БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ВОДНОЙ СРЕДЫ

1. Параметры водной среды.

2. Биотестирование качества вод.

3. Биоиндикационные методы.

- Альгоиндикация;

- Животные-биоиндикаторы качества вод.

4. Интегральная оценка качества природных вод.

Параметры водной среды. Вода является важнейшим возобновляемым природным ресурсом. В результате нарушения природного равновесия вода необратимо меняет свои качества, и в последнее время резко обострилась проблема достаточного количества биологически полноценной воды. В гидробиологической литературе нет единого мнения по поводу формулировки определения «качество поверхностных вод». Еще большие труд­ности вызывает идентификация стрессов экосистем - любые критерии «качества экологического состояния» многие авторы признают относительными и субъективными.

Свойства и состояние природных вод зависят от состава и концентрации содержащихся в ней веществ. Природная вода содержит многочисленные растворенные вещества - соли, кислоты, газы, продукты отходов промышленных предприятий и нерастворимые частицы минерального и органического происхожде­ния. Водоемы, загрязненные органическими стоками, как и организмы, способные в них жить, называют сапробнымы.

Сапробность (от греч. sapros - гнилой) - это комплекс физиологических свойств данного организма, обуславливающий его способность развиваться в воде с тем или иным содержанием органических веществ, с той или иной степенью загрязнения.

Система сапробности в гидроэкологии - это типичное районирование водоемов по соотношению двух конкурирующих абиотических факторов: «концентрации органических веществ естественного (в основном, детритного) характера» и «концентрации растворенного кислорода». Основные признаки такой классификации по 4 классическим зонам сапробности, предложенным Р. Кольквитцем и М. Марссоном, приведены в табл. 4,

Таблица 4

 

 

В одном и том же водоеме могут быть участки (зоны) с разной сапробностью. Чаще всего это является естественным свойством водоема, не связанным с антропогенным воздействием. Например, в прибрежной зоне у топких берегов обычно располагается а-мезосапробная зона - здесь активно идут естествен­ные процессы старения водоема, связанные с его зарастанием. Пробы воды, взятые с наиболее глубоких участков, дают нередко полисапробную картину. Весь же водоем в целом с учетом характеристики разных жизненных форм может быть охарактеризован, как переходный от к а-мезасапробному типу. Для каждой зоны сапробности можно выделить тесно связанное с ней подмножество видов гидробионтов, которые считаются ее индикаторами. Вместе с тем это обстоятельство не является единственным основанием сапробиологической классификации водоемов - гораздо более объективную оценку дают механизмы деструкции органического вещества.Некоторые авторы предлагают использовать в классификационных таблицах две шкалы: сапробности и трофности. Если под сапробностью понимается интенсивность органического распада, то трофность означает интенсивность органического синтеза. В природе оба процесса – органический синтез и распад – существуют параллельно и состоят друг с другом в многократном взаимодействии. Это позволяет говоритъ об аналогии ступеней трофики: «олигосапробность - олиготрофия», «- мезосапробность - мезотрофия», «а-мезасапробность – эвтрофия» и «полисапробность - гипертрофия». В то же время, ряд исследователей подчеркивает неполное совпадение форм трофики и сапробности, особенно в мезосапробных зонах и для непроточных водоемов.

Все системы сапробности учитывают фактически только нетоксичные органические загрязнения, которые влияют на организмы в первую очередь через изменение кислородного режима. Для учета влияния токсических органических и неорганических соединений делаются попытки разработать шкалы токсобности и я объединить их со шкалами сапробности в единую шкалу сапротоксобности.

Биотестирование качества вод. Для оценки качества при- вод пригодны и биоиндикационные методы, и приемы биотестирования. Суть токсикологического контроля качества вод заключается в относительно кратковременном наблюдении за характеристикой тест-организмов, помещенных в исследуемую среду. Биотестирование с применением гидробионтов может быть использовано для оценки токсичности загрязняемых природных вод, контроля токсичности сточных вод, ускоренной оценки экстрактов, смывов и сред с санитарно-гигиеническими целями. В ходе лабораторных токсикологических тестов устанавливаются критерии качества вод, выраженные значениями ПДК, ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ) и др. Для каждого тест-организма устанавливается круг основных тест-параметров, контролируемых в обязательном порядке. При этом для надежного контроля токсичности загрязнителей должно быть использовано несколько тест-объектов.

Токсикологические исследования проводят на зеленых водорослях Scenedesmus quadricauda, Chlorella vulgaris, C. Pyrenoidosa, видах рода Ankistrodesmus и др. Токсичность испытываемых веществ определяют по визуальным показателям (изменение окраски культуры водорослей, лизис клеток), значениям рН культуры, численности клеток, выделению и поглощению кислорода, соотношению живых и мертвых клеток. Для более полной оценки токсичности веществ используют показатели биомассы клеток, содержание хлорофилла и каротиноидов и др. наиболее удобные тест-объекты из макрофитов - элодея (Elodea Canadensis) и рясковые (ряска малая (Lemna minor L.) ряска тройчатая (Lemna trisulcs L.). В острых опытах устанавливают концентрации веществ, вызывающие за 10 дней роста культуры гибель 50% особей. В хронических опытах при разведении исходной острой концентрации контролируют визуальные повреждения (изменение окраски, потеря тургора и др.), выживаемость и прирост основного побега, число боковых отростков и их длину, число и ддину корней. Ряска малая (Lemna minor L) и ряска тройчатая (Lemna trisulcs L.) чувствительны к загрязнению воды при содержании в ней до 10 мкг/мл ионов Ва, Си, Mg. Fe. Co. На каждый загрязнитель у видов рясок проявляется специфическая реакция. На медь (0,1 - 0,25 мг/мл) листецы реагирчтот полным рассоединением из групп и изменением окраски с зеленой на голубую: реакция проявляется через 4 часа после воздействия. Реакция на цинк (0,025 мг/мл) заключается в изменении окраски листеца с насыщенно зеленой до бесцветной, где зелеными остаются только точки роста. Барий (0,1—0,25 мг мл вызывает полное рассоединение листецов, опадание корней и изменение окраски с зеленой на молочно-белую. Кобальт (025-0.0025 чг мл) - полную приостановку роста и потерю окраски. Кроме того. в качестве тест-функции используют изменение количества хлоропластов в эпистрофном положении как чувствительный показатель, свидетельствующий о степени загрязнения системы.

В качестве тестовых организмов могут выступать и простейшие, например, инфузории Paramecium caudatum. Отклик на токсиканты определяют по показателям выживаемости особей и функции их размножения, выражающейся в изменении скорости клеточного деления. ПДК для ракообразных устанавливают на примере представителей отряда Cladocera (Daphnia magna, D. longispina, D. carinata, Ceriodaphnia affinis). В острых опытах степень воздействия той или иной концентрации вещества оценивают по времени гибели 50% популяции. В хроничесских опытах исследуют такие популяинонные характеристики, как выживаемость, рост, плодовитость и качество потомства. Cреди представителей бентоса удобными тест-объектами являются брюхоногие моллюски и личинки xирономид. При токсилогических испытаниях используют также представителей ихтиофауны - мальков и взрослых рыб из семейств лососевых (форель, пелядь), окуневых (судак, окунь), карповых (плотвa, пескарь, верховка, голавль, гольян, лещ, красноперка, карп, карась). Степень отравления определяют по изменению следующих показателей: выживаемость рыб, прирост или снижение биомассы, клиническая картина отравления, характер питания, характер и частота дыха­ния, внешний вид, состояние жаберного аппарата.

Интегрируя предельные концентрации для разных организмов, полученные в лабораторных токсикологических опытах, вычисляют используемые в природоохранных документах ПДК. Существуют нормативы, регламентирующие состав воды отдельно в водоемах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования и в водоемах рыбохозяйственного назначения.

Тем не менее, нельзя согласиться с одним из основополагающих принципов концепции ПДК, указывающим на абсолютную универсальность полученных нормативов, пригодность их для любой природной зоны, любого времени года, любого местообитания. Каждая экосистема обладает эволюционно обусловленным уникальным комплексом связей между отдельными компонентами, специфическим адаптационным потенциалом к возможным опасным воздействиям, выработанной со временем токсикорезистентностью. На водные экосистемы помимо химиче­ского загрязнения оказывают влияние и многие другие антропические факторы нехимической природы, например, тепловое загрязнение, изменение гидрологического режима водоема. Состояние водных экосистем находится в прямой зависимости от состояния площади водосбора, уровня антропической освоенности бассейна, береговых и русловых деформаций и т.п. В результате ПДК часто оказываются завышенными или заниженными. Поэтому ПДК можно использовать как важные ориентиры при планировании деятельности, связанной с возможным загрязнением среды, а биотестирование может служить дополнением, но не альтернативой методам биоиндикации и экологического нормирования в природных экосистемах.

Биоиндикационные методы. Биоиндикация ориентирована на изучение сообществ организмов в природных экосистемах и позволяет оценивать их состояние по целому комплексу биотических показателей. Общие подходы в разработке количественных методов контроля базируются на двух принципах:

- функциональное (балансовое или продукционно-энергетическое) направление, изучающее продукционный метаболизм вещества и энергии в водоемах,

- структурное (популяционное) направление, оценивающее целостность структуры экосистемы и ее отдельных компонентов на всех уровнях.

Каждое направление предусматривает использование специфических показателей и расчетных индексов. Показатели можно разделить на:

1. простые, непосредственно характеризующие какой-либо индивидуальный компонент экосистемы (например, численность, биомасса или число видов в сообществе);

2. комбинированные, отражающие компоненты с разных сторон (например, видовое разнообразие учитывает как число видов, так и распределение их обилия);

3. комплексные, использующие сразу несколько компонентов экосистемы (например, продукция, самоочищающая способность, устойчивость).

Комбинированные и комплексные показатели принято обобщенно называть «индексами», хотя их использование и имеет ряд ограничений. В частности, индексы, основанные на планктонных организмах, из-за короткой продолжительности жизни последних пригодны для оперативной оценки, поскольку могут быстро реа­гировать на поступление в водоем токсичных веществ. Использование бентосных организмов с большей продолжительностью жизни может отражать экологическое состояние за длительный интервал времени, как бы интегрируя условия существования.

В общем основным результатом гидробиологического мониторинга являются три основных показателя:

1. плотность видов S - оценка числа видов (видового разнообразия), характерная для данной точки экосистемы;

2. плотность организмов N - численность особей каждого вида, приходящаяся на единицу размера экосистемы (м3, м2, м);

3. плотность биомассы В - масса особей каждого вида, приходящаяся на пространственную единицу экосистемы.

Рассмотрим некоторые чаще всего используемые методы и рассчитываемые индексы.

Альгоиндикация. Водорослям принадлежит ведущая роль при биоиндикации изменения состояния водных экосистем, так как они быстрее других водных организмов реагируют на загрязнение, являются чувствительными индикаторами тяжелых металлов, органического загрязнения и др.

Для оценки используются водоросли трех экологических групп: фитопланктон, фитобентос и перифитон. Индикаторными показателями являются: видовое разнообразие, обилие отдельных видов, содержание хлорофилла, валовая суточная продукция фитопланктона. Видовой состав перифитонных сообществ может служить индикатором экосистемной «целостности». Высокая представительность диатомеи свидетельствует о высоком уровне целостности. В то же время увеличение доли нитчаток или цианобактерий - показатель его снижения. Видовой состав фитопланктона и численность видов могут служить индикаторами тяжелых металлов, нефтепродуктов и дисперсантов. Довольно чувствительным методом является изучение вариабельности динамики биомассы фитопланктона. Показано, что вариабельность, измеряемая как отношение минимальной биомассы к максимальной за год, возрастает пропорционально увеличению изменчивости температуры в водоеме.

Наибольшей популярностью пользуется метод, основанный на учете относительного обилия видов-индикаторов сапробности (индексы Сладчека, Ватанабе, Пантле и Букка),

Для количественной оценки способности гидробионта обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ Р. Пантле было введено некоторое условное численное значение -индикаторная значимость s (индивидуальный индекс сапробности i-ro вида): Si=l для олигосапробов, 2 - для р-мезосапробов, 3 - для а-мезосапробов, 4 - для полисапробов.

Тогда для каждой гидробиологической пробы по всем видам можно вычислить средневзвешенный индекс сапробности, характеризующий степень загрязнения в точке измерения:

 

где N- число выбранных видов-индикаторов; - относительная численность -го вида.

Для статистической достоверности результатов необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее двенадцати индикаторных организмов с общим числом особей не менее тридцати. В. Сладечек, расширивший систему Кольквитца-Марссона, предложил несколько изменить значение индекса для зон сапробности и принять его значения для наиболее загрязненных (эусапробных) вод от 4,51 до 8,5, а для чистых, ксеносапробных вод от 0 до 0,5.

В полисапробной зоне водоема наблюдается обилие инфузорий и бактерий, видов водорослей немного: это хлорелла, политома и некоторые виды хламидомонад. При этом численность водорослей может быть высокой. В мезосапробной зоне видовое разнообразие водорослей большое. При этом в р-мезосапробной зоне количество видов водорослей больше, чем в а-мезосапробной, но их численность может быть ниже. Наличие а-мезосапробов говорит о существовании очагов загрязнения в относительно чистых водоемах (например, у сбросов очищенных вод городской канализации). Типичные а-мезосапробы - энтороморфа, монорафидиум, стигеоклониум тонкий, осциллятория короткая, осциллятория выдающаяся, нитцшия игловидная, хламидомонас, циклотелла менегини, гониум некторальный, клостериум игольчатый и другие. Бета-мезосапробы - показатели умеренного, можно сказать, фонового загрязнения. В планктоне преобладают многие диатомеи, в составе бентоса и перифитона - кладофора, спирогира, зигнема, микроцистис.

В олигосапробной зоне водоросли разнообразны, но численность их невелика. Олигосапробы встречаются преимущественно в чистых родниках, в мочажинах на верховых болотах, в речных ручейках. Олигосапробные водоросли: микростериас, космариум, синура.

Т. Ватанабе для расчета индекса загрязнения использует соотношение видов диатомей, которые автор считает в разной

мере устойчивыми к загрязнению:

 

где А - число видов, устойчивых к загрязнению, В - безразличных и С - встречающихся только в загрязненных водах.

Описанные индексы имеют множество модификаций. Это связано с тем, что многие виды-индикаторы встречаются в водах двух или даже трех ступеней или зон сапробности. Это вносит явную неопределенность при установлении средней сапробности биоценоза. Чтобы уточнить результаты биологического анализа гидробиологи предложили ввести понятие сапробных валентностей вида, который показывает, в какой мере вид характерен для той или иной ступени сапробности. Методику расчета этих показателей можно найти в специальной гидробиологической литературе.

Животные-биоиндикаторы качества вод. Животные-гидробионты успешно используются в качестве индикаторов самых разнообразных показателей качесша вод. Оценка качества воды по животному населению производится с помощью расчета разнообразных балльных индексов (информационный индекс Шеннона, биотический индекс Вудивисса, сапробиологические показатели, индексы, основанные на учете различных групп гидробионотов (олигохетный индекс Пареле, индекс Гуднайта и Уитлея и др.). Все эти показатели удобно объединить в группы по содержанию.

1. Индексы, использующие абсолютные показатели обилия. Абсолютные показатели обилия отдельных групп организмов могут изменяться при антропогенном воздействии, следовательно, в определенной степени отражать его величину. Например, замечено, что олигохеты, обычно немногочисленные в донных биоценозах, в местах спуска бытовых стоков часто развиваются в огром­ных количествах. Поэтому многими гидробиологами массовое развитие олигохет (во многих случаях без более точного определения) расценивается как показатель загрязнения. С. Райт, Дж. Карр и М. Хилтонен и другие исследователи используют следующие плотности олигохет для оценки уровня загрязнения:

-слабое загрязнение - 100-999 экз./м2;

-среднее загрязнение - 1000-5000 экз./м2;

-тяжелое загрязнение - более 5000 экз./м2»

Р. Уорвик предложил так называемый ЛДС-метод (abundance/biomass comparison), т.е. сравнение изменений чис­ленности и биомассы на графиках кривых К-доминирования. При нормальных условиях обитания кумулята доминирования биомассы идет выше кривой доминирования численности. При умеренном стрессе (независимо от его причины) эти кривые приблизительно совпадают, а при сильном - кривая биомассы идет ниже кривой численности.

2. Индексы, использующие характер питания организмов. Антропогенное воздействие может изменить условия питания в водоеме, что приводит к реорганизации трофической структуры сообщества. Для оценки подобного рода изменений предложены следующие индексы;

- индекс трофических условий Л, Гамильтона и Г. Хэррингтона, рассчитываемый по соотношению в сообществе различных трофических групп;

- индекс И. М. Кабанова, равный отношению продуцентов к консументам, увеличивающийся по мере самоочищения водоема;

- индекс загрязнения i пo И. Габриелю - соотношение числа видов продуцентов (Р - водорослей) к сумме числа видов редуцентов (R - бактерий) и консументов (С - цилиат) и другие.

3. Индексы, использующие соотношение крупных таксонов. Широко известен биотический индекс Ф. Вудивисса, Изучая влияние загрязнения на бентос р. Трент (Англия), Вудивисс обратил внимание на то, что по мере увеличения интенсивности загрязнения вначале из состава донной фауны выпадают наиболее чувствительные группы животных - веснянки, затем поденки, ручейники и т.д. В конце концов, остаются только олигохеты и личинки красного мотыля, исчезающие только при очень сильном загрязнении. На этом основании он разбил возможные степени загрязнения на 10 классов и построил таблицу для определения этих классов по наличию или отсутствию отдельных групп гидробионтов с учетом общего количества таких групп на изучаемом участке (табл. 5).Группы составляют часто встречающиеся и легко определяе­мые виды плоских червей, пиявок, водных клещей, жуков, ракооб­разных, личинок веснянок, поденок, двукрылых, Baetis rodani (по­денка), Chironornus thummi (мотыль). Кроме них в понятие «груп­па» входят ручейники, хирономиды и симулииды, определяемые до семейства, и сетчатокрылые, определяемые до вида. Величина ин­декса зависит от видового разнообразия (числа присутствующих «групп») и состава населения. Большая ценность метода заключа­ется в сравнительной легкости идентификации указанных групп, что может делать и не специалист-систематик.

Таблица 5 Классификация биологических проб по Ф. Вуднвнссу

 

Характеристика	Группы организ­мов	Присутст­вие или от­сутствие вида	Биотический индекс при общем количестве присутствующих «групп»
			0-1	2-5	6-10	11-15	>15
Чистая во­да Часто на­блюдаемая последова­тельность исчезнове­ния орга­низмов из биоценозов по мере увеличения степени загрязнения 1 Грязная вода	Личинки веснянок	Больше одно­го вида
		Только один вид
	Личинки поденок, исключая Baetis rodani	Больше одно­го вида
		Только один вид
	Личинки ручейни­ков и/или Baetis rodani	Больше одно­го вида
		Только один вид
	Гаммарус	Все вышена­званные виды отсутствуют
	Азеллус	Все вышена­званные виды отсутствуют
	Тубифи-циды и/или красные личинки хирономид	Все вышена­званные виды отсутствуют					! 1
	Виды, нетребо­ватель­ные к ки­слороду (Eristalis tenax)	Все вышена­званные виды отсутствуют

К.Г. Гуднайт и Л.С. Уитлей о санитарном состоянии водо­ема предложили судить по соотношению численности олигохет и других обитателей дна (т.е. численности всего бентоса, включая олигохет) - индекс Гуднайта и Уитлея. Ими использовались сле­дующие оценки:

-река в хорошем состоянии - олигохет менее 60% от обще­го числа всех донных организмов,

-в сомнительном состоянии - 60%-80%,

-сильно загрязнена - более 80%.

Индекс увеличения представительности олигохет с ростом уровня загрязнения (олигохетный индекс) рассчитывается как от­ношение численности видов класса Oligochaeta к общей числен­ности зообентоса.

Для оценки состояния зообентоса применяют также индекс Пареле, вычисляемый как отношение семейства тулифицид к об­щей численности олигохет и индекс Балушкиной:

где ат, Ось &о - вспомогательные величины соответственно для подсемейств Tanypodinae, Chironominae и Orthocladiinae (табл. 6).

Таблица 6 Взаимосвязь индекса Балушкиной с классами качества воды

 

Индекс Ба­лушкиной, К	0,136-1,08	1,08-6,50	6,50-9,0	9,00-11,5
Класс каче­ства вод	Чистая	Умеренно загрязненная	Загрязненная	Грязная

Для малых рек с быстрым течением и разнообразной фау-

трубочников

J vобщ

N,

(табл. 7). В ре-

ной используется индекс Пареле: Л =-

ках и водоемах с неблагоприятным кислородным режимом и бед­ным бентосом, представленным в основном олигохетами, исполь­зуется другой индекс Пареле: D2 - —т^убочш^т ^

где N - численность соответствующих групп в пробе; N06ui - суммарная численность всех беспозвоночных.

Таблица 7

Взаимосвязь индекса Пареле с классами качества воды и зонами сапробности

 

Индекс Пареле Dj	0,01-0,16	0,17-0,33	0,34-0,50	0,51-0,67	0,68-0,84
Зона сапробно­сти	Олиго- сапробная	Олиго-Р-мезоспроб-ная	Р-мезоса-пробная	р-о>мезоса-пробная	а-мезоса-пробная

Д.Л. Кинг и Р.С. Болл для оценки санитарного состояния водоема предложили индекс загрязнения бытовыми и промыш­ленными стоками, значение которого уменьшается при загрязне-

нии: ' = -

■, где М - общий вес.

4. Гипотезы, используемые для оценки биоразнообразия. Популяционная и видовая плотность сообществ гидробионтов может меняться во времени в зависимости от изменений факто­ров среды, при антропогенном эвтрофировании и загрязнении водоемов. Сокращается число видов, возрастает доминирование отдельных видов, для которых характерны более короткие жиз­ненные циклы, проявляется раннее наступление половозрелости, увеличение биомассы и продукции. Видовое разнообразие слага­ется из двух компонентов:

-видового богатства, или плотности видов, которое харак­теризуется общим числом имеющихся видов;

-выравненности, основанной на относительном обилии или другом показателе значимости вида и положении его в структуре доминирования.

Р. Маргалеф предложил в качестве меры биоразнообразия индекс видового богатства Маргалефа: d = (s - 1) / In N, где s - число видов, N - число особей.

Наилучший способ представить оба компонента разнообра­зия (т.е. богатство и выравненность) - построить график, где по оси ординат в логарифмическом масштабе отложено число осо­бей, биомасса или иной рассматриваемый показатель, а по оси х - ранжированная последовательность видов от наиболее до наименее обильного. Получившаяся кривая в 1965 г. названа Р. Уиттекером «кривой доминирования-разнообразия», а Э. Пианкой - «кривой значимости видов». Чем выше кривая и чем более она «уплощена», тем больше при данном числе видов их разнообразие.

5. Индексы доминирования, Рассмотрим некоторые ис­пользуемые выражения для индексов, позволяющих выделить виды-доминанты. Например, для природных биоценозов принято использовать индекс доминирования И. Балога:

где Ni - число особей /-го вида, Ns - общее число особей в биоценозе.

Интегральная оценка качества природных вод. В по­следнее время разработана современная экспертная система оце­нок, основанная на методе экологических модификаций. Метод включает следующие градации оценки состояния экосистем: фо­новое, антропогенного экологического напряжения, антропоген­ного экологического регресса и антропогенного метаболического регресса. При фоновом состоянии возможны перестройки биоце­ноза, не ведущие к усложнению или упрощению его структуры, т.е. не меняющие общего уровня организации входящих в него сообществ. Состояние экологического напряжения выражается в увеличении разнообразия биоценоза (увеличении общего числа видов, уменьшении энтропии, усложнении межвидовых взаимо­действий, увеличении пространственно-временной гетерогенно­сти, усложнении пищевой цепи). Состояние экологического рег­ресса характеризуется уменьшением разнообразия и пространс-венно-временной гетерогенности, увеличением энтропии, упро­щением межвидовых взаимодействий, трофических цепей. Со­стояние метаболического регресса соответствует снижению ак­тивности биоценоза по сумме всех процессов образования и раз­рушения органического вещества фитопланктона, перифитона, бактерий и консументов. Применение метода основано на опре­делении изменений интенсивности общего метаболизма биоцено­за (продукционные характеристики фитопланктона, отношение и деструкции продукции фитопланктона, характер вертикального распределения хлорофилла и др.).

Другим методом экспертной классификации водных экоси­стем является индекс биологического состояния, интегрирующий основные биотические индексы и параметры гидробионтов: чис­ленность и биомасса бентоса, число видов в сообществе, видовое разнообразие, биотический индекс Вудивисса, олигохетный ин­декс Пареле и гидробиологические параметры (табл. 8, 9).

Интегральный индекс (ИБС) рассчитывается по формуле:

где В; - используемые биологические показатели, выраженные в относительных единицах; Nb -количество отобранных биологи­ческих показателей.

Таблица 8

Классификация качества воды водоемов и водотоков по гидробиологическим показателям

 

 

Степень загряз­ненности воды	По фито-, зоопланк­тону, пе-рифитону	По зообентосу	По бактериопланкгону
Индекс сапроб-ности по Пантле и Буку, баллы	Отноше­ние об­щей чис­ленности олигохет к общей числен­ности донных организ­мов, %	Биоти­ческий индекс поВу-дивис-су. бал­лы	Общее коли­чество бакте­рий, 106 кл/мл	Коли­чество сапро­фитных бакте­рий, 103 кл/мл	Отноше­ние об­щего ко­личества бактерий к количе­ству са­профит­ных бак­терий
Очень чистые	Менее 1,0	1-20		Менее 0,5	Менее 0,5	Более 103
Чистые	1,0-1,5	21-35	7-9	0,5-1,0	0,5-5,0	Более \03
Умерен­но за-грязнен-ные	1,51-2,5	36-50	5-6	1,1-3,0	5,1-10,0	102-103
Загряз­ненные	2,51-3,5	51-65		3,1-5,0	10,1-50,0	Менее 102
Грязные	3,51-4,0	66-85	2-3	5,1- 10,0	50,1- 100,0	Менее 102
Очень грязные	Более 4,0	86-100 или мак­робентос отсутст­вует	0-1	Более 10,0	Более 100,0	Менее 102

На основе ИБС и интегрального индекса экологического состояния по химическим показателям (ИХС) вычисляется обоб­щенный индекс экологического состояния водотока (РШЭС), с помощью которого выделяют три типа экологического состоя­ния: зону экологического бедствия, зону экологического кризиса и зону относительного экологического благополучия.

ИИЭС дает возможность оценить суммарный эффект воз­действия зафязнения на сообщества гидробионтов и на экоси­стему в целом. Основной подход к построению индекса заключа­ется в следующем:

-выделяется некоторое множество измеряемых или рас­считываемых показателей гидрохимического и биологического мониторинга;

-каждый показатель делится на диапазоны (с использова­нием статистических методов или экспертных оценок);

-каждому выделенному диапазону ставится в соответствие оценка в баллах;

-для каждого тестируемого объекта (например, участка ре­ки) индекс определяется как усредненная сумма всех показателей в баллах.

ИИЭС учитывает химическую и биологическую состав­ляющие качества пресноводной экосистемы, выраженные в отно­сительных единицах (баллах), и рассчитывается как

где Bi - используемые биологические показатели; Hj - исполь­зуемые гидрохимические показатели; Nh и Nb - количество пока­зателей каждого класса, включенных в расчет.

Таблица 9

Основные характеристики воды и биоты по классам качества воды

 

Класс качества воды	I	II	Ш	IV	V
Индекс сапробно-сти по Сладчеку	0,-0,5	0,5-1	1-1,5	1,5-2,5	2,5-3,5	3,5-4
Зона самоочищения воды	ксено-сапроб-ная	Р-олиго-са-проб-ная	а-оли-госап-роб-ная	В-мезо- са-проб-ная	а-мезоса-пробная	поли-са-проб-ная
Индекс сапробно-сти по Ватанабе	85-100	70-85	50-70	30-50	15-30	0-15
Индекс Шеннона, область изменения	0-4	1-4,5	0-5	О-5	1,5-4,5	0-4
Индекс Шеннона max	3-4	Ф-4,5	4,5-5	4,5-5	4-4,5	2-4
Индекс Шеннона min	0-1,5	1-2	0-2	0-2	1,5-2	0,15
Прозрачность по диску Секки (про­точные водоемы)		0,3-0,7	0,5- 0,7	0,3-0,5	01,-0,3	0,05-0,1
Прозрачность по диску Секки (не­проточные водо­емы)						0,5

Окончание табл. 9

Хлорофилл «а», мкг/л (непроточные воды)
Валовая суточная продукция фито­планктона, г О2/м2	0-1,5	1,5-3	3-4,5	4,5-7,5	7,5-10,5	10,5-120
Биомасса фито­планктона, мг/л	0-0,1	0,1-0,5	0,5-1	1-5	5-50	50-100

Были экспертно оценены числовые диапазоны ИИЭС, со­ответствующие каждой из зон, определенной нормативными до­кументами^

Категория водоема	Диапазон индекса ИИЭС
Зона экологического бедствия	<2
Зона экологического кризиса	2-3
Зона относительного экологического благополучия	>3

Креме приведенных используются и другие интегральные индексы, сущность которых сводится к обобщенной экспертной оценке состояния разных типов водоемов.

Вопросы для самоконтроля

1. Приведите классификацию водоемов по степени загрязнен-
ности их органическими веществами?

2. Какие приемы биотестирования используются для оценки
качества природных вод?

Какие виды организмов целесообразно использовать в качестве тест-
объектов?

Почему ни один из показателей (индексов) качества природных вод не
является универсальным?

Какие методы биоидикационных исследований используются для
оценки степени загрязненности водной среды?

Какие градации оценки включает метод экологических модификаций?

Объясните сущность интегральных индексов оценки качества природ­
ных вод?

ЛЕКЦИЯ?

БИОИНДИКАЦИЯ В ЛЕСНОМ И СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Биоиндикация антропогенно измененных природных
комплексов местообитаний.

Биоиндикация массового появления вредителей.

Биоиндикация антропогенно измененных природных комплексов местообитаний, Растительные сообщества в силу конкуренции представляют собой сочетания видов, очень быстро и очень чутко реагирующие на изменения факторов окружающей среды. Любое такое изменение приводит к тому, что виды, особо чувствительные к нему, задерживают или ускоряют свое развитие. Нарушается конкурентное равновесие - меняется видовой состав. Если же действующие на сообщество факторы остаются неизмен­ными в течение ряда лет и лишь незначительно колеблются вокруг средних значений, видовой состав фитоценоза также остается прежним. Участие видов с одинаковыми экологическими требова­ниями может лишь слегка отклоняться от среднего, характерного для данных условий произрастания, которые в результате поддают­ся количественной оценке для каждой группировки растений на ос­нове доли входящих в нее отдельных эколого-ценотических видо­вых групп. Учеными для всех сосудистых растений Средней Евро­пы рассчитаны экологические индексы в отношении света, темпе­ратуры, континентальности, влажности, реакции почвы, содержа­ния азота и засоления, определяемые по 9-ступенчатой шкале. Для каждого описания растительности Средней Европы можно опреде­лить средние индексы перечисленных факторов местообитаний.

Антропогенные изменения естественных факторов место­обитаний относительно быстро проявляются в изменении состава растительных сообществ с точки зрения входящих в них эколого-ценотических групп, т.е. увеличения доли одних групп и сниже­ния доли других (табл. 10). Например, мелиоративные мероприя­тия приводят либо к осушению, либо, в случае подъема фунто­вых вод, к увлажнению местообитаний. Это проявляется как на полях, так и на лугах, пастбищах, в лесах или лесопосадках, в по­явлении индикаторов либо сухости, либо влажности. При этом индикаторные виды не обязательно относятся к экологическим группам влаголюбивых или засухоустойчивых организмов, но вследствие конкуренции с другими видами они предпочитают э