1.3. Биологические методы слежения за состоянием поверхностных вод.

Биологические методы контроля водной среды применяются с двумя основными целями: для выявления гигиенических, в частности – питьевых качеств воды и с целью охраны пресноводных экосистем от антропогенных нарушений и деградации. Обе этих цели важны и довольно тесно взаимосвязаны, однако в пределах данного конспекта возможно уделить внимание только первому аспекту – оценке качества водной среды биологическими методами.

Существует два методологически различных решения этой проблемы: биотестирование и биоиндикация.

Биотестирование – это оценка качества среды при активном вмешательстве в природные процессы, путем постановки эксперимента в природных или лабораторных условиях.

Биоиндикация – это оценка качества среды по состоянию тех или иных представителей ее населения – биоты, осуществляемая путем наблюдения за ними, без активного (экспериментального) вмешательства в природные процессы. Объектами таких наблюдений могут служить биосистемы любого уровня организации: все суборганизменные структуры (макромолекулы, органеллы, клетки, ткани и органы); организмы; популяции; сообщества; весь биоценоз в целом.

Оценка качества среды производится по качественным и количественным индикаторным признакам. Ими служат те характеристики наблюдаемых биосистем, которые наиболее полно и точно отражают степень их благополучности.

Наиболее надежная, обобщенная характеристика качества водной среды может быть получена при биоиндикации на ценотическом уровне. При этом основными индикаторными признаками служат видовой состав, характеристики видового богатства и разнообразия сообществ. Ясно, что уменьшение видового богатства и разнообразия сообществ является наиболее верным признаком ухудшения качества среды, т.к. при этом у наиболее требовательных видов начинает уменьшаться популяционная плотность, а затем они и вовсе исчезают. Например, на учете видового состава сообществ построена общепринятая система оценки сапробности водной среды, т.е. ее загрязненности органическими веществами (Pantle, Buck, 1955; Тодераш, 1984; Pinder, Farr, 1987). Количественная оценка сапробности по ведется по индексу ():

= :

где S_i — индикаторная значимость i-го вида, h_i — его доля в общей численности всех организмов в сообществе, m – общее число видов-индикаторов в сообществе. Значения S_i (и, соответственно, ) оцениваются пятибалльно.

Видовое богатство сообщества – это количество входящих в него видов. Видовое разнообразие сообщества принято оценивать специальными индексами, из которых наиболее популярен и надежен информационный индекс Шеннона–Уивера:

H = —

где n - количество видов в сообществе, N_i - плотность (или биомасса) i-го вида, N - плотность (или биомасса) всего сообщества.

Определение видового состава сообществ водных организмов и основанных на нем показателей видового богатства и разнообразия требует от исследователя большой квалификации. Определять остальные, количественные характеристики сообществ проще, но они гораздо менее надежны и должны использоваться лишь как вспомогательные признаки.

Чем ниже уровень организации биосистемы, используемой для биоиндикации, тем менее обобщенно характеризуется качество среды, но зато тем большей может быть чувствительность индикаторных признаков к отдельным видам воздействия. Поэтому для оценки действия на водную среду и на экосиcтемы пресноводных водоемов какого-либо одного вредного фактора чаще используют биосистемы организменного и суборганизменного уровня (например, зная скорость фильтрации воды моллюсками различного возраста и концентрацию какого-либо тяжелого металла или пестицида в их органах и тканях, можно определить, как ранее изменялась концентрация этого поллютанта в водной среде).

Таким образом, для биоиндикации уровень организации изучаемой биосистемы и индикаторные признаки виды выбираются в соответствии с задачей конкретного экологического исследования.

При оценке качества водной среды и состояния водных экосистем биоиндикация обычно осуществляется с использованием указанных в таблице признаков, которые определяются обычно для следующих, наиболее важных сообществ водных организмов и их отдельных представителей:

“Планктон” – организмы, плавающие в толще воды; соответственно, “фитопланктон” – водоросли и сине-зеленые; “бактериопланктон” – бактерии и другие микроорганизмы; “зоопланктон” – беспозвоночные животные.

“Бентос” – организмы, обитающие в грунтах водоема или на их поверхности: соответственно, “фитобентос” – растения; “бактериобентос” – бактерии и другие микроорганизмы; “зообентос” – беспозвоночные животные.

“Ихтиоценоз” – рыбное население водоема.

Организмы планктона, как правило, живут сравнительно недолго (несколько часов или суток), причем их распределение по водоему постоянно изменяется под воздействием водообмена.

Зообентос принято делить на микробентос (организмы длиной менее 0.1 мм), мезо-или мейобентос (организмы длиной от 0.1 до 2 мм) и макробентос (организмы крупнее 2 мм). Наиболее часто при биоиндикации используется макрозообентос, как наиболее доступный и изученный объект. Кроме того, основу пресноводного макрозообентоса чаще всего составляют личинки насекомых, которые, по сравнению с другими гидробионтами, отличаются повышенной чувствительностью к изменениям среды.

Итак, главное преимущество биологических методов оценки контроля окружающей среды – в их высокой надежности и объективности. Ведь состояние как биоты в целом, так и ее отдельных представителей определяется всем состоянием среды и отражает ее результирующие изменения, независимо от того, насколько полно они учтены и изучены исследователем. Однако, отражая общий уровень негативных изменений среды, биологические методы не вскрывают их причин. Поэтому наиболее перспективный путь оценки качества окружающей природной среды – сочетание биологических методов ее контроля с выявлением важнейших факторов, ухудшающих среду. И если при этом удается четко формализовать количественную закономерность между негативным действием группы факторов и биологическими показателями качества среды — значит, наиболее вредные факторы выделены правильно, и эта закономерность может использоваться для регуляции качества водной среды.