Требования к качеству и свойствам воды рыбохозяйственных водоёмов

Биологические основы нормирования качества воды рыбохозяйственных водоёмов

Одним из важных направлений охраны водоёмов от загрязнения является установление в них научно-обоснованного предельного содержания вредных веществ (ПДК) и допустимого предела изменения качества природных вод. От ПДК и других нормативов качества воды зависит и необходимая степень очистки сбрасываемых в водоёмы сточных вод и других загрязнений. Ограничение содержания в воде токсических веществ до определённого предела делает её нетоксичной. Для каждого вещества существует допустимая концентрация, выше которой оно оказывает вредное влияние на организмы или среду их обитания, а ниже этого предела является безвредным. Многолетняя практика показывает, что нарушение жизнедеятельности и тем более гибель водных организмов наступают только тогда, когда концентрация загрязнений в воде переходит через какой-то предел. Содержание вредных веществ ниже этого предела создаёт иногда даже благоприятную среду для обитания водных организмов. Поэтому для обеспечения благоприятных условий обитания водных организмов совершенно необязательно отсутствие в воде загрязняющих веществ. Необязательно и требование полного удаления содержащихся в сточных водах тех или иных веществ, а также удаления из сточных вод веществ, которых нет в воде данного водоёма. Нужно только известное их ограничение до определённой безвредной концентрации.

Научное и практическое разрешение задач нормирования зависит от того критерия, по которому можно судить о допустимости загрязнения водоёмов. Критерий качества воды для рыбохозяйственных водоёмов — пригодность её для обитания и развития промысловых рыб и других промысловых водных организмов, а также для сохранения и роста их запасов, обеспечивающих определённый уровень уловов.

Рыбохозяйственные нормативы должны способствовать сохранению в водоёмах высокой биологической продуктивности, а не только промысловой (то есть хозяйственно-ценных организмов) её части. Биологическая продуктивность, по Л. А. Зенкевичу, — это свойство водоёмов обусловливать тот или иной характер и темп производства органического вещества живыми организмами. Чем лучше условия в водоёме, тем он более продуктивен, тем больший может дать урожая. Другими словами, нормативы должны способствовать сохранению в водоёмах первичной (автотрофные растения), вторичной или промежуточной (зоопланктон, зообентос) и конечной продукции (рыбы, водные млекопитающие и промысловые беспозвоночные). Это может быть достигнуто только при условии таких пределов содержания в рыбохозяйственных водоёмах веществ — загрязнителей или их комплексов, при которых не будет нарушаться нормальный ход круговорота веществ в водоёмах и важнейших биологических процессов формирования качества воды и её самоочищения. В круговороте веществ и в общем продукционном процессе участвуют различные гидробионты.

Рыбохозяйственные нормативы, прежде всего, должны способствовать охране бактерий, простейших, грибов и других организмов, участвующих в самоочищении воды от загрязнений. Большую роль в этом процессе играет и высшая водная растительность, чему ранее не придавали значения. По последним данным, водные растения не только являются фильтратами взвесей, ускорителями процессов самоочищения, но и детоксикантами вредных веществ.

Не должно быть нарушено и начальное звено круговорота веществ, то есть звено автотрофных растений (зелёных, синезелёных и других водорослей и водных цветковых растений), создающее органическое вещество — первичную продукцию, являющуюся основой всех продукционных процессов, происходящих в водоёмах. Фитопланктон — первичное звено в пищевой цепи. Он служит пищей для многих организмов, и в частности зоопланктона, составляющего основу питания рыб и их молоди.

Недопустимо нарушение третьего, наиболее важного, звена круговорота веществ — низших гетеротрофов (кормовые организмы — планктон, бентос) и высших гетеротрофов (промысловые организмы — рыбы, моллюски, раки и др.), которые дают, полезную человеку, биопродукцию и служат пищей для других гидробионтов. С позиций рыбного хозяйства последнее звено является основным, а первые два обеспечивают нормальный ход его развития. Только охрана всех продукционных звеньев будет способствовать созданию высокой биопродуктивности водоёмов. Поэтому нормирование в рыбохозяйственных водоёмах должно быть направлено на сохранение и восстановление взаимосвязей гидробионтов и условий их обитания, близких к природным. Вопросы нормирования поступления загрязнений в рыбохозяйственные водоёмы стали получать практическое преломление с начала 60-х годов прошлого столетия (Гусев, 1957).

На основе проведения большого количества полевых и экспериментальных работ по изучению влияния сточных вод и их компонентов на водоёмы, рыб, представителей планктона и бентоса, выполненных лабораторией ВНИОРХ были разработаны первые требования к качеству воды рыбохозяйственных водоёмов (Гусев, Мосевич, 1952). В 1958 г. новый вариант этих требований утверждён Министерством рыбной промышленности СССР в качестве «Временных правил охраны рыбохозяйственных водоёмов от загрязнения». С этого времени они стали шире внедряться в практику различных организаций, хотя и не были ещё утверждены правительственными постановлениями. В 1961 г. при пересмотре общесоюзных «Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» рыбохозяйственные требования к качеству воды водоёмов были включены в эти правила в виде самостоятельного раздела. С этого момента они приобрели силу закона, и выполнение их стало обязательным для всех предприятий, организаций, сбрасывающих в водоёмы сточные воды и другие загрязнения. В основу разработки этих требований был положен принцип создания в водоёмах нормальных условий обитания и воспроизводства рыб и других водных организмов и сохранности их хозяйственной ценности. Поэтому нормированию должны подлежать все основные качества воды — цвет, запах, вкус, содержание взвешенных веществ, кислорода и т. д.

Среди экологических факторов наиболее важное значение для жизни рыб и других водных организмов имеют температура и содержание кислорода. Разные виды организмов реагируют на изменение температуры неодинаково. От годового хода температур в водоёме зависит годовая смена планктонных организмов, от изменения температур зависит срок нереста рыб и условия развития икры. Если во время нереста температура воды падает ниже температуры нерестового порога, то нерест прекращается. Температурный порог у самцов и самок не всегда одинаков. Степень влияния температуры на водные организмы зависит в основном от скорости её изменения и продолжительности действия изменившихся условий. Наиболее сильно колебание температуры сказывается на стенотермных организмах. Обычно она не превышает 5−7°С. Морские рыбы более стенотермны, чем пресноводные, так как обитают в более постоянной среде. В противоположность им эвритермные рыбы переносят колебания температур в несколько градусов.

С температурой среды связаны процессы питания, размножения, миграций водных организмов. В сильной степени от неё зависит интенсивность обмена веществ в организме. Повышение температуры в известных пределах стимулирует развитие микрофлоры, ход процессов самоочищения, ускоряет обмен веществ и потребление кислорода. При медленном изменении температуры до неблагоприятной рыба уходит с данного участка, а при резком может погибнуть. Особенно чувствительны к резким изменениям форель, белорыбица, пикша, треска, сельдь и др.

Повышение температуры выше 25−30°С, как уже отмечалось выше, оказывает вредное влияние на большинство организмов средних широт, так как эти температуры (27−33°С) для многих из них являются пороговыми. Длительное воздействие высоких температур способствует созданию в водоёмах температурных барьеров, препятствующих миграциям рыб.

В природных водоёмах средних широт температура воды в летний период чаще всего колеблется в пределах 20−25°С, а суточное колебание её не превышает 7 °C, а чаще составляет 2−4°С. При таких колебаниях температуры обмен у рыб устойчив, и их жизнедеятельность протекает нормально. Известно, что внезапное повышение температуры воды на 5 °C вызывает нарушение их жизнедеятельности.

Нарушение обменных процессов происходит и при более малом повышении температуры.

Задачей нормирования должно быть недопущение создания в рыбохозяйственных водоемах таких температур, которые нарушали бы нормальную жизнедеятельность гидробионтов. Согласно изложенному выше, таких нарушений может не быть, если температура поверхностных слоёв воды водоёма под влиянием тепловых загрязнений не будет повышаться по сравнению с природной в летний период больше чем на 3 °C, а в зимний период — на 5 °C. Подогрев всей массы воды недопустим, так же как и нагрев поверхностных слоёв летом выше 25−30°С.

В нерестовые лососевые водоёмы теплые воды не должны поступать.

Кислород — главнейший экологический фактор, обусловливающий условия обитания водных организмов в водоёмах. Нормирование его содержания в воде рыбохозяйственных водоёмов должно быть первоочередным. В своё время С. Н. Скадовский (1939) писал, что «недостаток пищевых веществ, воды, солей легче переносится организмами, чем недостаток кислорода», так как резервы его в организме незначительны. Поэтому снижение содержания кислорода в воде под влиянием загрязнений весьма отрицательно сказывается на жизнедеятельности водных организмов. Рыбы, например, могут переносить кислородное голодание только в течение минут, редко — часов. Кратковременное снижение содержания кислорода в большинстве случаев не оказывает существенного влияния на водные организмы, если оно не катастрофично и не мгновенно. Обычно организмы приспосабливаются к этому, даже если амплитуда колебания выражается в нескольких миллиграммах кислорода на литр воды.

Разные организмы неодинаково реагируют на дефицит кислорода. Это зависит в основном от их видовой принадлежности, состояния и условий внешней среды: пелагические формы обычно более чувствительны к снижению кислорода, чем донные, речные чувствительнее озёрных, холодноводные чувствительнее организмов, живущих в подогретых водах, и т. д.

Неодинакова способность гидробионтов, особенно рыб, приспосабливаться к снижению в водоёме кислорода: одни рыбы (эвриоксигенные) могут жить при больших колебаниях кислорода, другие.

• (стенооксигенные) переносят лишь незначительные отклонения. Приспособление к сниженному количеству кислорода идёт по пути усиления прокачивания воды через жабры, снижения активности, впадения в «спячку» и даже снижения питания и общего уровня обмена веществ. Всё это в итоге неблагоприятно отражается на жизнедеятельности водных организмов. Многие виды рыб могут существовать при концентрации кислорода в воде 1−2 мг/л и ниже. Однако это не значит, что такое количество его безвредно для них. При низком содержании кислорода у рыб понижается сопротивляемость к заболеваниям, к воздействию ряда веществ, находящихся в растворённом и взвешенном состоянии в воде. Например, тяжёлые металлы коагулируют плёнку слизи на жабрах рыб и затрудняют дыхание. При высоких концентрациях кислорода в воде рыба переносит это воздействие, при низких — погибает. При малых концентрациях кислорода рыба менее способна противостоять воздействию углекислоты, низкому pH, которые препятствуют диффузии кислорода в кровь. Стойкость рыб к недостатку кислорода понижается с повышением температуры воды. Так, пороговая концентрация, ниже которой рыба гибнет от удушья, у окуня при 15 °C равна 0,4 мг/л кислорода, а при 25 °C — уже 1,4 мг/л, у плотвы соответственно — 0,6 и 1,6 мг/л, у щуки — 0,72 и 1,4 мг/л и т. д. При температуре от 0 до 20 °C пороговая концентрация кислорода для разных рыб остаётся одинаковой. Зимой для всех рыб она несколько ниже, чем летом (Привольнее, 1963). У большинства рыб жизнедеятельность протекает нормально только в том случае, когда содержание кислорода в воде не ниже 3−4,5 мг/л, а у лососевых и ряда других ценных рыб не ниже 6−7 мг/л. Всех рыб по чувствительности к кислороду при зимних температурах (0,0−0,5°С) можно разделить на следующие четыре группы:
• • рыбы очень высокой чувствительности (лососевые, осетровые), которые испытывают угнетение дыхания при содержании кислорода ниже 6,0 мг/л; гибель их может происходить при содержании в воде кислорода ниже 4−3,5 мг/л;
• • рыбы высокой чувствительности (муксун, пелядь, елец, окунь и др.), испытывающие угнетение дыхания при содержании кислорода ниже 3−4,5 мг/л; гибель их начинается при содержании кислорода ниже 2,0−1,5 мг/л;
• • рыбы средней чувствительности (плотва, щука и др.), испытывающие угнетение дыхания при содержании кислорода 3,0−2,0 мг/л, а погибающие при 1,0 мг/л и нюке;
• • рыбы малой чувствительности (карась, карп), погибающие при содержании кислорода в воде 0,1 мг/л; начало угнетения дыхания испытывают при 1−2 мг/л.

Согласно санитарным требованиям, во всех водоёмах во все сезоны года содержание кислорода не должно быть ниже 4,0 мг/л. Для рыбохозяйственных водоёмов такой подход нормирования неприемлем. При установлении допустимого содержания кислорода в рыбохозяйственных водоёмах необходимо, прежде всего, учитывать особенности их газового режима в летний и зимний периоды, а также рыбохозяйственную ценность водоёмов (категорию). Рыбохозяйственные нормативы кислорода должны удовлетворять следующим требованиям:

• • содержание растворённого кислорода не должно снижаться во все сезоны года до минимальных потребностей в нём рыб и других водных организмов даже на короткое время;
• • всегда должен быть некоторый запас кислорода в воде (коэффициент безопасности) на случай неожиданных изменений его количества в результате, например, резкого изменения температуры, pH, содержания углекислоты, появления токсикантов и т. п.;
• • для водоёмов разных типов требования к содержанию кислорода в разные сезоны года неодинаковы, так как в них обитают разные виды рыб с неодинаковой чувствительностью.

По рыбопромысловому значению и распределению разных видов рыб в водоёмах, обусловленному в основном кислородным режимом, все рыбохозяйственные водоёмы можно разбить на две группы (категории). К первой группе относятся водоёмы, в которых обитают или в которые заходят ценные виды рыб (лососёвые, осетровые, сиговые), обладающие высокой чувствительностью к содержанию в воде кислорода, начинающие испытывать угнетение дыхания при содержании о воде кислорода ниже 6,0 мг/л. В таких водоёмах при спуске в них сточных вод или других загрязнений содержание кислорода в зимний период не должно быть ниже 6,0 мг/л.

Ко второй группе относятся все остальные водоёмы. Содержание кислорода в них зимой не должно быть ниже 4,0 мг/л.

В открытый период содержание кислорода во всех рыбохозяйственных водоёмах должно быть выше 6,0 мг/л. Это требование следует распространить в зимний период и на водоёмы второй категории, в которые сбрасываются нагретые сточные поды (на участках, где температура воды выше 0,5°С).

Кислород — не только главнейший экологический фактор, обусловливающий условия обитания гидробионтов, но и показатель качества воды, индикатор загрязнения. По снижению или повышению содержания кислорода в воде можно судить о наличии в ней легко окисляемых органических веществ, а в заморных водоёмах — о степени их заморности, что очень важно в рыбохозяйственном отношении. На основе этого можно прогнозировать, например, миграции рыб и т. д.