Занятие № 12. Исследование качества воды по составу макрозообентоса.
План.
1. Индекс Гуднайта-Уитлея.
2. Метод и индекс Вудивисса.
3. Метод оценки загрязнения по литореофилам.
Известно несколько десятков методик оценки качества воды по составу макрозообентоса. Большинство из них имеют два крупных недостатка: требуют сбора и обработки количественных проб (очень трудоемких и требующих специального оборудования) и предполагают определение животных до вида (обычно доступное лишь для специалистов-систематиков). Далее приводится несколько наиболее простых биоиндикационных методик.
68
Индекс Гуднайта-Уитлея. Этот показатель вычисляется очень просто, если имеются количественные данные по макробентосу. Он равен процентному отношению численности малощетинковых червей (олигохет) к численности всего макробентоса. Считается, что доля олигохет тем больше, чем сильнее загрязнена вода и дно (т. е. чем больше органических веществ). Индекс удовлетворительно работает лишь на мягких грунтах (илах и песках), где вообще могут жить олигохеты, и очень чувствителен к типу грунта.
Метод и индекс Вудивисса. Для биологического анализа загрязненных вод по составу донных животных наиболее простым и достаточно удобным представляется метод Вудивисса. Он основан на уменьшении разнообразия фауны в условиях загрязнения и на характерной последовательности исчезновения из водоема разных групп животных по мере увеличения загрязнения. Этот метод предполагает сбор только качественных проб, без учета обилия животных и допускает определение животных до отрядов и семейств.
Список групп Вудивисса: планарии Tricladida (каждый вид), малощетинковые черви Oligochaeta, пиявки Hirudinea, моллюски Mollusca, высшие ракообразные Malacostraca, веснянки Plecoptera, поденки Ephemeroptera, ручейники Trichoptera (каждое семейство), вислокрылка Sialis, личинки хирономид Chironomidae, личинки мошек Simuliidae, прочие личинки двукрылых Diptera, водные жуки Coleoptera, водные клопы Heteroptera, водные клещи Hydracarina. Кроме того, Вудивисс предложил считать отдельными группами олигохету Nais, поденку Baetis rhodani и хирономиду Chironomus thummi; однако их определение для неспециалиста затруднительно. Значение индекса Вудивисса изменяется от 0 (наиболее загрязненная вода) до 10 (вода высшего качества). Для вычисления индекса нужно найти подходящую строку в табл. 28 (двигаясь по ней сверху вниз – т. е. самую верхнюю из подходящих строк). Затем остается подсчитать общее число найденных групп из прилагаемого списка и по правой части таблицы найти значение индекса.
Например, в пробе не встречено личинок веснянок, но обнаружен один вид личинок поденок. Значит, нас интересует четвертая сверху строка в таблице. Допустим, что, кроме этого, в пробе найдены пиявки, улитки, водяной ослик, два семейства ручейников и хирономиды. Всего имеем (считая поденку) 7 групп. Соответственно, индекс Вудивисса равен 6. Потенциально число групп Вудивисса довольно велико (за счет неограниченного числа видов планарий и большого числа семейств ручейников). На практике, однако, число этих групп редко превышает 15. При невозможности определения семейств ручейников и видов планарий можно считать отдельно каждую их новую форму (в частности, планарий разных цветов и ручейников с разными типами домиков). Метод Вудивисса довольно чувствителен к объему пробы. В общем случае рекомендуется выловить не менее 50 животных, в противном случае значение индекса может быть занижено. Метод и индекс Вудивисса предназначены для рек, однако применяются для оценки сапробности самых разных водоемов, для которых не разработано более адекватных показателей. Следует учитывать, что на мягких грунтах (иле, песке) в том же водоеме индекс Вудивисса намного ниже, чем на камнях, корягах и макрофитах. Индекс сравнительно неплохо отражает уровень сильных и очень сильных загрязнений, но малочувствителен к слабым и средним загрязнениям, особенно на жестких грунтах. Так, для быстрой речки с каменистым дном в Подмосковье индекс Вудивисса колеблется от 7 до 9 даже при значительных органических загрязнениях. Это связано, в первую очередь, с наличием устойчивых к загрязнению видов даже среди личинок веснянок (Neтоurа сinеrеa, Nетиrella рiсtгtii) и поденок (Ваеtis vеrпиs, Нер tagenia sulphurea). Метод Николаева. Для малых и средних рек Европейской России известна шкала и метод оценки качества вод Николаева. Это – упрощенный вариант оценки сапробности по Пантле-Букку. Метод предполагает сбор качественных данных со всех донных субстратов реки и определение беспозвоночных до родов или семейств. По Николаеву, речные воды делятся на 6 классов по качеству, приблизительно соответствующих градациям сапробности: очень чистые (ксеносапробные), чистые (олигосапробные), умеренно загрязненные (b-мезосапробные), загрязненные (а-мезосапробные), грязные (b-полисапробные), очень грязные (а-полисапробные). При оценке по методу Николаева нужно для каждого класса качества вод в табл. 29 подсчитать число найденных таксонов, умножить его на значимость таксона (последняя строка) и выбрать класс качества вод, набравший наибольшее число очков. Особняком стоит 6-й класс, критерием принадлежности к которому является полное отсутствие макробентоса. Метод Николаева удовлетворительно работает для рек шириной 7–10 м и более, для средних и сильных загрязнений. К слабым загрязнениям он малочувствителен. Не рекомендуется применять его и для стоячих водоемов, в которых большинство использованных таксонов-индикаторов не встречаются вообще.
Метод оценки загрязнения по литореофилам. Специально для оценки низких уровней загрязнения ручьев и малых рек с быстрым течением (шириной от 1 до 10 м) средней полосы Европейской России предлагается данный метод и индекс. Он также предполагает сбор качественных данных по макробентосу, причем с плотных субстратов (предпочтительно камней, в худшем случае коряг и листового опада). Эти субстраты населяют литореофилы – виды, наиболее требовательные к содержанию кислорода в воде и чувствительные к заилению. Определение нужно вести до семейств или родов. В качестве индикаторных таксонов используются личинки насекомых (веснянок, поденок и ручейников) и некоторые пиявки. Индикаторные таксоны разбиты на две группы: А (чувствительные к загрязнению и недостатку кислорода) и В (устойчивые к недостатку кислорода и увеличивающие обилие при органическом загрязнении и заилении). Для определения индекса нужно подсчитать в пробе число чувствительных к загрязнению таксонов (А) и устойчивых таксонов (В).
Если А+В < 5, то проба либо собрана некачественно, либо не на плотных субстратах, либо в речке с болотным питанием, либо загрязнение очень велико (для работ с такими водоемами рекомендуется индекс Вудивисса). Если A + В =5 или больше, оцениваем А/В, А/В равно 5 и более: водоем очень бедный органическим веществом сам по себе (без следов загрязнения человеком). В средней полосе такие водоемы встречаются крайне редко. 3–5: водоем незагрязненный, несущий естественный «фон» органического вещества. Таковы большинство быстрых речек и ручьев средней полосы Европейской России в лесных массивах без населенных пунктов. 2–3: водоем несет слабое, обычно косвенное антропогенное загрязнение, или естественный «фон» органики повышен (вырубки в окружающем лесу, частичное заболачивание долины, бобровые запруды и т. п.). 1–2: налицо заметное, но не сильное антропогенное загрязнение. 0,5–1: загрязнение средней силы. 0–0,5: сильное загрязнение, с большой вероятностью имеет промышленный характер; начиная с этого уровня рекомендуется использовать другие методы оценки загрязненности.
Соответствие различных показателей. Поскольку приведенные выше индексы и методы призваны измерять одно и то же, их величины должны соответствовать друг другу, что и отражает табл. 31. На практике, в силу сложности природы и несовершенства любой из методик, соответствие наблюдается далеко не всегда. Сравнивать оценки, полученные с помощью разных методов, нужно с большой осторожностью.
Оборудование для гидробиологических исследований. Микроскоп ученический, бинокулярная лупа, ручные лупы, предметные и покровные стекла, чашки Петри, кристаллизаторы, пинцеты, пипетки (типа «глазных»), иглы препаровальные, термометр водный, банки разной емкости, водный сачок, водный скребок, широкая посуда с белым дном (таз, поддон), формалин, лампа настольная, определители. Методика биоиндикации водоема по ряске. При выполнении этой работы нужно изготовить карту-схему района (для указания сбора информации) и листы анкеты №1 (по числу точек сбора информации). Для сбора информации потребуется: ведро объемом 5 литров, шумовка или столовая ложка; закрывающаяся плотно посуда объемом около 0,2 литра (или полиэтиленовые пакеты), количество которых определяется числом проб; для анализа материала нужно приготовить: плоскую неглубокую посуду (чашки Петри, блюдца), лупу с увеличением в 2–4 раза, лучше штативную, препаровальные иглы, тонкий пинцет; при выборе маршрута заранее определите точки сбора информации; на участках, где можно предполагать наличие слабого однородного загрязнения, точки обследования могут располагаться на расстоянии 2–3 м друг от друга. Каждая точка получает свой номер, повторные точки обозначаются буквой (17а, 17б). Обследование всего водоема проводят в течение 2–4 дней; наиболее показательным сроком для средней полосы является вторая половина июля; дополнительно можно повторить работу в конце августа – начале сентября. Ведром соберите ряски с поверхности примерно 0,5 м2. Все плавающие растения из ведра соберите шумовкой и вместе с небольшим количеством воды поместите в сосуд или полиэтиленовый пакет, на котором написан номер точки сбора и пробы. Одновременно в анкете № 1 нужно записать характеристики водоема, береговой и водной растительности, дату сбора. Дальнейший анализ проводится после возвращения с маршрута или на длительной стоянке.
Разбор пробы. Разделить пробу на примерно равные 4 части (если растений мало – можно взять 1/2 или даже всю пробу) с таким расчетом, чтобы в 1/4 (1/2) было примерно 150–200 растений. Разделить взятую часть по видам, пользуясь следующей схемой-определителем: 1. Корней на материнском щитке или на крупных дочерних – несколько (больше одной); если корни неразвиты, материнский щиток крупный (5–10 мм); многокоренник обыкновенный, если корень один – см.п. 2.2. Щиток вытянутый, на верхушке заостренный – ряска тройчатая; если щиток круглый, см.п. 3.3. С нижней стороны щитка отчетливо выраженное вздутие – ряска горбатая, если вздутия на нижней стороне нет – ряска малая. После разборки пробы по видам нужно сосчитать и записать в анкете число растений каждого вида, общее число щитков (материнских и деток) и среди них – число щитков с повреждениями. К повреждениям относятся черные и бурые пятна (некроз) и пожелтение (хлороз). Количество и размеры пятен не учитываются. Для экспресс-оценки полученных результатов можно использовать самый массовый вид (обычно это ряска малая). Определение качества воды проводится по табл. 32, в которой римскими цифрами обозначены: I – очень чистая, II – чистая, III – умеренно загрязненная, IV – загрязненная, V – грязная.
Для более подробного анализа все разобранные по видам ряски разделить на 3 группы: мелкие, средние, крупные щитки. У всех видов ряски средними считаются щитки 3–4 мм длиной, у многокоренника – 5–8 мм (соответственно, щитки с длиной меньше средней считаются мелкими, более средней – крупными). Подсчитывается общее число щитков каждой размерной группы и число щитков с повреждениями среди них. Напоминаем: число экземпляров – это число отдельных растений (одно растение – материнский щиток с прикрепленными к нему «детками», если «детки» есть), число щитков включает и материнские, и «детки» (суммарное количество). При подсчете и определении размерных групп удобнее брать пинцетом по одному растению и перекладывать в плоскую посуду, сверяя экземпляры растений по размерам. Определив размер щитка и наличие (отсутствие) на нем повреждений, сразу сделать отметку в соответствующей графе анкеты. Удобнее всего делать это «конвертиком», где каждая точка и черточка соответствует одному щитку, например: :: = 4. После просмотра всех особей одного вида, эти пометки переводим в цифры: если получилось: /** □ – это означает 8/5, то есть в данном размерном классе всего 22 нитки, из них 5 – с повреждениями. При желании обследовать водоем можно более детально. Такая работа включает описание береговой и прибрежной растительности. С характеристикой полного видового состава и ее картирование. При этом нужно собрать гербарий всех видов встреченных растений для уточнения их определения. В описании рясковых проводится подробный анализ каждой пробы с полным подсчетом числа особей и щитков всех видов. Кроме того, описывается случайная выборка в 30 растений каждого вида по следующим признакам: 1. Длина материнского щитка и его повреждения (0 – нет, 1 – меньше 1/3 поверхности, 2 – больше 1/3, хлороза и некроза – отдельно). 2. Длина корня многокоренника – число корней и длина максимального). 3. Число «деток». 4. Длина щитков «деток» (начиная с самых крупных). (Естественно, что общий объем работы сильно возрастает, поэтому ее удобнее разделить на части: описание береговой растительности, описание прибрежноводной растительности, анализ рясковых). 5. Можно ссылаться на данные, полученные в других частях исследования. Наиболее интересные данные могут быть получены при включении в обследуемый район участков с различной степенью и характером загрязнения, например, при сопоставлении частей водоема с преобладанием загрязнения за счет смыва с сельскохозяйственных угодий и стоков от животноводческих сооружений и таких, на которых представлено промышленное или транспортное загрязнение. Желательно найти и обследовать участки с минимальным загрязнением (контрольные). Проанализировав полученные результаты, можно сделать предварительную оценку экологической ситуации на изучаемом объекте, что позволит предположить причину загрязнения и составить план более тщательных обследований с привлечением специалистов. Исследование видового состава беспозвоночных в водных объектах. Видовой состав беспозвоночных исследуется в начале июня одновременно с отбором проб воды из водных объектов. Для родников биотический индекс не определяется (в связи с невысокой температурой воды и низким содержанием органических соединений возможно присутствие лишь мелких моллюсков). Для исследования рек по видовому составу беспозвоночных необходимо осуществлять их поиск в заводях, под камнями, в зарослях камыша. Первоначально определяют количество групп беспозвоночных, а затем их видовой состав с использованием определителя. Далее по таблице (№ 46 «Определение биотического индекса пресноводных экосистем по донным беспозвоночным» из книги «Экология родного края» под ред. Т. Я. Ашихминой) находится значение биотического индекса (БИ) и дается оценка степени чистоты водного объекта: БИ = 9–10 – водоем чистый, БИ = 7–8 – водоем относительно чистый, БИ = 5–6 – водоем слабо загрязненный, БИ = 3–4 – водоем загрязненный, БИ = 0–2 – водоем сильно загрязненный. В связи со сложностью определения видов беспозвоночных, рекомендуем согласование результатов исследований по видовому составу беспозвоночных со специалистом (ихтиологом, зоологом).
1.6. Исследование видового состава птиц
Одновременно с выходом в июне на водные объекты населенного пункта можно проводить исследование видового состава птиц (по голосам и внешнему виду). Рекомендуется выход на объекты не позднее 8–30 часов утра, когда пение птиц наиболее активно. Необходимо иметь с собой бинокль и определитель птиц, желателен фотоаппарат. Видовое разнообразие птиц говорит о степени экологической чистоты исследуемой территории. Наличие хорошей кормовой базы также может привлечь птиц, и поэтому необходим комплексный подход при подготовке выводов исследования.
