6.4. Использование водорослей как индикаторных организмов

6.4.1. Использование водорослей для биологического анализа воды (В. В. Ступина)

Биологический анализ воды наряду с другими методами используется при оценке состояния водоемов и контроля за качеством воды [310]. Водоросли благодаря стенотопности многих видов, их высокой чувствительности к условиям окружающей среды играют важную роль в биологическом анализе воды.

Качество или степень загрязнения воды по составу водорослей оценивают двумя способами: 1) по индикаторным организмам; 2) по результатам сравнения структуры сообщества на участках с различной степенью загрязнения и контрольном. В первом случае по присутствию или отсутствию индикаторных видов или групп и их относительному количеству, пользуясь заранее разработанными системами индикаторных организмов, относят водоем или его участок к определенному классу вод. Во втором случае заключение делают по результатам сопоставления состава водорослей на разных станциях или участках водоема, в разной мере подверженных загрязнению.

В настоящее время существует несколько систем для биологической индикации загрязненных вод. В альгологии для этих целей применяют систему сапробности вод, оцениваемую степенью их загрязнения органическими веществами и продуктами их распада. Как известно, наибольшее признание получила система определения сапробности, предложенная в 1908 г. Р. Кольквитцем и М. Марссоном, и ее последующие модификации. Эти авторы считали, что распад находящегося в составе сточных вод органического вещества носит ступенчатый характер. В связи с этим водоемы или их зоны в зависимости от степени загрязнения органическими веществами подразделяют на поли, - мезо- и олигосапробные [156].

В полисапробной зоне, находящейся вблизи от места сброса сточных вод, происходит расщепление белков и углеводов в аэробных условиях. Эта зона характеризуется почти полным отсутствием свободного кислорода, наличием в воде неразложившихся белков, значительных количеств сероводорода и диоксида углерода, восстановительным характером биохимических процессов. Число видов водорослей, способных развиваться в этой зоне, сравнительно невелико, но зато они встречаются в массовых количествах.

В мезосапробной зоне загрязнение выражено слабее: неразложившихся белков нет, сероводорода и диоксида углерода немного, кислород присутствует в заметных количествах, однако в воде есть еще такие слабоокисленные азотистые соединения, как аммиак, амино- и амидокислоты. Мезосапробная зона подразделяется на α- и β-мезосапробные подзоны. В первой встречаются аммиак, амино- и амидокислоты, но уже есть кислород. В этой зоне отмечаются синезеленые водоросли родов Oscillatoria Vauch. и Phorimdium Kütz. Минерализация органического вещества в основном идет за счет аэробного окисления, в частности бактериального. Следующая, мезосапробная подзона характеризуется присутствием аммиака и продуктов его окисления - азотной и азотистой кислот. Аминокислот нет, сероводород встречается в незначительных количествах, кислорода в воде много, минерализация идет за счет полного окисления органического вещества. Видовое разнообразие водорослей здесь больше, чем в предыдущей подзоне, но численность и биомасса организмов ниже. Наиболее характерными для этой подзоны являются диатомовые водоросли из родов Melosira Ag., Diatoma D. С., Navicula Bory и зеленые из родов Cosmarium Corda ex Ralfs, Spirogyra Link, Cladophora Kütz., Scenedesmus Meyen.

В олигосапробной зоне сероводород отсутствует, диоксида углерода мало, количество кислорода приближается к нормальному насыщению, растворенных органических веществ практически нет. Для этой зоны характерно высокое видовое разнообразие водорослей, но численность и биомасса их незначительны.

Совершенствование системы Р. Кольквитца и М. Марссона шло путем расширения списка и уточнения видов - индикаторов загрязнения, а также переводом качественных оценок в количественные (индекс сапробности по Р. Пантле, Г. Буку; дифференциация характерности индикаторных организмов и учет их численности на единицу пространства по М. Зелинке и П. Марвану).

Перечень видов водорослей - индикаторов степени загрязнения водоемов, предложенный комиссией СЭВ [311], приведены в Приложении 3.

В связи с тем, что индикаторное значение многих видов водорослей нередко зависит от условий их произрастания, в настоящее время признано необходимым учитывать не только наличие конкретных видов - индикаторов сапробности воды, но и их численность, соотношение с другими видами в данной экосистеме. Необходимы и другие дополнительные показатели, позволяющие более дифференцированно подходить к использованию конкретных видов водорослей в качестве индикаторов. В частности, целесообразно учитывать данные о состоянии популяции видов-индикаторов (особенности их возрастных и морфологических спектров, частоту встречаемости уродливых структур и др.). Необходимо создать специальный атлас морфологических уродств - показателей загрязнения окружающей среды. Разработка тестов морфологического контроля состояния популяций водорослей - один из реальных путей совершенствования методов экологического мониторинга [301].

Весьма чувствительной к условиям внешней среды является структура фитопланктона. Наряду с численностью, биомассой, обилием видов в качестве показателей загрязнения вод перспективными могут быть индекс видового разнообразия и информационные индексы.

Разработка методов биологического анализа чистоты вод необходима для организации их экологического мониторинга. Анализ следует осуществлять на основании изучения особенностей изменения видового и количественного разнообразия индикаторных организмов, физиологического состояния гидробионтов, выявления нарушений в ходе интегральных процессов (соотношение между продукцией и деструкцией органического вещества и др.). Эти данные должны быть формализованы в цифровом выражении: в виде кодов, матриц, индексов - видового разнообразия, сапробности, биоиндексов (Вудвисса), баллов Шендлера и др. - и по возможности быть представлены графически (Самоочищение и биоидикация загрязненных вод. - М., 1980).

Для разработки унифицированной системы оценки качества вод по гидробиологическим показателям следует принять за основу проект системы комплексной оценки качества поверхностных сточных вод, предложенной Институтом гидробиологии АН УССР [115].

Водоросли широко используют в токсикологическом контроле воды. Они пригодны для установления токсичности многих веществ, содержащихся в воде водоемов и сточных водах, таких как соединения тяжелых металлов, детергенты, пестициды и др. На основании данных, полученных при изучении водорослей, делают научно обоснованные заключения о предельно допустимых концентрациях различных веществ, сбрасываемых в водоемы. Для токсикологического контроля часто используют зеленые водоросли из родов Scenedesmus Меyеn, Ankistrodesmus Corda, Chlamydomonas Ehr., Rhizoclonium Kütz., Hydrodictyon Roth.