организмы имеются в исследуемом водотоке, в зависимости от чувствительностьи к загрязнению. Происходит изменение видовой структуры бентосных организмов по мере повышения уровня загрязненности воды, следовательно, наблюдается отмирание индикаторных таксонов. Пригодна в прибрежной зоне, где донная фауна разнообразна Индекс Гуднайта-Уотлея Используется для определения загрязнения водоема органическими веществами Используются для анализа только материалы дночерпательных проб. Следует иметь в виду, что изменения в донных отложениях происходят медленнее, чем меняется качество воды в водной среде Модифицированный олигохетный индекс (Э. А. Пареле) Основаны на отношении отдельных семейств олигохет к общей численности всех олигохет. Используется только для крупных рек в условиях Русской равнины. Индекс D 1 применяется для малых рек с быстрым течением и разнообразной флорой. Индекс D 2 для рек и водоемов с неблагоприятным кислородным режимом и бедным составом олигохет. Индекс Шеннона Придает большой вес редким видам. Подходит для целей сравнения в тех случаях, когда не интересуют компоненты разнообразия по отдельности. Невозможно включить в выборку все виды реального сообщества. Индекс Майера Подходит для любых типов водоемов. Используются организмы-индикаторы, чувствительные к различным условиям водной среды (обитатели чистых вод, организмы средней чувствительностьи и обитатели загрязненных водоемов). Точность метода невысока.
Все перечисленные методы биоиндикации широко используются для оценки антропогенного воздействия биоценозы наземных и водных экосистем. При любых неблагоприятных условиях разнообразие видов в биоценозе уменьшается, а численность устойчивых видов возрастает. Кроме этого методы биоиндикации имеют общие недостатки: – численность большинства организмов имеет четко-выраженную сезонность, и зависят от погодных условий; – для большинства методов требуются квалифицированные специалисты в определении видов живых организмов. Наряду с методами биоиндикации необходимо применение и метода биотестирования, для выявления и оценки действия факторов (в т. ч. и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. Достоинства и недостатки биологических методов оценки загрязнения вод.
Использованная литература: 1) 2)«Измерение загрязнённости речной воды», А. М. Сибагатуллина,П. М. Мазуркин
Спасибо за внимание!