научная статья по теме К МЕТОДОЛОГИИ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «К МЕТОДОЛОГИИ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ»

ВЕСТНИК ЮЖНОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА Том 10, № 4, 2014, стр. 73-79

БИОЛОГИЯ

УДК 628.394.1(28):574.632

К МЕТОДОЛОГИИ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И СОСТОЯНИЯ

ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

© 2014 г. С.В. Кренева1, академик Г.Г. Матишов1' 2, К.В. Кренева3

Поступила 28.08.2014

На основе результатов многолетних исследований и анализа глобальных законов развития биосистем обоснована необходимость перенесения центра тяжести в разработке методологии биологического контроля загрязнения вод с частных признаков отклика биоты на более общие признаки и тенденции, отражающие законы динамики нарушенных гидроэкосистем. Ограниченная информативность и ненадежность традиционных биологических показателей связана со слишком большой их зависимостью от разнообразия конкретных условий и особенностей исследуемых водных объектов. Предложено обратить особое внимание на преимущества использования количественных характеристик антропогенных деструктивных сукцессий (АДС), отражающих законы динамики и деформации водных экосистем под действием загрязнения и антропогенного эвтрофирования. Определены некоторые наиболее перспективные показатели и направления исследований. Особо выделяется роль низших гетеротрофов как в самоочищении вод, так и в качестве наиболее перспективных индикаторных ценозов в контроле загрязнения и деградации экосистем.

Методология, основанная на анализе и контроле АДС биоценозов, не только вооружает исследователя строго количественными и наиболее чувствительными и надежными показателями реакции гид-робионтов на загрязнение вод, но и открывает практически неограниченные возможности в контроле, позволяет осуществлять раннюю диагностику состояния загрязняемых водных экосистем и прогнозирование дальнейших изменений в биоценозе. На основе анализа закономерностей АДС разработаны научная концепция индивидуального экологического нормирования антропогенной нагрузки и система контроля загрязнения вод. Индивидуальное нормирование нагрузки от каждого источника загрязнения на конкретную экосистему позволяет разрабатывать методы обоснованного расчета ущерба. Даны основные рекомендации в освоении данной методологии.

Ключевые слова: водные экосистемы, загрязнение, антропогенные сукцессии, трофические пирамиды, количественные гидробиологические показатели.

Как известно, к основным проблемам водной экологии относится необходимость разработки надежных и информативных биологических методов контроля загрязнения вод, ранней диагностики состояния водных экосистем, прогнозирования дальнейших изменений на всех уровнях, нормирования антропогенной нагрузки и расчета экологического ущерба от антропогенных воздействий.

1 Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра РАН (Murmansk Marine Biological Institute, Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences), 183010, Мурманск, ул. Владимирская, 17.

2 Южный научный центр Российской академии наук (Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences), 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 41, e-mail: matishov_ ssc-ras@ssc-ras.ru

3 Институт аридных зон Южного научного центра РАН (Institute of Arid Zones of the Southern Scientific Center, Russian Academy of Sciences), 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 41.

Следует признать 3 очевидных факта: 1) развитие методологии биологического контроля загрязнения и эвтрофирования вод на протяжении всего ХХ века слишком сильно отставало от роста темпов загрязнения; 2) в настоящее время накопленные знания дают все основания для перелома ситуации, т.е. для создания эффективной системы контроля состояния водных экосистем; 3) скорейшее освоение и широкое внедрение в практику новых подходов, последних достижений в контроле загрязнения вод призвано существенно повысить КПД дальнейших научных разработок в этой области.

В течение ХХ века было разработано огромное число показателей, критериев оценки качества водной среды, методов и систем контроля реакции гидробионтов на загрязнение, опубликована масса работ, написано немало обзоров с тщательным анализом имеющихся методов. Однако следует признать, что все это не позволило ученым сущест-

венно приблизиться к решению основных проблем водной экологии.

Основная причина этого феномена, на наш взгляд, кроется в чрезмерном увлечении методами, с редукционистским подходом. На протяжении более чем века в гидроэкологии преобладал крен в пользу исследований частных признаков отклика биоты на загрязнение. При этом совсем не учитывались хорошо известные основные биологические законы развития и деградации экосистем. Это и привело к низкой эффективности всех попыток усовершенствования традиционных методов контроля и анализа, с использованием математической обработки.

Совершенно очевидно, что в методологии контроля загрязнения природных вод необходимо переходить к новым подходам и принципам, более общим методам, не зависящим от типов и размеров водных объектов, климатических зон и т.п., дабы соответствовать темпам деградации водных экосистем. Вне сомнений, что на современном этапе недостаточно только устанавливать степень загрязнения и эвтро-фирования вод, необходимо оценивать состояние водных экосистем в динамике для прогнозирования и нормирования антропогенной нагрузки.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Широко известно, что в основе динамики загрязняемых водных экосистем лежат следующие глобальные взаимосвязанные закономерности:

- происходит антропогенная деструктивная сукцессия (АДС) водных экосистем, которая, на что особенно важно обратить внимание, отражает нелинейные зависимости между характеристиками состояния биоценозов и степенью загрязненности вод;

- форма трофической пирамиды биоценоза при эвтрофицировании вод становится все более пологой в результате разрастания нижних и угнетения, сокращения верхних трофических уровней;

- происходит инверсия основы трофической пирамиды в пользу гетеротрофной составляющей вследствие накопления неразложившейся органики;

- всё большая часть вещества и энергии биоценоза уходит в, так называемую, микробиальную петлю, что, по сути, является итогом и признаком разрастания всего сложного и малоизученного пока сообщества низших гетеротрофов.

Признаки перечисленных выше процессов как раз и являются главными и наиболее ценными показателями динамики состояния экосистем, степени их деформации под влиянием антропогенного эвтрофирования. Следовательно, необходимо разрабатывать и внедрять контрольные индикаторы, адекватно отражающие эти процессы. При этом

предпочтительными, основными должны считаться количественные показатели. Как показывает многолетний опыт, динамика структуры биоценоза, количественные характеристики его развития, соотношение определенных таксономических групп и количество видов в каждой из них - всё это наиболее выразительные признаки для определения стадии эвтрофикации, т.е. старения, деградации водной экосистемы [1-17].

Первый опыт разработки и использования предлагаемой методологии, основанной на контроле АДС, получен еще в 1970-е гг. [3-5] и др. Нами проводились исследования ряда загрязняемых районов больших олиготрофных озер СССР (Ладожского, Онежского). Вначале изучалось влияние преимущественно сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности. Гидробиологические и гидрохимические пробы в районах выброса сточных вод отбирались по плотной сетке станций. На Ладожском и Онежском озерах, кроме того, имелась возможность сопровождения исследований регистрацией характерных гидрофизических показателей с помощью датчиков in situ. Это позволяло иметь непрерывную запись показаний ряда гидрофизических и некоторых гидрохимических параметров и оконтуривать загрязненные зоны и потоки в сложных гидрологических условиях. Пробы планктона и большая часть гидрохимических показателей отбирались дискретно по ходу буксировки датчиков [4, 5, 18]. Пробы микрозоопланктона обрабатывались немедленно, на судне, в живом виде по методике, опубликованной нами в руководстве гидрометслужбы [19].

Следует отметить, что только принципиально новый подход в анализе получаемых материалов позволил в сложных гидрологических условиях больших водоемов впервые обнаружить признаки реакции биоты на сточные воды разной степени разбавления, оконтуривать соответствующие зоны загрязнения и наблюдать закономерности реакции биоты на загрязнение на разных стадиях АДС [3-5 и др.].

Было установлено, что в качестве основного биологического индикатора как показателя реакции биоценоза на загрязнение, особенно в сложных гидрологических условиях, наиболее рационально использовать динамику численности и структуру микрозоопланктонного сообщества (Ciliata и Rotaria). К его преимуществам по информативности перед другими группами гидробионтов относятся в первую очередь следующие три: 1) планктон характеризует всю водную толщу и переносится вместе с грязными потоками; 2) короткие сроки генерации инфузорий и коловраток обеспечивают большую скорость их количественно выраженной реакции на эвтрофирование вод, что очень важно

при быстро меняющихся условиях; 3) существенная разница в токсикорезистентности большинства представителей двух царств (одноклеточных и многоклеточных планктеров) при очень близких характеристиках реакции на трофность позволяет получать дополнительно ориентировочные данные о степени токсичности загрязненных вод.

Позже разработанная система методов [8] была апробирована на большом числе разнотипных водных объектов и в разных климатических зонах бывшего СССР [7, 9, 13, 14, 18 и др.]. Общий объем материала составил несколько тысяч проб с количественным учетом инфузорий и коловраток.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Опыт последующих изучений разнотипных водных экосистем в разнообразных условиях, климатических зонах и регионах СССР с различными типами загрязнений позволил доказать универсальность подхода, основанного на анализе динамики АДС. Наиболее наглядным выражением последовательности стадий и характера динамики биоценоза в процессе загрязнения водоема служит кривая временной или исторической антропогенной деструктивной сукцессии водной экосистемы. Она же дает возможность определить допустимую антропогенную нагрузку на водный

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком