Водоросли. 
Оценка качества воды водоемов рыбохозяйственного назначения с помощью гидробионтов

Наиболее перспективным объектом для оценки состояния водных экосистем являются водоросли — первичное и очень информативное звено трофических цепей. Кроме того, в отличие от других групп гидробионтов, водоросли встречаются везде, где есть вода.

Водоросли в качестве индикаторов загрязнения воды органическими веществами используются с начала XX в. Им принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования (заболачивания) водоёма. При эвтрофировании водного объекта и соответствующем ухудшении качества воды сукцессия видового состава особенно отчётливо проявляется в сообществе фитопланктона (Николаев, 1981; Коркин, 1986; Шарапова, 1986). Разработана специальная шкала, позволяющая по составу водорослей оценить степень органического загрязнения.

К сожалению, пока нет достаточных данных для индикации других видов загрязнения (нефть, многие ядохимикаты, моющие средства и др.). Поэтому мы рассмотрим индикационное значение водорослей на примере их реакции на органическое загрязнение (хозяйственнобытовые стоки, стоки животноводческих комплексов, мясо-молочной промышленности и т. п.).

Хорошим индикатором опасного загрязнения воды органическими соединениями является бурное развитие сине-зелёных водорослей, прибрежное обрастание, располагающиеся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоёмах эти обрастания яркозелёного цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязнённых водоёмов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышения общей минерализации обрастания приобретают сине-зелёный цвет, так как состоят в основном из сине-зелёных водорослей.

При изменении содержания органических веществ в воде изменяется видовой состав водорослей и, как правило, их обилие. Те виды, которые определённо реагируют на изменения условий среды, являются видами-индикаторами. В континентальных водоёмах России обитают около 10 тысяч видов микроскопических водорослей. Индикаторными является сравнительно небольшое число видов, около 1000, но они самые распространённые и массовые (рис. 12−15). Практически нет биотопов, где бы не встречались водоросли. Поэтому оценка состояния водных экосистем, основанная на альгоиндикации, позволяет сравнивать водные объекты разного типа и расположенные в различных регионах.

В настоящее время сложилось три системы оценки качества вод, построенных на индикаторном значении таксонов. Наиболее оперативной и позволяющей охватить большую территорию сетью постоянно дающих информацию станций, является система, применяемая французскими коллегами (Лафон, 1988; Лафон и др., 1988), основанная на определении водорослей до крупных таксонов. Однако при этом оценки степени загрязнения слишком приблизительны. Классическим тест-объектом на загрязнители является одноклеточная зелёная водоросль хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer.). Её преимущества для экспресс-анализа загрязнения агроценоза заключаются в коротком жизненном цикле и возможности проводить оценку по таким показателям, как пигментное сскторированис, нарушение споруляции клеток и летальность.

Система Кольквица-Марсона получившая позднее имя ПантлеБука (Pantle, Buck, 1955) и модифицированная В. Сладечеком (Сладечек, 1967; Макрушин, 1974, 1978; Sladecek, 1973, 1976, 1978, 1986), применяется широко в странах восточной и центральной.

Рис. 12. Полисапробные водоросли:

1 — политома; 2 — хлорелла; 3 — эвглена зелёная. Альфа-мезосапробные: 4 — энтероморфа (кишечница); 5 — монорафидиум; 6 — стигеоклониум тонкий. Олигосапробные: 7 — микростериас; 8 — космариум; 9 — синура.

Рис. 13. Альфа-мезосапробные водоросли:

1 — осциллатория короткая; 2 — осциллатория выдающаяся; 3 — нитцшпия игловидная; 4 — хламидомонас; 5 — нитцшия плёночная; 6 — циклотелла менегини; 7 — хламидомонас атактогамный; 8 — гониум пекторальный; 9 — клостериум игольчатый.

Рис. 14. Бета-мезосапробные водоросли:

1 — микроцистис синевато-зелёный; 2 — педиастриум; 3 — микратиниум; 4 — актинеструм; 5а — кладофора (общий вид); 56 — кладофора — одна клетка; 6 — табеллария; 7 — спирогира.

Рис. 15. Бета-мезо-олигосапробные водоросли:

1 — мелозира зернистая; 2 — мелозира итальянская; 3 — диатома обыкновенная; 4 — фрагилария; 5 — синедра игольчатая; 6 — астерионелла стройная; 7 — сценедесмус четырёххвостый Европы, а в России метод Сладечека вошёл составной частью в систему сбора данных мониторинга Госкомгидромета. Метод основан на понятии сапробности — способности организмов выживать в загрязнённой органикой среде. Степень же загрязнения в месте отбора пробы водорослей определяется по набору видов-индикаторов, обитающих в исследуемом месте и обилию их в пробе.

Третий метод разработан в последние годы японскими коллегами под руководством Т. Ватанабе (Watanabe et al., 1986,1988). В основе его также анализ сообщества видов-индикаторов сапробности, имеющих свой индикаторный вес. Однако метод разработан только для диатомовых водорослей, хотя и являющихся наиболее распространённой группой, но не охватывающей всего разнообразия водных экосистем, что является существенным недостатком метода. Индекс органического загрязнения по сообществу диатомовых — DAIpo — изменяется от 0 до 100 и обнаруживает высокую степень корреляции со многими физико-химическими показателями вод. Особенно чётко прослеживается связь DAIpo с электропроводностью.

Объединение различных параметров качества воды, как физикохимических, так и биологических, включая биоиндикационные и соотнесение индексов Пантле-Бука и Ватанабе представляют собой оригинальную разработку. Сопоставление индексов Пантле-Бука и индексов Ватанабе к настоящему моменту представляется не только необходимым, но и весьма продуктивным. Метод Пантле-Бука, применяемый в течение многих лет, даёт большое количество информации по оценке органического загрязнения водоёмов и водотоков, причём в пространственно-временном виде. Хорошо отработанные в этой системе представления о самоочищении приложены к конкретным типам водных объектов. Кроме того, интервалы изменения индексов сапробности (5) соотнесены с различными характеристиками воды, как среды обитания гидробионтов через классы качества вод, причем список параметров соответствия физико-химических и продукционных показателей индексам сапробности может быть довольно большим.

Метод, основанный на оценке численности живых особей хлореллы и динамики её фитомассы, даёт, в конечном счёте, представление о влиянии токсикантов на продолжительность жизни и плодовитость тестсистемы. Существует альгологическая оценка фитотоксичности гербицидов (метод «бумажных дисков»). Данный метод позволяет оценить интенсивность роста биоиндикатора Chlorella vulgaris в зависимости от концентраций токсиканта. За альгицидные принимают концентрации вещества полностью подавляющие рост водорослей на дисках.

Другой метод оценки химических веществ основан на эффекте замедленной флюоресценции (ЗФ). Этот эффект проявляется у растений при наличии сформированного фотосинтетического аппарата. Гербициды (ингибиторы фотосинтеза) способны изменять интенсивность ЗФ. Под действием очень низких концентраций гербицида резко ингибируется ЗФ, что регистрируется на специальной установке. Этим способом можно выявить наличие гербицидов ингибиторов реакций Хилла, однако в случае других пестицидов метод малоэффективен.

Многие методы биологического тестирования основаны, на визуальных оценках. Весьма пригодны для этой цели зелёные и диатомовые водоросли. Под действием токсикантов первоначально зелёная масса водоросли меняет цвет — становится густо-коричневой или наоборот, обесцвечивается. Некоторые токсиканты не вызывают заметных изменений окраски, однако водоросли теряют тургор и легко повреждаются. Существуют достаточно надёжные способы количественной регистрации воздействия загрязнителей, например, плазмолиз. Для определения количества погибших клеток пользуются методом витального окрашивания. Живые клетки сильно ограничивают проникновение в протоплазму органических веществ, и будучи помещёнными в раствор ряда красителей, практически не окрашиваются. В мёртвые клетки краска проникает свободно, благодаря чему наличие погибших клеток легко поддаётся учёту.

Система тестов, фиксирующих изменения каких-либо функций организма, основана на скорости движения протоплазмы, которая у многих клеток способна совершать круговые движения (циклозис). Реакция замедления или остановки протоплазмы лучше всего заметна на растениях с удлинёнными клетками, такими как харовые водоросли (Charophyta), дюнамилла (Dunamilla) и элодея (Elodea). Присутствие свинца в среде, например, влияет на скорость движения протоплазмы, начиная с концентрации 0,5мг/мл.

Для тестирования почвы, загрязнённой ТМ используют тест учёта биологического разнообразия водорослей на единицу площади. При малейшем загрязнении почвы, первыми из водорослевых сообществ «выбиваются» зелёные водоросли.

Желто-зеленые водоросли, особенно одноклеточные, являются показателями чистоты и здоровья почвы. Их исчезновение становится сигналом на загрязнение. Однако, почвенные водоросли, как индикаторы, имеют ограничения: зачастую обеднение структуры альгопедоценоза указывает на степень общего загрязнения, без дифференцировки отдельных контаминантов.

Следует отмстить, что водоросли нс могут быть индикаторами фекального и тяжёлого органического загрязнения, они обладают также слабой чувствительностью к тяжёлым металлам и пестицидам. В ряде случаев биоиндикация по водорослям затрудняется их недостаточной таксономической изученностью, а также сложностью различения живых и мёртвых клеток (Воденичаров, 1985; Водсничаров, Киряков, 1986). В последнее время трудности обработки проб, обусловленные утомительностью подсчёта числа клеток, в известной мерс уменьшаются благодаря использованию методов автоматического подсчета общей численности (Руководство по гидробиологическому…, 1992).