Биологические методы оценки качества воды

Конечно же, для определения химического состава воды, а значит и для выявления находящихся в ней загрязняющих веществ можно использовать специальные приборы. Они позволяют получить точные значения концентраций загрязнителей. Но приборные методы имеют свои недостатки:

1. с их помощью нельзя точно оценить, насколько полученные концентрации опасны для водных организмов и для нас с вами;

2. они не учитывают возможного взаимодействия различных загрязняющих веществ (а это взаимодействие, как правило, происходит);

3. они оценивают качество воды на момент отбора пробы и ничего не скажут нам про аварийный сброс загрязнителя, произошедший на реке неделю назад;

4. они достаточно сложны и дороги. Много ли аналитических приборов есть в вашем пользовании? Если да — вам повезло. У большинства начинающих гидробиологов их нет совсем.

Лучшими «приборами», оценивающими качество воды, являются сами водные обитатели. Конечно, эти «приборы» тоже не идеальны: например, у них нет стрелок и шкал. Поэтому с помощью методов биоиндикации мы можем оценить только общий уровень загрязненности, но не узнаем точных концентраций того или иного вещества. Зато эти методы относительно дешевы и не требуют специального оборудования. Многие из них довольно просты и могут быть использованы в работе юными исследователями. А главное, биологические методы дают комплексную оценку качества воды, учитывают взаимодействие разных загрязняющих веществ и могут помочь нам в том случае, когда источник загрязнения имеет переменную мощность или непостоянный химический состав.

Данные о качестве воды, полученные при помощи биологических методов, можно соотнести с официально принятыми показателями: классами качества воды (ККВ), уровнями сапробности. Это позволяет нам сравнивать данные, полученные при помощи приборных и биологических методов.

Конечно же, для определения химического состава воды, а значит и для выявления находящихся в ней загрязняющих веществ можно использовать специальные приборы. Они позволяют получить точные значения концентраций загрязнителей. Но приборные методы имеют свои недостатки:

· с их помощью нельзя точно оценить, насколько полученные концентрации опасны для водных организмов и для нас с вами;

· они не учитывают возможного взаимодействия различных загрязняющих веществ (а это взаимодействие, как правило, происходит);

· они оценивают качество воды на момент отбора пробы и ничего не скажут нам про аварийный сброс загрязнителя, произошедший на реке неделю назад;

· они достаточно сложны и дороги. Много ли аналитических приборов есть в вашем пользовании? Если да — вам повезло. У большинства начинающих гидробиологов их нет совсем.

Попробуем же кратко описать основные условия обитания водных организмов.

Температурный режим

Температура воды и динамика ее изменений — важнейший экологический фактор для всех обитателей водоемов. Ведь температура не только непосредственно воздействует на гидробионтов, регулирует скорость жизненных процессов, но и определяет важнейшие физико-химические свойства воды.

Водные организмы приспособились к различным температурным условиям обитания: одни из них живут в горячих источниках при температуре 45-50°С и выше, другие активны при температуре воды -2°С и могут выдерживать промерзание до -12°С. Важно другое: из-за своей высокой теплоемкости вода является гораздо более термостабильной средой, чем воздух, т. е. её температура изменяется медленно, а это благоприятно для существования живых организмов.

В водоемах суши температура обычно колеблется значительно существеннее, чем в морях и океанах. Особенно это характерно для водоемов умеренного пояса, где сезоны сильно отличаются друг от друга, и температура воды в течение года может изменяться на 10-20 градусов. Организмы, способные жить в воде разной температуры и переносить значительные ее колебания, называются эвритермными. У них вырабатываются различные приспособления, позволяющие компенсировать воздействия меняющейся температуры: изменяется активность ферментов, общая интенсивность процессов обмена веществ. Сами организмы производят миграции в места с более стабильной или благоприятной температурой. Так, многие пресноводные рыбы зимой скапливаются в наиболее глубоких участках водоема. Иногда снижение скорости обмена веществ при низкой температуре может быть выгодно для организма: например, рыб это предохраняет от истощения организма зимой, в период с неблагоприятными кормовыми условиями.

­6.3.3 Особенности пресноводных водоемов.

­Большинство орrанизмов, живущих в озерах, водохранилищах и прудах приспособле­

ны к жизни в спокойной воде. В мелководной зоне вдоль береrа свет доходит до caмого

дна. Здесь живут и укорененные водные растения, и плавающие водоросли; животный

мир здесь чрезвычайно разнообразен. Дальше от береrа расположена область открытой воды. В ее верхнем слое, куда проникает свет, обитает планктон и нектон.

В более rлубоких слоях воды и на дне, где недостаточно света для протекания фото­синтеза, обитают орrанизмы, которые питаются мертвым орrаническим веществом. Бак­терии, rpибы, мелкие моллюски и личинки комаров­ дерrунов перерабатывают «вторичное

орrаническое сырье», и продукты этой переработки затем снова выносятся течениями или

плавающими животными в друrие зоны. Таким образом, rлубокая зона в озерных или

прудовых сообществах заселена детритофаrами.

Озера и водохранилища обычно стратифицированы, т. е. rоризонтально расположен­ные слои воды в них характеризуются различной температурой. Такое температурное дe­ление может приводить к образованию слоев воды с худшими качествами ­ например сло­ев с малым содержанием pacтвopeннoro кислорода, а это в свою очередь будет определять

видовой состав орrанизмов.для тогo, чтобы объяснить, как происходит снижение качества воды в озере или вoдoxpa­нилище, рассмотрим температурный профиль водоема на протяжении rодичноrо цикла.

Будем считать, что цикл начинается поздней осенью, коrда поrода уже стала холод­

ной. Под воздействием осенних и зимних ветров на озере или водохранилище образуются

волны, которые хорошо перемешивают всю массу воды. В итоrе на всех rлубинах YCTa­

навливаются практически одинаковые качество и температура воды. Такая картина Ha­

блюдается в течение всей зимы.

Весной солнечные лучи наrpевают воду у самой поверхности и потоки более теплой

воды внедряются в толщу холодной. Аналоrnчным образом летом поверхносrnые слои

воды, наrpетые солнцем, также стремятся остаться наверху. Перемешивающее действие

ветра теперь менее эффективно, поскольку более теплая и, следовательно, более леrкая

вода хотя и заталкивается вrлубь, но сразу же поднимается обратно к поверхности.

В результате формируются три слоя воды с последовательно все более высокой TeM­

пературой. Самый теплый слой, эпилимнион образуется наверху, поскольку он имеет ca­

мую низкую плотность. Самый холодный слой, 2иполимнион, располаrается у дна ­ он об­

ладает наибольшей плотностью. Между этими слоями происходит резкий температурный

переход ­ этот средний слой называется термолимнион. Такое формирование слоев с раз­

ной плотностью и температурой называется стратификацией.

Стратификация воды, Т.е. разделение слоев по температуре ­ это один из двух процес­сов, сочетание которых вызывает снижение качества воды в озере или водохранилище.

Друrой процесс ­ рост водорослей в относительно чистой воде. В то время как одни водоросли растут, друrие отмирают. Отмершие водоросли опускаются в придонные слои, где их потребляют в пищу водные микроорrанизмы. К тому же микробы для cBoero роста и поддержания жизнедеятельностью: потребляют кислород. Поскольку вода в озере страти­фицирована и происходит лишь незначительное перемешивание верхних и нижних слоев, недостаток кислорода в придонных слоях быстро не восполняется. Таким образом, при­донная вода в стратифицированном озере или водохранилище может стать очень бедной кислородом. Запасы кислорода в rлубоких водах озера иноrда совсем невелики, поэтому многие орrанизмы, живущие сдесь, приспособлены к низкому содержанию кислорода или даже полному егоO отсутствию.

С наступлением холодов верхние слои воды охлаждаются, пока их температура не

станет даже более низкой, чем в придонных слоях. С этоro момента стратификация yтpa­

чивает стабильность, и слои «совершают кувырок, в результате чеrо вода хорошо пере­

мешивается. Теперь вода в озере или водохранилище на всех rлубинах имеет примерно

одинаковую температуру. Такое состояние сохраняется в течение зимних месяцев.

Пруды отличаются от озер тем, что прибрежная зона в них относительно велика, а зо­

на открытой воды сравнительно небольшая. Часто пруды слишком мелки и поэтому сол­

нечный свет практически достиrает дна. В результате фотосинтез происходит на всех rлу­

бинах. В прудах обычно нет температурной стратификации. Некоторые пруды на какую­

то часть I'ода пересыхают, что оказывает стрессовое воздействие на сообщества в таких

прудах. ОРl­анизмы, живущие в них, должны обладать способностью впадать в покоящее­

ся состояние, чтобы пережить период засухи [23]

Организмы, способные существовать только в узком диапазоне температур, называются стенотермными. Для них изменение температурного режима водоема может оказаться гибельным. Существуют стенотермные виды, приспособленные к жизни только в холодной воде (ручьевая форель) — это олиготермные виды. Напротив, есть виды, живущие только в теплой, хорошо прогреваемой воде. К таким политермным видам из привычных нам организмов относятся многие аквариумные рыбки.

Сброс воды из системы охлаждения тепловых и атомных электростанций повышает температуру значительных участков реки или озера на 5-10 градусов, что приводит к коренным изменениям в сообществе организмов, населяющих эту зону.

Имеет смысл запомнить приставки, с которыми мы здесь встретились, они относятся не только к температуре, но и ко всем другим факторам окружающей среды: приставки эври- (широкий) и стено- (узкий) определяют размах колебаний значения фактора, который способен выдержать вид. Приставки олиго- (мало) и поли- (много) говорят о том, какие значения фактора — низкие или высокие — наш вид предпочитает.

Газовый состав

В воде природных водоемов растворены различные газы. Концентрации этих газов зависят от их природы, их содержания в атмосфере, а также от температуры и солености воды (при повышении этих двух показателей растворимость газов падает). То количество газа, которое может раствориться в воде при данных условиях, называется «нормальным».

Огромное значение для водных организмов имеет концентрация растворенного в воде кислорода. Этот газ попадает в водоем из атмосферы, а также выделяется водными растениями в процессе фотосинтеза. Относительное значение каждого из этих путей может меняться в зависимости от характеристик водоема: в быстрой, порожистой речке со слабо развитой растительностью более значима диффузия кислорода из атмосферы. А в озере, имеющем мощные заросли водной растительности, большая часть кислорода может поступать в воду в результате их фотосинтетической активности. При 0°С и нормальном атмосферном давлении в одном литре пресной воды может раствориться 10,3 мл кислорода. Чем теплее вода, тем меньше кислорода может быть в ней растворено.

Насыщение воды атмосферным кислородом идет через поверхность. Фотосинтез максимально интенсивен тоже в верхнем, наиболее освещенном слое воды. Поэтому кислородные условия у поверхности обычно лучше, чем на глубине. Особенно сильно это может быть выражено в тех водоемах, где перемешивание воды почти не происходит, а на дне имеется значительное количество органических остатков: ведь при гниении органика поглощает кислород из воды. Из-за таких процессов содержание кислорода в воде может падать ниже необходимого для нормальной жизни водных организмов уровня. Содержание кислорода в водоеме меняется также в зависимости от сезона и времени суток. Минимальные его концентрации в воде обнаруживаются обычно ранним утром: ведь ночью растения не фотосинтезируют, а только поглощают кислород в процессе своего дыхания. Из сезонов наименее благоприятна с точки зрения кислородного режима зима: лед не позволяет проникать в воду кислороду атмосферы, условия для фотосинтеза под слоем льда тоже неблагоприятны. Поэтому именно зимой наиболее часто происходят заморы — массовая гибель гидробионтов из-за нехватки кислорода.

Некоторые водные обитатели сравнительно легко переносят низкие концентрации кислорода в воде (карась, моллюск живородка, малощетинковый червь трубочник), т. к. они приспособились к жизни в водоемах, где дефицит кислорода — обычное явление. Другие организмы, наоборот, чрезвычайно требовательны к содержанию кислорода: форель, поденки из семейства гептагениды (Heptageniidae), бродячие ручейники (Rhyacophilidae).

Из других газов, имеющих важное значение для гидробионтов, надо отметить углекислый газ: в небольших концентрациях он необходим для хода фотосинтеза, регулирует скорость некоторых процессов метаболизма. Наличие в воде углекислого газа позволяет также стабилизировать ее кислотно-основные свойства.

Поиск по сайту: