Зонирование загрязнённых районов водоёма по закономерностям развития микропланктонных биоценозов

Предлагаемый метод, основанный на общих закономерностях развития микропланктонных биоценозов, применим для всех водоёмов. Он даёт хорошее представление о степени влияния любого источника загрязнения на любой водоём, независимо от степени его естественной или антропогенной эвтрофированности.

В районе сброса сточных вод обычно наблюдается высокая концентрация ионов солей, растворённых органических веществ и взвешенных частиц, которая постепенно уменьшается по мере удаления от источника загрязнения. Численность бактерий, которые являются первыми потребителями легкодоступной (лабильной) органики сточных вод, возрастает в непосредственной близости от места сброса и сокращается по мере уменьшения концентрации органических веществ. Аналогично ведут себя «грибы сточных вод» (Sewage fungus) — они совсем исчезают в чистых водах.

Интенсивное преобразование органической части сточных вод сопровождается уменьшением содержания кислорода в воде. По мере улучшения кислородного режима появляется значительное количество инфузорий и коловраток, большинство из которых принадлежит к видам, питающимся бактериями. Водоросли после контакта со стоками сначала уменьшаются в численности, но затем вследствие преобразования органических веществ в минеральные численность бактерий резко возрастает, что происходит уже, как правило, на значительном расстоянии от источника загрязнения. По мере уменьшения в воде концентрации биогенных элементов численность водорослей вновь уменьшается (рис. 11) (Кренева, 1976).

На основе карт и графика акваторию в районе влияния стоков можно разделить на несколько зон, различающихся по уровню загрязнённости воды и по экологическому состоянию биоценозов микропланктона (Кренева, 1980).

Фоновая зона — это участок водоёма вне действия сточных вод (по течению выше сброса стоков).

Рис. 11. Характерные изменения некоторых основных гидрохимических и гидробиологических показателей по зонам последовательного самоочищения воды (по Креневой, 1976).

Первая зона — участок прямого контакта вод водоёма со стоками. Это самая загрязнённая зона, в ней численность гидробионтов заметно понижена относительно соседней (второй) зоны, а иногда и относительно фоновой. В непосредственной близости от места выброса живые организмы могут полностью отсутствовать. Токсическое действие стоков, а также обычный здесь дефицит кислорода становятся доминирующими факторами в развитии планктона; 1 зона — зона резкого угнетения планктона (состояние метаболического и экологического регресса по системе экологических модификаций).

Вторая зона. По мере разбавления стоков их токсическое влияние ослабевает, растёт количество кислорода. Доминирующим в развитии планктона становится пищевой фактор. Углеводная часть сульфитных щелоков, бытовых стоков, сточных вод пищевой и других отраслей промышленности является хорошей питательной средой для самых мелких микроорганизмов. Последние, в свою очередь, служат пищей для инфузорий, коловраток и других планктонных фильтраторов. Все это ведёт к появлению в загрязняемом районе зоны (или фронта) повышенной продуктивности гетеротрофных организмов. Их деятельность и определяет наиболее интенсивный процесс самоочищения вод от стоков. За счёт обилия бактериальной пищи растут численность и видовое разнообразие планктона.

Таким образом, во 2 зоне наиболее активно утилизируется органическая составляющая сточных вод. За счёт избытка питательных веществ часто происходит бурная вспышка численности планктона. Она ослабевает по мере разбавления и использования всех легкоусвояемых органических веществ и биогенов. Эта зона соответствует зоне активной трансформации, зоне разбавления и биологического преобразования сточных вод; она называется «эвтрофной» по доминирующему пищевому фактору и по экологической классификации соответствует зоне метаболического прогресса. Так как эта зона располагается между 1 и 3, то оконтуривание последних после её выделения не представляет сложности.

Третья зона. По мере дальнейшего разбавления и трансформации сточных вод численность зоопланктона снова падает, приближаясь к фоновому уровню. Третья зона — это зона стабилизации процессов самоочищения вод и биологических показателей на уровне общего фона основной части данного водоёма.

Благодаря простоте и быстроте выполнения анализа по этому методу, можно получить основные сведения об экологическом состоянии загрязняемого водоёма, нс прибегая к глубоким биологическим исследованиям, которые дают более детальные результаты, но требуют большого количества материала, затрат времени и привлечения высококвалифицированных специалистов. Метод может дать информацию, достаточную для предварительных прогнозов и рекомендаций, при первой же съёмке, на любом, даже не изученном ранее водоёме и при отсутствии биологических данных об этом водоёме до начала его антропогенного загрязнения. Характеристики кривой графика (амплитуда колебаний, размах кривой, размеры и соотношение разных её участков и т. д.) пригодны для контроля за выпуском сточных вод по сезонам и годам, а также для прогноза дальнейшего загрязнения водоёма и состояния его биоценозов.

Карты и графики позволяют, прежде всего, определить общую загрязнённую площадь водоёма, установить границы влияния стоков. Выделение на картах трёх зон показывает участки водоёма, где наиболее значительно действуют токсический и эвтрофирующий факторы загрязнения. Соотношение площадей этих трёх зон между собой позволяет говорить о преобладании первого или второго фактора. Регулярные наблюдения за динамикой численности микрозоопланктона дают представление периодичности выбросов.

Достоинство данного метода, в отличие от других методов индикации сапробности — необязательность определения видового состава микропланктона. Достаточным является разграничение гидробионтов на уровне крупных таксономических групп: бактериопланктон, фитопланктон, инфузории, коловратки, рачковый планктон (кладоцеры, копеподы) и т. д. Поскольку существует закономерность в положении на графике кривых численности для этих групп (что определяется пищевыми взаимоотношениями гидробионтов), то возможна аппроксимация результатов по одной-двум группам на другие группы. Относительная простота биологического анализа по этому методу позволяет привлечь к работе исполнителей, не обладающих высокой квалификацией.

Таким образом, в водоёмах со слабой проточностыо распределение микрозоопланктона находится в полном соответствии с описанной закономерностью динамики биоценоза, зависящей от интенсивности источника загрязнения. Установление зон с различной степенью загрязнённости по численности гидробионтов в этом случае не представляет сложности. Зоны выделяются на основании распределения численности групп микрозоопланктона (инфузорий, коловраток) или численности отдельных доминирующих видов, если их доля в общей численности значительно превышает 50% (Руководство по гидробиологическому…, 1997).

Более сложен для биологического анализа район выброса сточных вод у берегов открытого крупного озера или моря, где под влиянием сложной системы течений происходит интенсивное разбавление стоков и где условия обитания планктсров меняются очень быстро. Начинающий складываться под влиянием сточных вод биоценоз часто разрушается, не успев достигнуть максимума развития. На таких объектах для зоны повышенной трофности резкие вспышки численности микрозоопланктона (как это отмечается в шхерных районах и небольших реках) нехарактерны. Здесь зона повышенной трофности выделяется лишь слабым и непостоянным подъёмом численности на узких участках, и можно говорить не о зонах, а о фронтах эвтрофикации. В этом случае достоверность анализа требует комплексных гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических наблюдений и использования при выделении зон индекса загрязнённости.

В целом в однонаправленных водных потоках под влиянием сточных вод на определённом расстоянии от источника загрязнения появляются зоны повышенной (зона метаболического прогресса) и пониженной численности гидробионтов (Руководство по гидробиологическому…, 1992).