Биологические методы с использованием индикаторного значения организмов

Следующую группу авторов, использовавших для оценки уровня загрязнения индикаторное значение видов или их сообществ, объединяет лишь отказ от применения системы Кольквитца-Марссона или стремление найти иные показатели качества воды.

Фьердингстад (Fjerdingstad, 1964) в получившей широкую известность работе предложил синэкологическую систему оценки степени загрязнения по бентическим сообществам микроорганизмов (по низшим грибам, бактериям, водорослям и простейшим). Использование видов-индикаторов, отмечает он, неудобно тем, что у видов имеются широкие приспособительные возможности, благодаря чему они встречаются в разных зонах сапробпости. Фьердингстад считает, что поскольку оптимальные условия для вида ограничены небольшим размахом колебаний среды, доминирующие в сообществе, виды, то есть находящиеся в оптимальных условиях, являются лучшими показателями условии в водоёме. По отношению к природным органическим веществам бытовых и промышленных стоков воды, входящие в состав населения изученной реки, разделены им на четыре группы: сапробионтные, сапрофильные, сапроксенные и сапрофобные. В датской реке Молея Фьерлингстад различает 30 сообществ, которые он расположил в систему, состоящую из 9 ступеней и 26 подступеней уровня загрязнения.

Моллер Пилот (1971) применяла систему оценки степени загрязнения, основанную на разделении населения водоёма на 5 групп, названным по наиболее характерным их представителям (группы Eristalis, СЫгопотие, Herudinea, Gammarus, Galopterix). Эти пять групп включают 46 индикаторных единиц, определенных до вида, рода или семейства. Результаты своих исследований она представляет в виде графиков по Пантле и Букку, гистограмм и списков индикаторов загрязнении. Систему Моллер Пиллот применяли в своей работе Кистра и Ниссинк (Kisstra, Nissink, 1972).

Для экспертной оценки сообществ речных и морских гидробионтов могут быть использованы видовая структура, показатели развития организмов и особенности их распределения (Груздева, Залетаев, Грибовская, 1996; Деревенская, Мингазова, 1998; Лугаськов, Ярушина, 1998; Engle, Summers, Gaston, 1994). В частности, на основе результатов дискриминантного анализа данных выделен ряд показателей, характеризующих состав и разнообразие бентосных сообществ Мексиканского залива (Engle, Summers, Gaston, 1994). Отобранные показатели относительного обилия олигохет и двустворчатых моллюсков использованы для расчёта бентического индекса, который применён для выяснения характера распределения интактных и нарушенных сообществ. На основании индекса, отражающего количество таксонов и обилие особей макробеспозвоночных, делается вывод о хорошем качестве воды в бассейне р. Чаттуга (Weber, Isely, 1997). Видовой состав перифитонных сообществ может служить индикатором качества экосистем, выраженного термином «целостность» (Stevenson, 1998). Высокая представительность диатомей свидетельствует о высоком уровне целостности. В то же время увеличение доли зелёных нитчаток или цианобактерий есть показатель его снижения.

В основу экспертной классификации речных экосистем по показателям зообентоса может быть положен интегральный индекс экологического состояния по биологическим показателям (Выхристюк, Зинченко, Шитиков, 2001; Зинченко, Выхристюк, Шитиков, 2000), учитывающий такие гидробиологические параметры как численность и биомасса бентоса; число видов в сообществе; видовое разнообразие, оцениваемое по индексу Шеннона; биотический индекс Вудивисса и олигохстный индекс Пареле. Интегральный индекс (ИБС) рассчитывается по формуле:

где В. — используемые биологические показатели, выраженные в относительных единицах;

N_b — количество отобранных биологических показателей.

На основе ИБС и интегрального индекса экологического состояния по химическим показателям (ИХС) вычисляется обобщенный индекс экологического состояния водотока (ИИЭС), позволяющий выделить три типа экологического состояния: зону экологического бедствия, зону экологического кризиса, зону относительного экологического благополучия. На основе объединения нескольких биотических индикаторов путём оптимального распознавания образов возможно построение так называемого «обобщённого портрета» исследуемого сообщества организмов, то есть уравнения, оптимальным образом разделяющего пространство индикаторных признаков на «нормальную» и «патологическую» части (Шитиков, Зинченко, Головатюк, 2001).

Необходимость интегрального подхода при экспертной оценке состояния водных экосистем признаётся в работах и других авторов (Баканов, 2000; Балушкина, 2001). Предлагаемые интегральные оценки основаны на том, что исходные гидробиологические показатели нормируются в некоторой единой шкале, после чего суммируются. Констатируя, что в настоящее время для мониторинга пресноводных водоёмов по зообентосу применяется свыше 60 методик оценки состояния экосистем, использующих различные индексы или их функциональные комбинации, А. И. Баканов (2000) предложил методику мониторинга пресных водоёмов по важнейшим характеристикам бентосных сообществ с использованием комбинированного индекса загрязнения. Анализ корреляций показал (Балушкина, 2001) положительную связь между интегральным показателем антропогенного воздействия на живые компоненты речной экосистемы (Балушкина, 1997) и большинством измеряемых гидрохимических характеристик воды и донных отложений. На основании значений данного показателя предполагается провести выделение границ классов состояния экосистем.

Следует отметить, что макрофиты играют относительно малую роль в оценках степени загрязнения. Колер с соавторами (Kohler et al., 1971,1973; Haber and Kohler, 1972), работавшие на слабо загрязнённой бытовыми стоками р. Моозах в Германии, показали, что существует связь между видовым составом погружённой высшей водной растительности и содержанием фосфатов, солей аммония и количеством бактерий. Ими выделена группа видов водных растений, показателей высокой степени чистоты воды.

А.В. Фрейндлинг (1997) считает экологические модификации сообщества макрофитов (экологический прогресс, экологический регресс, экологическая модуляция) одним из важнейших критериев при использовании высших растений в системе биомониторинга пресноводных экосистем. На основе многолетних исследований и анализа литературы по водоёмам Карелии автором выделен ряд индикаторных видов, пригодных для указанной классификации.

Общим недостатком систем и способов оценки санитарного состояния водоёмов по индикаторному значению таксонов является то, что в них не учитывается видовое разнообразие обследуемых биоценозов. Кроме того, при оценке степени загрязнения по показательным организмам действие загрязнения затемняется влиянием других факторов среды, что отражается на точности результатов. Применение этих систем биологического анализа часто затруднительно при наличии ядовитых промышленных стоков.

Наиболее широко биомониторинг применяется не только для оценки степени и характера загрязнения поверхностных вод, используемых для питьевого водоснабжения и хозяйственных целей, но и для биотестирования сточных вод разной степени очистки с целью оценки работы очистных сооружений.