| Аннотация |
Цель работы: изучение индикаторной значимости гидробиоценозов, закономерностей формирования и особенностей динамики водных экосистем под воздействием природных и антропогенных факторов для создания научно-методических основ экологического мониторинга и рационального использования водных и биологических ресурсов рек, озер и водохранилищ Сибири.
Актуальность проблемы, предлагаемой к решению
Разработка механизмов рационального управления водными объектами невозможна без адекватной оценки их экологического состояния и прогноза изменения этого состояния при изменении масштабов и видов антропогенного воздействия в условиях меняющегося климата. В этой связи экологический мониторинг является неотъемлемым звеном в системе инженерно-экологического обеспечения техносферной безопасности.
Под мониторингом водных объектов понимают систему наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния водных объектов в целях: своевременного выявления и прогнозирование негативного воздействия вод, а также развития негативных процессов, влияющих на качество воды в водных объектах и их состояние, разработки и реализации мер по предотвращению негативных последствий этих процессов; оценки эффективности осуществляемых мероприятий по охране водных объектов; информационного обеспечения управления в области использования и охраны водных объектов, в том числе в целях государственного надзора в области использования и охраны водных объектов [Постановление Правительства РФ от 10 апреля 2007 г. N 219].
Применяемые в настоящее время методы физического и химического анализа не могут дать полной оценки воздействия человека на окружающую среду. Во-первых – эти методы отражают ситуацию непосредственно в период взятия проб, биологический же метод позволяет обнаружить воздействия на водоем, в предшествующие времени анализа. Во-вторых – невозможно определять все известные и неизвестные виды загрязнителей воды, биологические объекты реагируют на все виды загрязнений независимо от их природы и дают интегральный показатель качества воды как среды обитания [Макрушин, 1974; Agrawal, Gopal, 2013].
Под биологическими методами при экологическом мониторинге поверхностных вод в узком смысле понимают гидробиологические методы оценки качества воды по состоянию водных сообществ, популяций и организмов [Xu et al., 1999; Попченко и др., 2015]. Организмы являют собой разные по чувствительности живые сенсоры [Шеховцова, 2000]. В зависимости от целей исследования для биологического анализа могут использоваться разные группы гидробионтов [Вшивкова и др., 2019].
Традиционно методы биологического анализа разделяют на биотестирование – проведение контролируемых экспериментов в камеральных условиях и биоиндикацию – анализ и интерпретация натурных данных. В основе гидробиологического мониторинга лежат биоиндикационные исследования с целью наблюдения, оценки и прогноза состояния водных экосистем [Абакумов, Бубнова, 1979; Мисейко и др., 2001].
Биоиндикационные методы на основе структуры сообществ гидробионтов различных трофических уровней дают интегральную оценку результатов всех природных и антропогенных процессов, протекавших в водном объекте. Наиболее адекватно состояние водной системы можно оценить по составу сообществ водных организмов (Баринова, 1998a; Рысин, 1995). Кроме того, биоиндикация – относительно дешевый экспресс-метод, в то время как химические анализы дорогостоящи. Обилие видов живых существ, населяющих водоем, сложность их взаимодействия, как между собой, так и с окружающей средой, послужили причиной создания различных методов оценки состояния природных вод. Большинство этих методов основано на оценке совокупности показателей: числа видов, численности и биомассы популяций, населяющих водоем [Шитиков и др., 2003; Abbasi, Abbasi, 2012].
Некоторые из предложенных биоиндикационных метрик и индексов нашли широкое применение в природоохранных ведомствах ряда стран. В России оценке состояния биогидроценозов уделяется чрезвычайно мало внимания. Росгидрометом принята классификация качества воды водоемов и водотоков по гидробиологическим показателям (по характеристикам бактерио-, фито- и зоопланктона, перифитона, зообентоса, макрофитов), которая включает индекс сапробности по Пантле и Букк (в модификации Сладечека), отношение общей численности олигохет к общей численности донных организмов (%), биотический индекс по Вудивиссу (TBI) и основные микробиологические показатели. Отдельные показатели бактерио-, фито- и зоопланктона, зообентоса, ихтиофауны включены в утвержденные «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия» [1992].
Фитопланктон может служить для индикации трофности водоема, так как существует прямая зависимость между продуктивностью фитопланктона и содержанием фосфора. Зоопланктон отличается оперативностью реагирования на изменения условий окружающей среды, что позволяет использовать его в качестве чувствительного индикатора быстро происходящих изменений экологических условий [Ермолаева и др., 2019]. Зообентос и зооперифитон отличаются стабильной локализацией на определенных местах обитания в течение длительного времени, поэтому они является удобными объектом для наблюдений за антропогенной сукцессией и процессами самоочищения водных экосистем. В состав зообентоса входят наиболее долгоживущие (если не считать рыб) группы гидробионтов – моллюски и олигохеты, составляющие большую долю биомассы зообентоса на многих водоемах и водотоках. Поэтому являются хорошими индикаторами хронического загрязнения и устойчивости экосистемы. Зообентос является основой систем биомониторинга поверхностных вод стран ЕС и США, именно по его составу и структуре предложено наибольшее количество методов биоиндикации [Безматерных и др., 2019]. Макрофиты, по сравнению с другими гидробионтами, являются более консервативными показателями качества вод, они обладают большей устойчивостью к кратковременному загрязнению и способны интегрировать колебания загрязнения во времени. Кроме того, многие из них являются неспецифическими концентраторами элементов. Поэтому макрофиты являются хорошим объектом для многолетнего мониторинга.
В настоящее время системы мониторинга поверхностных вод как в США, так и в странах Евросоюза (ЕС) претерпели существенные изменения, что проявляется в переходе от чисто химических показателей к комплексной оценке состояния водных экосистем, включая обязательное использование методов биоиндикации [Семенченко, Разлуцкий, 2010]. Биологический анализ – это оценка состояния водных объектов, позволяющая использовать биологические свойства и другие прямые определения характеристик биоты. Основной причиной перехода на биологический контроль является тот факт, что сообщества водных организмов отражают совокупное воздействие факторов среды на качество поверхностных вод. В принятой в 2000 г. Европейской Рамочной Водной Директиве (Water Frame Directive – WFD) указывается, что оценка экологического качества воды должна основываться на совокупных гидроморфологических, гидрохимических и гидробиологических данных.
После принятия WFD понятие «биоиндикация» приобрело несколько иной смысл. Это относится не к идеологии биологического контроля как такового, а к методам определения экологического качества вод, которые в странах ЕС должны основываться на системе эталонных створов и показателей. Активно ведутся разработки новых подходов в биоиндикации с использованием современных молекулярно-генетических методик: метагеномный анализ и метабаркодинг [Семенов, 2019; Weigand et al., 2019].
Одним из основных механизмов устойчивости водных экосистем и формирования качества поверхностных вод является самоочищение водных объектов. Самоочищение вод – совокупность природных процессов, направленных на восстановление экологического благополучия водного объекта [ГОСТ 27065-86]. Факторы самоочищения, показатели его интенсивности и эффективности делятся на три группы: физические, химические и биологические. Например, по условиям самоочищения за счет разбавляющей способности, интенсивности трансформации загрязняющих веществ, по температуре и цветности воды, уровню развития планктона и бентоса, а также по содержанию растворенного кислорода, биогенных и органических веществ р. Обь в период открытой воды на всем протяжении течения характеризуется высокими потенциалом и интенсивностью самоочищения вследствие воздействия физических, химических и биологических факторов. Снижение интенсивности самоочищения наблюдается в подледный период, особенно в условиях поступления с заболоченного водосбора на участке Средней Оби вод, обогащенных органическими веществами, что определяет дефицит кислорода и значительные изменения экосистемы реки [Кириллов и др., 2010].
|
