| Дальше
|
Назад
|
Начало
|
Конец
|
Список
|
4.5. Оценка качества экосистемы по соотношению количества видов, устойчивых и неустойчивых к загрязнению
Соотношение количества видов, по-разному относящихся к загрязнению, неоднократно использовалось в качестве показателя качества воды. При усилении загрязнения, как правило, уменьшается обилие стенобионтных и олигосапробных видов животных, в результате чего возрастает относительная доля эврибионтных и сапробионтных видов. О.М. Кожова [1986] разделила виды гидробионтов на четыре группы: 1 – чувствительные и устойчивые, 2 – чувствительные и неустойчивые, 3 – нечувствительные и неустойчивые, 4 – нечувствительные и устойчивые. Группа 1 – лучшие индикаторы загрязнения; при усилении загрязнения виды группы 2 обычно мигрируют (при наличии соответствующей способности), а группы 3 – погибают. При дальнейшем загрязнении начинают доминировать представители группы 4.
Для оценки изменения биоразнообразия под влиянием загрязнений Дж. Кернсом с соавт.[Cairns еt al., 1968Б
, 1971М] предложен простой индекс последовательного сравнения (SCI). Для его расчета не нужно определять организмы до вида, а достаточно лишь улавливать их различие по форме, окраске и величине.К. Вуртц [Wurts, 1955М], работавший на реках в шт. Филадельфия (США), предложил систему оценки степени загрязнения, основанную на разделении организмов на четыре группы: В – зарывающиеся, S – прикрепленные к субстрату, F – медленно плавающие, кормящиеся у дна и Р – активно плаващие, пелагические. Результаты обследования каждой станции изображаются в виде гистограммы из 8 колонок. Вверх от основной линии откладывается процент видов, не устойчивых к загрязнению, ниже – процент устойчивых от общего числа найденных на станции видов. На чистых станциях обычно наблюдается следующее соотношение групп по Вуртцу: В – 5%, S – 40%, F – 45% и P – 10%, причем, доля устойчивых видов должна быть менее 50%. Истолкование результативных гистограмм, когда указанные Вуртцем процентные соотношения не соблюдаются, очень субъективно.
Т. Ватанабе [Watanabe, 1962М] для расчёта индекса загрязнения использует соотношение видов диатомей, которые автор считает в разной мере устойчивыми к загрязнению:
Нам представляется целесообразным отнести к этой группе критериев и так называемые биотические
индексы, предложенные В. Бекком [V. Beck], Т. Биком [T. Beak], Ф. Вудивиссом [F.Woodiwiss], Т. Грэхемом [T. Graham] и Р. Патрик [R. Patrick], хотя А.В. Макрушин [1974] полагает, что они являются соединением двух других систем оценок: по показательным организмам и по видовому разнообразию.Оценка степени загрязнения с использованием биотических индексов зависит от числа встреченных на станции видов. При этом организмы, неустойчивые к загрязнению, влияют на итоговую оценку сильнее, чем устойчивые виды. В связи с этим, окончательный результат зависит от видового разнообразия и от того, какие виды это разнообразие создают.
Первым из широко применяемых систем оценки загрязнения пресных вод по биотическим индексам был метод В. Бекка [Beck, 1955МБ], который выделил 39 видов многоклеточных беcпозвоночных, являющихся индикаторами загрязнения, и все организмы разделил на две группы:
Им предложена формула для нахождения биотического индекса, характеризующего степень загрязнения водоема органическим веществом (индекс Бекка
):I = 2(n
видов 1 группы) + (n видов 2 группы).При сильном загрязнении, когда индикаторных организмов на станции не обнаружено, индекс равен нулю, а при среднем загрязнении – варьирует от 1 до 6. В чистой реке с однообразными условиями и медленным течением индекс может принимать значение от 4 до 9, достигая своего максимального значения в наиболее чистых водах – 40.
Увеличение числа групп привело Т. Бика [
Beak, 1959Б, 1964Б] к разработке двух индексов – озерного и речного. При этом гидрофауна делится на три группы:Незагрязненная станция должна иметь полный набор представителей трех групп, обычных для данного типа местообитания, и оценивается суммой трех баллов 1 + 2 + 3 = 6. По мере развития загрязнения происходит исчезновение отдельных видов, при этом сумма оценочных балов снижается, достигая в минимуме 0.
Наиболее известен индекс р. Трент (и расширенный индекс р. Трент), в отечественной литературе чаще называемый индексом Ф. Вудивисса
[Woodiwiss, 1964Б, Вудивисс, 1977]. 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.Под термином “группа”, используемом в табл. 4.6, подразумевается результат, к которому приходят при определении систематического положения водных организмов без рассмотрения деталей стоения. Группы составляют следующие организмы: часто встречающиеся и легко определяемые виды плоских червей, пиявок, водных клещей, жуков, ракообразных, личинок веснянок, подёнок, двукрылых, Baetis rodani (подёнка), Chironornus thummi (мотыль). Кроме них в понятие “группа” входят ручейники, хирономиды и симулииды, определяемые до семейства, и сетчатокрылые, определяемые до вида. Как и в системах Б. Бекка и Т. Бика, здесь величина индекса зависит от видового разнообразия (числа присутствующих "групп") и состава населения. Например, если на станции обнаружено 2-5 "групп", но среди них есть личинки веснянок, то индекс равен 6-7. Если при таком же количестве "групп" население ограничено тубифицидами и хирономидами, то индекс Вудивисса равен 2. Большая ценность метода заключается в сравнительной легкости идентификации указанных групп, что может делать и не специалист-систематик.
Таблица 4.6
Классификация биологических проб по Ф. Вудивиссу [1964М
]|
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 ¯ 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 |
|
|
Тубифициды и/или красные личинки хирономид |
Все вышеназванные виды отсутствуют |
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
Виды, нетребовательные к кислороду ( Eristalis tenax) |
Все вышеназванные виды отсутствуют |
0 |
1 |
2 |
|||
Многие исследователи, такие как Г. Хаукс [Hawkes, 19
64М], Ч. Уилбер [1969М], Г.Г. Винберг [1979б], сравнивая разные системы мониторинга по зообентосу, пришли к выводу, что метод Ф. Вудивисса заслуживает большего внимания, чем остальные, и считают его "классическим". Но опыт применения его в нашей стране и за рубежом показал, что, будучи разработан для малых рек Англии, он применим далеко не ко всем типам водоемов; в частности, он дает неудовлетворительные результаты на крупных равнинных водохранилищах. По мнению Е.В. Балушкиной [1987], “к недостаткам метода можно отнести недостаточную корреляцию группы с численностью входящих в нее животных, вследствие чего завышается значение очень малочисленных групп”. К сходному мнению на основе анализа большого экспериментального материала приходит и М.В. Чертопруд [2002].В.А. Яковлев [1988] для оценки загрязнений водоемов Кольского полуострова предложил свою модификацию табл. 4.6, включив туда такие признанные биоиндикаторы, как мелкие личинки хирономид (Orthocladiinae и Tanytarsini) и некоторые другие таксоны. Наши исследования, проведенные на малых реках Самарской области, свидетельствуют о целесообразности включения в состав "групп" моллюсков (
Dreissena polymorpha) и Pisidium inflatum.Сделано много и других более или менее успешных попыток модифицировать биотический индекс применительно к конкретным водоемам разных стран [Andersen et al., 1984Б
; De Pauw, Vanhooren, 1984Б; Lang et al., 1984Б ; Булгаков, 1989; Barton, Metcalfe-Smith, 1992Б]. В вариантах этого индекса по Т. Грэхему [Graham, 1965М] и по Дж. Чандлеру [Chandler, 1970М] предусматриваются элементы стандартизации процедуры сбора материала, отсутствие которой было одним из недостатков метода Вудивисса.Ж. Верньо и Г. Тюфери [Verneaux, Tuffery, 1967М] при инспектировании рек Франции использовали модификацию биотического индекса, основанного на видовом составе макрозобентоса, в котором выделили семь характерных для разных степеней загрязнения "систематических групп", или таксонов. Список принятых систематических единиц зависел от физико-географических особенностей водоема (рыбохозяйственная категория реки, ее ширина, экологическая зона, высота над уровнем моря, геология водосбора и т.д.). Биотический индекс J рассчитывался раздельно для участков с высокой (Jl) и малой скоростью (Jc) течения. Оценка степени загрязнения проводилась как по натуральному значению индекса J, так и с учетом разности D J = (Jl - Jc).
К этой группе методов можно отнести значительно реже используемые "биотические баллы" (или "биотические очки") Дж. Чандлера [Chandler, 1970МБ], "осредненные биотические баллы" [Balloch et al.,1974Б], методику П.М. Хаттера [Chutter, 1
972Б], систему баллов Департамента окружающей среды Великобритании [Хокс c соавт., 1981Б] и ряд сходных разработок других исследователей [Тарасов, 1993; Armitage et al., 1983Б; Hilsenhoff, 1977Б; Perret, 1975Б].Расчет величин девяти биотических индексов, полученных на одном и том же полевом материале, показал наличие между ними достоверной сильной положительной корреляции, равной 0,76-0,99 [Rico et al., 1992Б
].По мнению В. Сладечека [Sladeček, 1973], биотические индексы оценки загрязнения по Вудивиссу и другим авторам не вносят ничего принципиально нового в биологический анализ качества вод по сравнений с системой Кольквитца–Марссона и ее модификациями. С этим мнением Сладечека можно согласиться, так как в биотических системах для оценки степени загрязнения видовое разнообразие используется в крайне усеченном виде. В частности, метод М. Зелинки и П.Марвана использует для расчетов все биоразнообразие организмов, определенных до уровня видов, в то время как биотические индексы оперируют с более крупными таксономическими группами.
Р. Патрик [Patrick, 1949М
, 1950М, Patriсk, Stawbridge, 1963М], долгое время детально изучавшая фауну и флору ряда рек США, считает, что оценка качества воды должна быть основана на детальном изучении видового состава всех 7 выделенных ею групп водных организмов:Ею применяется градация качества вод по 4 степеням загрязнения, или нарушения "биодинамического баланса", причем оценка делается на основе сравнения двух распределений общего числа видов по выделенным группам организмов: тестируемая гистограмма сравнивается с некоторым "эталоном", за который принято аналогичное распределение на 9 незагрязненных станциях по результатам ее собственных наблюдений. К сожалению, вместо того, чтобы использовать традиционные статистические критерии сравнения распределений двух выборок (например, l -критерий Колмогорова-Смирнова), Патрик приводит путанный и не всегда однозначный "алгоритм" оценки, типа “Загрязненные станции – на которых виды 6 и 7 групп либо отсутствуют, а количество видов 1 и 2 групп – 50% или больше, либо виды 6 и 7 групп присутствуют, но в количестве менее 50%, а количество видов 1 и 2 групп может быть 100% или больше”.
Если оценивать исследования Р. Патрик и ее сотрудников с точки зрения применимости метода оценки уровня загрязнения широким кругом практических работников, то, вероятно, можно согласиться с достаточно многочисленной критикой в ее адрес. Однако общие концепции по выяснению закономерностей, которые определяют реакцию водных экосистем на загрязнения, глубину, тщательность и детальность этих исследований вряд ли можно переоценить.
В.Н. Максимов [1980] предложил использовать для оценки качества вод метод "функции желательности" [Адлер с соавт., 1976]. Для этого сопоставляются частотные распределения рангов [Левич, 1980] численностей индикаторного вида на "чистых" и "грязных" участках водоема. По каждому виду характерным ранговым диапазонам на наиболее чистых участках приписывается некоторое число ("частная желательность") от 0.8 до 1, а на самых грязных – от 0 до 0.2. Затем для каждого пункта наблюдений по известному обилию обитающих на нем видов гидробионтов может быть рассчитана обобщенная функция желательности, равная средней геометрической из частных желательностей. Эта функция будет характеризовать положение данного пункта среди всех прочих изученных пунктов. Описанный подход с успехом применила также Г.В. Голубева [1985] на малых реках Ярославской области.
| Дальше
|
Назад
|
Начало
|
Конец
|
Список
|