ЭКОЛОГИЯ, 2004, № 6, с. 464-467
КРАТКИЕ ^^^^^^^^^^^^ СООБЩЕНИЯ
УДК 504.064.36:574+574.587(28)
ОБ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ И ГРУНТОВ ПРЕСНОВОДНЫХ ВОДОЕМОВ ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ БЕНТОСНЫХ СООБЩЕСТВ
© 2004 г. А. И. Баканов
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН 152742 Ярославская область, Некоузский р-н, пос. Борок Поступила в редакцию 29.07.2003 г.
Ключевые слова: бентос, качество грунтов, индексы, состояние, загрязнение.
"В сегодняшнем, а тем более завтрашнем мире главным богатством становится качество природной среды - чистая вода, воздух, ненарушенные ландшафты, разнообразие живой и неживой природы" (Клюев, 2001. с. 39). В водоемах есть два основных субстрата для обитания гидробионтов -вода и грунт. Первому из них уделяется значительно больше внимания. Оценке качества вод посвящено много работ, предложено большое количество химических, гидробиологических и комплексных методик. Но в определении "Водоем - скопление бессточных или с замедленным стоком вод (озера, водохранилища, пруды, копани и т.д.)" (Сов. энциклопедический словарь, 1982) не учитывается, что существенной его частью является грунт - второй по важности субстрат для населения.
Несколько слов нужно сказать о понятии "качество". В последнее время, особенно среди токсикологов, наблюдается тенденция под качеством воды понимать просто степень ее загрязнения (Фрумин, Баркан, 1997; Моисеенко, 1998): нет загрязнения - качество воды хорошее. С точки зрения гидробиологов это слишком узкая, упрощенная трактовка термина. Более адекватный подход к оценке качества свойственен санитарной гидробиологии. Для качества воды важно не только превышение концентраций определенных ингредиентов, но и их занижение. Например, недостаточное содержание в воде ионов Са и ведет к росту сердечно-сосудистых заболеваний у людей, моллюски в такой воде не могут строить раковины. Делая обзор качества воды р. Волги, Л. И. Эльпинер (1999) в качестве ее важных характеристик отмечает наличие возбудителей различных болезней. Загрязненность - один из компонентов (часто - важнейший) качества.
"Большая советская энциклопедия" (1973, с. 552) определяет качество объекта как совокупность его свойств, обусловливающих способность удовлетворять определенные потребности в со-
ответствии с его назначением. В словаре "Природопользование" (Реймерс, 1990) качество среды -это соответствие природных условий потребностям живых организмов. Некорректно говорить о качестве объекта без указания субъекта, который этим качеством будет пользоваться (Исаченко, 1980). Для воды этим субъектом в первую очередь является человек: воду мы пьем - отсюда санитарно-гигиенические ПДК, в воде обитает рыба, которую мы едим, - отсюда рыбохозяйст-венные ПДК. Для грунтов такой поход малоподходящ, хотя путем вторичного загрязнения они и влияют на качество воды. В этом случае правильнее исходить из "интересов" обитающих здесь организмов и считать, что качество грунтов тем лучше, чем обильнее и разнообразнее их население.
Мы исходим из того очевидного факта, что вода и грунт - разные субстраты, разные компоненты экосистемы водоема, их качество взаимосвязано, но не жестко, не однозначно. Поэтому и оценивать его нужно отдельно для воды и для грунтов. Зообентос обитает в грунте, а не в воде (поровая вода имеет свойства, отличные от основной водной массы). Поэтому характеристики зообентоса лучше отражают качество грунтов, но не воды (Попченко, Булгаков, 1992). Если зоо-, фито- и бактериопланктон обитает в воде и его характеристики отражают качество воды непосредственно, то характеристики бентоса - лишь опосредованно. Состояние бентоса зависит в первую очередь от гранулометрического состава грунта, содержания в нем конкретных для различных групп организмов пищевых частиц (а не просто абстрактной "органики"), глубины, скорости течения, степени удаленности от берега, наличия зарослей макрофитов и массы других факторов, среди которых качество воды, как правило, не относится к главным. Например, если взять систему плес - перекат в реке, то бентос на песчаном или каменистом перекате будет резко отличаться от бентоса заиленного плеса, хотя вода
протекает здесь одна и та же. Другой пример - после аварии очистных сооружений химкомбината в г. Череповце вода Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища была загрязнена настолько сильно, что имелись даже случаи смертельного отравления людей, евших рыбу из этого плеса. В грунтах накопилось огромное количество токсических веществ, на разложение которых уйдут десятки лет. Но грязная вода давно заменилась более чистой водой, поэтому планктон показывает улучшение качества воды, а бентос продолжает оставаться характерным для сильно загрязненных водоемов.
В 2001 г. на 64 станциях Горьковского и Чебоксарского водохранилищ были отобраны пробы зообентоса, грунта и воды. Зообентос характеризовался 13 различными показателями, грунты - 14, вода - 22. Химические анализы воды и грунта выполнены Федеральным государственным управлением "Специализированная инспекция аналитического контроля" (ФГУ СИАК) по Приволжскому региону.
Наши материалы показывают, что распределение загрязнений в воде и грунтах обусловлено разными закономерностями. Если в воде статистическое распределение загрязняющих веществ, как правило, соответствует нормальному закону, то в грунтах оно резко асимметрично и аппроксимируется отрицательным биномиальным или логнормальным распределениями. В первом случае распределение вещества определяется множеством независимых факторов, каждый из которых вносит незначительный вклад в общую картину, во втором - есть один или несколько решающих факторов.
Для количественной оценки связи между различными характеристиками использовался коэффициент ранговой корреляции Спирмена р, который более адекватен полученным данным, поскольку не зависит от вида их статистического распределения и формы связи (Лакин, 1980). Корреляция считалась достоверной при уровне значимости р = 0.05. Из 170 рассчитанных коэффициентов корреляции между характеристиками бентоса и грунтов достоверными оказались 96 (56.5%), из 242 коэффициентов корреляции между характеристиками бентоса и воды - только 24 (9.9%). Комбинированный индекс загрязнения по зообентосу (КИЗ) не показал (Баканов, 1999) значимой связи ни с одной из характеристик воды.
Установленные для Горьковского и Чебоксарского водохранилищ эмпирические зависимости нельзя, разумеется, рассматривать как повсеместно проявляющиеся закономерности. В литературе описаны ситуации, когда изучаемые связи носят иной характер. Например, в р. Ижоре были найдены достоверно высокие (до 0.99) корреляции между различными бентосными индексами и
Доля станций (%), принадлежащих к отдельным классам (I-IX) качества грунта
Состояние
Загрязненность грунта
сообществ бентоса слабая средняя сильная
Хорошее I-0 II-7.3 III-11.9
Удовлетворительное IV-14.1 V-45.8 VI-4.5
Плохое VII-9.6 VIII-6.8 IX-0
физико-химическими характеристиками воды (Балушкина, 2000). Столь разноречивые наблюдения говорят о том, что к оценке качества воды по показателям зообентоса нужно подходить с большой осторожностью, так как в различных ситуациях надежность такой оценки может сильно варьировать.
Зарубежные исследователи указывали на необходимость срочной разработки критериев качества грунтов (sediment quality criteria - SQC) (Chapman, 1989; Liu e. a., 1999). Особенно перспективным для этой цели считается использование так называемого "триадного подхода" (Long, Chapman, 1985), который мы применяли для озер и водохранилищ бассейна Волги (Баканов и др., 1999, 2000).
Согласно биотической концепции контроля среды, экологическое состояние должно оцениваться по комплексу биотических показателей, но не по уровням абиотических факторов (Левич, 1994). В новейшей системе оценка качества грунтов производится по четырем показателям: общей численности бактерий, численности сапрофитных бактерий, тубифицидному индексу и индексу Шеннона, рассчитанному по численности отдельных видов зообентоса (Виноградов и др., 2002). Предлагается "обобщенная классификация качества грунтов", включающая девять классов -от предельно чистых до предельно грязных грунтов. Уже из названий классов видно, что это не шкала качества, а шкала загрязненности, т.е. эти исследователи, подобно многим другим, качество и загрязненность считают синонимами.
Один из подходов к оценке качества состоит в оценке близости реального наблюдаемого сообщества к стандарту - сообществу, репрезентативному для экосистем данного типа (Smolenski, 2001). В качестве такого стандарта мы использовали средние за 1992-2001 гг. характеристики сообществ зообентоса Иваньковского, Угличского, Рыбинского и Горьковского водохранилищ: численность организмов N = 3700 экз/м2, их биомасса B = 15 г/м2, число видов в пробе площадью 250 см2 S = 6.7, видовое разнообразие, рассчитанное по формуле Шеннона с использованием данных по численности отдельных видов, H = 1.8 бит/экз., тубифицидный индекс ТИ = 54%, средняя сапроб-
466
БАКАНОВ
Загрязненность грунтов
Рис. 1. Двухпараметрическая классификация качества грунтов (при трех градациях каждого показателя).
ность СС = 3 (Баканов, 2002). Поскольку эти средние величины на водоемах иного типа и в иных регионах будут различаться, то можно говорить о регионально-типологических нормативах (РТН). Приведенные выше цифры - это РТН зо-обентоса верхневолжских водохранилищ.
Значения отдельных показателей на каждой станции могут быть выражены в процентах от соответствующих РТН. Затем вычисляются "комбинированный индекс состояния сообществ зоо-бентоса" (КИСС) и "комбинированный индекс загрязнения по зообентосу" (КИЗ):
КИСС = (N + 2 В + 5 + Н)/5, КИЗ = (В + ТИ + 2СС)/4.
Стандартные значения этих индексов равны 100%. Чем выше значение КИСС, тем лучше состояние сообщества бентоса (он богаче в количественном отношении и разнообразнее), чем больше КИЗ, тем сильнее загрязнены грунты.
На основании вычисления этих индексов можно предложить двухпараметрическую классификацию грунтов. В простейшем случае шкалу зна-
чений каждого индекса можно разбить на три кл
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.