Метод Чертопруда

Индекс сапробности водоёма по методу Чертопруда вычисляется по формуле:

,

где S – сапробность каждого найденного в пробе таксона. Сапробность каждого таксона показывает в водах какой степени загрязненности этот вид обычно встречается.
I – идикаторный вес. Индикаторный вес показывает, насколько узок диапазон загрязнения, характерного для местообитаний данного организма. Чем он больше, тем чувствительнее организм, как индикатор (от 1 до 4).

Список литературы

• 1. Хейсин Е.М.. Определитель пресноводной фауны М.: Учпедгиз, 1951
• 2. Чертопруд М.В., Чертопруд Е.С.. Краткий определитель беспозвоночных пресных вод центра европейской России. М.: МаксПресс, 2003
• 3. Экологический Центр Экосистема. Официальный сайт. www.ecosystema.ru
• 4. База данных «Bioword». Режим доступа: www.bioword.narod.ru

К системе Сладечека, в силу того, что некоторые выделенные им зоны "не поддаются биологической характеристике", наблюдается весьма критическое отношение (особенно в немецкоязычных странах): “Самым решительным возражением против номенклатуры, представленной Сладечеком, является то, что она представляет систему, которая является биологической только потому, что включает ступени "старой" системы сапробности Кольквитца и Марссона” [Кaspers, 1977^М]. На наш взгляд, это отношение – не более чем проявление "терминологической войны", вызванной большим понятийным люфтом слова “сапробность”, не вполне осторожно использованного В. Сладечеком в своей, в целом достаточно полной и убедительной, хотя и не во всем аккуратной классификации.

В.И. Жадиным [1964] было предложено экспериментально обосновать и параллельно использовать сразу три шкалы индикаторных организмов: “Если для сапробных организмов, характерна реакция на гниющие органические вещества, то появление в воде токсических веществ (минеральных или органических ингредиентов) создает обстановку отравления организмов, не имеющую себе аналогов при органических источниках загрязнения... Поэтому необходимо принять и теоретически обосновать три шкалы степеней загрязнения и соответственно три шкалы показателей загрязнения: 1) шкалу сапробности (по Р. Кольквитцу и М. Марссону), 2) токсобности... и 3) сапротоксобности... Под токсобностью, – указывал далее Жадин, – мы понимаем свойство организмов существовать в водах, содержащих то или иное количество токсических веществ минеральной или органической природы, и способных использовать часть этих веществ себе в пищу или сорбировать на своей поверхности или внутри тела. В зависимости от степени загрязнения водоема токсичными веществами можно различать зоны токсобности: политоксобную, мезотоксобную и олиготоксобную, заселяемые организмами, выносящими соответственно сильную, среднюю и слабую степени токсического загрязнения водоема... В основу деления организмов по степени токсобности должны быть положены экспериментальные и полевые исследования в области водной токсикологии ” (подчеркнуто нами).

Наиболее широко в России применяется система сапротоксобности, разработанная для водоемов и водотоков Кольского Севера В.А. Яковлевым [1984, 1988, 1998]. Она учитывает характер загрязнений, вносимых разнопрофильными (в первую очередь, горнодобывающими) предприятиями региона. Составлен список видов-индикаторов сапротоксобности и отдельно список видов-индикаторов закисления водоемов [Яковлев, 1984,1988]. Индикаторное значение видов устанавливалось, с одной стороны, на основе индикации сапробности (т.е. органического загрязнения), с другой стороны – на высокой чувствительности отдельных видов животных к различного рода токсическим веществам. Предложенные методы рекомендованы и нашли свое широкое применение на водоемах Северо-Запада России как самостоятельно, так и в составе интегрального показателя Е.В. Балушкиной [1997]. Р. Кольквитц и М. Марссон были не только пионерами в создании системы показательных организмов для оценки степени сапробности вод, но и дали списки видов-индикаторов, характерных для каждой из зон [Kolkwitz, Marsson, 1908^М, 1909^М]. В дальнейшем, в течении всего ХХ-го века, накапливалась библиография, расширяющая и уточняющая таблицы видовых коэффициентов сапробности.

Г.И. Долгов и Я.Я. Никитинский [1926^М,1927], обобщив опыт отечественных и зарубежных исследователей, внесли некоторые изменения в списки Кольквитца–Марссона. Эти списки в сокращенном виде приводят также В.И. Жадин и А.Г. Родина [1950^М]. Х. Либман [Liebmann, 1951^М, 1962^М] провёл ревизию системы Кольквитца–Марссона и опубликовал перечень показательных видов с описанием экологических условий, в которых эти виды встречаются.

В имеющейся библиографии видное место занимает основополагающая работа В. Сладечека [1973], содержащая наиболее полный список, включающий около 2000 видов и обобщивший результаты исследований С. Обра [Obr, 1956^М], Х. Диттмара [Dittmar, 1959^М], М. Зелинки, П. Марвана и Ф. Кубичека [Zelinka et al., 1959^М; Zelinka, Marvan, 1961^М; Zelinka, Sladecek, 1964^М], А. Сладечковой [Sladeckova, Sladecek, 1966^М], А.Н. Смирновой [1965^М], Г. Бикка и С. Кунце [Bick, Kunze, 1971^М] и других исследователей. Варианты списков видов-индикаторов даны в сборниках, изданных в ГДР и СЭВ [Ausgewalte, 1972^М; Унифицированные методы.., 1977], указателе А.В. Макрушина [1974] и др. Дополнения и видоизменения систем индикаторов сапробности вод предлагаются в работах Л.А. Кутиковой [1976], В.Н. Никулиной [1976], Т.В. Хлебович [1976], Н.П. Финогеновой [1976], А.Г. Охапкина и Г.В. Кузьмина [1978], Е.В. Пастуховой [1978], П.А. Цимдиня [1979], И.К. Тодераша [1984], Е.В. Балушкиной [1987].

Результаты биологического анализа, представленные в форме списков индикаторов, всегда, в большем или меньшем количестве, содержат виды, относимые к разным зонам сапробности, что осложняет однозначную оценку качества вод. Для преодоления этого затруднения предложены методы, позволяющие оценить среднюю сапробность биоценоза и облегчающие понимание результатов биологического анализа.

Индекс сапробности по Р. Пантле и Г. Букку [Pantle, Buck, 1955^М; Pantle, 1956^М].

Для количественной оценки способности гидробионта обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ было введено некоторое условное численное значение – индикаторная значимость s_i (иной термин – индивидуальный индекс сапробности i -го вида). Выражаясь менее образно, Р. Пантле и Г. Букк, основываясь на обширных к тому времени списках показательных видов по сапробности, предложили заменить греческий термин на соответствующее число: s_i = {1 для олигосапробов, 2 для b –мезосапробов, 3 дляa -мезосапробов, 4 для полисапробов}.

Модификация расчета индекса сапробности М. Зелинкой и П. Марваном

Многие виды-индикаторы встречаются в водах двух или даже трех ступеней или зон сапробности, что является причиной неопределенности при установлении средней сапробности биоценоза. Чтобы уточнить результаты биологического анализа, М. Зелинка и П. Марван [Zelinka, Marvan, 1961^М, 1966^М] ввели понятие вектора сапробных валентностей вида, который показывает, в какой мере вид характерен для той или иной ступени сапробности. Сапробные валентности теоретически совпадают с оценками распределения вероятности встречаемости вида в каждом из индицируемых классов и выражаются одной или несколькими цифрами, сумма которых для вида равна 10. Например, вид Baёtis gemellus (см. табл. 4.5) характерен для двух ступеней сапробности, но в большей степени для ксеносапробной ступени. Сапробные валентности обосновываются авторами на основании многолетней регистрации сборов, сравнения их с химическими анализами и с литературными данными, хотя конкретный математический алгоритм их расчета не был нами установлен (по-видимому, он носит субъективный характер).

Чтобы подчеркнуть роль (дискриминирующую важность) отдельных видов при оценке степени загрязнения, Зелинка и Марван вводят шкалу индикаторного веса J, который оценивается для каждого вида в баллах от 1 до 5. Индикаторные веса J_i предлагается вычислять, ориентируясь на характер распределения сапробных валентностей по классам. Например, индикаторный вес J = 5 присваивается хорошим индикаторам, если все 10 баллов сапробной валентности распределены в одной зоне сапробности. Если валентности равномерно распределяются по классам, то такие виды считаются индифферентными или плохими индикаторами и получают небольшой балл.

Пусть к = {1,2,…, n } – множество классов сапробности, i = {1,2,…, m } – множество индикаторных видов. Если для каждого вида определены значения коэффициентов a_ik (сапробные валентности), J_i (индикаторные веса), а для произвольной гидробиологической пробы измерены значения количества видов h_i, то можно предположить, что средневзвешенная сапробная валентность сообщества A_k, рассчитанная как

(4.15)

является эффективной и несмещенной оценкой принадлежности пробы к k -му классу (см. табл. 4.5).

Извлечение из описка индикаторов сапробности М. Зелинка и П. Марвана (закрашено) и пример расчета средневзвешенных сапробных валентностей

 

Модификация индекса сапробности по Дж. Ротшейну

Дж. Ротшейн [Rotschein, 1959^М], предложил формулу, отличающуюся от механизма расчета средневзвешенной сапробности по Р. Пантле и Г. Букку, тремя следующими особенностями:

• при расчетеслагаемыхиндекса учитываются сапробные валентности и индикаторныйвеспоказательных организмов по М. Зелинке и П. Марвану;
• рассчитываются средневзвешенные валентности S Р_i = S a_ikh_iJ_i для отдельных ступеней сапробности и в формулу Пантле–Букка подставляются не все виды показательных организмов, а только те, которые относятся к ступени с наибольшей S Р_i и к двум соседним к ней

S = (S₁ S Р₁ + S₂ S Р₂ + S₃ S Р₃) / (S Р₁ + _S Р₂ + S Р₃), (4.17)

где S Р₂ является наивысшей из частных сумм S Р_i;

• нормировка и оценка индексов идет (по непонятным мотивам) не в диапазоне от 1 до 4, а от 10 до 90.

В этой модификации индекса сапробности прослеживается вполне здравая идея, которая в математической статистике трактуется как “отбраковка выбросов”, позволяющая не учитывать при оценке некого глобального среднего очевидные артефакты, порожденные случайностью.

Индекс сапроботоксобности по В.А. Яковлеву [1984,1988]

Этот индекс математически ничем не отличается от средневзвешенного индекса сапробности по Пантле–Букку:

S_t = (S s_tin_i)/ S n_i, (4.18)

где n_i – количество особей i -го индикаторного вида, s_ti – индекс сапроботоксобности вида, равный 1.0 – 1.5 в олигосапротоксобной зоне, 1.5 – 2.5 в b -мезосапротоксобной зоне, 2.5 – 3.5 в a - мезо-сапротоксобной зоне и 3.5 – 4 – в полисапротоксобной зоне.

Принципиальные отличия концепции сапроботоксобности лишь в том, какой набор гидрохимических показателей является основанием для деления водоемов на четыре класса: по В.А.Яковлеву следует учитывать не только БПК₅ и содержание кислорода, но и широкий набор неорганических поллютантов.

Модификация индекса сапробности по М.В. Чертопруду [2002]

Автор для предварительной классификации водоемов вообще отказался от каких-либо гидрохимических показателей и использовал такой естественный и доступный параметр антропогенной нагрузки, как плотность населения в бассейне водотока. При населенности водосбора до 10 чел/м² считалось, что водоем относится к ксеносапробной зоне, от 10 до 30 – к олиго-, от 30 до 50 – к b -мезо-, от 50 до 200 – к a -мезо- и свыше200 чел/км² – к полисапробной зоне.

Поскольку М.В. Чертопруд счел, что определение организмов до вида слишком трудоемко и часто малоэффективно для решения проблем биоиндикации вод, он использует для своей системы таксоны показательных организмов рангом выше видового (преимущественно на уровне семейств и, как минимум, родов; в частности, в качестве индикаторов им были выбраны 44 таксона зообентоса – сообщества насекомых, моллюсков, пиявок, ракообразных, олигохет и т.д.) Используя данные биомониторинга на 245 малых реках центра Европейской России, для каждого из выделенных таксонов определены сапробность s_i и мера разброса по шкале загрязненности (индикаторный вес J_i в четырех балльной шкале). Формула для определения индекса сапробности i -го таксона имела вид:

(4.19)

где S_k – коэффициент сапробности k -го класса загрязненности водотока, V_ik – встречаемость i -го таксона в этом классе загрязненности.

Наконец, вместо показателя обилия h_i в формулу Пантле–Букка М.В. Чертопруд включил индикаторный вес таксона J_i:

(4.20)

где s_i – сапробность каждого найденного в пробе индикаторного организма (от 0 до 4). Предложенная модификация метода, по свидетельству автора, оказалась более адекватной на располагаемой обучающей выборке, чем выполненные параллельно расчеты с использованием "классических" индексов сапробности Пантле-Букка в модификации Сладечека.