Занятие по экологии № 11. Мониторинг редких видов животных (гидробионтов).
План.
Гидробиологические методы исследования.
Мониторинг загрязнения водоемов по состоянию макрозообентоса.
Биологический мониторинг водных объектов должен базироваться на экосистемном подходе, критерием которого является экологическое благополучие экосистем.
Объектом биологического мониторинга могут выступать любые компоненты водных биоценозов (зообентос, фитопланктон, зоопланктон, макрофиты, перифитон, рыбы), но при определении качества воды в обязательном порядке следует использовать оценку по зообентосу. Зообентос представлен донными беспозвоночными животными, которые полностью или часть жизненного цикла проводят в воде и участвуют практически во всех пищевых цепях внутри водоема. Значительная часть отходов промышленного производства в водной среде не разрушается из-за своей устойчивости и накапливается в донных отложениях. Бентофауна определенного участка водоема подвергается длительному воздействию одних и тех же загрязняющих веществ. Поэтому изменения, которые происходят в донных биоценозах, отражают характер и степень загрязнения, как водных масс, так и грунта. Все это позволяет рассматривать зобентос как универсальный объект мониторинга. Наиболее удобным для неспециалиста объектом биомониторинга является макрозообентос – макроскопические (длиной более 2 мм) беспозвоночные, обитающие на дне водоемов и в зарослях водных растений. Это, главным образом, водные личинки и имаго насекомых, моллюски, пиявки, малощетинковые черви и высшие ракообразные. Наиболее характерный тип загрязнения природных водоемов – сброс в них больших масс разлагающихся органических веществ либо биогенных элементов (также способствующих возрастанию массы органики в водоеме). Такое загрязнение приводит, в первую очередь, к заилению дна, увеличению кормовой базы детритоядных животных и микроорганизмов, снижению количества растворенного в воде кислорода. Именно эти факторы непосредственно изменяют состав сообщества. Для количественной оценки органического загрязнения введена шкала сапробности (ксено-, олиго-, b-мезо-, а-мезо- и полисапробные водоемы). Параллельно с обычной органикой, но в меньших дозах, человечество загрязняет водоемы ядохимикатами, нефтепродуктами, солями металлов, теплом, шумом, радиацией и электромагнитным излучением. Общая картина загрязнения водоемов довольно сложна, но показано, что виды, устойчивые к органическому загрязнению, в целом более устойчивы и к остальным типам загрязнений. Поэтому устойчивость живых организмов к загрязнению измеряют, как правило, по единой шкале сапробности. Ошибочно мнение, что на состав населения водоема в первую очередь влияет загрязнение воды. Не менее важны для биоценоза естественные условия: тип дна, глубина, проточность и скорость течения, сезон года, географическое положение водоема и многие другие факторы. Именно они определяют разнообразие пресноводных сообществ. Воздействие субстрата, течения и других характеристик местообитания на состав сообщества изучено еще довольно слабо и во многих работах по оценке качества воды незаслуженно игнорируется. Между тем, эти факторы имеют прямое отношение к результатам оценок загрязненности водоемов. В частности, ускорение течения, стимулируя обогащение воды кислородом и устраняя заиление дна, вызывает сдвиг состава сообщества в сторону оли
66
госапробной зоны, замедление течения – в сторону полисапробной. С другой стороны, в сообщества сильно загрязненных рек часто встраиваются прудово-озерные виды, а прибойная зона олигосапробных озер бывает населена речными представителями бентоса. Фауна плотных субстратов (камней, коряг, листового опада), а также фауна водных растений в том же водоеме представлена более олигосапробными видами, чем фауна мягких субстратов (ила, детрита и песка). Не стоит считать, что в отсутствие антропогенных загрязнений концентрация органических веществ в водоеме (сапробность) всегда близка к нулю. Каждому водоему присущ свой естественный «фон» сапробности. Он тем выше, чем богаче продукцией и беднее водой окружающий ландшафт, чем меньше поступает в водоем кислорода, и чем теплее вода. Кроме того, стоячие водоемы богаче органическим веществом по сравнению с текучими, а непроточные – богаче по сравнению с проточными. Так, в тундре и в горах незагрязненные водоемы почти не имеют свободной органики – ксеносапробны. Жизнь в них качественно довольно разнообразна, а количественно очень бедна. Хозяйственное загрязнение легко увеличивает концентрацию органики в десятки раз, вызывая резкую перестройку сообщества (часто – с полной сменой видов). В лесной зоне реки и ручьи несут немного свободной органики (олиго- и b-мезосапробны), а озера и пруды с грунтовым питанием довольно богаты ей (часто а-мезосапробны). Сельскохозяйственные стоки обычно повышают сапробность тех и других на одну-две ступени, вызывая лишь частичную перестройку сообщества с сохранением основных жизненных форм и видового разнообразия. Только при очень сильном антропогенном прессе (до полисапробной стадии) изменение сообщества носит катастрофический характер. В загрязненные реки, кстати, часто вселяются прудово-озерные виды, для которых улучшение условий питания компенсирует отрицательное воздействие течения. Начинать гидробиологические исследования следует с рекогносцировочного обследования, позволяющего получить предварительную картину экологического состояния водоема и определить места закладки точек отбора проб. Рекогносцировочное обследование основывается на визуальном наблюдении, при этом обращается внимание на источники антропогенного загрязнения, производится фотосъемка. Количество и местоположение точек отбора проб зообентоса определяется задачами исследования. Как правило, число их должно быть не менее трех на каждом исследуемом водоеме. Места закладки располагаются в 500 м выше и ниже предполагаемого источника загрязнения или же в 1 км выше и ниже пункта водопользования. Для установления самоочистительных свойств реки может быть заложена еще одна точка пробоотбора, находящаяся в 15–20 км ниже источника загрязнения. На каждую точку в полевом дневнике заполняется бланк рекогносцировочного обследования. Отбор проб зообентоса производится скребком или водным сачком. Водный сачок имеет проволочный каркас треугольной формы, который насаживается на деревянную ручку длиной 1,5–2 м. Каркас обшивается плотной тканью, к которой крепится сам сачок, выполненный из мельничного газа № 17–19. Со дна водоема отбираются пробы грунта, которые промываются прямо в сачке или скребке путем прополаскивания до просветления промывных вод. Возможно промывание в эмалированном тазу с применением приема отмучивания. Отбор проб производят по поперечному разрезу реки в разных биотопах. Основных биотопов 3: собственно грунт, камни на дне и заросли макрофитов (высшей водной растительности). Каждому из биотопов соответствует свое население. При взятии проб зообентоса на каменистом грунте извлеченные из воды камни споласкивают в сачке или скребке, смывая прикрепившиеся к ним организмы. Площадь обловленных камней должна составлять не менее 0,5 квадратных метра. В каждой точке следует отбирать не менее 4–5 проб, причем 3 из них должны быть отобраны с собственно грунта по левому и правому берегам и на стрежени. Пробы зообентоса помещаются в специальные банки или полиэтиленовые пакеты и этикетируются. На этикетке указывается дата отбора, название водоема, номер точки, место отбора пробы, биотоп. Как правило, среди бентосных беспозвоночных рек и ручьев в значительном количестве встречаются личиночные стадии насекомых, которые по окончании развития покидают водоем. С вылетом насекомых связано временное снижение вероятности обнаружения их личинок, что ошибочно может быть объяснено как результат загрязнения. Поэтому наиболее благоприятными периодами для обследования рек является весна и начало осени, когда вылет насекомых не начался или закончился, а их личинки достигли сравнительно крупных размеров. При необходимости обследования рек в летний период вероятность обнаружения личинок насекомых можно повысить за счет увеличения количества проб (до 8–10) и площади облова. Собранный материал подвергают разборке. Так как живые организмы более заметны и легче поддаются выборке, желательно разбор проб производить сразу. При отсутствии возможности выполнить это в день отбора допускается хранение проб в холодильнике в течение 2 суток. При обработке проб небольшие порции грунта помещаются в светлые кюветы с водой, из которых беспозвоночные выбираются пинцетом. С помощью определителей (Приложение 3) производится установление таксономической принадлежности животных. Для первичной ориентировки можно пользоваться кратким определителем, представленном в данном пособии. (Приложение 3). В случае необходимости хранения для последующего детального определения возможна фиксация проб 4% раствором формалина. По результатам определения составляется фаунистический список, устанавливаются биоиндикационные показатели, дается оценка качества воды.
