Определение средней сапробности биоценоза

Результаты биологического анализа, представленные в форме списков видовиндикаторов, всегда в большем или меньшем количестве содержат виды, относимые в разных зонам сапробности, что осложняет оценку качества вод. Для преодоления этого затруднения предложены методы, позволяющие оценить среднюю сапробность биоценоза и облегчающие понимание результатов биологического анализа неспециалистами.

Метод представления результатов биологического анализа в графической форме предложил Кнепп (Кпбрр, 1954, 1955). В результате для каждого обследованного участка водоёма выявляется соотношение видов-индикаторов и оценивается ступень сапробности конкретного участка или водоёма в целом. Количество встреченных в пробе особей видов-индикаторов системы Кольквитца-Марссона оценивается Кнеппом по семибальной системе (1 — единично, 2 — мало, 3 — от мало до средне, 4 — средне, 5 — от средне до много, 6 — много и 7 — массово). Раздельно подсчитываются суммы балов олиго-, Р-мезо, а-мезои полисапробных видов. Найденные суммы откладываются на вертикальной оси, причём сумма баллов олигои р-мезосапробов принимаются за положительные, а а-мезои полиосапробов — за отрицательные величины. На горизонтальной оси откладывается расстояние между станциями.

В результате соединения соответствующих точек прямыми линиями получается фигура (рис. 6), состоящая из 4 частей, которая показывает для каждого места обследованной реки соотношение видов-индикаторов. Легко может быть получена кривая среднего балла (кривая «центра тяжести»), показывающая к какой ступени сапробности следует отнести тот или иной участок реки. Её получают путём вычитания из суммы баллов больших значений сумму баллов меньших значений.

Рис. 6. Биологический разрез качества воды р. Майна, 1954 г.:

1 — олигосапробы; 2 — [3-мезосапробы; 3 — а-мезосапробы; 4 — полисапробы, пунктир-линии «центра тяжести», то есть средний балл (по Кнёппу, 1955).

Головин (Golowin, 1968), предлагает векторный способ нахождения средней сапробности обследуемой пробы. По методу Головина абсолютное количество особей видов, показателей разных зон сапробности, найденное в 1 л воды, наносится на соответствующую ось специальной диаграммы, условно названной автором «системой координат» (рис. 7).

Полученные на осях I—IV отрезки складываются по правилу сложения векторов и находится угол наклона среднего вектора S показывающий, к какой ступени сапробности следует отнести данную пробу.

Диаграмма, представленная на рисунке 7, может служить и для графического представления сапробного спектра пробы. На рисунке 8 найденное в двух пробах количество показательных организмов, относящихся к разным ступеням сапробности, выражено с помощью площадей равнобедренных треугольников, построенных так, чтобы 1 мм соответствовал определённому числу особей. Угол наклона каждого из векторов S (рис. 7) показывает, к какой ступени сапробности следует отнести две данные пробы.

В. Сладечек (Sladecek, 1966) видоизменил метод Головина применительно к общей биологической схеме качества вод, опубликованной им в работах 1966 и 1967 гг. По В. Сладечску 180° делятся не на 4, а на 9 ступеней сапробности (рис. 9). В системе сапробных организмов В. Сладенек выделил четыре группы: катаробная (питьевые воды), лимносапробная, эврисапробная (хозяйственно-бытовые и промышленные стоки, доступные бактерииальному разложению) и транссапробная.

Рис. 7. «Система координат» осей и границ зон сапробности:

• 1 — ось олигосапробов (57°30); 2 — ось p-мезосапробов 112'30'); 3 — ось а-мезосапробов (67°30'); 4 — ось полисапробов (22°30'). Линии 1, 2, 3, 4, 5 — границы зон сапробности. Олигосапробная зона находится между I и
• 2 линией (130°-135°), р-мезосапробная — между 2 и 3 линией (135°-90°), а-мезосапробная — между 5 и 4 линией (90°-45°) и полисапробная — между 4 и 5 линией (45°-0°) (по Головину, 1968). Принимается определённый масштаб, например, 1 мм — 10 особей

Рис. 8. Графическое изображение сапробного спектра двух проб:

1 — олигосапробы; 2 — p-мезосапробы; 3 — а-мезосапробы; 4 — полисапробы. Вектор сапробности S показывает, что пробу «а» следует отнести к 3-мезосапробной, а пробу «б» к а-мезосапробной зоне (по Головину, 1958).

Рис. 9. Классификация вод (по В. Сладечеку, 1969).

В самих водоёмах при поступлении сточных вод образуются следующие зоны загрязнения: полисапробная, а-мезосапробная, Р-мезосапробная и олигосапробная, которые выделяются по присутствию индикаторных видов, состоянию органического вещества и продуктов его разложения (метана, сероводорода и др.) — В каждой зоне могут интенсивно развиваться определённые виды растительных и животных организмов, достигающие высокой численности. В качестве характеристик зон сапробности он использовал величину ВПК и численность бактерий группы кишечной палочки. Сравнивая некоторые бактериологические и химические показатели со ступенями сапробности, В. Сладечек (Sladecek, 1969) предложил биологическую схему оценки качества вод:

• 1. Катаробная (К) — наиболее чистые грунтовые воды, минеральные или воды, которые были искусственно подготовлены в качестве питьевой (пресыщение кислородом, отсутствие углекислоты и сероводорода) Пятисуточнос потребление кислорода (БПК₅) для катаробных вод близко к 0, бактерии группы кишечной палочки содержатся в воде более 10 экз./л.
• 2. Лимносапробная (L) — более или мене загрязнённые поверхностные или грунтовые воды. Сюда включена почти целая система сапробности (таблица видов-индикаторов):
  • • %-ксеносапробная зона — наиболее чистые воды;
  • • о-олигосапробная зона — незагрязнённые чистые воды, вода насыщена кислородом, углекислоты мало, сероводород отсутствует. Пятисуточное потребление кислорода (БПК₅) составляет 1 мг/л, бактерии группы кишечной палочки содержатся в воде более 50 экз/л;
  • • Р-мезасапробная зона — соединения азота в форме солей аммония, нитритов и нитратов, кислорода обычно много, но возможны заморы у дна и ночью из-за прекращения фотосинтеза, сероводород в небольшом количестве, характер биохимических процессов — окислительный, БПК₅ составляет 7 мг/л, бактерии группы кишечной палочки содержатся в воде более 1000 экз./л;
  • • а-мезосапробная зона — условия среды полуанаэробные, характербиохимическихпроцессоввосстановительно-окислительный, присутствует сероводород, БПК₅ — 4 мг/л, количество бактерий группы кишечной палочки — более 100 экз./л;
  • • р-полисапробная зона — в воде присутствуют разлагающиеся белки, анаэробные условия среды, характер биохимических процессов — восстановительный, в воде много сероводорода, БПК5 — 40 мг/л, количество бактерий группы кишечной палочки содержится в воде более 20 000 экз./л. Индикаторами являются простейшие (Tintinidium Jiaviatile), коловратки (Keratella cochlearis, Filinia longiseta pedilum), личинки двукрылых (Endochiromonus polypedium), а из растений — ряски малая и трехдольная, роголистник тёмно-зелёный.
• 3. Эврисапробная (Е) — хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды, которые подвергаются бактериальному разложению:
  • • /-изосапрбная зона — преобладает развитие инфузорий;
  • • .w-метасапробная зона — развитие бесцветных жгутиконосцев;
  • • /г-гиперсапробная зона — развитие бактерий и грибов;
  • • w-ультросапробная зона — абиотическая степень, наиболее концентрированные сточные воды.
• 4. Транссапробная (7) — сточные или поверхностные воды, которые не подчиняются понятию сапробности и не подвергаются биохимическому разложению: большое количество токсических или радиоактивных веществ.

Выделенные им олиго-, мезо-, политоксичные воды характеризуются гибелью < 50, < 75, < 100 и 100% организмов после двухсуточного пребывания в испытуемой среде. Однако эта градация, безотносительная к выбору испытуемых организмов, крайне условна и предложенная шкала токсобности едва ли пригодна для широкого пользования.

Конечно, биологический анализ по видам-индикаторам имеет определённые погрешности, так как могут встречаться группы организмов, характерные для различных зон сапробности. В таких случаях рекомендуется делать оценку качества водной среды по средней сапробности биоценоза.

Одним из путей совершенствования системы КольквитцаМарссона является перевод качественных оценок в количественные с учётом того, что одни и те же индикаторные организмы могут встречаться в двух или даже трёх зонах сапробности. Так, в системе Роскомгидромета для оценки сапробности воды рекомендуется применять метод индикаторных организмов Пантле и Букка в модификации Сладечека. Для оценки степени загрязнённости ввели индекс сапробности s. Данный метод учитывает относительную частоту встречаемости (обилие) гидробионтов (h) и их индикаторную значимость (.?>) (сапробную валентность). Индикаторную значимость s (олиносапробов — 3,5−4, а-мезасопробов — 2,5−3,5, Р-мезосапробов — 1,5−2,5, олигосопробов — 1−1,5) и зону сапробности определяют для каждого вида по спискам сапробных организмов.

Величина h находится из шестиступенчатой шкалы значений частоты и определяет относительное обилие видов (табл. 12).

Обе величины (А и s) входят в формулу для вычисления индекса сапробности:

Вместо частоты встречаемости, А можно использовать абсолютную численность. Однако в этом случае приходится производить операции с большими числами, что возможно только в хорошо оснащённой лаборатории (вычислительные приборы, калькуляторы), то есть перевод абсолютной численности в частоту встречаемости, А обусловлен трудоёмкостью вычислений. Для статистической достоверности результатов исследования необходимо, чтобы в пробе соСоотношение значений относительного обилия и частоты встречаемости организмов.

Таблица 12

держалось не менее 12 индикаторных видов с общей суммой частоты встречаемости h, равной 30. Индекс сапробности указывают с точностью до 0,01. Для ксеносапробной зоны он находится в пределах 0−0,50; олигосапробной 0,51−1,50; р-мезосапробной — 1,51−2,50; а-мезосапробной — 2,51−3,50; полисапробной — 3,51−4,00. Для более загрязнённых водоёмов Сладечек (Sladecek, 1966) предложил принять индекс сапробности от 4,51 до 8,5.

Индексы сапробности, вычисленные по Пантле и Буку, тесно коррелируют с величинами БПК. При использовании метода Пантле и Букка следует иметь в виду, что индикаторное значение видов может быть неодинаковым в различных климатических зонах. Желательно провести коррекцию списков индикаторных организмов для своей зоны. Распределение организмов по сапробности, то есть по отношению к органическому загрязнению, не вполне отвечает условиям настоящего времени (изменился состав загрязняющих веществ). Однако исследования показали, что состав планктона в целом достаточно правильно отражает степень загрязнённости участков разных водных объектов, но хуже передаёт различия между отдельными станциями в пределах одного водоёма или водотока.

В целом, несмотря на удовлетворительные результаты, по мнению Липеровской и Пчёлкиной (1972), метод Пантле и Букка для более объективной оценки качества вод целесообразно применять совместно с другими способами.