Файл: Характеристика степеней гемеробности.doc

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		7	8	9	10
		Только один вид		6	7	8	9
	Личинки поденок, исключая Baetis rodani	Больше одно­го вида		6	7	8	9
		Только один вид		5	6	7	8
	Личинки ручейни­ков и/или Baetis rodani	Больше одно­го вида		5	6	7	8
		Только один вид	4	4	5	6	7
	Гаммарус	Все вышена­званные виды отсутствуют	3	4	5	6	7
	Азеллус	Все вышена­званные виды отсутствуют	2	3	4	5	6
	Тубифи-циды и/или красные личинки хирономид	Все вышена­званные виды отсутствуют	1	2	3	4	! 1
	Виды, нетребо­ватель­ные к ки­слороду (Eristalis tenax)	Все вышена­званные виды отсутствуют	0	1	2

---