Мониторинг загрязнения водной среды реки Херота с помощью методов биоиндикации

Корректно оформленные  таблицы результатов не менее  важны, чем протоколы пробоотбора  и описание источников воздействия, выступающих в качестве причин загрязнения  окружающей среды.

Приведенные таблицы содержат как собственно полученный цифровой материал, так и сведения, которые могут (и должны) быть использованы для интерпретации результатов.

Интерпретация и представление полученных результатов  в значительной мере определяют возможности использования данных для принятия экологически значимых решений.

Процесс интерпретации  полученных результатов можно коротко  описать как анализ данных, целью которого является получение как можно большего объема информации о процессах, к которым данные имеют (или предположительно могут иметь) отношение. Интерпретация результата, как количественного, так и качественного, подразумевает ответы на следующие вопросы:

Каковы причины  полученных результатов (т. е., почему получены именно эти результаты?). При этом имеются в виду не только причины методического характера (им следует уделять внимание на более ранних этапах программы — при планировании измерений, отборе проб, собственно измерениях). Если полученные данные достоверны, следует задать вопросы о причинах, обусловивших наблюдаемые явления. Каков источник зафиксированного загрязнения (предприятие, дачный поселок, естественный процесс)? Что можно сказать о применяемом производственном процессе на основании анализа сточных вод предприятия?

Соответствуют ли полученные результаты тому, что вы ожидали? Если да (нет), то почему? Невнимание к этому вопросу способно привести к обнародованию «сенсационных» данных, которые не подтвердятся впоследствии. Каковы следствия наблюдаемых явлений? Речь здесь, главным образом, идет не о прогнозе (особенно в случае общественных организаций). Должен быть поставлен вопрос о том, что практически означает полученный результат — с точки зрения здоровья населения, состояния экосистемы и т.п. При этом следует принимать во внимание ответы на первые два вопроса. Это, например, означает, что следует ставить вопрос не только о том, каково воздействие на окружающую среду обнаруженного вещества, но и о том, каково воздействие производственного процесса, признаком которого является это вещество.

Лишь получив ответы на все три вопроса, можно быть уверенным в том, что отнесся к интерпретации результатов должным образом.

Глава 3. Методика биоиндикации.

Контроль состояния  наземных и водных экосистем осуществляется преимущественно по физико-химическим характеристикам. В мониторинге же кроме этого необходимо применять и биологические показатели: особенности структуры сообществ, соотношение отдельных групп видов фауны и флоры, по количественному их развитию и т.д. В целях биоиндикации биологические показатели следует рассматривать как структурные характеристики.

В последнее  время все более широкое развитие имеет количественный подход к оценке состояния экосистемы и функционального  значения в ней организмов. Системный  подход при биологическом контроле, включающий сочетание качественных и количественных методов оценки, позволяет более-менее объективно охарактеризовать функциональное состояние экосистемы, вскрыть причины нарушения процессов круговорота вещества и энергии. Такой путь исследований дает возможность выявить закономерности изменений сообществ организмов, подверженных антропогенному воздействию, и позволит прогнозировать состояние экосистемы при изменении внешних факторов.

Биоиндикация  качества наземных экосистем возможна по различным видам и сообществам растений и животных. В исследованиях удовлетворительные результаты получены при изучении высших растений, лишайников, жужелиц и пауков.

Для гидробиологического  анализа качества вод могут быть использованы практически все группы организмов, населяющие водоемы: планктонные и бентосные беспозвоночные с особой ролью простейших, водоросли, макрофиты, бактерии и грибы. Каждая из них, выступая в роли биологического индикатора, имеет свои преимущества и недостатки, которые и определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации.

При решении  задач биоиндикации и связанных  с ними задач экологического прогнозирования необходимо уделять внимание трем основным аспектам:

• выделению системообразующих факторов и целям прогнозирования;
• разработке соответствующих методов и моделей;
• проблеме оценки достоверности получаемых результатов.

Актуальность  этих исследований косвенно подтверждается тем, что число количественных методов  биоиндикации на сегодняшний день все  еще мало, что позволяет вспомнить  слова 25-летней давности В.И.Василевича  «Как ни странно, но задачи фитоиндикации, вероятностные по своей природе, до сих пор решаются в основном без использования каких-либо статистических методов». Все это заставило первоначально рассмотреть ряд основных теоретических подходов, используемых при фитоиндикационных исследованиях(12). Среди рассмотренных методов биоиндикации (оценка среды по отдельным видам-индикаторам и по ассоциациям-индикаторам, оценка среды по соотношению индикаторных групп видов, оценка достоверности и значимости индикаторов, использование экологических шкал, оценка индикаторной информативности видов, прямой градиентный корреляционный и регрессионный анализы, индикация методом распознавания образов) наиболее эффективным оказался прямой градиентный анализ.

Среди животных на клеточном уровне организации  наиболее важное индикаторное значение имеют дафнии. Преимущество перед  другими группами простейших (саркодовые и жгутиконосцы) они имеют потому, что видовой состав и численность их наиболее четко соответствуют каждому уровню сапробности среды, они отличаются высокой чувствительностью к изменениям внешней среды и отчетливо выраженной реакцией на эти изменения, имеют относительно крупные размеры и быстро размножаются. Используя эти особенности дафний, можно с известной степенью точности установить уровень сапробности водной среды, не привлекая для этой цели другие индикторные организмы(12).

Методическое  руководство по биотестированию  воды разработано с целью обеспечения  сотрудников лабораторий системы  Госкомприроды СССР, республиканских и местных комитетов по охране природы, других министерств и ведомств пособием для проведения токсикологического контроля сточных и природных вод методами биотестирования.

В соответствии с п. 5.7 и Приложением № 1 Правил охраны поверхностных вод (1991 г.), биотестирование является обязательным элементом системы оценки и контроля качества воды(13).

Методическое  руководство включает методики биотестирования с использованием в качестве тест-объектов ракообразных, водорослей и рыб.

Биотестирование проводят для определения токсичности сточной воды на сбросе в водный объект, воды в контрольном и других створах водопользования с целью проверки соответствия качества воды нормативным требованиям: сточная вода на сбросе не должна оказывать острого токсического действия, а вода в контрольном и других створах водопользования — хронического токсического действия на тест-объекты.

Результаты  биотестирования учитывают при  установлении величин предельно  допустимых сбросов (ПДС) загрязняющих веществ.

Наличие острого  токсического действия сточной воды на сбросе в водный объект определяют при кратковременном биотестировании на ракообразных (дафниях или цериодафниях)(10).

Наличие хронического токсического действия сточной природной воды в контрольном и других створах водного объекта определяют при длительном биотестировании на ракообразных (дафниях или цериодафниях).

Для более детальной токсикологической  оценки сточной и природной воды биотестирование должно вестись минимум на двух объектах параллельно. Один объект должен относиться к фитопланктону (хлорелла или сцередесмус), другой — к зоопланктону (дафния магна или цериодафния). Предпочтительнее тестировать на хлорелле и цериодафнии, как на более чувствительных объектах.

Пробы сточной воды для биотестирования отбирают, руководствуясь инструкцией по отбору проб для анализа сточных вод НВН 33-5.3.01-85(14); отраслевыми стандартами или другими нормативными документами. Пробы природной воды отбирают, руководствуясь ГОСТ 17.1.5.05-85(15).

Биотестирование проб воды проводят не позднее 6 ч после их отбора. Если указанный срок не может быть соблюден, пробы хранят до двух недель с открытой крышкой внизу холодильника (при +4°С). Не допускается консервирование проб с помощью химических консервантов. Перед биотестированием пробы фильтруют через фильтровальную бумагу с размером пор 3,5—10 мкм.

При определении наличия  острого и хронического токсического действия воду тестируют без разбавлении. Для учета результатов биотестирования при установлении величин ПДС и определения степени токсичности сточной и природной воды готовят серию разбавлении.

Для контроля (вода без токсических  веществ) и разбавлении используют водопроводную воду, которую дехлорируют путем отстаивания и аэрирования с помощью микрокомпрессоров в течение семи суток. В тех случаях, когда результаты биотестирования учитывают при установлении величин ПДС, в качестве контрольной и разбавляющей служит природная вода, отобранная вне зоны влияния источника загрязнения и отфильтрованная через фильтровальную бумагу.

Если отсутствует возможность  отбора проб из контрольного створа, тестируют сточную воду на сбросе в водный объект в разбавлении, соответствующем таковому в контрольном створе.

Методика основана на определении изменений выживаемости и плодовитости дафний при воздействии токсических веществ, содержащихся в тестируемой воде по сравнению с контролем.

Кратковременное биотестирование — до 96 ч —  позволяет определить острое токсическое  действие воды на дафний по их выживаемости. Показателем выживаемости служит среднее количество тест-объектов, выживших в тестируемой воде или в контроле за определенное время. Критерием токсичности является гибель 50 и более процентов дафний за период времени до 96 ч в тестируемой воде по сравнению с контролем.

Длительное  биотестирование—20 и более суток  — позволяет определить хроническое токсическое действие воды на дафний по снижению их выживаемости и плодовитости. Показателем выживаемости служит среднее количество исходных самок дафний, выживших в течение биотестирования, показателем плодовитости — среднее количество молоди, выметанной в течение биотестирования, в пересчете на одну выжившую исходную самку. Критерием токсичности является достоверное отличие от контроля показателя выживаемости или плодовитости дафний.

В качестве тест-объекта  используют Daphnia magna Straus.

Дафнии обитают  в стоячих и слабопроточных водоемах. На территории России дафнии широко распространены. Являются типичными мезосапробами, переносят осолонение до 6‰.

Рост дафний в течение всей жизни неравномерный, с возрастом замедляется и связан с периодическими линьками; первые три — ювенильные — следуют через 20, 24, 36 ч, четвертая — созревание яиц в яичнике — и пятая—откладывание яиц в выводковую камеру — следуют с интервалом 24—36 ч. Начиная с шестой, каждая линька сопровождается откладыванием яиц. Растет дафния наиболее интенсивно в первые дни после рождения. При хорошем питании размеры молодых дафний после каждой линьки удваиваются. Выметанная молодь имеет 0,7—0,9 мм в длину, к моменту половозрелости самки достигают 2,2—2,4 мм, самцы 2,0—2,1мм.

В природе в  летнее время, а в лаборатории  при благоприятных условиях круглый год дафнии размножаются без оплодотворения — партеногенетически, причем рождаются в большинстве самки. При резком изменении условий существования (недостаток пищи, перенаселенность, понижение температуры и т. д.) в популяции дафний появляются самцы и дафнии переходят к половому размножению, откладывая после оплодотворения «зимние яйца» (1—2 шт.), которые падают на дно водоема, где проходят стадию покоя. Весной из яиц появляются самки, которые в дальнейшем дают партеногенетические поколения дафний. Период созревания рачков при оптимальной температуре (20±2°С) и хорошем питании 5—8 сут. Наступление половозрелости отмечают по моменту выхода яйцеклеток в выводковую камеру. Длительность эмбрионального развития обычно 3—4 сут., а при повышении температуры до 25°С — 46 ч вывод молоди идет через каждые 3—4 сут. Число яиц в кладке увеличивается от 10—15 (в первых пометах) до 30—40 и более (у самок среднего возраста), а затем снижается (по мере старения) до 3—8. В лабораторных условиях продолжительность жизни дафний 3—4 мес. и больше.

Исходный материал для лабораторной культуры дафний можно  получить в ЦСИАК Краснодарского краевого комитета по экологии и природопользованию.

Заранее подготовленные стеклянные сосуды емкостью 3—5 л заполняют на 1/3 объема отфильтрованной природной водой и в них переносят дафний с помощью стеклянной трубки (внутренний диаметр 0,5—0,7 см) с оплавленным или опиленным надфилем концом, чтобы не травмировать рачков. Такую трубку используют и в дальнейшем при пересадке дафний. Начальная плотность посадки 6 — 10 особей на 1 л воды.

Культуру дафний выращивают в климатостате, люминостате, боксе или помещении, не содержащем токсических паров или газов. Оптимальная температура для культивирования дафний и биотестирования составляет 20±2°С, освещенность 400—600 лк при продолжительности светового дня 12—14 ч. Не допускают освещения дафний прямыми солнечными лучами. Стеклянную посуду для содержания дафний моют питьевой водой, хромовой смесью или соляной кислотой. Нельзя использовать для мытья синтетические моющие средства и органические растворители. В помещении, где находятся дафнии, не проводят обработку инсектицидами, не хранят летучие вещества и не работают с ними. Для культивирования дафний используют водопроводную воду, которую отстаивают и насыщают кислородом с помощью микрокомпрессоров не менее 7 сут. Используют также природную или аквариумную воду, отфильтрованную через бумажный фильтр. Вода для культивирования должна удовлетворять следующим требованиям: рН 7,0—8,2; жесткость общая 3—4 мг-экв/л, концентрация растворенного кислорода не менее 6,0 мг/л, солевой состав до 6 ‰.