Романенко Основы гидроэкологии. Р69 Основы гидроэкологии Учебн для студентов высших учебных заведений. К генеза, 2004. 664 с 1
 Скачать 7.62 Mb.
|
i\В распределении и накоплении радионуклидов значительную роль играют донные отложения. Их накопительная способность зависит от физико-химических свойств отложений, степени заи- ленности, окислительно-восстановительных условий и заселения бентосными организмами. Особенно высокой способностью накапливать радионуклиды отличаются глина и ил. Донные отложения являются основным депо для радионуклидов цезия и малорастворимых форм других радионуклидов. На участках впадения рек в водохранилище, с увеличением глубины, происходит интенсивное осаждение взвешенных частиц, с которыми на дно и попадают радионуклиды. Из общего количества радионуклидов, содержащихся в определенной водной экосистеме, на гидробионтов приходится незначительная часть. Однако гидробионты выполняют важную роль в трансформации форм радионуклидов, их миграции по трофическим цепям, ведущим к человеку. Моллюски в водоеме-охладителе Чернобыльской АЭС за сутки профильтровывают более 6 % объема воды, содержащейся в водоеме. За год через фильтрационный аппарат моллюсков проходит объем воды, враз превышающий объем водной массы во- доема-охладителя. В процессе фильтрации воды моллюски трансформируют соединения радионуклидов, изменяют их растворимость и, осаждая радионуклиды в составе псевдофекалий на дно, выводят их из интенсивного круговорота. Некоторые гидробионты в процессе развития накапливают в твердых тканях кальций и его радиоактивные аналоги. Так, преимущественное накопление кальция в раковинах моллюсков сопровождается повышением концентрации Существует и обратная зависимость между содержанием вводной среде биологически доступных химических элементов и накоплением радио- нуклидов-аналогов в организмах растений и животных. Переход с низших трофических уровней на более высокие определяет биогенную миграцию радионуклидов. Распределение радионуклидов вводных экосистемах в значительной степени определяется особенностями их абиотических и биотических компонентов. Даже сравнительно близко расположенные водоемы могут существенно отличаться по морфометрии, гидрологическим характеристикам, типу донных отложений, интенсивности водообмена и химическому составу воды. К тому же видовой и количественный состава также физиологическое состояние гидробионтов и их сообществ изменяются на протяжении вегетационного периода и по годам. Для оценки содержания и распределения радионуклидов вводной экосистеме Агре и Корогодиным введено понятие фактора радиоемкости водоема [1]: F Kh(H + 445 где F — доля радионуклидов, аккумулированных донными отложениями К — коэффициент накопления радионуклидов грунтом толщина сорбирующего слоя грунта Н — средняя глубина водоема. По отношению к радионуклидным и химическим загрязнителям водной среды Поликарпов и В.Н. Егоров [81] предложили использовать радиоэкологической емкости как суммы потоков самоочищения вследствие биологических процессов, протекающих в экосистеме на биоценотическом уровне. ДМ. Гродзин- ский [33, 34] под радионуклидной емкостью экосистемы понимает уровень нагрузки радионуклидами, при котором она теряет свою устойчивость вследствие радиационного поражения. Установление величины запасов радионуклидов вводной экосистеме в целом или в ее отдельных компонентах не может дать прямого ответа на вопрос, в какой степени исчерпана ее радиоэкологическая емкость. Основанием для ответа может быть лишь реакция гидробионтов на дозовые нагрузки, степень нарушений в биосистемах на разных уровнях организации, которые свидетельствуют обут- рате равновесия в функционировании водных экосистем. Накопление радионуклидов в организме гидробионтов Накопление и выведение радионуклидов из организма гидробионтов регулируются процессами их жизнедеятельности. Основной путь включения радионуклидов в животные организмы трофический. Большое значение в накоплении радионуклидов имеет также сорбция из водной среды, наиболее характерная для покровных тканей. При снижении содержания радионуклидов вводе и продуцентах уменьшается уровень их накопления ив консументах. Отмирание старых особей с высоким содержанием радионуклидов и появление молодых особей вводной среде с более низкими их концентрациями обусловливают снижение количества радионуклидов в организмах последующих поколений. Содержание радионуклидов в организмах гидробионтов, особенно рыб, является одним из важнейших показателей радиоэко- логической ситуации вводной экосистеме. На примере экосистемы водоема-охладителя Чернобыльской АЭС можно составить представление о накоплении радионуклидов в организмах гидробионтов разных трофических уровней. Гидробионты способны накапливать практически все растворенные вводе радионуклиды. Так, на протяжении первых двух месяцев после аварии в составе водорослей различных систематических групп, развивающихся в водоеме-охладителе, регистрировались Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы и другие радионуклиды. В августе г. суммарная активность радионуклидов в массе водорослей достигала Бк/кг, а в августе г. снизилась до Бк/кг сырой массы. Довольно интенсивно накапливают радионуклиды бентосные организмы, в частности моллюски. Осенью 1986 г. активность радионуклидов в организмах моллюсков достигала Бк/кг, а через год снизилась до Бк/кг. Анализ распределения в организмах разных видов рыб свидетельствует о преимущественном накоплении этого радионуклида в мышцах [53]. Причем в мышцах хищных рыб (судак, щука) содержание враз превысило его содержание у растительноядных толстолобов белого и пестрого. Накопление и неравномерность распределения радионуклидов в организмах имеет важное радиобиологическое значение. Так, микроскопление урана провоцирует локальное и продолжительное ионизирующее облучение и токсическое действие на гидробионтов. Мощность дозы облучения в местах локализации микроскоплений урана в тысячи - десятки тысяч раз превышает мощность дозы при его равномерном распределении. В доаварийный периоду представителей ихтиофауны водое- ма-охладителя ЧАЭС постоянно регистрировались и некоторые другие радионуклиды. Если содержание естественного в мышцах рыб колебалось в пределах Бк/кг, то содержался в значительно меньших количествах Бк/кг. Впервые дни после аварии радионуклид- ное загрязнение рыб, преимущественно за счет короткоживущих радионуклидов, увеличилось в раз. Почти через год в формировании радионуклидного загрязнения рыб ведущую роль начали выполнять радионуклиды цезия, особенно Несмотря на значительное снижение радионук- лидного загрязнения ихтиофауны за послеаварийный период, летом г. содержание в мышцах разных видов рыб в основном продолжало сохраняться на достаточно высоком уровне и находилось в пределах 2-20 кБк/кг. Высокое содержание в организме рыб является отражением той сложной радиоэкологи- ческой ситуации, которая продолжает сохраняться в экосистеме водоема-охладителя Чернобыльской АЭС. Особенности питания мирных и хищных видов рыб определяют отличия накопления радионуклидов в их организме. В 1986 г. среди рыб водоема-охладителя Чернобыльской АЭС самым высоким содержанием радионуклидов отличались планктофаги (толсто- лоб, бентофаги (густера и карась, а также рыбы со смешанным типом питания (сом. Почти через году хищных видов рыб - жереха, окуня, судака и щуки - повысилось содержание радионуклидов цезия, в то время как у мирных рыб содержание этого радио Основы гидроэкологии нуклида снизилось. Если принять содержание в мышцах верховодки за единицу, то по относительному содержанию этого ра- дионуклида в 1988 г. разные виды рыб можно расположить в следующий ряд плотва (1,2) бычок (2,0) лещ (2,0) карп (2,0) густера (2,7) толстолоб (2,8) карась (3,3) синец (сом (6,8) щука (7,1) жерех (8,7) судак (9,7) окунь (Итак, содержание у хищных видов рыб враз превышало содержание этого радионуклида у мирных видов. Рыбы являются продуктом питания людей и вместе с водой составляют основные пути транспорта радионуклидов отводной экосистемы к организму человека. Поэтому накопление радионуклидов в организме рыб имеет особое значение и должно находиться под постоянным радиогигиеническим контролем. В 1997 г. Министерством здравоохранения и Национальной комиссией по радиационной защите населения Украины были утверждены государственные гигиенические нормативы допустимых уровней содержания радионуклидов в питьевой воде — — 2 Бк/дм 3 ; в рыбе и рыбных продуктах — — 150 Бк/кг. Следует отметить, что по состоянию наг. в организме хищных видов рыб Киевского водохранилища содержание значительно превышало допустимый уровень. Так, среднегодовое содержание в расчете на сырую массу мышц составляет у окуня 213 Бк/кг, щуки - 152 Бк/кг (при колебаниях от 95 до 218 Бк/кг), а наименьшим среди хищных рыб оно было у судака — 85 Бк/кг. У мирных видов рыб максимальный уровень зарегистрирован у леща Бк/кг), ау мелкого карася он не превышал 30 Бк/кг На протяжении года содержание радионуклидов в организме рыб изменяется. Максимальный уровень приходится на весенний период, что связано со смывом радионуклидов весенними паводковыми водами с водосборной площади и с более интенсивным обменом веществу рыб в связи с повышением температуры воды [59]. 23.8. Влияние радионуклидного загрязнения на гидробионтов Следствием действия ионизирующего излучения на гидробионтов является радиационная стимуляция, нарушение различных физиологических и биохимических процессов, разнообразнейшие аномалии роста и развития, морфологические изменения отдельных органов и организма в целом, наследственные изменения, сокращение продолжительности жизни и, наконец, гибель. Изменения в биосистемах под влиянием ионизирующего излучения получили название радиобиологических эффектов Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы Гидробионты имеют очень ограниченные возможности компенсаторных приспособлений к ионизирующему излучению. Отсутствие рецепторов, которые бы сигнализировали о действии ионизирующего излучения, не дает возможности даже подвижным организмам мигрировать в более безопасные биотопы. Реакция биологических многоуровневых структур на действие облучения наступает с разной степенью запаздывания. Если на атомно-моле- кулярном уровне время проявления действия радиации составляет иногда от 10 16 до 1 сек, тона ценотическом уровне последствия лучевого поражения проявятся лишь через годы, десятилетия, а возможно и через столетие. Время проявления и степень нарушений у гидробионтов зависят от дозы облучения и радиочувствительности отдельных тканей, органов и организма в целом, атак- же от комплекса модифицирующих факторов, всегда действующих в естественных условиях. При совместном воздействии радионуклидного и химического загрязнения возможно как усиление, таки ослабление эффектов повреждения, определяемое активностью и продолжительностью действия факторов. Проблема радиочувствительности гидробионтов разных трофических уровней и эволюционного развития, а также различной радиочувствительности тканей одного организма на разных стадиях развития относится к наиболее актуальным проблемам радиоэкологии природных Радиочувствительность характеризует скорость и степень реагирования организма на действие ионизирующего излучения. Радиочувствительность выражается в единицах поглощенной энергии, способной вызвать проявление реакции у определенной части популяции исследуемых гидробионтов. Для определения радиочувствительности гидробионтов используются такие реакции, как угнетение синтеза ДНК, образование хромосомных аберраций (изменение линейного строения хромосом), угнетение роста и развития, рефлекторная деятельность организма, нарушение репродуктивных процессов, отмирание клеток и гибель организмов. Определение относительной радиочувствительности наиболее удобно осуществлять на основании сравнения величин дозы радиации, вызывающей гибель определенной части (например, 50 % исследуемой популяции. Радиочувствительные организмы быстрее реагируют на меньшие дозы ионизирующего излучения по сравнению с малочувствительными. Гидробионты отличаются большой вариабельностью радиочувствительности. Так, у некоторых видов синезеленых водорослей составляет около 000 Гр, тогда как для рыб этот показатель находится в пределах Гр Основы гидроэкологии Гидробионты Бактерии Простейшие Водоросли Покрытосеменные Кишечнополостные Черви Членистоногие Насекомые Рыбы Гр 000 45-3500 300-17 000 10-1500 40-300 500-1600 10-1200 280-2000 120-200 Радиочувствительность организмов одного итого же видана разных этапах индивидуального развития также сильно изменяется. У гидробионтов чувствительность к ионизирующему излучению увеличивается от низших форм к более высокоорганизованными уменьшается от ранних стадий развития к более поздним. По радиочувствительности гидробионтов можно расположить в следующий ряд рыбы > ракообразные > моллюски > водоросли > бактерии. Для радиочувствительных организмов характерны активная жизнедеятельность и высокий уровень энергетического обмена. Гидробионты, которым свойственна частая смена поколений, более лабильны и на повышение действия ионизирующего излучения быстрее отвечают мутациями и изменением численности. Ра- диоустойчивые особи отличаются состоянием физиологического покоя, низким уровнем метаболизма, наличием стадий, приспособленных к неблагоприятным условиям (спор, цист, диапауз). Загрязнение природных вод естественными и искусственными радионуклидами сопровождается возрастанием у гидробионтов мощности поглощенной дозы в довольно широком диапазоне. Исследования свидетельствуют о высокой радиорезистентности бактериального населения водных объектов. Так, концентрация вводе около Бк/дм 3 не оказывала заметного влияния на развитие нитрифицирующих бактерий и кишечной палочки. И лишь при концентрации (3,7-7,4) Бк/дм 3 , которая создавала мощность дозы облучения около 120 Гр/сут, проявлялось бактерицидное действие радионуклидов. Вводе системы охлаждения атомного реактора в Лос-Аламосе (США) были выявлены бактерии рода размножающиеся при мощности дозы облучения около 300 000 Гр/сут. Приведенные примеры касаются организмов с особенно высокой радиорезистентностью, чего нельзя сказать о других обитателях гидробиоценозов. На проявление радиобиологических эффектов могут влиять такие абиотические факторы, как фотоокисление, температура, рН, соленость и окислительно-восстановительные условия водной среды. Влияние указанных физико-химических факторов да Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы леко неоднозначно могут усиливаться или угнетаться радиобиологические эффекты, в значительной степени зависящие, с одной стороны, от дозы облучения, ас другой — от биологических особенностей организмов. Непредусмотренных модификаций радиобиологических эффектов следует ожидать при совместном радио- нуклидном и химическом загрязнении водной среды. При этом усиливается вероятность нарушений в биосистемах, сокращения жизни организмов и их гибели. В комплексе реакций на радиационное поражение выделяются не только первичные проявления, связанные с непосредственным действием ионизирующего излучения на отдельные организмы, но и вторичные реакции, обнаруживаемые в различных изменениях гидробиоценозов спустя годы и даже столетия. Г.Г. Поликарповна основании анализа возможных и уже сформированных радионуклидных загрязнений экосистем вследствие ядерных аварий, произошедших в разных странах мира, предложил концептуальную модель реакций организмов, популяций и сообществ на всевозможные величины мощности доз ионизирующей радиации при хроническом облучении В зоне пониженного радиационного фона при дозах до Гр/год развитие организмов несколько замедлено. Развитие организмов в зоне радиационного благополучия при дозах Гр/год не сопровождается нарушениями и стимулирующими эффектами. В зоне физиологической маскировки хроническое облучение в дозе Гр/год вызывает нарушения, однако благодаря физиологическим процессам организмы восстанавливают нормальное функционирование исправляются с нарушениями. Диапазон доз Гр/год образовался вследствие ядерных аварийна АЭС в Уиндсклейле (Англия, 1957) ив Чернобыле, при этом нарушения в биосистемах модифицировались естественными или антропогенными факторами. Очевидные повреждения биосистем, проявившиеся в уменьшении численности и гибели чувствительных видов, регистрировались при дозах Ю Гр/год и более, которые формировались на поверхности загрязненных радионуклидами донных отложений оз. Уайт Оук, в Чернобыльской зоне, в районе Киштымского следа ив оз. Карачай на Урале. Дальнейшее усиление действия ионизирующего излучения способно вызвать необратимые нарушения во всей биосфере ив конце концов привести к ее гибели. Таким образом, радионуклидное загрязнение водоемов сопровождается как прямым поражением биосистем вследствие действия ионизирующего излучения, таки опосредованно - вследствие нарушения сбалансированных структурно-метаболических связей в гидробиоценозах. Если поражение гидробионтов на атомно-молекулярном уровне проявляется за доли секунды, тона Основы гидроэкологии Летальная граница для всей биосферы Деградация Обеднение Гибель чувствительных к радиации видов Уменьшение численности Зона поражения экосистем Повышение радиоустой чивости популяций Удвоение мутаций Зона экологической маскировки Стимуляция задержка Зона физиологической маскировки к Зона радиационного благополучия Зова неопреде- ленности 10 10 10 10 10 2 гь дозы (Гр/год) Рис. 129. Зоны мощности доз ионизирующих излучений и их действие в биосфере уровне популяций — через годы и столетия. Возможность проявления отдаленных повремени последствий обязывает современное общество относиться с большой ответственностью к проблемам охраны гидросферы Земли от радионуклидного загрязнения Раздел Антропогенное влияние на водные экосистемы Глава 24. Качество воды. Экологические и водохозяйственные подходы к определению качества воды Качество воды - это характеристика состава и свойств воды, определяющая ее как компонент водной экосистемы, а также пригодность воды для конкретных целей использования в народном хозяйстве. Состав и свойства воды обусловлены совокупностью физико-химических, биологических и других показателей. С экологической точки зрения вода является средой обитания гидробионтов. Наряду с этим качество воды можно рассматривать и с позиций удовлетворения потребностей различных областей хозяйственной деятельности человека, в частности питьевого и технического водоснабжения, орошаемого земледелия, рекреации, рыборазведения и т. д. Требования к качеству воды разного назначения несколько отличные, хотя перечень основных ингредиентов, по которым определяется ее качество, сходны. Разница состоит не в качественном составе, а в их количественном содержании в воде. Если речь идет о хозяйственном или питьевом водоснабжении, то качество воды оценивают, исходя из требований водохозяйственных и санитарно-гигиенических нормативов. Для характеристики качества воды с экологических позиций учитывается широкий набор гидрофизических, гидрохимических, гидробиологических, бактериологических и других показателей, отражающих особенности абиотических и биотических компонентов водных экосистем. Этот набор включает биогенные и органические вещества, компоненты солевого состава, прозрачность, активную реакцию, растворенный кислород, специфические вещества токсического и радиоактивного действия и прочие ингредиенты. Факторы, влияющие на солевой состав вод как среды обитания гидробионтов Среди абиотических компонентов, определяющих воду как среду обитания гидробионтов, большое значение имеют гидрологический режим, минерализация и ионный состав. Они зависят от многих факторов, из которых можно выделить интенсивность водообмена, поступление солей вовремя волнового взмучивания донных отложений, фильтрацию минерализованных води молекулярную диффузию солей, находящихся в подземных водах. Влияют на минерализацию вод атмосферные осадки, испарение Основы гидроэкологии а в устьевых участках реки лиманов - и водообмен с морем. Эти процессы особенно ощутимо изменяют качество воды в малопро- точных и неглубоких водоемах. Для жизнедеятельности, в частности метаболических реакций гидробионтов, наиболее важен качественный и количественный состав главных ионов. На ионный состав воды влияют в первую очередь природные факторы. Именно они формируют базовую минерализацию и ионный состав природных вод. Антропогенные же факторы вносят определенные изменения в общую минерализацию и концентрационные соотношения отдельных ионов, но их влияние может существенным образом изменять качество воды. В условиях антропогенного влияния на водные объекты может непросто изменяться концентрация отдельных ионов, а даже класс и тип воды. Особенно часто это обнаруживается при гидротехническом строительстве на больших реках и территориальном перераспределении водных ресурсов, что приводит к вовлечению большого количества солей в миграционные потоки, а соответственно и к изменению солености воды разных водоемов и водо- токов. Так, после зарегулирования Днепра и образования каскада водохранилищ в его устьевой участок ив Днепровско-Бугский лиман стало поступать в среднем 11,5 млн т минеральных веществ в годна больше среднего ионного стока до зарегулирования. В этих условиях соответственно возросла на 5 % и минерализация воды. Доминирующими ионами вводе водохранилищ стали и Изменилось и соотношение отдельных ионов в общем их стоке. Так, содержание в стоке и увеличилось, аи наоборот, уменьшилось. Еще в большей мере изменяется общая минерализация воды в водоемах-охладителях тепловых и атомных электростанций. При образовании водоемов-охладителей на некоторых тепловых электростанциях степной зоны, где формирование качества воды происходило под влиянием засоленных сульфатами и хлоридами грунтов, минерализация воды возрастала с 350-370 до 1000 мг/дм 3 и более. Сформировались очень жесткие воды сульфатно-натриевого и хлоридно-натриевого состава. Большое влияние на солевой состав оказывает сброс сточных вод промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных производств, который определяет глобальный характер воздействия антропогенного пресса на динамику водно-солевого режима водных экосистем в современный период Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы. Влияние процессов на качество воды Качество воды вводных объектах является результатом функционирования их экосистем. В основе функционирования водных экосистем и формирования качества воды лежит круговорот органических и неорганических веществ, включающий абиотические и биотические звенья. Формирование качества воды вводных объектах в значительной мере зависит от соотношения процессов продукции и деструкции органического вещества, постоянно происходящих вводных экосистемах. Именно эти внутриводоемные процессы являются теми ключевыми факторами, которые определяют качество природных вод, в частности по трофо-сапробиологическим (эколого- санитарным) показателям содержанию органических веществ, азота, фосфора, растворенного кислорода, прозрачности, количеству взвешенных веществ, биомассе фитопланктона, численности бактериопланктона и др. В процессе образования биологической продукции утилизируется азот, фосфор, другие биогенные и специфические элементы из воды. В тоже время при избыточном образовании органических веществ и дальнейшем их разложении вводу поступает большое количество растворенных компонентов, загрязняющих водные объекты. Методы оценки качества природных вод Качество природных вод оценивается тремя способами химическим, бактериологическими биологическим. Каждый из них дает возможность получать важную информацию, а при их совместном применении — оценивать водную среду с экологических При физико-химическом способе определяется прозрачность воды, концентрация взвешенных частиц (мутность, ионный состав, общая минерализация, наличие органических и биогенных веществ, концентрация растворенных газов, активная реакция воды (рН) и т. д. Эти абиотические характеристики очень важны, но недостаточны для формирования полного представления о состоянии водной экосистемы. Более полную информацию о реакции экосистемы на загрязнение можно получить, анализируя качественный и количественный состав гидробионтов, наличие или отсутствие в их организме опасных для жизнедеятельности веществ. Биологические методы оценки качества воды базируются на изучении реакции планктона, бентоса, макрофитов и рыб на пос Основы гидроэкологии тупление вводную среду химических веществ минерального и органического происхождения. Степень загрязнения водных объектов определяется по наличию (или отсутствию) организ- мов-индикаторов, исходя из сравнения видового многообразия, численности и биомассы загрязненных и чистых зон. При таком сравнении используются абсолютные величины и индексы видового многообразия. Метод оценки качества воды (как среды обитания гидробионтов) по видовому составу и показателям количественного развития видов-индикаторов и по структуре образуемых ими сообществ называется биоиндикацией. Биоиндикаторы качества воды - это организмы, присутствие которых в водоеме, их количество, атак- же особенности развития указывают на протекание природных процессов или наличие антропогенных воздействий, изменяющих состав и свойства воды как среды их обитания. По составу флоры и фауны водных объектов, количественному соотношению их отдельных представителей можно судить о характере загрязнения и состоянии водных экосистем. Метод биоиндикации позволяет оценивать эффективность работы очистных сооружений и определять (отслеживать) распространение загрязнений при трансграничном переносе токсических веществ. Метод биоиндикации применяется на трех уровнях организменном, популяционном и биоценотическом. Организменный метод базируется на морфологических критериях и физиолого-биохимических реакциях гидробионтов на за- грязнение. Среди естественных реакций гидробионтов, отражающих степень загрязнения водоемов, могут быть изменения в их поведении. Например, с возрастанием концентрации метана или сероводорода в придонных слоях воды бентосные организмы всплывают на поверхность, где более высокая насыщенность воды кислородом и меньше токсическое действие газов. Биоиндикация на уровне популяций учитывает изменения, происходящие в структуре и функционировании сообществ гидробионтов одного вида. В зависимости от качества воды может изменяться возрастная и половая структура популяций, происходить переход метагенетических видов от партеногенеза к двуполому размножению, что сопровождается резким снижением численности и биомассы популяций. Биоценотическая индикация сводится к сравнению видового разнообразия, численности и биомассы исследуемых и контрольных участков (зон) водоемов. С этой целью для каждой зоны сап- робности предложен перечень наиболее характерных организмов- индикаторов. Так, список для полисапробной зоны насчитывает около 30 видов, среди которых представлены бактерии, грибы Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы простейшие, коловратки, олигохеты, личинки двукрылых насекомых. Для мезо- и олиготрофных зон перечень видов значительно больший. Перечни видов - индикаторов сапробности насчитывают сейчас около 2500 видов растений и животных. Основным недостатком этой системы индикации является необходимость анализа очень большого объема гидробиологических проб. На это расходуется много времени, а для их обработки необходима высокая профессиональная подготовка специалистов-гидробиологов. Оценку качества вод можно давать и на основании объединения индикаторных показателей небольшого количества отдельных таксономических групп гидробионтов зообентоса и данных об изменении разнообразия бентофауны в условиях загрязнения. В группу могут входить как отдельные виды, таки более крупные таксоны (например, род, семейство. По количественному соотношению таких групп рассчитывается значение биотического индекса характеризующего определенный класс воды по чистоте или степени загрязнения. Принимая во внимание тот факт, что одни и те же индикаторные организмы часто встречаются в двух и даже трех зонах сапробности (полисапробной, аи (3-мезосапробных), Р. Пантле и Г. Букк [128] предложили определять качество воды с учетом количественных показателей видов-индикаторов. С этой целью был введен индекс сапробности. В модификации В. Сладечека индикаторная значимость олигосапробов, аи (3-мезосапробов и поли- сапробов принимается соответственно за 1, 2, 3, 4; а количественные показатели 1 - случайные находки, 3 - частая встречаемость, 5 — массовое развитие. Индекс сапробности (S) определяется по формуле: где — индикаторная значимость вида — его относительная численность или биомасса N — количество видов-индикаторов. Для полисапробной зоны индекс сапробности равен 4-3,5, для аи (3-мезосапробных — соответственно 3,5—2,5 и 2,5—1,5. Для олигосапробной зоны эта величина составляет Оценка состояния водных экосистем в условиях антропогенного воздействия должна предусматривать комплексный подход с использованием разных методов. Комплексная экологическая оценка качества воды осуществляется на основании анализа большого набора гидрофизических, гидрохимических, гидробиологических, бактериологических и прочих показателей, которые отражают особенности абиотической и биотической составляющих водных экосистем Основы гидроэкологии Основой экологической оценки является классификация качества поверхностных вод суши и эстуариев, построенная по экологическому принципу. Она включает общие и специфические показатели, характеризующие качество воды. К общим показателям относятся солевой состав и трофо-сапробность вод, которые могут изменяться под влиянием природных процессов и хозяйственной деятельности. Специфические показатели характеризуют содержание вводе загрязняющих веществ — токсикантов и радионуклидов Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши включает три группы специализированных классификаций, а именно по солевому составу, по трофо-сапро- биологическим (эколого-санитарным) критериями по содержанию специфических веществ (токсического и радиоактивного действия, а также по уровню токсичности воды. Характеристика вод по степени минерализации и ионному составу позволяет определять галинность экосистем. По этим характеристикам можно предусмотреть, какие гидробионты будут преобладать вводном объекте. Например, при высокой минерализации воды в экосистеме могут нормально развиваться галофильные организмы. Минерализация и ионный состав воды отражают естественные условия формирования качества воды. Речь идет о поступлении солей из грунтов близлежащих территорий и переходе их вводную среду. Но минерализация и ионный состав воды могут изменяться под влиянием антропогенных факторов (поступление солей со сточными водами и с водосборной площади. С целью оценки степени такого воздействия вводится классификация качества пресных гипогалинных, олигогалинных и вод по критериям загрязнения компонентами солевого состава Таким образом, эти специализированные классификации характеризуют качество воды по критериям солевого состава, учитывая пути поступления солей в водоемы и различное фоновое их содержание в природных водах (поверхностные пресные, слабосоленые воды суши и эстуарии). Вторая группа показателей качества воды объединяет трофо- сапробиологические (эколого-санитарные) критерии. Она включает гидрофизические показатели, характеризующие прозрачность воды и наличие взвешенных частица также гидрохимические показатели- рН, содержание азота (аммонийного, нитритного, нитратного, фосфора (фосфатов, растворенного кислорода, перман- ганатную и бихроматную окисляемость, Эти показатели характеризуют абиотическую составляющую экосистемы и условия существования гидробионтов. Трофо-сапробиологическое состояние экосистемы характеризуется биомассой фитопланктона и индексом самоочищения-само- 458 Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы загрязнения (A/R). Именно от первичной продукции зависит внут- риводоемное загрязнение органическими веществами. Поэтому такие показатели, как биомасса фитопланктона, валовая первичная продукция, отношение валовой продукции к деструкции характеризуют качество воды и реакцию водных экосистем на процессы эвтрофикации. К экологическим бактериологическим показателям осносится численность бактериопланктона и сапрофитных бактерий. В тро- фо-сапробиологическую классификацию включен индекс сапроб- ности, что позволяет интегрально оценивать степень загрязнения водного объекта в результате поступления сточных вода также внутриводоемного продуцирования органического вещества. Важную информацию для экологической классификации качества вод дает биоиндикация сапробности с учетом индексов полученных методами Пантле — Букка (по фито- и зоопланктону или зообентосу) [128] и Гуднайта — Уитли (по зообентосу) Возрастание антропогенного влияния на водные экосистемы привело к тому, что токсиканты встречаются практически во всех водных объектах. В последние десятилетия вследствие испытания ядерного оружия и аварийна атомных электростанциях наблюдается повышение уровня радиоактивного загрязнения воды. В связи с этим введены классификации по критериям содержания специфических веществ радиоактивного и токсического действия (ртуть, кадмий, медь, цинк, свинец, хром, никель, железо, марганец, фториды, цианиды, нефтепродукты, легкие фенолы, поверхностно-активные вещества. Помимо установления содержания токсических веществ, методом биотестирования оценивается степень токсичности воды. Как показатель токсического действия учитывается смертность тест-объектов за определенный промежуток времени (24, 48, 96 ч. Наиболее распространенными тест-объектами являются планктонные ракообразные-фильтра- торы Daphnia и Ceriodaphnia Этот метод отражает совокупное действие химических веществ независимо от концентрации отдельных токсикантов. Классификация по эколого-ток- сикологическим показателям основывается на градации содержания токсикантов по отношению к фоновым значениям, которые обычно встречаются в природе. При этом учитывается суммарное содержание их растворенных форм. Концентрация токсических веществ свидетельствует лишь о потенциальной токсичности воды, а их действие на организм может зависеть от многих факторов, в частности оттого, в какой форме они находятся (растворенной, в составе комплексных соединений, взвешенной. Так, образование комплексных соединений тяжелых металлов с природными органическими лигандами или их абсорбция на взвешенных частицах в мутной воде снижает ее токсичность. Наибольшую токсичность Основы гидроэкологии проявляют свободные (гидратированные) ионы. В этом отношении применение метода биотестирования существенным образом дополняет токсикологическую оценку качества воды с экологических качества воды по уровню радиоактивного загрязнения базируется на выявлении наиболее опасных радионуклидов, распространившихся вводных объектах после испытаний ядерного оружия, при эксплуатации атомных электростанций и после ядерных аварий. Это, в первую очередь, стронций и це- 7. После аварии на Чернобыльской АЭС в Украине нормативными документами утверждены допустимые и рекомендованные предельные концентрации этих радионуклидов. Уровни радиоактивного загрязнения воды в классификации качества воды по критериям специфических показателей радиационного действия установлены на основании рабочих и рекомендованных предельных и допустимых значений суммарной тивности и концентраций опаснейших в экологическом отношении радионуклидов Классификация качества поверхностных води эстуариев по критериям ионного состава делит их натри класса (гидрокарбо- натные, сульфатные и хлоридные), каждый из которых в свою очередь дифференцируется натри группы (кальция, магния и натрия. Кроме того, определенные категории вод по ионному составу делятся также на четыре типа по количественному соотношению Все остальные классификации комплексной системы экологической оценки качества поверхностных вод суши и эстуариев Украины по одинаковому принципу разделяют воды на пять классов и семь подчиненных им категорий. На основании элементарных и обобщающих признаков качества воды определяются классы и категории состояния вод, их чистоты (загрязнения, зоны сапробности, степени трофности (табл. 20). Определенные по этим признакам классы и категории качества вод отражают естественное состояние, а также степень антропогенного загрязнения поверхностных вод суши и эстуариев. Кроме экологической оценки, качество воды характеризуется сточки зрения ее пригодности для разных видов водопользования и Эта водохозяйственная оценка выполняется на основе нормативных документов, регламентирующих качество воды в соответствии с требованиями здравоохранения по отношению к здоровью человека или определенной области народного хозяйства. Так, существуют государственные и ведомственные нормативные документы, по которым оценивается пригодность воды водных объектов для централизованного коммунально-питьевого водоснабжения, для рекреации, рыбного хозяйства, орошения и т. д Таблица 20. Классы и категории качества поверхностных вод суши и эстуариев Украины по экологической классификации Класс качества Категория качества вод Название классов и категорий качества вод по Название классов и категорий качества вод по степени их чистоты (загряз- ненности) Трофность (преобладающий чистые Очень чистые Олиготрофные Олиготрофные - II 2 3 Хорошие Очень хорошие Хорошие Чистые Чистые чистые Мезотрофные Мезо- трофные Олигосапробные сапробные Мезоэв- трофные III 4 5 Удовлетворительные Удовлетво- рительные Посредствен- ные Загрязненные Мало загрязненные Умеренно загрязненные Эвтрофные Эвтрофные сапробные робные Эвполитроф- ные IV 6 Плохие Плохие Грязные Грязные Поли- трофные Поли- трофные а'-мезосап- робные сапробные V 7 Очень плохие Очень плохие Очень грязные Очень грязные Гипер- трофные Гипер- трофные Поли- сапробные Поли- сапробные |