Система Вудивисса и её модификации

Существует несколько систем, в которых для оценки уровня загрязнения используется и показательное значение организмов, и видовое разнообразие. Наиболее удачна из них система, использованная впервые в 1964 г. Вудивиссом при инспекции р. Трент в Великобритании — метод расчёта биотического индекса (БИ) для р. Трент. Система Вудивисса предназначена в основном для оценки уровня загрязнения бытовыми стоками. Биотический индекс, определяемый как способность водной среды обеспечивать жизнедеятельность организмов, а, следовательно, отражающий определённую степень чистоты водоёма. Биотический индекс определяется по методике Вудивисса числовыми показателями от 0 до 10 по количеству ключевых и сопутствующих видов беспозвоночных животных, обитающих в исследуемом водоёме.

В основу метода положено упрощение таксономической структуры биоценоза по мере повышения уровня загрязнения вод за счёт выпадения индикаторных таксонов при достижении пределов их толерантности на фоне снижения общего разнообразия организмов, объединённых в так называемые группы Вудивисса. Под термином «группа» подразумевается результат, к которому приходят при определении систематического положения водных организмов без рассмотрения деталей их строения. В качестве индикаторных групп выбраны отряды веснянок, подёнок, два рода ракообразных (Gammarus, Asselus), а также олигохсты семейства Tubificidae и хирономиды рода Chironomus. В группы Вудивисса входят: каждый вид плоских червей, класс олигохет, каждый вид пиявок, моллюсков, жуков, клопов, личинок двукрылых (кроме хирономид и мошек) вислокрылок, каждое семейство ручейников, семейства мошек. Кроме того, в понятие «группа» входят симулиды, определяемые до семейства, и сетчатокрылые, определяемые до вида. Визуально определяется число в группе и, зная, сколько групп и сколько в них видов, по справочным пособиям выявляют степень загрязнения. Величина индекса зависит от видового разнообразия (числа присутствующих «групп») и состава населения. Например, если на станции обнаружено 2−5 «групп», но среди них есть личинки веснянок, то индекс равен 6−7. Если при таком же количестве «групп» население ограничено тубифицидами и хирономидами, то индекс равен 2.

Рабочая шкала для определения биотического индекса представлена в таблице 15.

Таблица 15

Классификация проб по Вуддивиссу (рабочая шкала для определения биотического индекса по наличию группы Вудивисса).

Примечание: * — исключая личинок подёнок вида Baetis rhodani;

** — личинки подёнок вида В. rhodani включаются в группу личинок ручейников, что связано с их экологическими особенностями При работе со шкалой следует:

• • двигаясь сверху вниз найти показательный (индикаторный) таксон в первой графе шкалы по присутствию этого таксона в пробе;
• • определить наличие в пробе одного или большего числа видов или индикаторного таксона, относящегося к веснянкам, подёнкам или ручейникам, и отыскать соответствующую строку в графе «Видовое разнообразие»;
• • определить число групп Вудивисса в пробе;
• • найти балл биотического индекса в точке пересечении найденной строки видового разнообразия с графой числа групп, соответствующего пробе.

Самый высокий биотический индекс определяется числом 10, отражает качество воды экологически чистых водоемов, вода которых содержит оптимальное количество биогенных элементов и кислорода, в ней отсутствуют вредные газы и химические соединения, способные ограничить обитание беспозвоночных животных. В таких водоёмах размножаются фотосинтетики и формируется достаточный запас первичной продукции, поддерживающей жизнь гетеротрофных организмов, связанных цепями питания. Экологически чистые воды, особенно водоём с течением, заселяют многочисленные личинки веснянок и подёнок. В их питании преобладают черви, мелкие насекомые и ракообразные. Вместе с веснянками и подёнками в таком водоёме обитает большое число видов беспозвоночных.

При загрязнении воды биогенными солями первыми погибают веснянки, а за ними — подёнки и ручейники. Вместе с ними сокращаются по численности и группировки беспозвоночных животных. Наиболее устойчивы к загрязнению кольчатые черви, личинки ильных мух и тендипедид.

В 1977 г. Вудивисс существенно усовершенствовал свой метод и предложил более чувствительный и с большими разрешающими способностями расширенный биотический индекс р. Трент. Этот индекс, как и очки Чендлера (1970), может быть использован для анализа изменений экологического состояния фоновых водотоков.

Существенным дополнением к биотическому индексу может стать определение численности особей ключевых видов. Чем больше число особей ключевого вида, тем экологически чище водоём. Единичные особи ключевых видов свидетельствуют об ухудшении условий жизни.

Хауке (Hawkes, 1962) отмечает, что эта система заслуживает большего внимания, чем все остальные. Уилбер (Wilber, 1969) называет её классической. Основное достоинство индекса Вудивисса заключается в простоте его определения. Он тоже основан на учёте любых представителей крупных и широко известных таксономических групп макрозообентоса. В некоторых случаях его применение может быть весьма эффективным, особенно при использовании его в комбинации с оценкой абиотических условий («бельгийский метод»). Однако, иногда индекс Вудивисса, наоборот, характеризует качество среды весьма неадекватно. Он отражает, в основном, степень загрязнённости органическими веществами. Диагностическая ценность индекса также ограничивается искусственностью выделенных его количественных градаций. Кроме того, применение индекса Вудивисса в авторских модификациях ограничено территориально. При применении в других регионах его структуру приходится несколько изменять соответственно составу местного бентоса по усмотрению исследователя. Грехем (Graham, 1965), работавший на реках Шотландии, использовал в видоизменённом виде систему Вудивисса. По системе Грехема индекс загрязнения колеблется от 1 (самые чистые воды) до 6 (самые грязные воды) (табл. 16).

Таблица 16

Классификация биологических проб по Грехему (1965).

Модификацию системы Видивисса рекомендуют Верно и Тюфри (Vemeaux, Tuffery, 1967; Puffery, Vemeaus, 1968) для применения при инспектировании рек Франции. Указывается, что предлагаемый метод биологического анализа достаточно прост, не требует участия многих специалистов, не специфичен, но отношению к загрязнениям, достаточно чувствителен и объективен.

Предлагаемая система оценки степени загрязнения рек базируется на видовом составе макрозобентоса. Количество особей не принимается во внимание. Различаются, характерные для разных степеней загрязнения выбранные систематические группы, или таксоны, показанные в таблице 16, кроме того, учитывается присутствие в пробе общего числа всех, а не только упомянутых показательных таксонов. По этим двум признакам, руководствуясь таблицей 17, находят биотический индекс, снижающийся по мере возрастания загрязнения от 10 до нуля.

Таблица 17.

Классификация биологических проб по Верно и Тюфри (1967).

Индекс, равный пяти или ниже, указывает на выраженное загрязнение. В качестве систематической единицы берутся роды семейства в зависимости от возможностей определения. Необходимо, чтобы для каждого района был составлен список принятых систематических единиц. Принимаются во внимание представители зообентоса размерами свыше 1 мм. Раздельно рассчитывается индекс для участков с высокой (J_]) и малой скоростью (У) течения. Разность &J=J_] — У тем больше, чем больше загрязнение. При сравнении двух станций А и В рассчитывается:

Отрицательное значение этого показателя указывает на большую загрязняемость станции В, чем А. Значениям ЛУд_В от -1 до -4 и меньшим соответствуют градации возрастающего загрязнения. Даётся схема-протокол оценки в баллах или других цифровых показателей, 23 физико-географических особенностей каждой станции (рыбохозяйственная категория реки, ширины ее, экологическая зона, высота н.у.м., геология водосбора в т.д.) и 7 биологических показателей раздельно для участков с более сильным и слабым течением. Для каждого из них приводится головной (верхний в таблице) таксон, общее количество наличных таксонов и биотический индекс. Кроме того, приводится, А У = У, — У. Модификацию системы Вудивисса разработал Чендлер (Chandler, 1970), работавший на реках Шотландии. В системе Чендлера учитывается количество особей, собранных за 5 минут лова (табл. 18).

Уровни обилия, используемые при определении индекса загрязнения Чандлера (1970).

Таблица 18

Индекс загрязнения имеет значение от 100 (самые чистые воды) до 0 (самые грязные воды) (табл. 19). В отличие от системы Вудивисса, в этой системе видовое разнообразие не влияет на оценку уровня загрязнения.

Таблица 19

Классификация биологических проб по Чандлеру (1970).

По мнению В. Сладечека (Sladecek, 1973) индексы загрязнения вод Вудивисса, Грехема, Верно и Тюфри и Чандлера не вносят ничего принципиально нового в биологический анализ качества вод по сравнению с системой Кольквитца-Марссона и с её модификациями. С этим мнением Сладечека нельзя согласиться, так как в этих системах используется для оценки степени загрязнения видовое разнообразие. Кроме того, в отличие от системы Кольквитца-Марссона рассматриваемые системы могут с успехом применяться персоналом средней квалификации (Макрушин А.В., 1974).