Лекция Биологические методы оценки загрязнения вод 1. Понятие о биологическом анализе качества воды, цели и задачи биологического анализа. 2. Учение о сапробных организмах, системы биологической оценки качества воды. 3. Классификация степени загрязненности вод Р. Кольквитца и М. Марссона. 4. Зоны сапробности и их характеристики. 5. Показательные организмы, списки видов показательных организмов. 6. Определение степени сапробности биоценоза.

Сапробность (от греч. saprós 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 – 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.

Полисапробная зона. Характеристика: содержится много не стойких органических веществ и продуктов их анаэробного разложения. Фотосинтеза нет. Дефицит О 2, полностью идет на окисление. В воде – сероводород и метан. На дне много детрита, идут восстановительные процессы; железо в форме FeS. Ил черный с запахом сероводорода. Много сапрофитной микрофлоры, гетеротрофных организмов: нитчатые и серные бактерии, бактериальные зооглеи; простейшие – инфузории, жгутиковые, олигохеты, водоросль Polutoma.

Альфа-мезосапробная: начинается аэробный распад органических веществ, образуется аммиак, СО 2, мало О 2, сероводорода, метана – нет. Железо в форме закиси и окиси. Идут окислительно-восстановительные процессы. Ил серого цвета. Преобладают бактериальные зооглеи, эвглена, хламидомонада, личинки хирономид.

Бета-мезосапробная: произошла минерализация. Увеличивается число сапрофитов. Содержание О 2 колеблется в зависимости от времени суток. Ил желтый, идут окислительные процессы. Много детрита, цветение воды (фитопланктон), диатомовые и зеленые водоросли, роголистник. Много корненожек, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хирономид. Есть ракообразные, рыбы, но численность их невелика.

Олигосапробная: чистые водоемы. Цветения не бывает, содержание 0 2 и С0 2 не колеблется. Детрита мало. Бентос малочисленны. Встречаются водоросли рода Melozira, коловратки, дафнии, личинки веснянок, поденок, моллюски, стерлядь и т.д.

Зона Баланс кислорода и органического вещества Преобладающие виды гидробионтов Олигосапробная зона Практически чистые водоемы: цветения не бывает, содержание кислорода и углекислоты не колеблется. На дне мало детрита, автотрофных организмов и бентосных животных (червей, моллюсков, личинок хирономид). Встречаются водоросли Melosira itallica, Draparnaldia glomerata и Draparnaldia plumosa, коловратка Notholka longispina, ветвистоусые рачки Daphnia longispina и Bythotrephes longimanus, личинки поденок, веснянок, рыбы стерлядь, гольян, форель.

Индекс сапробности указывают с точностью до 0,01. ксеносапробной зоны он находится в пределах 0–0,50 – очень чистые; олигосапробной – 0,51-1,50 – чистые; бета-мезосапробной – 1,51-2,50 – умеренно- загрязненные; альфа-мезосапробной – 2,51-3,50 – тяжело загрязненные; полисапробной – 3,51-4,00 – очень загрязненные.

Значения индекса K: 0, ,08 - чистые воды; 1,08-6,5 – умеренно загрязненные; 6,5-9,0 – загрязненные; 9,0-11- грязные.

Биотический индекс Вудивисса. Оценка состояния рек проводится по 15-балльной шкале. Чтобы оценить состояние водоема по методу Вудивисса, нужно: 1) определить индикаторные группы в исследуемом водоеме; 2) оценить общее разнообразие бентосных организмов. Определить количество «групп» бентосных организмов в пробе (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.

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 (дночерпательные пробы). Значение индекса а равно отношению количества обнаруженных в пробе олигохет (малощетинковых червей) к общему количеству организмов (включая и самих червей) в %.

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, представленных в таблице:

Биоиндикаторы организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Биоиндикация метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов биоиндикаторов. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.

При выборе биоиндикаторов Ю. Одум предлагает учитывать следующие соображения. 1. Стенотопные виды являются лучшими индикаторами, нежели эвритопные. 2. Более крупные виды являются обычно лучшими индикаторами, чем мелкие, так как скорость оборота последних в биоценозах выше и они могут не попасть в пробу в момент исследований. 3. При выделении вида (или группы видов), используемого в качестве индикатора воздействия того или иного фактора, необходимо иметь полевые и экспериментальные сведения о лимитирующих значениях данного фактора с учетом толерантности вида (группы видов). 4. Численное соотношение разных видов (популяций или сообществ) более показательно и является более надежным индикатором, нежели численность одного вида.

Биоиндикационные исследования подразделяются на два уровня: Видовой (включает в себя констатацию присутствия организма, учет частоты его встречаемости, изучение его анатомо- морфологических, физиолого- биохимических свойств. Биоценотический (учитываются различные показатели разнообразия видов, продуктивность данного сообщества).

Виды биоиндикации: Неспецифическая, Специфическая.

Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация (позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции); биоиндикация по аккумуляции (использует свойство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пищевой цепочки, может достигать ПДК).

В соответствии с этими методами различают: 1. Регистрирующие биоиндикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью), изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками.

2. Накапливающие индикаторы концентрируют загрязняющие вещества в своих тканях, определенных органах и частях тела, которые в последующем используются для выяснения степени загрязнения окружающей среды при помощи химического анализа. Примером подобных индикаторов могут служить хитиновые панцири ракообразных и личинок водных насекомых, раковины моллюсков.

Значимость водорослей по Т.Я. Ашихминой Степень загрязнённости водоёма Название водорослей Чистые водоёмыанабена, диатома Умеренно загрязнённые диатома, навикула, кладофора, улотрикс, спирогира, мелозира, сценедесмус, клостериум Относительно чистые водоёмы хламидомонада, навикула, клостериум Сильно загрязнённые хлорелла, эвглена зеленая

Биоиндикация качества воды по животному населению (индекс Майера). Обитатели чистых вод, Х Организмы средней чувствительности, 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 Малощетинковые черви