Лекция 5 Биологические методы контроля – биологический мониторинг

Техногенная нагрузка на водную, как на любую другую экосистему, оказывает существенное влияние на поток энергии и трансформацию вещества в данной системе, на жизнеспособность биоценозов. Посредством системы механизмов приспособления биоценоз достигает  относительного соответствия своего метаболизма с изменяющимися условиями существования.

Метаболический процесс загрязненных биоценозов – один из путей, которым биосфера поддерживает сбалансированность биогеохимического круговорота веществ в условиях антропогенной дифференциации биоценозов.

В водной экосистеме особенности биоценоза определяют скорость и эффективность процессов самоочищения в условиях формирования чистой воды.

Особенности состояния биоценозов отражают особенности биотопов, на чем и основаны все методы гидробиологического анализа качества вод и донных отложений.

В настоящее время, кроме физико-химического мониторинга, активно развивается гидробиологический мониторинг, который основывается на анализе реакций живых организмов, их отклики на внешние негативные воздействия на биотипы.

В гидробиологическом мониторинге, как и в биологическом, в целом, имеют место два направления мониторинга:

• биоиндикационное;
• биотестирование.

Биоиндикация водной среды

Биоиндикация основана на контроле за естественной экосистемой при ее функционировании в естественной среде. При анализе качества вод гидробиологическими биоиндикационными методами используются практически все группы организмов, обитающих в водоемах: планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие водоросли, бактерии, макрофиты, рыбы.

Ведущая роль в индикации изменения качества воды в процессе эвтрофирования водоемов принадлежит фитопланктону. Здесь особенно отчетливо проявляется сукцессия его видового состава; велика роль в качестве индикатора качества воды и зоопланктона, особенно при контроле качества вод озер и водохранилищ. В тех случаях, когда необходима оценка качества вод в конкретный момент времени надежными индикаторами являются простейшие. При изучении особенностей загрязнения донных отложений и придонных слоев воды в качестве индикаторов выступают макрозообентос и мейобентос.

В контроле качества вод важное место занимают наблюдения за состоянием высшей водной растительности (макрофитов), четко реагирующие на  изменение состояния природной окружающей среды. Значение макрофитов достаточно велико при реконстеровочных гидробиологических обследованиях водоемов.

При общей оценки состояния водных объектов, особенно при определении допустимых уровней загрязнения рыбохозяйственных водоемов, важное значение имеют данные по ихтиофауне.

При всесторонней характеристике конкретной биосистемы особое внимание следует уделять видовому составу главнейших сообществ и количественным данным о видовых популяциях – доминантах и индикаторных видах.

Сапробиологическая характеристика водоемов

Одно из важнейших мест в гидробиологическом мониторинге принадлежит сапробиологической  методике, при этом одним из наиболее распространенных является метод  Панкле и Букка. S – Индекс сапробности по Панкле и Букку определяется формулой (2):

S=∑sh/∑h,                                                                     (2)          

 где S – индекс сапробности, s – индикаторная значимость организмов, h – относительное число особей в пробе.

Сапробность организма обуславливается как его потребностью в органическом питании, так и резестивносью по отношению к вредным продуктам распада и дефициту кислорода в загрязненных водах.

Сапробиологический анализ можно использовать в случае загрязнения вод, как бытовыми стоками, так и при промышленном загрязнении.

Метод биотических индексов, разработанный Вудивисом, нашел широкое применение при гидробиологическом анализе загрязнения вод и донных отложений рек по составу донного макрозообентоса. В нем объединяется принцип индикаторного значения отдельных таксонов и принцип уменьшения разнообразия фауны в условиях загрязнения.

Индикатором степени загрязнения вод могут служить личинки хирономид. Для определения качества вод предложен коэффициент К, отражающий соотношение представителей трех основных подсемейств хирономид. Большим преимуществом предложенного индекса служит то, что его расчет не требует определения видового состава личинок хирономид.

При ботанической индикации (по высшей водной растительности) трофического статуса водоема используются признаки жизненного состояния растений – развитие нормальное, выше или ниже нормального и общий облик растений.

В системе гидрометеорологической службы наблюдения и контроля

Поверхностных вод принят классификатор качества вод по 6 классам. Класс вод определяется на основании сведений о состоянии зообентоса, перифитона, фитопланктона и бактериопланктона в тех случаях, когда этот показатель используется.

Окончательная оценка качества вод осуществляется с учетом других важнейших показателей, а именно:

• численности и биомассы организмов;
• общего числа видов;
• соотношения различных групп организмов в отдельных сообществах;
• состояние макрофитов и интенсивности микробиологических процессов.

Общая оценка качества вод в каждом конкретном случае дается по совокупности гидробиологических показателей с учетом экологических и зоогеографических особенностей водоема.

Биотестирование водных объектов

Более оперативным контролем окружающей среды является метод биотестирования. В его основу положены наблюдения за жизненными функциями различных биологических объектов, помещенных в испытуемую среду, по изменению которых делается заключение об опасности среды.

В качестве объектов для биотестирования применяется широкий спектр организмов, среди которых бактерии, водоросли, различные беспозвоночные, рыбы и т.д. Анализы осуществляются в соответствии с методическим руководством и ГОСТом по биотестированию. Рассмотрим краткую характеристику биологических объектов.

Водоросли

Одноклеточные водоросли являются одним из наиболее распространенных тест-объектов. Короткий цикл их развития позволяет проследить на нескольких поколениях действие токсичных веществ. Водоросли используются для биотестирования широкого класса веществ – тяжелых металлов, хлора, фосфорорганических соединений.

Инфузории

По их видовому и количественному составу судят о степени загрязненности водоемов. Кроме того, используются общие биологические характеристики этого объекта, такие как скорость роста и выживаемость.

Низшие ракообразные – дафнии

Методы биотестирования воды с помощью дафний наиболее разработаны и используются чаще других. Они обладают высокой чувствительностью к широкому классу загрязнителей, простотой содержания и тестирования. Для контроля используются как биологические, так и физиологические показатели, такие как: подвижность, газообмен и д.р.

Моллюски

Тест обладает высокой чувствительностью ко многим загрязнителям. Наиболее распространенный способ контроля среды – поведенческие реакции.

Рыбы

Широко применятся в международных и национальных стандартах для биотестирования качества вод. Помимо общих биологических показателей для контроля состояния среды используются особенности поведения, состояние нервной системы, обменных процессов, дыхание и д.р.