Биологические показатели качества воды

Биологические методы оценки качества воды и грунтов разделяются на бактериологические и биологические.

Бактериологические исследования, с санитарно-гигиенической точки зрения, ведутся в двух направлениях: определение числа микроорганизмов в единице объёма (обычно в I мл поды или в I г грунта) для установления чистоты воды и определение их родов и видов для выявления её заражённости патогенными микроорганизмами в целях предотвращения эпидемий.

Из рыбохозяйственных позиций представляет больший интерес выявление не патогенных микроорганизмов, а микроорганизмов, разрушающих поступающие в водоёмы загрязнения и участвующих в круговороте веществ (азота, углерода, фосфора, серы). Состав и количество микрофлоры в воде (грунтах) водоемов является показателем её качества. Микрофлора может быть автохтонной, то есть присущей данному водоёму, и аллохтонной, поступившей извне, например, со сточными водами и другими загрязнениями.

Общее количество микроорганизмов в воде разных придонных водоёмов и их участков по прямому счёту подвержено большим колебаниям, особенно по сезонам года: наименьшее количество их бывает зимой, наибольшее — в тёплые периоды года. Это объясняется тем, что интенсивность обмена у большинства бактерий повышается в пределах температур 20−25°С. Развитие бактерий находится также в прямой зависимости от наличия в водоёме усвояемого ил*и органического вещества и в обратной зависимости от развития в воде зоопланктона и зообентоса, для которых они являются пищей. Косвенное влияние на численность микроорганизмов оказывает фитопланктон, усваивающий органическое вещество, в результате чего задерживается развитие бактерий. Влияние света на численность бактерий и их распределение в толще воды незначительно. Общая численность бактерий в воде водоёмов достигает сотен тысяч в 1 мл воды и миллионов в 1 г сырого грунта.

В олиготрофных озёрах насчитывается около 150 тысяч бактерий в 1 мл воды, в мезотрофных — от 0,5 до 1,5 млн, в эвтрофных — в среднем от 2 до 4 млн, в дистрофных — от 1,0 до 2,3 млн в 1 мл. В ряде случаев количество бактерий может быть значительно большим, например, в удобряемых водоёмах.

Санитарно-биологическая оценка воды производится обычно не по общему содержанию бактерий, а по содержанию в ней гетеротрофных микроорганизмов — разрушителей органического вещества (в основном сапрофитов) и бактерий группы кишечной палочки (с входящими в неё подгруппами Bacteriumparacoli и Bacterium aerogenes) — показателей фекального загрязнения водоёмов, и наличия в воде патогенных микроорганизмов.

В чистых водоёмах в 1 мл воды находится 100−200 гетеротрофных микроорганизмов, реже несколько десятков. Чем больше бактерий, тем сильнее органическое загрязнение водоёма. При сопоставлении общего количества бактерий или сапрофитных бактерии в пробах, отобранных на разных участках водоема в разное время, можно выявить степень их загрязнения. Таким путём можно установить и степень очистки сточных вод.

В качестве показателей санитарной оценки степени загрязнения воды или грунта приняты титр кишечной палочки (коли-титр) — наименьшее количество воды в миллилитрах или грунта в граммах, в котором обнаружена одна кишечная палочка, и индекс кишечной палочки (коли-индекс) — количество особей кишечной палочки, находящихся в определённом объёме жидкости (1 л) или навеске (1 кг) твёрдого тела. Чем больше загрязнение воды (грунта), тем меньше коли-титр и тем выше коли-индекс. Для пересчёта коли-индекса на коли-титр следует 1000 разделить на численное значение колииндекса, а для пересчёта коли-титра на коли-индекс надо 1000 разделять на численное значение коли-титра.

Физико-химические и бактериологические показатели качества воды характеризуют её только в момент отбора проб на том участке, где эти пробы были отобраны. Биологические показатели качества воды, полученные на основе исследования распределения постоянно обитающих в ней организмов, дают более широкое представление о её качестве, причём не только на момент проведения исследований. При биологических исследованиях изучают не только воду, но и весь водоём в целом, его население, грунты, ход биохимических процессов и другие факторы, влияющие на условия обитания водных организмов. Природные водоёмы населены организмами, различно реагирующими на изменение среды их обитания. Одни из них более, другие менее чувствительны к неблагоприятным воздействиям. Поэтому под влиянием происходящих изменений в водоёме (и в частности загрязнений) одни организмы погибают, другие, наоборрг, в новых условиях начинают усиленно развиваться.

Краткая характеристика населения рыбохозяйственных водоёмов различных типов. Большинство классов и подклассов животных и растений, населяющих земной шар, обитает в воде. Каждый вид их может существовать только в определённых условиях среды и тесно связан с определённым местом обитания — биотопом. В водоёмах имеется два основных биотопа: толща воды — пелагиаль и дно — бенталь. Основными группами населения пелагиали являются планктон (совокупность растений и животных — фитопланктон и зоопланктон, парящих в толще воды), нейстон (организмы, связанные с поверхностной пленкой) и нектон (крупные животные — теплокровные, некоторые моллюски, рыбы). В бентали обитают донные организмы (бентос), разделяющиеся в зависимости от образа жизни на 6 группировок: прикреплённые, сверлящие, закапывающиеся, лежащие на поверхности дна, передвигающиеся по дну, нектобентические, способные отрываться от дна и некоторое время плавать в толще воды.

В разных типах водоёмов обитают разные виды растений и животных.

Планктон рек состоит в основном из бактерий, диатомовых водорослей и коловраток. Синезелёные водоросли, ветвистоусые и веслоногие рачки представлены слабее. Распределение его в воде равномерно, но к устью он становится обычно богаче в видовом отношении. В водоёмах с гуминовыми водами планктона меньше, особенно в реках, вытекающих из болот и имеющих малую протяжённость. Весной и летом количество планктона возрастает, осенью снижается, зимой он почти отсутствует.

Зообентос рек состоит главным образом из олигохет, личинок насекомых, двустворчатых и брюхоногих моллюсков и высших раков. Фитобентос развит только в реках с прозрачной водой. На участках с быстрым течением преобладают организмы каменистого (литореофильного) или песчаного (псаммореофильного) биоценозов, в затишных местах и у берегов — организмы пслорсофильного биоценоза (биоценоза илов). Обычно пелореофильные организмы крупнее, чем псаммореофильные. Биомасса последних, как правило, невелика, хотя численность может быть высокой и они более разнообразны в видовом отношении. Во время паводков бентос может сноситься течением вместе с грунтами. После паводка он восстанавливается и максимума развития достигает в предпаводковый период.

Нектон в текучих водоёмах в основном представлен рыбами (местными проходными, полупроходными), в меньшей степени высшими раками, млекопитающими и пресмыкающимися.

В озёрах планктон богаче, чем в реках. Представлен он в основном коловратками, веслоногими и вствистоусыми рачками, причём последние преобладают в холодных озёрах. Распределяется планктон главным образом в верхних слоях озера, в центре (профундаль) его меньше, у берегов, в мелководной части (литораль) больше как по биомассе, так и по видовому составу.

Бентос наиболее развит в литорали озёр, слабее в сублиторали (переходная область между литоралью и профундалью) и ещё меньше бентосных организмов в профундали. Фитобентос дальше глубин 4−5 м не распространяется, только в озёрах с прозрачной водой он встречается и на больших глубинах. В мелководной литоральной зоне у берегов развиваются надводные растения — камыши, тростник, стрелолист, рогоз, ежеголовник и др. Ниже обитают растения с плавающими листьями (кувшинки, кубышки, рдесты, земноводная гречиха и др.), а затем погружённые растения, водоросли, мхи.

В зообентосе озёр наиболее развиты два биоценоза: пелопсаммофильный (организмы ила и песка) и фитофильный (организмы, населяющие растения). Организмы, обитающие на грунте (эпифауна), представлены слабее, чем организмы, живущие в грунтах (инфауна). Последние в илу закапываются глубоко (30−40 см), причём в жёстких грунтах незначительно. На зарослях живут питающиеся ими организмы — моллюски, черви, личинки насекомых. На камнях, покрытых водорослями, обитают личинки хирономид, ручейников, веснянки, поденки, моллюски, гидры, пиявки, веслоногие рачки и др. Песчаная литораль менее заселена. Здесь встречаются кольчатые и круглые черви, олигохеты, иногда личинки комаров, стрекозы, ручейники, моллюски. Прибойные участки менее заселены, чем неприбойные. На последних происходит заиление и число организмов и их биомасса увеличиваются. В больших количествах здесь встречаются хирономиды, олигохеты, моллюски, поденки и другие животные.

В профундали грунты единообразны — в основном илы, поэтому отсутствует и разнообразие организмов бентоса, биомасса их тоже невелика. Бентос здесь в основном представлен хирономидами, олигохетами, моллюсками.

Нектон озёр состоит исключительно из рыб: озёрно-речных, проходных и местных, которые более сосредоточены в литоральной зоне, где лучшие условия для питания. Некоторые рыбы откладывают в этой зоне икру на растения, другие — на дно озера, подбирая соответствующий грунт, определённый для каждого вида рыб.

В водохранилищах в первый период их формирования состав флоры и фауны близок к тому, какой имелся в водоёме, на котором образовалось водохранилище. В дальнейшем идёт постепенное разрушение ранее существовавших биоценозов (реофильные, фитофильные и др.), население водохранилища приспосабливается к новым экологическим условиям и происходит изменение видового состава флоры и фауны. По количественному развитию и видовому составу население водохранилищ характеризуется наличием организмов текучих и стоячих водоёмов. На речных участках водохранилищ развиваются речные формы организмов, на плесах и в приплотинном участке — озёрные. На средних участках встречаются те и другие формы. В одних случаях состав организмов ближе к озёрным, в других — к речным.

Планктон распределяется в водохранилищах неравномерно. Фитопланктон представлен в основном диатомовыми (преобладают в холодный период) и синезелёными водорослями (преобладают в тёплый период), может наблюдаться цветение. Распределение фитопланктона зависит от мутности воды. Поэтому на речных участках его меньше, чем на плесах. Беден он и в приплотинном участке, так как из-за падения скорости течения здесь выпадают на дно отмершие планктонные организмы и верхние слои воды, где идет фотосинтез, лишаются биогенов. Зоопланктон представлен главным образом коловратками, ветвистоусыми и веслоногими рачками. Первые преобладают на речных участках, ракообразные — в нижних плесовых участках водохранилищ. Выше расположенные участки более богаты зоопланктоном, чем ниже расположенные и приплотинный участок. В южных водохранилищах распространён моллюск дрейсена, летом преобладают его личинки (велигер). Во время волнений в составе планктона имеются донные организмы, особенно мелкие личинки хирономид, вымываемые из грунтов. В водохранилищах с мутной водой планктона очень мало и встречается он главным образом в приплотинных участках.

Зообентос водохранилищ богаче речного, и, в отличие от последнего, содержит больше личинок насекомых, особенно хирономид. Основными представителями его, кроме личинок комаров, являются олигохеты, моллюски, а в южных водохранилищах — бокоплавы, мизиды, дрейсены, в среднеазиатских встречаются губки Spongilla carteri. Наибольшее число видов животных живёт на растительности, меньше — на дне. В водохранилищах, построенных на мутных реках, где выпадают на дно осадки, зообентос отсутствует или очень беден. Фитобентос состоит в основном из прибрежных зарослей (осоки, рогоз, камыш, тростник, кувшинка, кубышка).

Нектон водохранилищ представлен в основном туводными рыбами с преобладанием озёрных (лимнофильных). Если у водохранилища нет естественного или искусственного соединения с рекой, то проходные рыбы в нём не встречаются. Отсутствуют в водохранилищах рыбы, нерестящиеся на каменисто-галечном грунте (голавль, елец, жерех, подуст, стерлядь). Хорошие условия для обитания и развития находят рыбы, размножающиеся в стоячих или слабо текучих водоёмах: лещ, плотва, окунь, щука и другие лимнофилы. Быстро размножаются в водохранилищах и малоценные рыбы — плотва, окунь, густера.