М. С. АЛЕКСЕВНИНА, И. В. ПОЗДЕЕВ. САНИТАРНАЯ ГИДРОБИОЛОГИЯ с основами водной токсикологии

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Размер: px
Начинать показ со страницы:

Download "М. С. АЛЕКСЕВНИНА, И. В. ПОЗДЕЕВ. САНИТАРНАЯ ГИДРОБИОЛОГИЯ с основами водной токсикологии"

Транскрипт

1

2 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» М. С. АЛЕКСЕВНИНА, И. В. ПОЗДЕЕВ САНИТАРНАЯ ГИДРОБИОЛОГИЯ с основами водной токсикологии Допущено методическим советом Пермского государственного национального исследовательского университета в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям «Биология», «Водные биоресурсы и аквакультура» Пермь 2016

3 УДК 574:[502.51:504.5] ББК А 47 А 47 Алексевнина М.С. Санитарная гидробиология с основами водной токсикологии: учеб. пособие / М.С. Алексевнина, И.В. Поздеев; Перм. гос. нац. исслед. ун-т. Пермь, с.: ил. ISBN Учебное пособие состоит из 9 разделов, посвящённых истории, предмету и методам санитарной гидробиологии, а также токсикологическому аспекту воздействия на различные уровни организации водных экосистем. Предназначено для студентов университета, обучающихся по направлениям «Биология» и «Водные биоресурсы и аквакультура», а также для специалистов, занимающихся изучением и контролем водных экосистем. УДК 574:[502.51:504.5] ББК Печатается по решению редакционно-издательского совета Пермского государственного национального исследовательского университета Рецензенты: лаборатория экологии водных беспозвоночных ИБВВ РАН (д.б.н., проф. А.В. Крылов); заведующая лабораторией аквакультуры Пермского отделения ФГБНУ «ГосНИОРХ», к.б.н. С.И. Головачёва ISBN Алексевнина М.С., Поздеев И.В., 2016 Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2016 Оформление. Успенская Е.Л., 2016

4 Оглавление Введение... 5 I. Предмет и задачи курса Проблема «чистой воды» Становление и задачи санитарной гидробиологии и водной токсикологии II. Загрязнение водоёмов и его влияние на экосистему Понятие «загрязнения» и их классификация Основные источники загрязнения Характеристика основных «загрязнителей» и их влияние на водоём III. Природные процессы в водоёмах и воздействие на них антропогенных факторов Биологическое загрязнение водоёмов Эвтрофикация вод Ацидификация вод IV. Самоочищение водоёмов и основы биологической очистки вод Естественные процессы самоочищения Экологические системы очистных сооружений Проблемы водоснабжения V. Закономерности поведения токсических веществ Превращение токсических веществ Проникновение токсикантов Накопление и утилизация VI. Воздействие токсикантов на разных уровнях организации водных экосистем

5 1. Нарушение биохимических и физиологических систем гидробионтов Структурно-морфологические изменения гидробионтов Влияние факторов среды на степень токсичности VII. Основные понятия токсикологии и проблема эколого-рыбохозяйственного нормирования О понятиях нормы, патологии, чувствительности, устойчивости и кумуляции Принципы эколого-рыбохозяйственного нормирования VIII. Оценка качества воды по биологическим показателям Токсикологический контроль водной среды Биоиндикация Биотические индексы Зоны сапробности IX. Гидробиологический мониторинг Планирование и методология исследований Организация гидробиологического мониторинга Список литературы Приложения

6 Введение Вода ты наполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. C тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца. Ты самое большое богатство на свете. Антуан де Сент-Экзюпери «Планета людей» В последнее время возрастает тревога по поводу истощения водных ресурсов. Во многих регионах мира ощущается недостаток пресной воды, а 40% населения живут в местах, где потребности в пресной воде превышают её запасы. Причиной может быть не столько большой расход воды, сколько загрязнение водоёмов сточными водами. В 80-х гг. прошлого века их объём превышал 450 км³ в год и постоянно возрастал. Расчёты показали, что на обезвреживание этого объёма сточных вод расходовалось около 6000 км³ речной воды в год, что составляло 40% мировых ресурсов устойчивого поверхностного стока. В результате развития химической промышленности объём сточных вод стал таким большим, а степень их загрязнённости такой сильной и трудноустранимой, что даже самая тщательная искусственная очистка недостаточно эффективна. То есть методы и объёмы очистки растут медленнее, чем количество сточных вод и степень их загрязнённости. Применение даже самых совершенных методов очистки позволяет устранить лишь 80-95% нечистот. 5-20% наиболее устойчивых загрязнителей остаётся в очищенной сточной воде это так называемые «условно чистые воды». Поэтому качество вод является наиболее острой проблемой настоящего и будущего (Львович, 1974). С 2000 г. водозабор из рек и водоёмов превышает 7000 км³ в год, а на их обезвреживание требуется объём воды, превышающий все ресурсы пресных вод земного шара. Даже несмотря на внимание к проблеме очистки сточных вод, наблюдается неблагоприятная тенденция, имеющая следующие причины. Вопервых, сточные воды очищаются не в полном объёме. Сейчас наиболее развитые страны в среднем очищают 70% стоков, страны со средним уровнем доходов 28-38%, а бедные лишь 8%. Во-вторых, отсутствует система «замкнутого цикла»: напри- 5

7 мер, в Северной Америке, где ежегодный объем сточных вод на начало 2000-х гг. оценивался примерно в 85 км³, очищался только 61 км³, а на повторное использование направлялось менее 4% объёма вод. В-третьих, по данным ООН, только 30% стран ведут полноценный учёт объёма сточных вод и их использования, но и эти данные зачастую оказываются устаревшими на момент публикации. Таким образом, если решать проблему исходя из современных принципов использования и охраны водных ресурсов, то через лет возможно истощение всех природных водных ресурсов, а в некоторых районах и раньше. Для увеличения запасов чистой воды можно опреснять морские воды, как это применяется в странах Аравийского полуострова, или перебрасывать из богатых водами регионов в бедные и истощённые. Например, недавно был осуществлён проект по переброске вод р. Янцзы в бассейн рек Хуанхэ и Хай в Китае. На сегодняшний день всё более очевидно, что решение проблемы водных ресурсов возможно только при комплексном подходе. Так, в некоторых отраслях промышленности внедряются безотходные технологии или безводное производство. Там, где это невозможно, необходимо применять повторное использование сточных вод или перераспределять сточные воды на предприятия, не нуждающиеся в высококачественной воде. Таким образом, замкнутое оборотное водоснабжение должно стать основой промышленного водоснабжения, а собственно очистка неотъемлемой частью технологии производства так, чтобы не приводить к образованию сточных вод в принципе. При этом следует помнить, что в современном мире нет возможности дистанцироваться от «чужих» проблем, качество вод зависит от всех водопользователей, в том числе и от всех нас. Основные проблемы, понятия и закономерности, обсуждаемые в данном учебном пособии, формируют необходимые знания в области санитарной гидробиологии. Это позволит подойти к решению многих научных и практических проблем экологии, главная из которых обеспечение человека биологически полноценной водой. Курс «Санитарной гидробиологии» был включён в программу подготовки студентов-гидробиологов Пермского госуниверситета доцентом В.В. Громовым с начала 70-х гг. прошлого столетия. С 1975 г. этот курс читался М.С. Алексевниной, а в последние годы И.В. Поздеевым. При подготовке лекций и учеб- 6

8 ного пособия использованы материалы таких известных специалистов-гидробиологов, как С.М. Драчёв, В.И. Жадин, Н.С. Строганов, А.Г. Гусев, Л.А. Лесников, М.М. Телитченко, Г.Г. Винберг, О.Ф. Филенко, О.П. Оксиюк, В.Н. Жукинский и др. Большой вклад в разработку проблем теплового загрязнения, ацидификации, эвтрофикации внесли специалисты Института биологии внутренних вод РАН Ф.Д. Мордухай-Болтовской, А.И. Баканов, В.Т. Комов, Л.Г. Корнева, В.И. Лазарева и др. Авторы благодарны за замечания, сделанные заведующим лаборатории экологии водных беспозвоночных ИБВВ РАН профессором ИБВВ РАН А.В. Крыловым и сотрудниками кафедры зоологии беспозвоночных и водной экологии ПГНИУ доцентами Н.Н. Паньковым, А.В. Крашенинниковым и профессором С.Л. Есюниным при подготовке рукописи к изданию. 7

9 I. Предмет и задачи курса Факторы окружающей среды, способные оказывать вредное действие на водные экосистемы, могут иметь различную природу. Физические факторы температура, давление, колебания среды (звуки, вибрации) и другие при достаточной силе воздействия повреждают организмы. К химическим факторам может быть отнесено присутствие в окружающей среде субстанций, оказывающих влияние на живые организмы за счёт химических и химико-физических взаимодействий с молекулами и атомами, входящими в состав живого вещества. К таким субстанциям относятся вещества, влияющие на осмотический и ионный баланс водных организмов, биогенные элементы, яды различного происхождения. Проблема взаимодействия экзогенных веществ с организмом и его биологические последствия давно интересовали человечество. Особую актуальность данная проблема приобрела с развитием техногенной цивилизации. Масштабность и разнообразие форм воздействия современного общества на водные объекты требуют совершенствования научных основ охраны вод. Центральной задачей в разработке мер по охране природных вод от загрязнений стоит оценка качества воды водоёмов и выработка критериев оценки качества воды по видам водопользования и водопотребления. В курсе «Санитарной гидробиологии» нас интересует, прежде всего, экологический критерий качества воды, характеризующий ее состав и свойства как среды обитания гидробионтов, и те изменения, которые претерпевает вода в результате загрязняющего антропогенного воздействия на нее. 1. Проблема «чистой воды» Все водные массы обладают тремя объективными свойствами, которые определяют их как среду обитания и условия их пользования: - естественное воспроизводство в процессе кругооборота воды в природе; - неравномерность распределения воды в пространстве и цикличность распределения во времени; 8

10 - возможность изменения физических и химических свойств воды под воздействием природных процессов или в результате хозяйственной деятельности человека. Круговорот воды на планете, обеспечивающий её «бессмертие», пока не поддаётся регулированию, на него не оказывает практического влияния хозяйственная деятельность человека. При этом природа кругооборота воды на суше такова, что поверхностные водные ресурсы распределены в пространстве и во времени неравномерно: есть области хорошо обеспеченные водой (до 365 мм/год) и мало обеспеченные (до 46 мм/год). Неравномерное выпадение осадков в течение года приводит к изменению величины речного стока в зависимости от сезона. Так, в большинстве районов нашей страны зимний сток составляет менее 5% годового. Неравномерное внутригодовое распределение стока ещё более усложняется циклическими годовыми колебаниями, которые накладываются с повторяемостью от 2 3 до лет и проявляются в чередовании маловодных и многоводных лет. Следовательно, неравномерность распределения водных ресурсов является тем объективным фактором, который определяет условия эксплуатации водоёмов для нужд народного хозяйства. Третье объективное свойство водных масс состоит в их способности изменять своё качественное состояние под воздействием различного рода загрязняющих веществ, которые попадают в водоёмы и в водотоки со стоками промышленных предприятий, бытовыми сточными водами, через воздушную среду или почвенный слой. Совершенно очевидно, что проблема загрязнения вод является наиболее тревожным «местом» ухудшения естественной среды под воздействием современной цивилизации. На сегодняшний день именно водные ресурсы определяют взаимоотношения человека и его технологий с окружающей природной средой. Дело в том, что гидросфера оказалась загрязнённой значительно более ощутимо, чем атмосфера. Одна из причин состоит в том, что в конечном итоге все вещества, загрязняющие поверхность земли и воздух, рано или поздно попадают в водные источники. При этом следует помнить, что вода является одновременно и элементом технологического процесса, и природным ресурсом, и средой обитания. Только вода извлекается из источника, чтобы, пройдя через технологический цикл, вновь вернуться уже в ином качестве и 9

11 количестве. Вернуться для того, чтобы по истечении какого-то времени вновь уйти в технологический процесс (ГЭС, ирригация, промышленное и бытовое назначение и т.д.). И так множество раз, пока вода не испарится с поверхности суши или не утечёт в море, чтобы начать всё сначала. Обилие в воде загрязняющих веществ угнетает водные экосистемы и вызывает необходимость сложной и дорогостоящей водоподготовки при использовании воды. Водный кризис может оказаться значительно опаснее энергетического. Источники энергии взаимозаменяемы, вода нет. Всестороннее присутствие и участие воды в биологических и технологических процессах создает для воды и водоёмов от океана до пруда и колодца многогранную гамму экологических проблем и, прежде всего, проблему «чистой воды». В 1981 г. странами Европы создан нормативный документ «Единые критерии качества вод», в котором предложена система критериев, учитывающая основные аспекты проблемы охраны вод: экологический, экономический и социально-политический. Основная характеристика природной воды это её химикобиологические свойства, от элементарного соединения водорода и кислорода до обогащения этого соединения (воды) простыми веществами, которые включают элементы практически всей таблицы Д. И. Менделеева, и продуктами жизнедеятельности организмов. В решении I Всесоюзного совещания по санитарной гидробиологии (Москва, 1969) было записано, что «чистой», или «биологически полноценной», можно считать воду, имеющую все соли, микроэлементы и метаболиты, т.е. вода должна включать наряду с минеральными веществами белки, ферменты, витамины и другие продукты жизнедеятельности гидробионтов, и что формирование биологически чистой (полноценной) воды, не содержащей токсических и радиоактивных веществ, патогенных организмов, имеющей все необходимые соли, микроэлементы и метаболиты, протекает под влиянием гидробионтов. Таким образом, состав воды непостоянен и зависит от многих факторов типа водного объекта, его расположения в той или иной ландшафтной зоне, состава населяющих его организмов и многого другого. Отсюда следует, что вода с разным содержанием и соотношением компонентов может характеризоваться как чистая. Поэтому не существует чёткого определения «чистой воды», а описывается комплекс признаков (критерий качества вод), по которым производится оценка качества воды. Критерии 10

12 качества вод предъявляются исходя из характера водопользования использования водных объектов для удовлетворения любых нужд населения и народного хозяйства (ГОСТ ). Например, в соответствии с СанПиН питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Воды рыбохозяйственных водных объектов должны быть пригодными для обитания и развития промысловых рыб и промысловых водных организмов. Пригодность воды для разных типов водопользования определяется по ряду норм качества установленных значений показателей качества воды для конкретных видов водопользования (ГОСТ ). Качество воды характеризуется совокупностью качественных и количественных показателей, среди которых различают общие и специфические. К первым принадлежат обычные, присущие всей гидросфере ингредиенты, концентрация которых может изменяться под влиянием хозяйственной деятельности: гидрофизические, гидрохимические, гидробиологические. Ко вторым загрязняющие вещества, присутствие которых в воде характеризует эколого-токсикологическую и радиоэкологическую ситуации. Основными интегральными характеристиками качества воды, которые претерпевают существенные изменения в результате этих процессов, являются содержание органических веществ, концентрация растворенного кислорода и соотношение продукции и деструкции органического вещества в экосистеме водоёмов, величина которых регламентируется нормативными документами. 2. Становление и задачи санитарной гидробиологии и водной токсикологии. В водохозяйственном понимании качество воды это не её природное свойство, а социально-экономическая характеристика данного природного ресурса. Качество воды природных водоёмов и водотоков должно соответствовать двум главным требованиям: обеспечение жизни водных организмов и рациональное водопользование и водопотребление. В связи с этим возникает необходимость знания качественных и количественных параметров загрязнения воды: во-первых, с целью ограничения загрязняющего воздействия на водоёмы, во-вторых, определе- 11

13 Георгий Иванович Долгов ( ). Источник: архив Н.А. Акатовой ния приоритетных направлений хозяйственного использования вод с нарушенным химическим составом. Все эти вопросы рассматривает та часть гидробиологии, которая называется санитарная гидробиология. Возникновение санитарной гидробиологии связано, прежде всего, с оценкой качества питьевой воды при централизованном водопотреблении и развитием водопроводных сетей. Водоёмы были и сейчас остаются приёмниками неочищенных или частично очищенных сточных вод. Рост городов, развитие социальнокультурной сферы и промышленности стали лимитироваться недостатком чистой воды. Первоначально оценивались органолептические качества питьевой воды (по цвету, запаху и вкусу). С появлением микробиологических методов анализа воды были разработаны первые индексы коли-титр и коли-индекс, учитывающие количество клеток кишечной палочки Escherichia coli в определённом объеме воды. Санитарная гидробиология оформилась как предмет, когда стала заниматься изучением биологических процессов в водоёмах на уровне сообществ в условиях загрязнения. Гидробиологи стали разрабатывать методы биологического анализа качества воды по составу и количеству населяющих водоём гидробионтов. Такой подход получил наибольшее развитие в европейских странах, прежде всего в Германии, где ботаник Р. Кольквитц и зоолог М. Марссон предложили первую систему сапробности ( ). Она была разработана на основе встречаемости индикаторных организмов, характерных для той или иной степени загрязнения вод, преимущественно бытовыми стоками. В России это направление успешно продолжили гидробиологи Г.И. Долгов и Я.Я. Никитинский (1922, 1926, 1927), которые внесли много нового в систему Кольквитца-Марссона. Они составили для водоёмов России первый список «показательных организмов», обитающих в разных зонах сапробности. Системы видов-индикаторов сапробности положены в основу гидробиологических методов оценки качества вод в среднеевропейских странах. Большой вклад в совершенствование систе- 12

14 мы индикаторов внесли П. Марван, М. Зелинка (1961) и В. Сладечек (1969). Чешский гидробиолог В. Сладечек в 1973 г. опубликовал самый полный список индикаторов сапробности около 2000 видов. Большой вклад в развитие санитарной гидробиологии и водной токсикологии внёс известный русский гидробиолог В.И. Жадин, который считал, что санитарная гидробиология изучает биоценотические взаимоотношения в условиях загрязненного и чистого водоёма и определил следующие основные задачи санитарной гидробиологии: - изучение экологии и физиологии гидробионтов и их изменения в загрязнённых водах; - разработка теории биологического самоочищения водоёмов и применение этих концепций в практических целях; - разработка экспресс-методов определения качества воды; Петр Марван (г.р. 1929). Источник: F. Hindák - токсикологические исследования; связанные с установлением предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ; - разработка основ охраны вод от загрязнений. Экологическое действие загрязняющих веществ проявляется на организменном, популяционном, биоценотическом и экосистемном уровнях. На организменном уровне наблюдаются нарушения физиологических функций, изменение поведения, снижение темпа роста, повреждение генетического аппарата и др. На уровне популяций загрязнение может вызвать изменение их численности и биомассы, рождаемости и смертности, половой и размерной структуры, типа динамики. На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообщества, поскольку одни и те же загрязняющие вещества неодинаково влияют на разные компоненты биоценоза. 13

15 Владимир Иванович Жадин ( ). Источник: архив А.Ф. Алимова Санитарно-гидробиологические исследования включали целенаправленное изучение влияния сточных вод конкретных предприятий и производств на природные сообщества. Одновременно с полевыми наблюдениями формируется направление, связанное с экспериментальными исследованиями в рамках изучения влияния факторов среды на жизненные функции водных организмов. Одним из ведущих специалистов этого направления был профессор кафедры гидробиологии МГУ Н.С. Строганов, который разработал систему исследований токсичности в контролируемых условиях на организмах, относящихся к разным систематическим и экологическим группам (Строганов, 1964). В дополнение к традиционным общебиологическим методам им были предложены новые методы и подходы, основанные на исследовании механизмов действия токсических веществ на структуры и частные функции организма. При этом устанавливались взаимосвязи концентрации, времени действия и эффекта токсических веществ на водные организмы. Этот подход с 60-х гг. XX столетия стал рассматриваться в качестве основного пути исследования неблагоприятных последствий загрязнения для экосистемы водоёма и для использования водных объектов человеком. Можно считать, что в этот период сформировалось новое научное направление водная токсикология. Н.С. Строганов определил это направление как «исследующее токсичность водной среды любого происхождения для гидробионтов и все реакции гидробионтов на токсичность водной среды на всех уровнях организации живого». В этот период начинает вводиться в практику токсикологическое регламентирование загрязнения водоёмов и определяется режим охраны водоёмов от загрязнения. Главными задачами водной токсикологии Н.С. Строганов считал определение понятий нормы, патологии и критериев вредного действия токсических веществ, а также установление оценки степени кумуляции и вероятностного проявления отдалённых последствий токсического эффекта, 14

16 уточнение условий формирования адаптаций к интоксикациям (Теоретические проблемы, 1983). Н.С. Строганов ввёл понятия чувствительность и устойчивость гидробионтов, их популяций и гидробиоценозов к токсикантам. Под чувствительностью Н.С. Строганов понимал способность организмов реагировать на минимальные концентрации токсикантов, под устойчивостью способность выносить без ущерба для себя ту или иную степень загрязнения среды. Наиболее важный критерий устойчивости сохранение уровня естественного воспроизводства, включая сохранение качества потомства в ряду поколений. Чувствительность, как и устойчивость гидробионтов к действию одного и того же токсиканта, может различаться в тысячи раз. Для многих гидробионтов характерен кумулятивный эффект накопление в организме токсиканта, когда скорость его поступления в тело выше, чем скорость выведения из него. Концентрируя в себе ядовитые вещества, гидробионты сами становятся токсически опасными. Выяснение вредности для гидробионтов тех или иных загрязнений является предметом изучения водной токсикологии. Одной из основных практических задач водной токсикологии является установление предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ для водоёмов и водотоков питьевого и рыбохозяйственного назначения. Интересные исследования в области санитарной гидробиологии проведены М.М. Телитченко, который уделял большое внимание изучению процессов самоочищения водоёмов, биологической таксации чистой воды, интродукции гидробионтов в водоёмы, разработке методов интенсификации процессов самоочищения воды. На кафедре гидробиологии МГУ им, совместно с К.А. Кокиным, подготовлен первый «Практикум по санитарной гидробиологии» (1968). Различные аспекты санитарной гидробиологии получили своё развитие в трудах таких известных гидробиологов, как 15 Николай Сергеевич Строганов ( ). Источник: «Антропогенные влияния» (2005)

17 Георгий Георгиевич Винберг ( ). Источник: Полищук, 2006 С.П. Драчёв (1964), Л.А. Лесников (1968), А.Г. Гусев (1975), Л.П. Брагинский (1972) и др. На состоявшемся в 1973 г. II Всесоюзном совещании по санитарной гидробиологии Г.Г. Винберг определил санитарную гидробиологию как часть гидробиологии, которая развивает представления и методы, связанные с биологическими процессами формирования чистой воды и возобновлением её запасов (Биологическое самоочищение, 1975). Главное внимание уделяется разработке системы биологической индикации, изучению закономерности биологического самоочищения и формирования качества воды. Г.Г. Винберг выделяет пять основных направлений санитарно-гидробиологических исследований: - изучение биологического самоочищения вод, его количественная оценка с применением моделирования; - разработка методов биологической индикации качества вод с математической интерпретацией результатов; - определение закономерностей органолептических качеств воды; - усовершенствование рентабельных методов искусственной биологической очистки сточных вод; - разработка методов исследований по биологической мелиорации водоёмов, утилизации планктонных водорослей в связи эвтрофированием водоёмов и снижению неблагоприятных последствий «теплового загрязнения». Таким образом, санитарную гидробиологию можно рассматривать как одно из прикладных направлений гидробиологии, призванное разрабатывать и решать вопросы, связанные с проблемой «чистой воды». Во 2-й половине прошлого столетия исследования качества воды активно проводились в Институте гидробиологии УАН (г. Киев). Так, В.Н. Жукинский, О.П. Оксиюк и др. (1981, 1988, 1994) предложили систему комплексной оценки качества поверхностных пресных вод, которой широко пользуются специа- 16

18 листы. Л.А. Сиренко и М.Я. Гавриленко (1978) провели фундаментальные исследования, связанные с «цветением» воды и эвтрофированием водоёмов. Большая работа в санитарногидробиологическом аспекте была проделана специалистами Зоологического института РАН. Многочисленные методы биологического анализа качества воды, выполненные российскими и зарубежными специалистами, были обобщены в 1974 г. А.В. Макрушиным. А в 1976 г. вышла Андрей Валентинович книга «Методы биологического анализа пресных вод», в которой на осно- Макрушин (г.р. 1934) Источник: ве изучения структуры и функционирования планктонных и донных сообществ континентальных водоёмов предложили свои методы анализа вод такие известные гидробиологи, как А.Ф. Алимов, Н.П. Финогенова, М.Б. Иванова, Л.А. Кутикова, Т.В. Хлебович и Е.В. Балушкина. В настоящее время для оценки качества воды широко применяются интегральные показатели, рассчитанные по структурным характеристикам донных сообществ (Балушкина, 1997). Разработанная система санитарно-гидробиологических Александр Фёдорович Алимов (г.р. 1933) исследований позволяет оценить степень загрязнения водоёмов и водото- Источник: ков по биологическим показателям, определить процессы, протекающие в водоёмах в результате загрязнений, от первой реакции экосистемы на воздействие загрязнений до определённого уровня самоочищения воды. Особое внимание при этом уделяется обеспечению населения здоровой питьевой водой от разработки параметров качества воды до контроля и прогноза качества воды водоёмов питьевого назначения. 17

19 Как учебная дисциплина санитарная гидробиология призвана обеспечить будущих специалистов-биологов знаниями о функционировании нарушенных различными загрязнениями водных экосистем, которые позволят анализировать процессы перестройки водных сообществ средствами биоиндикации качества вод, выяснить характер и интенсивность процессов самоочищения водоёмов, прогнозировать последствия загрязнений или иных воздействий на водоёмы. Базовыми дисциплинами для санитарной гидробиологии следует считать общую экологию, общую гидробиологию, гидрохимию, альгологию и водную микробиологию. Контрольные вопросы 1. Как объективные свойства водных масс связаны с водопотреблением и водопользованием? 2. Какие критерии определяют биологическую полноценность воды? 3. Какие показатели определяют качество воды? 4. Назовите причины появления и развития санитарной гидробиологии. 5. Что является предметом санитарной гидробиологии и водной токсикологии? 6. Какие учёные внесли большой вклад в развитие санитарного и токсикологического направления гидробиологии? 7. Каковы задачи санитарно-токсикологического направления в гидробиологии? 18

20 II. Загрязнение водоёмов и его влияние на экосистему Загрязнение рек, озер и морей может быть природным в результате, например, массового развития водорослей и выделения ими токсических веществ и в случае стихийных явлений: извержения вулканов с попаданием в водоём выбросов в атмосферу и лавовых масс, землетрясения с разрушением берегов, наводнение, селевые потоки и пр. Но более правильно понимать загрязнение как поступление загрязняющих веществ и сточных вод от бытовой и промышленно-хозяйственной деятельности людей. Загрязнителем может быть человек или различные производства, т.е. источник загрязнения. Загрязнителем могут быть вещества, стоки, процессы (дноуглубительные работы, добыча ПГС и др.). В этом случае говорят о нагрузке загрязняющих веществ. Их разнообразный состав требует детальной классификации, о которой пойдёт речь в этом разделе. 1. Понятие «загрязнения» и их классификация Под влиянием загрязнений вода изменяет свои физические, химические и органолептические свойства. Поэтому необходимо установить, что понимается под загрязнением и какую воду следует считать чистой, а какую загрязнённой. Несмотря на кажущуюся простоту, всё гораздо сложнее, поскольку сами понятия «чистая вода» и «загрязнённая вода» условны. Они определяются не только свойствами воды, но и требованиями, предъявляемыми к воде водопотребителями. Например, вода, содержащая много солей (высокоминерализованная) и патогенную микрофлору, не пригодна в сельском хозяйстве, но может быть использована в промышленности. В питьевой воде должны отсутствовать запах, привкус, соли, патогенная микрофлора, но в производстве такая вода может быть использована. На 14-м Международном лимнологическом конгрессе О. Яага (Jaaga) дал такое определение загрязнению воды: «Водоём считается загрязненным, если состав или состояние его воды настолько изменены под воздействием человека, что его использование для различных потребностей ограничивается или дела- 19

21 ется невозможным» (Жадин, 1964). Это определение, по мнению В.И. Жадина (1964) можно дополнить словами об изменении качества воды под влиянием не только человека, «но и естественных факторов, таких как паводковые воды и органические вещества, накапливающиеся в результате биологического продуцирования водоёма». Есть такое образное, вполне правильное определение: «Всё, что находится в неположенном месте, в неположенное время и в неположенном количестве, надо понимать как загрязнение». Под влиянием загрязнений вода изменяет свои физические, химические и органолептические свойства. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) предлагает следующую классификацию видов загрязнения воды: - загрязнение воды бактериями, вирусами и другими болезнетворными организмами; - загрязнение воды разлагающимися органическими веществами, которые, поглощая кислород воды, вызывают значительные нарушения экосистемы водоёма; - загрязнение воды неорганическими солями, которые не могут быть удалены обычными методами очистки. Они могут делать воду совершенно непригодной для питья, орошения и для многих процессов производства; - загрязнение питательными веществами для растений, такими как фосфаты, нитраты и т.д. Они также являются неорганическими солями, но в отличие от вышеуказанных веществ обладают свойствами усиливать рост макрофитов и вызывать цветение водоёмов. В процессе фотосинтеза они превращаются в органические вещества, способные осаждаться на дне озер и накапливаться; - загрязнение воды нефтепродуктами, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на население водоёмов, ухудшать внешний вид водоёма и препятствовать контакту воды с воздухом, тем самым снижая степень насыщения ее кислородом; - загрязнение воды специфическими токсическими веществами, природа которых варьирует от солей металлов до сложных синтетических веществ (ксенобиотики). К загрязнениям ВОЗ относит также сброс подогретых вод и радиоактивные вещества. 20

22 Поступление загрязнений в водоём может быть непосредственным, через открытый или рассеивающий выпуск сточных вод и прямое попадание в воду от источника загрязнения это первичное загрязнение. Последствия его могут быть изучены и урегулированы средствами общественного или административного воздействия. Другой тип загрязнения вторичное загрязнение более сложен и трудно поддается учёту. Оно возникает в результате внутриводоёмных процессов, чаще всего на дне, как следствие первичного загрязнения. Например, после «цветения» воды цианобактериями (раньше их считали растительными организмами и выделяли в группу «синезелёные водоросли»), вызванного избыточным внесением азота и фосфора в водоём со сточными водами или с поверхностным стоком происходит отмирание водорослей и скопление их на дне. После этого начинается процесс интенсивной аэробной и анаэробной деструкции с поглощением кислорода и выделением углекислого газа, метана, сероводорода, водорода и др. В толще воды могут накапливаться продукты жизнедеятельности и отмирания водорослей. Всё, что может считаться загрязнением, имеет свои качественные и количественные параметры, определяющие вредность загрязнителей или загрязнения в целом. В. Д. Федоров (1980) рассматривает вредность загрязнителей как свойство вызывать нежелательные, опасные или губительные изменения в живом. Вредность определяется на основе ряда физически разнородных критериев, относящихся к загрязнителям. К их числу относятся прежде всего: - потенциальная токсичность, устанавливаемая в токсикологических экспериментах; - стойкость сохранения в окружающей среде, связанная с их химическим строением, физическим обликом и биологической доступностью (атакуемость) при процессах самоочищения; - биоаккумулятивность, т.е. способность накапливаться в тканях, органах и т.д.; - повсеместность и распространенность в окружающей среде, связанная с основными путями их распространения; - масштаб производства и характер использования их человеком в биосфере, а также доля их содержания в отходах промышленности и сельского хозяйства. 21

23 Всякое загрязнение оказывает в разной степени повреждающее действие на отдельные организмы (популяции), биоценозы или экосистему водоёма в целом. По Н.С. Строганову (1964), все загрязнения делятся на две основные группы: загрязнения, имеющие аналоги в природе, и загрязняющие вещества, в природе не встречающиеся (обычно токсические вещества ксенобиотики). Загрязнение водоёма веществами первой группы приводит к последовательной смене биоценозов в зависимости от интенсивности загрязнения, т.к. в природе имеются виды организмов, адаптированных к жизни при различных количествах веществ, вызывающих загрязнения (от олигосапробных до полиcaпpoбных). Загрязнение веществами второй группы оказывает совершенно иное действие. Последовательной смены комплексов с более или менее богатым видовым составом не происходит. В этом случае можно выделить три последовательные степени загрязнения. Первая степень загрязнения это снижение продуктивности при относительно неизмененном видовом составе биоценозов. Трудно выявляется. Вторая степень загрязнения исчезновение более чувствительных к токсическим веществам форм и развитие более выносливых. Иногда биомасса может быть высокой, но за счёт одногодвух доминирующих видов, что нарушает структуру биоценоза. В зоопланктоне исчезает Cladocera, Calanoida и остаются циклопы и коловратки. В бентосе в первую очередь исчезают личинки поденок, ручейников, ракообразные (Gammarus, Mysida). При большой степени загрязнения исчезают также многие хирономиды, личинки стрекоз и моллюски. Остается обедненная фауна из малоценных в кормовом отношении нематод и олигохет. Третья степень загрязнения исчезают и наиболее выносливые организмы. Остаются некоторые водоросли, грибы и бактерии. Рыбохозяйственная ценность таких участков практически равна нулю. Более того, поскольку рыба избегает далеко не всегда и не все типы загрязнения, такие участки могут играть роль «химических ловушек», в которые рыба заходит и погибает. Рассмотрим в качестве примеров различные типы загрязнений и загрязняющих веществ, широко распространенных во всем мире, учитываемых и изучаемых в пресноводной гидросфере. 22

24 2. Основные источники загрязнения Основными источниками загрязнения водоёмов являются промышленные и бытовые сточные воды, дренажные воды с орошаемых земель, сточные воды животноводческих комплексов, организованный (ливневая канализация) и неорганизованный поверхностный сток с территорий населенных пунктов, промышленных площадок и сельскохозяйственных полей, водный транспорт, твердый сток с эродированных земель. Сточными называются воды, отводимые системой труб или каналов (система канализации) после использования в процессе бытовой или производственной деятельности человека. В результате спуска сточных вод или поступления загрязнений от других источников состав воды водного объекта может измениться. Характер изменений зависит от качественной и количественной характеристики загрязнений и может варьировать в больших пределах. Городские сточные воды. Вода хозяйственно-питьевого водопровода после использования ее в быту поступает через санитарно-технические устройства (раковины, ванны, унитазы, писсуары и пр.) в канализационную сеть. Как правило, движение городских сточных вод со всей территории населенного пункта до выпуска их после очистки в водоём происходит самотеком (самотечная система). При невозможности достижения самотека из-за особенностей рельефа территории населенного пункта устраивают насосные станции перекачки, которые подают сточные воды по напорным коллекторам на возвышенные точки рельефа, в самотечные коллекторы (самотечно-напорная система). Кроме бытовых сточных вод с территории населенного пункта необходимо отведение атмосферных (дождевых, талых) и поливомоечных вод. Промышленные сточные воды характеризуются крайним разнообразием состава и свойств. Формирование их происходит за счёт сырья, конечных и промежуточных продуктов производства, реагентов, используемых в технологическом процессе, или комбинации перечисленных источников. Большое санитарное значение имеют сточные воды наиболее водоёмких производств или несущие в себе загрязнения, особенно опасные для здоровья человека и животных и в большей мере ограничивающие усло- 23

25 вия хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Сточные воды промышленных предприятий, или промышленные сточные воды, по характеру своего образования подразделяются на четыре вида: - первый производственные сточные воды, получающиеся в результате непосредственного использования воды в технологических операциях в качестве реагента, растворителя и т.п.; - второй воды от вспомогательных операций и процессов, образующиеся при поверхностном охлаждении технологической аппаратуры и силовых агрегатов. Эти воды обычно не загрязнены, но имеют повышенную температуру; - третий воды от подсобных и обслуживающих цехов (склады сырья и готовой продукции, транспортировка сырья, топлива, котельные и т.п.) Эти воды загрязнены самыми различными веществами и в разной степени; - четвёртый поверхностный сток с территории предприятия, содержит отходы производства, органические загрязнители и другие виды загрязнений. Условия отведения сточных вод на предприятиях могут быть весьма различными. Реже на предприятиях имеется одна общая канализационная сеть, собирающая хозяйственно-фекальные и промышленные воды; чаще эти воды собирают раздельно. На ряде предприятий химической и атомной отраслей промышленности присутствует специальная канализационная сеть, воды которой содержат в больших количествах опасные ингредиенты и подвергаются особой переработке. Все промышленные сточные воды подлежат очистке: механической, биологической и специальной. Те воды, которые согласно установившейся практике промышленным предприятиям разрешается сбрасывать в водные объекты без очистки и обработки, называют условно чистыми. Так же называют воды, прошедшие региональную химическую и биологическую очистку, но тем не менее содержащие некоторое количество загрязнителей. Такое положение нельзя признать закономерным, т.к. подобного рода воды обычно загрязнены маслами, минеральными солями, отходами и даже продуктами производства. Они требуют дополнительных мер обра- 24

26 ботки. В тех немногих случаях, когда условно чистые воды действительно остаются незагрязнёнными, они подлежат использованию на производстве, а не сбрасыванию в водоём. Ни логикой, ни экономическими выгодами не может быть оправдано недоиспользование на предприятиях условно чистых вод, сброс их в водоёмы и подача свежей воды, как правило, из того же источника. Опасным источником загрязнения водоёмов становятся крупные животноводческие комплексы, содержание и выращивание скота в которых приводит к накоплению огромного количества навоза. По содержанию органических веществ и биогенных элементов это эквивалентно загрязнению, которое образуется в городах с миллионным населением. В настоящее время разработана система, которая обеззараживает стоки скотоводческих комплексов и готовит при этом ценное удобрение. Обработка стоков вначале производится озоном, а затем с помощью специально подобранных микроводорослей. Сбросные и дренажные воды с орошаемых земель приводят к неоправданно большому расходу воды на орошение. Это положение особенно важно для южных районов, где дальнейшее увеличение орошаемых земель лимитируется недостатком воды. Необходимо повышать КПД оросительных систем и устанавливать более жёсткие нормы подачи воды, которые определяются действительной потребностью растений. Дренажные и промывные воды зачастую засолены, могут содержать много биогенов, пестицидов и других веществ. Сброс их в реки весьма нежелателен. Поверхностный сток с эродированных земель несёт много минеральных частиц (взвеси). Это приводит к обмелению рек и заилению водохранилищ. В тех случаях, когда смыву подвергается гумусовый слой плодородных почв, воды загрязняются также биогенами. Режим образования сточных вод, их состав, требования к очистке и условиям отведения определяются технологическим регламентом, санитарными нормативами и экологическим паспортом промышленного предприятия. Для водоёмов, принимающих сточные воды, имеются гигиенические ограничения по хозяйственно-питьевому и культурно-бытовому водопользованию, определяемые критериями вредности ингредиентов сбрасываемых вод. 25

27 Урал регион, где многие реки (Кама, Чусовая, Иньва, Косьва и др.) испытывают значительное антропогенное воздействие (промышленные стоки, шахтные воды, животноводческие фермы, дражные и другие гидромеханизированные работы). Так, по данным «Пермского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» в гг. наблюдалось превышение ПДК: в р. Чусовой (в районе г. Чусового) по железу общему, марганцу, меди, нефтепродуктам и взвешенным веществам; в Камском водохранилище (в районе г. Березники) по взвешенным веществам, иону аммония, железу общему, меди, марганцу, цинку, нефтепродуктам и химическому потреблению кислорода; в Воткинском водохранилище (в районе г. Оханска) по марганцу, меди, железу общему, взвешенным веществам и химическому потреблению кислорода (ХПК). 3. Характеристика основных «загрязнителей» и их влияние на водоём Согласно классификации А.Г. Гусева (1975), сточные воды по составу содержащихся в них загрязнителей и по характеру действия на водотоки и водоёмы подразделяются на 4 основные группы. Сточные воды, содержащие неорганические примеси со специфическими токсическими свойствами. К числу их относятся сточные воды содовых, сернокислых, азотнотуковых заводов; заводов чёрной металлургии, машиностроительных заводов и рудообогатительных фабрик: свинцовых, цинковых, никелевых руд и др. Основными загрязнителями являются минеральные вещества: соли, щёлочи, мышьяк, медь, свинец, ртуть и другие тяжёлые металлы; сероводород и многочисленные сернистые соединения. Многие из них обладают токсическими свойствами и могут присутствовать в растворённом и нерастворённом состоянии. Влияние такого рода стоков приводит к изменению цвета и прозрачности воды, появлению неприятного цвета и запаха, влечёт за собой выпадение нерастворимых осадков. В ряде случаев имеет место засоление водоёмов, изменение физикохимических свойств воды (ph, щёлочность, жёсткость), отравление гидробионтов мышьяком, сероводородом и другими токсическими веществами. 26

28 Сточные воды, содержащие минеральные примеси без специфических токсических свойств. Это стоки обогатительных фабрик по переработке угольных, марганцевых и других руд, производства фарфора, добычи золота, песчано-галечной смеси (ПГС). Основные загрязнители взвешенные минеральные вещества и мелкие частицы породы. Их влияние связано с изменением физических свойств воды (снижение прозрачности, большое количество взвеси и др.), что значительно ухудшает условия существования гидробионтов. Сточные воды с органическими примесями без специфических токсических свойств. Это хозяйственно-фекальные стоки, стоки пищевой промышленности (мясокомбинатов, мелькомбинатов, молочных производств), стоки целлюлозно-бумажных и лесоперерабатывающих производств и др. Эти стоки не содержат токсических веществ, но весьма отрицательно влияют на воду рек и водоёмов, так как содержащиеся в них органические вещества требуют на своё окисление большое количества кислорода и создают неблагоприятный газовый режим. В результате анаэробного разложения выделяются ядовитые газы: сероводород, метан, аммиак и др. Органическое загрязнение в большинстве случаев способствует бурному развитию цианобактрий, что вызывает «цветение» воды и нередко приводит к резкому изменению цветности, появлению привкусов и запахов. Сточные воды, содержащие органические примеси со специфическими токсическими свойствами. К этой группе относятся промышленные сточные воды химических, коксохимических, газосланцевых, нефтеперерабатывающих и других предприятий, которые содержат смолы, фенолы, спирты, альдегиды, нефтепродукты, сернистые соединения, сероводород и др. Под действием таких веществ вода приобретает окраску, неприятный фенольный запах, привкус, становится мутной, покрывается флюоресцирующей плёнкой. Действие таких стоков на водоёмы и население выражено наиболее сильно, т.к. многие вещества, являясь стойкими, медленно минерализуются, быстро распространяются по водоёму, особенно в реках. Вода становится непригодной для питья и водопользования. Во второй половине 20-го века широкое распространение получили такие типы загрязнений, как термическое и радиоактивное. 27

29 Все загрязняющие вещества могут поступать в водоёмы одновременно, но общую картину загрязнения определяет одна из групп (рис. 1). Рассмотрим подробнее действие отдельных загрязнителей на экосистему водоёмов. Рис. 1. Основные типы загрязнения и загрязнители водоёмов Бытовые сточные воды Главным источником загрязнения водоёмов (ухудшение качества воды, нарушение нормальных условий обитания гидробионтов) является сброс хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод. В состав сточных вод городских канализаций входят фекальные сточные воды, стоки бань, прачечных, душевых, воды от мытья и уборки помещений и других видов бытового использования водопроводной воды. Кроме того, в 28

30 городскую канализацию сбрасываются сточные воды промышленных предприятий, находящихся на территории города, прошедших в той или иной степени локальную очистку. Соотношение хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод бывает разным в связи с социальной и промышленной структурой городов и населенных пунктов. Особенностью городских сточных вод является содержание в них отходов физиологической жизни человека в виде испражнений и мочи. Органическое вещество остатков пищи, продуктов обмена и бытовых отходов на очистных сооружениях и в водоёме подвергается процессам окисления. Значительная часть органического вещества бытовых сточных вод приходится на живое органическое вещество бактериальные тела (400 мг/л по расчётам С.Н. Строганова). Количество бактерий в сточных водах при определении методом прямого счёта составляет сотни миллионов в 1 мл воды, а в пересчёте на одного человека в сутки исчисляется величинами порядка многих миллиардов. Среди огромного микробиального населения канализационной жидкости большое значение имеет кишечная палочка (E. coli), а также возбудители инфекционных заболеваний: тифа, сальмонеллеза, холеры, туберкулеза и др. Человек в сутки может выделять до 400 млрд. кишечных палочек это доли процента от всей сапротрофной микрофлоры, выделяемой им. Хозяйственно-бытовые сточные воды могут содержать большое количество яиц гельминтов: аскарид, власоглавов и тениид. В бытовых сточных водах, как правило, присутствуют химические соединения, оказывающие вредное влияние на здоровье человека, например урохром мочи. Это вещество вызывает расстройство деятельности щитовидной железы. Производственные сточные воды По данным ВОЗ, в производственной сфере используется до 50 тыс. химических соединений, из которых около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. весьма токсичны и входят в так называемую группу риска (Израэль, 1984). Химическая промышленность является крупным потребителем воды. Сточные воды химических производств чрезвычайно разнообразны по составу, объемам и взаимодействию с природными водами. Общей для них является токсичность. Стоки, содержащие неорганические соединения, дают производства мине- 29

31 ральных удобрений, серной кислоты и соды (кальцинированной, двууглекислой). Наиболее сложные по компонентному составу стоки дают предприятия нефтехимической промышленности, производства каучука, вискозы, пластмасс, фармацевтические предприятия, лакокрасочная и бумажная промышленность. Токсичные органические соединения несут стоки предприятий, производящих средства для борьбы с вредителями сельского хозяйства: с насекомыми инсектициды, грибами фунгициды, с сорной растительностью гербициды, химические средства для уничтожения древесной растительности арборициды, дефолианты. Тяжелые металлы Тяжелые металлы (ТМ) относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. ТМ постоянно присутствуют в тех или иных концентрациях в природных водах, в более высоких концентрациях в донных отложениях. Поэтому ТМ в донных отложениях наиболее объективный источник информации о степени загрязнения водного объекта или его участка. Некоторые металлы входят в состав живых организмов как жизненно важные компоненты и стимулируют процессы метаболизма, в то время как другие являются для них токсикантами. Токсичными могут стать и ТМ при концентрациях выше природных, обычно образующихся в загрязненных промышленными стоками водоёмах. При этом ингибируются различные биохимические системы в живых организмах и подавляются как процессы новообразования органического вещества, так и процессы его деструкции. Большинство ТМ транспортируется в водных системах либо в растворенном состоянии, либо в виде коллоидов и мелкодисперсных взвесей. Основные процессы накопления тяжёлых металлов в донных отложениях следующие: седиментация взвешенных частиц; сорбция ТМ поверхностью донных отложений; диффузия ТМ из водной массы в толщу грунтов; поступление ТМ при отмирании высшей водной растительности и гидробионтов. В водоёмах происходит постоянный вынос тяжёлых металлов из донных отложений в воду в результате ветрового перемешивания, диффузии (молекулярной и турбулентной), сорбции и десорбции, комплексообразования, ионного обмена и растворения, физико-химических, биологических и микробиологиче- 30

32 ских процессов на границе вода донные отложения. Постседиментационные процессы часто приводят к вторичному загрязнению водного объекта. Список особо опасных загрязняющих веществ открывает ртуть Нg и её соединения. Мировое производство ртути 10 тыс. т/год и 3 тыс. т от сжигания твердых видов топлива. 20% используется, остальное попадает в окружающую среду. В водоёмы и водотоки ртуть поступает со сточными водами, атмосферными осадками, поверхностным и грунтовым стоком. Минеральная ртуть в воде превращается в метилртyть, потом в диметилртуть летучее вещество. В воде и воздухе под действием УФ-лучей она разлагается на метан, этан и металлическую ртуть, которая попадает в атмосферу и содержится в бактериях. Ионы ртути вступают в реакцию с органическими кислотами, образовавшимися в процессе ферментативного разложения осадков анаэробными бактериями. В результате образуются чрезвычайно токсичные органические соединения метилртути, которые входят в пищевые цепи: фитопланктон зооплантон рыба животные человек. Ртуть способна накапливаться в телах гидробионтов. Например, в оз. Сент-Клэр (США, Великие американские озера) содержание ртути в рыбе возросло за 25 лет в 20 раз и достигает 3 мг/кг. Отмечается повышенное содержание ртути в форменных элементах крови и плазме, в волосах людей, питавшихся рыбой. Рыбы из оз. Белое (Вологодская область) накапливают ртуть в мышцах и печени. Широкую известность в 1953 г. получила болезнь Минамата (Минамата населенный пункт в Японии, где было производство ацетальдегида и винилхлорида с использованием HgC1 2 и HgSO 4 в качестве катализаторов). Со сточными водами в море попадала ртуть, которая в конечном счёте через пищевые цепи накапливалась в рыбе до 500 тыс. раз больше, чем в воде. Наблюдалось массовое заболевание людей, питавшихся рыбой из этого залива (116 случаев), из них 43 смертельных исхода. Воздействие ртути на ЦНС особенно губительно для зародышей они гибнут или рождаются уроды, дебилы. Шведскими учеными доказано, что у людей, которые питались рыбой, содержащей метилртуть, статистически достоверно повышена частота хромосомных аберраций по сравнению с контрольной группой. Тератогенный эффект показатель того, что метилртуть 31

33 может вызывать врожденные уродства и другие структурные аномалии (а также психические дефекты). Дозы Hg, которые кажутся вполне безвредными для матери, могут повреждать мозг плода. Типичные проявления отравления метилртутью ограничение полей зрения, вплоть до угрозы полной слепоты, и нарушение координации движений. Hg накапливается (до 30 мкг/кг) у лиц среднего возраста, проживающих на берегу водохранилищ и потребляющих большое количество рыбы. Только дожди вымывают из атмосферы т свинца Pb в год над океаном и 100 тыс. т над сушей. Из почв ежегодно поступает в океан 150 тыс. т свинца. В связи с этим за 45 лет содержание свинца в морской среде возросло с до 0.07 мг/кг. (Коммонер, 1974). В Куйбышевском водохранилище около половины всего мигрирующего РЬ находится в растворенном состоянии, обычно в комплексе с растворёнными органическими веществами (РОВ). Значительную чувствительность к хрому Cr проявляют водоросли. Например, при концентрации последнего % интенсивность фотосинтеза снижается на 83%, а при концентрации % он почти полностью прекращается. Фенолы Собирательное понятие «фенолы» объединяет большой ряд (более 1000) гомологов. Одногидроксильные: фенол, крезол, ксиленол и пентахлорфенол; двухгидроксильные: пирокатехин, резорцин и гидрохинон; трехгидроксильные: пирогаллол и флороглюцин. Среди загрязняющих водоёмы токсических веществ по вредности и распространенности в первую очередь выделяются яды фенольного ряда. Фенольные производные содержатся в сточных водах химической, нефтяной, газовой, коксобензольной, фармацевтической, текстильной, деревообрабатывающей, лакокрасочной, кожевенной промышленности. Фенол как важнейший продукт химической промышленности находит широкое применение при изготовлении пластмасс, искусственных смол, пикриновой кислоты, медицинских препаратов и т.д. В сточных водах концентрации фенолов колеблются в весьма широких пределах и достигают значительных величин в сбросах предприятий, производящих газ, кокс, каменноугольные смолы, бензин, каучук, нефтяные продукты, минеральные масла, вискозу, красители. Фенольные загрязнения придают воде и населяю- 32

34 щим их гидробионтам, включая и рыбу, отталкивающий вкус и запах, а большие концентрации фенолов приводят к гибели гидробионтов и вызывают хронические и даже острые отравления водоплавающей птицы и скота. У водных беспозвоночных при острой фенольной интоксикации наблюдается (последовательно): повышение общей двигательной активности, нарушение координации движений, судороги, паралич органов и участков тела, выполняющих локомоторную функцию; потеря двигательной активности, смерть. Минеральные соли Чрезвычайно высоким содержанием минеральных соединений, в основном хлористого кальция и натрия, отличаются сточные воды (дистиллер) заводов по производству соды. Сухой остаток в среднем составляет 175 г/л, количество взвешенных частиц до 12 г/л. Производству соды часто сопутствуют производства хлора, хлорной извести, гипохлорида кальция, технического хлороформа, хлористого алюминия и др. В связи с этим в общих и локальных стоках увеличивается содержание активного хлора. Такие стоки требуют большого разбавления чистой водой. Стоки содовых производств ухудшают качество источников питьевого водоснабжения, требуют улучшения и удорожания водоподготовки. Вред для гидробионтов, прежде всего пресноводных, сказывается в увеличении минерализации и солености воды. Основной вред стоков сернокислых заводов состоит в подкислении (ацидификации) водоёмов, когда в водной среде присутствует свободный водород. Способом ликвидации вредных свойств стоков служит нейтрализация известковым молоком или фильтрация через известковые или доломитовые фильтры. В стоках производства минеральных удобрений азотных, фосфорных и калийных наибольшую роль в загрязнении водоёмов играют азотные удобрения. Продукция азотнотуковых заводов служит основным сырьем для производства взрывчатых веществ, метанола, красителей и др. В связи с этим состав сточных вод заводов зависит от входящих в них производств. Основным видом загрязнителя от производства аммония являются минеральные соли, количество которых доходит до 300 кг на 1 т вырабатываемого аммиака. В составе солей преобладают азотнокислый натрий, сернокислый аммоний, хлористые натрий и 33

35 кальций. До 80-90% используемой в производстве природной воды идет на охлаждение установок. По своим физическим свойствам сточные воды бесцветны, имеют слабый запах и температуру в пределах С. В воде в небольших количествах содержится медь, мышьяк, следы сероводорода. При сбросе их в водоём возможно бурное развитие растительности вследствие улучшения азотного питания. Но при массовом развитии водорослей происходит ассимиляция углекислоты и рн увеличивается до Это приводит к гибели микрофлоры, многих беспозвоночных и рыбы. Кроме того, меняется растворимость некоторых элементов, например кальция. Фосфаты также способствуют интенсивному развитию водорослей. Например, цианобактерии при недостатке азота и излишке фосфора способны к азотфиксации. Всё это способствует эвтрофикации водоёмов. Вещества органического синтеза В современной химической промышленности огромное значение имеет органический синтез. Синтетическим путем производятся красители, лекарственные препараты, взрывчатые вещества, синтетический каучук, пластмассы, моющие средства и пр. В сточные воды производств попадают вещества, не существующие в природе, часть из них имеет высокую биологическую активность, что и представляет обычно главный вред для водных и других организмов. Многие из них весьма стойки и трудно разрушаются под воздействием микроорганизмов и физических факторов. В связи с этим таким веществам необходимо давать токсикологическую и биологическую характеристику. В настоящее время установлено, что нет веществ, недоступных воздействию микроорганизмов, бактерий и грибов, как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Выделены многие специфические группы микробов, окисляющих соединения открытой цепи (бактерии, плесневые грибы), ароматического ряда (бактерии), полиэтиленовые соединения (бактерии, актиномицеты). Микроорганизмы разрушают такие стойкие соединения, как природный каучук, лигнин, хитин и кератин. Биохимическому окислению поддаются соединения, обладающие антисептическими свойствами. Способность микроорганизмов разрушать синтетические материалы используется в биологической очистке сточных вод и при изучении превращений загряз- 34

36 няющих веществ в водоёмах. Наиболее стойким к биохимическому окислению является нейлон. При производстве синтетического каучука используется огромное количество природной воды: на 1 т каучука приходится 60 м³ загрязненных и м³ охлаждающих вод. В состав сточных вод входят спирты, эфиры, альдегиды, непредельные углеводороды. Сточные воды производства синтетического каучука обладают рядом специфических свойств: запах при разведении даже 1:1000, 1:2000, сухой остаток до 6000 мг/л, сульфаты до 857 мг/л, БПК мг О/л. В числе специфических ингредиентов сточных вод производства синтетического каучука существенное значение имеет эмульгатор некаль натровая соль дибутилнафталинсульфокислоты (C 15H 23SO 3Na). Вещество это обладает сильноэмульгирующими свойствами и используется в производстве синтетического каучука при эмульсионной полимеризации. В незначительных количествах (0.05 мг/л) некаль ухудшает органолептические свойства воды, а при содержании 5-16 мг/л оказывает токсическое воздействие на организм животных. В водоёмах, куда попадают сточные воды, рыба приобретает неприятный запах. В открытые водоёмы сброс сточных вод с содержанием некаля не допускается. Сточные воды производств синтетических материалов поддаются биохимической очистке. В связи с малым содержанием в них азота и фосфора к общему стоку сточных вод добавляют фекально-хозяйственные воды (более 10%) или соли азота и фосфора. Перед очистными сооружениями требуется охлаждение стока и удаление масел. Сточные воды производства пластических масс очень сложны по составу ингредиентов и недостаточно изучены даже по отдельным видам продукции. Стоки отличаются большим содержанием минеральных веществ (более г/л) и органических соединений (фенолы, летучие кислоты жирного ряда). Стоки требуют добавки бытовой сточной жидкости до 30% для биохимического окисления, однако такие соединения, как дихлорэтан, гексоген, хлорбензол, биохимическим путем не окисляются. В числе продуктов химической промышленности широчайшее распространение и применение получили детергенты (от лат. detergere очищать) синтетические моющие вещества, средства (СМВ, СМС) или поверхностно-активные вещества (ПАВ). Разнообразие и производство моющих средств с каждым 35

37 годом расширяются, состав их усложняется по целям применения. Поступление моющих средств в водоём со сточными водами при их недостаточной очистке создало ряд проблем при подготовке питьевой воды, рекреационном использовании водоёмов и рыбного хозяйства из-за нарушения процессов самоочищения водоёмов, усиления загрязнений и ухудшения общего экологического состояния водоёмов. ПАВ незаменимы в процессах флотации обогащенных руд, разделении продуктов химического производства, получении полимеров и других материалов, улучшении качества тканей, резины, синтетических волокон, пластиков, бетона и т.д. Они используются в очистке емкостей (танков) танкеров, цистерн и т.д.; в механической и текстильной промышленности, изготовлении кремов, зубных паст, как дезинфицирующие средства. ПАВ хорошо растворимы в воде, образуют большое количество пены; оказывают влияние на рн, прозрачность и цветность воды. Сточные воды производства детергентов отличаются пенообразованием на очистных сооружениях и в водоёмах, куда они попадают. Пена разносится по водоёму, оседает на прибрежной растительности, неприятна с эстетической точки зрения, ухудшает аэрацию воды и процессы самоочищения. В пене концентрируются болезнетворная микрофлора, микобактерии, сальмонеллы. Синтетические моющие средства токсичны для аэробной микрофлоры. Поэтому они могут ухудшать биологическую очистку в аэротенках сточных вод, а попадая в реку, убивать естественную микрофлору и снижать деструкционные процессы. Большой вред загрязнения вод детергентами наблюдается при сбросе сточных вод из банно-прачечных комбинатов. Стоки трудно подвергаются биологическому окислению и обладают биологической активностью (обесцвечивают листья макрофитов, вызывают кровотечения у рыб, приводят к гибели планктонных ракообразных). Благодаря содержанию во многих детергентах фосфатов (полифосфатов), они могут играть определенную эвтрофирующую роль, способствуя развитию цианобактерий и водорослей. Уже давно поставлена задача удаления фосфатов из СМС. Использование моющих средств в борьбе с нефтяными загрязнениями приносит вред растениям и животным ещё больший, чем нефтепродукты. 36

38 Широкое применение в настоящее время имеют хлорорганические пестициды (ХОП). Наиболее распространены ДДТ, гексахлорциклогексан, гексaxлорбутадиен, полихлоркамфен, дилор, тедион, каптан и др., разрешенные к применению в России, они плохо растворяются в воде, хорошо в маслах и жирах. Обладают высокой химической стойкостью, способны накапливаться в донных отложениях и организмах, концентрация их возрастает в конечных звеньях пищевой цепи. Вредность ХОП установлена для всех систематических групп водных организмов. Они поражают практически все жизненные системы организмов: генетическую, иммунную, эндокринную, репродуктивную и нервную. Под их влиянием происходят перестройки водных сообществ с гибелью многих видов (Врочинский и др., 1980). Гербициды токсичны для фитопланктона, содержат соли меди и хромовой кислоты, оказывающие основное вредное действие на микроорганизмы. Большая группа хлорорганических суперэкотоксикантов (диоксины и родственные соединения) в малых дозах способны оказывать выраженное индуцирующее (усиливающее) или ингибирующее (угнетающее) действие на ферменты. В их число входят диоксины и дибензофураны, полихлорированные и полибромированные бифенилы, бензантрацены, нитрозамины, нафтиламины и другие органические вещества, которые образуют совместно с хлорорганическими пестицидами основу группы стойких органических загрязнителей (СОЗ). Для них характерны: - устойчивость в окружающей среде; - биоаккумуляция, накопление по пищевой цепи до уровней, в 70 тыс. раз превышающих уровни, обнаруживаемые в окружающей среде; - токсичность для человека и других живых организмов; они вызывают в основном отдаленные эффекты, а также нарушения развития, репродуктивные и иммунологические расстройства, эндокринные нарушения; - крупномасштабный перенос с обнаружением СОЗ в удаленных областях, вдалеке от каких-либо источников. Источниками диоксинов могут быть предприятия, транспорт, сжигание мусора, лесные пожары и др., т.е. необходимым условием является высокотемпературное горение топлива и органических материалов. Период полураспада диоксинов в воде 37

39 и донных отложениях достигает нескольких десятилетий. В живые организмы диоксины и родственные соединения поступают через продукты питания (до 92-95%), воду, кожные покровы и при вдыхании загрязненного воздуха. Большое число термических производств и накопление СОЗ в средах обитания создали проблему диоксиновой опасности для людей и живых организмов почв и водоёмов. Данные о влиянии диоксинов, в первую очередь медицинскую информацию, замалчивали, что связано с чрезвычайной токсичностью этих веществ. С 1968 г. во многих странах покров секретности был снят, когда появились первые сообщения о взаимоотношениях диоксинов с живыми организмами и механизмах их токсического действия. Во второй половине 70-х гг стало ясно, что опасность диоксинов как веществ, относящихся к супертоксикантам, приобрела общепланетарные масштабы. В 1993 г. в РФ была принята Федеральная целевая программа «Защита окружающей природной среды и населения от диоксинов и ДПС (диоксиноподобных соединений)», рассчитанная на гг. Органические нетоксические вещества При производстве целлюлозы и бумаги (ЦБК) требуется очень большое количество воды: на одну тонну продукции на целлюлозных заводах расходуется 500 м³ и более. Производственные стоки их загрязнены органическими веществами, на окисление которых требуется большое количество кислорода. В процессе производства целлюлозы применяется обработка древесины и других исходных продуктов кислотами и щелочами, что обусловливает переход в растворенное состояние большого количества органических веществ, для удаления которых требуется проведение сложных операций. Переработка древесной массы механическим способом определяет высокое содержание загрязняющих взвешенных веществ. Сточные воды от производства целлюлозы сульфитным способом содержат щёлок, в котором находится до 100 г/л сухого остатка (80% органическое вещество), около 7 г/л кальция и около 2 г/л сульфат-иона. В органической части преобладают лигнин и сахара. На 1 т абсолютно сухой целлюлозы образуется 10 м³ неразбавленного сульфитного щелока. В сульфатных щелоках на 1 т целлюлозы получается свыше 1.5 т сухого остатка, в том числе 2/3 органического вещества. В последнем преобладают лигнин и оксикислоты с лактонами, в 38

40 минеральной части свободный и связанный с органическими соединениями едкий натр, сода, сернистый натрий. Особенностью сульфатного способа производства является присутствие дурно пахнущих веществ с преобладанием меркaптана. Хлорное отбеливание целлюлозы вносит в состав сточных вод ртуть. Со сточными водами бумажного производства уносится 6-8% годового производства волокна и 2-3 г/л взвешенного вещества, на 2/3 состоящего из органического. При недостаточной очистке вредное действие стоков целлюлозного и бумажного производств велико. В местах сброса сточных вод может наблюдаться отложение волокон целлюлозы и создание анаэробных условий с выделением метана, сероводорода и меркaптана. Большой вред водоёмам наносят сточные воды пищевой промышленности, которые содержат большое количество органических веществ (до мг/л), при этом снижается прозрачность воды, увеличивается окисляемость (до мг О/л); общее количество растворенных солей достигает 1500 мг/л. Загрязнение водоёмов сточными водами в местах сброса угнетает развитие хлорококковых водорослей, но затем, по мере разбавления, стимулирует рост цианобактерий при участии вольвоксовых водорослей; ухудшается санитарно-биологический режим, усиливается «цветение», увеличивается количество грибов на подводных растениях, что отрицательно сказывается на качестве воды. Нефть и нефтепродукты Значительное загрязнение водоёмов происходит при транспортировке нефти, нефтедобыче, особенно при нефтепереработке. Мировой океан и крупные реки как транспортные артерии страдают от разливов нефти при погрузочно-разгрузочных работах и, чаще всего, при авариях и разрушениях танкеров и кораблей. По морю транспортируется более 1 млрд. т нефти, в водоёмы попадает до 10 млн. т нефти из 2 млрд. т добываемых. Большие по площади и объемам загрязнения дают нефтяные разработки в морях. В океане на 1 м² приходится 1 мг битумов, а в Средиземном море 20 мг на 1 м². Комочки битума обрастают организмами и могут проглатываться рыбами и попадать в организм животных и человека. Сточные воды нефтяной промышленности являются одним из главных источников загрязнения водоёмов. Расход воды на 39

41 переработку 1 т нефти составляет около 30 т, с переработкой газа до м³. При нефтедобыче пластовые воды, загрязненные нефтью, имеют, кроме того, высокую минерализацию до 250 мг/л. Наиболее значительные нефтяные загрязнения поступают со сточными водами нефтеперерабатывающих заводов. Особенностью сточных вод нефтеперерабатывающих заводов являются стойкие запахи нефтепродуктов и других органических соединений, образующиеся в процессе переработки нефти, особенно с большим содержанием серы. Нефтесодержащие стоки отличаются стойкостью к химическим и биологическим воздействиям. БПК 5 для таких вод мг О/л. Наиболее стойкие сточные воды содержащие сернистые щелока и фенолы. Попавшая в водоём нефть подвергается превращениям механического, физического и биологического порядка. В водоёме нефть может присутствовать в растворенном виде, во взвешенном (эмульгированном) состоянии в толще воды, в виде пленок на поверхности водоёма. Некоторая часть нефти, попадающей в водоём, оседает на дно, берега и водную растительность. Растворимая фракция составляет незначительную часть. Некоторая часть нефтепродуктов находится во взвешенном состоянии. Степень загрязненности водоёма нефтью устанавливается (качественная оценка) по нефтепродуктам на поверхности воды. Толщина пленки нефти различна в зависимости от количества и состава плавающей фракции. Обычно капля нефти расплывается и покрывает площадь диаметром м. Нефтяная пленка сразу же подвергается воздействию микроорганизмов, изменяет свой цвет и состав. При этом происходит частичное погружение бактериальных тел и нефти на дно. Опускание нефти на дно может происходить также в силу взаимодействия пленки и нефти, находящейся во взвешенном состоянии с минеральными взвешенными частицами. В постоянно загрязняемых нефтью водоёмах на дне обнаруживаются твердые комковатые или мажущиеся тяжелые фракции нефтепродуктов. В гидрохимических анализах эти загрязнения обычно не учитываются, т.к. они охватывают лишь приповерхностный слой воды. Для характеристики загрязнения водоёма в целом предложена шкала, имеющая описательный характер, которую можно использовать для общей характеристики состояния водоёма (см. приложение 1). Одна тонна нефти растекается пленкой 1/16 мкм на поверхности моря на 10 км². Углеводородные пленки настоящее бедствие для планктона, особенно для нейстонныx и плейстонных 40

42 организмов, жизнедеятельность которых связана с пленкой поверхностного натяжения воды. Вред их состоит в том, что они препятствуют газообмену воды и атмосферы и проникновению солнечных лучей. В водоёме уменьшается содержание кислорода за счёт массового развития бактерий, образуются ядовитые вещества (бензол, нафталин, толуол, антрацен), а парафины, очищенный керосин, смазочные материалы склеивают между собой организмы. Утолщение пленки на поверхности водоёма до 0.1 мм усиливает нефтяной запах. Пленки толщиной в микроны недолговечны: происходит испарение нефти и разрушение легких фракций микроорганизмами. Процессы разрушения нефтяной пленки сапрофитными микроорганизмами хорошо изучены и используется в разработке бактериальных эмульсий и порошков для борьбы с разливами нефти. В водоёме влияние нефти может сказываться на увеличении цветности, окисляемости и биохимического потребления кислорода (БПК), ухудшаются органолептические показатели воды, прежде всего появляются неестественные запахи и привкусы, соответствующий запах приобретает и рыба, создаются трудности водоподготовки. Шахтные воды Значительное загрязнение испытывают реки, протекающие по регионам, где развита горнодобывающая и угольная промышленность. Рудничные и шахтные воды продукты физикохимического взаимодействия минералов и воды и атмосферного воздействия. Наиболее обычные процессы их формирования окисление и гидролиз минералов, с которыми связано появление феноменально высокой микрокомпонентной «нагрузки» вод. Шахтные воды характеризуются повышенной минерализацией до 30.4 г/л (ионов хлора г/л, натрия и калия 6-8 г/л); высокой окисляемостью 28 мг/л и низкой прозрачностью. В кислых рудничных и шахтных водах наблюдаются высокие концентрации металлов, в частности железа Fe. Угольная промышленность дает огромные объемы загрязненных вод, прежде всего при откачке шахтных вод, дренируемых через верхние горизонты (пласты) и образующихся при гидродобыче угля. Большие количества сточных вод с угольной составляющей образуются на обогатительных заводах. Характерными особенностями шахтных вод являются очень высокая 41

43 минерализация, вплоть до пульпы, высокое содержание закисного железа из-за размыва пирита, сопутствующего угольным пластам, и появление свободной серной кислоты и фенолов. Реакция окисления пирита и последующего перехода сульфата железа в гидроксид железа протекает по схеме: FeS O H O FeSO H SO ; FeSO H O O Fe ( SO ) Fe( OH ) Сульфат железа легко гидролизуется, давая свободную серную кислоту и гидрат оксида железа (лимонит), который выпадает в осадок: Fe ( SO ) H O Fe( OH ) H SO ; Fe( OH ) Fe O H O 2H O Загрязнению шахтными водами подвержены многие реки Западного Урала. При окончательном закрытии шахт Кизеловского угольного бассейна (1997 г.) кислые шахтные воды попали в притоки р. Камы 4-го порядка. Среднее многолетнее содержание железа в самоизливающихся шахтных водах достаточно постоянно 300 мг/л, а годовой вынос железа оценивается в 770 т (Имайкин и др., 2002). Так, шахтные воды, попав в р. Б. Гремячую, а затем в р. Вильву, воды которой стали мутными, приобрели сначала зеленоватый оттенок, а затем ржавый. На расстоянии 7 км ниже устья Б. Гремячей в воде Вильвы зафиксировано высокое содержание растворённого железа (7.9 мг/л), что в 40 раз больше фонового, а также превышение ПДК сульфатов в 2.1 раза. Количество растворённого алюминия составило 4.9 мг/л, кобальта 0.07 мг/л, ph 5.12, что свидетельствует о повышенной кислотности воды. После закрытия шахт Кизеловского бассейна содержание общего железа в воде р. Вильвы достигало 395 ПДК, что соответствует уровню экстремально высокого загрязнения реки рыбохозяйственного назначения. Мощное влияния самоизлива и в настоящее время распространяется до самого устья р. Вильвы и далее полосой вдоль левого берега р. Усьвы, где также наблюдается ржавый оттенок речной воды и ржавый налёт на гальке, слагающей дно и берега. Таким образом, сброс неочищенных шахтных вод в реки приводит к их загрязнению, подкислению, обмелению и отложению на дне и растениях гидроксида железа. Животные и рас- 42

44 тительные сообщества в местах сброса сточных вод испытывают существенную деградацию. Термальное загрязнение Вследствие интенсивного развития теплоэнергетики возникла новая экологическая проблема нарушение температурного режима водоёмов, вызываемое сбросом теплых вод промышленными предприятиями, прежде всего тепловыми (ТЭС) и атомными (АЭС) электростанциями. ТЭС основной тип электростанций в России, среди которых самыми крупными и производительными являются ГРЭС государственные районные электростанции. ТЭС и АЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение перегретым паром. При работе турбины необходимо охлаждать водой. Поэтому от энергетических станций непрерывно отходит поток воды, подогретый на 3-12ºC и в водоёме-приёмнике создаётся постоянная зона подогрева. Сложность проблемы термального загрязнения обусловлена тем, что тепло, в отличие от промышленного и бытового загрязнения, является положительным и даже необходимым для жизни фактором. Но, очевидно, до определённых пределов. Температурный рубеж различен для разных организмов, и его нарушение приводит к перестройке и угнетению гидробиоценозов. Наиболее масштабные перестройки происходят в результате теплового загрязнения водоёмов в зимнее время в средних и северных широтах, когда водоём покрыт льдом, а в зоне подогрева образуется постоянная полынья. Здесь, у водосброса, температура воды может достигать C, а в области умеренного подогрева, особенно в придонных или средних слоях, составлять C. Иначе говоря, в зонах подогрева создаются как бы «субтропические» оазисы районы, никогда не покрывающиеся льдом, с зимними температурами, близкими к нормальным весенним. В летние же месяцы температуры в зонах подогрева зависят от естественной температуры забираемой воды. Если в водоёме вода прогрелась до +20 C, то в зоне подогрева она может достигать C. Совершенно ясно, что такой существенный подогрев не может не оказать влияния на биологические явления в водоёме. В зоне подогрева формируется теплолюбивая фауна, которая замещает отмирающие холодноводные виды или, в средних широтах, складывается эврибионтный комплекс видов. У эври- 43

45 термных видов гидробионтов при высоких температурах (30ºC и более) необязательно наступает гибель, но могут прекращаться питание, рост и размножение. Экспериментальные исследования показали, что у молоди рыб при 26-27ºC наблюдались нарушения роста, понижение интенсивности питания, у планктонных раков (Bosmina, Leptodora и др.) снижались плодовитость и выживаемость. В наших широтах лишь немногие эвритермные виды рыб, беспозвоночных и водорослей не страдают от дальнейшего повышения температуры (Гидрохимия и гидробиология, 1971; Мордухай-Болтовской, 1975). В южных широтах при естественном прогреве воды до +30 C и выше сброс подогретых вод приводит к массовой гибели организмов, как и при токсическом загрязнении. Зона подогрева представляет собой своеобразный участок водоёма с максимальными температурами в месте сброса воды, т.к. тёплые воды имеют меньшую плотность, т.е. растекаются по поверхности вод водоёма-приёмника и создают температурную стратификацию. Кроме этого, подогрев воды природных водоёмов приводит к изменению гидрохимических и гидрологических параметров воды: - уменьшается содержание кислорода за счёт снижения его растворимости, а также в связи с интенсификацией дыхания микроорганизмов и других пойкилотермных животных; - увеличивается величина БПК за счёт более интенсивного окисления органического вещества, особенно при выпуске условно чистых бытовых сточных вод; - тепловое загрязнение уменьшает содержание азота и углекислого газа. Уменьшение содержания углекислого газа в пресной воде более ощутимо, чем в морской. Уменьшение растворимости азота в воде может привести к гибели рыб из-за газовой эмболии (появление газообразного азота в крови); - нагревание воды приводит к уменьшению содержания ионов кальция, что влияет на рост скелета рыб и раковин моллюсков: нагрев Ca( HCO3 ) 2 CO2 H2O CaCO3. Биологические последствия теплового загрязнения на акватории, подверженной влиянию сточных и подогретых вод, свя- 44

46 заны, прежде всего, с изменением потоков вещества и энергии в экосистемах: могут интенсифицироваться как процессы продуцирования органического вещества, так и процессы метаболизма животных (при повышении температуры на 10 C метаболизм увеличивается примерно в 2.2 раза). Происходит перестройка структуры планкто- и бентоценозов: теплолюбивые виды процветают начинают доминировать; холодолюбивые виды угнетены и вымирают, что приводит к изменению видовой и трофической структуры водных сообществ. Так, уменьшается видовое разнообразие первичных продуцентов: отмирают холодолюбивые диатомовые водоросли и увеличивается численность зеленых, а потом цианобактерий. Последние выделяют токсины, ухудшают рацион и калорийность питания беспозвоночных. При подогреве воды выше +30 C погибают личинки поденок, ручейников, стрекоз, моллюсков, мшанки погибают при температуре выше С. Резко увеличивается гибель ракообразных при температуре выше +30 С. Морские организмы более чувствительны, в том числе в теплых морях. Ускорение развития личинок хирономид в зоне подогрева сопровождается их повышенной смертностью. В зоне сильного подогрева (на 10-12ºC) наблюдается сдвиг «фенологических фаз» на более раннее время. Весной, когда естественная температура воды достигает нескольких градусов выше 0ºC, в зоне искусственного подогрева температура может превышать 10-15ºC. Такая температура знаменует для гидробионтов начало вегетационного сезона, когда идёт активное размножение и численность зоопланктона нарастает, в результате чего максимум его развития здесь наступает раньше, чем в зоне естественных температур. Аналогичные явления, только в обратном порядке, происходят и осенью: в то время как в области водоёма с естественными температурами наблюдается 3-4ºC и вегетационный период закончен, в зоне подогрева температура воды вполне достаточна для развития и отдельные виды продолжают размножаться. В результате вегетационный период в таких местах искусственно увеличивается, в наших широтах это примерно 2 месяца. Кроме того, в зоне подогрева наблюдаются изменения поведения животных. Так, в зоне сильного подогрева, где у поверхности располагается слой воды с ºC, а в нижележащих слоях температура воды не превышает ºС, большинство планктонных животных активно мигрирует из более тёплых вод 45

47 в более холодный слой. Там создаётся перенаселение, а иногда появляются огромные скопления зоопланктона. Рыб, за исключением холодолюбивых, в зонах подогрева обычно много. Однако скопление рыб не является благоприятным для их воспроизводства, поскольку зоны подогрева окружены неподогретыми водами и молодь рыб, вылупившаяся из ранее выметанной икры, попадает в условия худшей кормовой базы. Гибель гидробионтов происходит не только от прогрева водоёма-приёмника сбросными водами электростанций, но и в результате попадания с водой через насосы внутрь станции. Поскольку место водозабора должно быть защищено сороудерживающими решётками и рыбозащитными сооружениями, крупные гидробионты не могут попасть внутрь. Но на устаревших рыбозащитных сооружениях рыбы притягиваются током воды, ударяются о решётки, застревают в них, повреждаются и погибают. Мелкие гидробионты зоопланктон легко проходят сквозь защитные решётки и вместе с водой проделывают сложный путь через агрегаты станции. Сначала животные испытывают высокое давление и значительные скорости течения воды, создаваемые насосами. Затем организмы попадают в узкие трубки конденсаторов, где от внезапного повышения температуры (на 8-12ºC за 1-2 минуты) у личинок рыб и планктонных животных наступает «тепловой шок». Большинство организмов при этом теряет ориентацию и впадает в оцепенение. В трубки конденсатора впрыскивают хлор в целях предотвращения появления обрастаний, что гибельно сказывается на гидробионтах. Одновременно животные испытывают сильные механические воздействия, ударяясь о стенки труб и падая с большой высоты вместе со сбросными водами. Всё это приводит к высокой гибели (до 100%) планктонных животных. Таким образом, за сутки может погибать несколько тонн зоопланктона, изменяя структуру гидробиоценозов и снижая кормовую базу рыб. Те животные, которые попали в водоём, пройдя с водой через станцию, травмированы и испытывают температурный шок, поэтому становятся добычей хищников. В частности многие виды рыб концентрируются у водовыпусков ТЭС и потребляют лёгкую и обильную добычу. Влияние подогрева на многие морфоэкологические группировки гидробионтов, особенно на бентос и зоофитос, пока недостаточно выяснено. Влияние подогрева может быть замаскиро- 46

48 вано влиянием других факторов, действующих одновременно. Совместное влияние двух факторов с большим результирующим эффектом, чем суммарное воздействие двух факторов по отдельности, называется синергизмом. Явление синергизма затрудняет установление влияния непосредственно температуры при его исследовании в натурных условиях. В зонах подогрева может не происходить сильной эвтрофикации, по-видимому, в связи с усилением процессов самоочищения микроорганизмами, минерализующими органическое вещество тем быстрее, чем выше температура вод. Трудно оценить итоговый баланс процессов новообразования и деструкции органического вещества, поскольку в разных случаях конечные результаты неодинаковы. Но в целом можно говорить о тенденции увеличения эвтрофикации вод в условиях подогрева и качественном изменении состава биоценозов водоёма-приёмника. Хотя искусственный подогрев вод вызывает нарушение естественного состояния экосистем и накопление органического вещества, эти воздействия можно считать «безобидными» по сравнению с загрязнением водоёмов хозяйственно-бытовыми и особенно промышленными сточными водами. Получение энергии на ТЭС и АЭС не причиняет значительного ущерба окружающей среде, как это имеет место в случае строительства гидроэлектростанций. При сооружении водохранилищ гибнут тысячи квадратных километров лесов, лугов, пашни, множество населённых пунктов, а количество получаемой энергии при этом значительно ниже, чем при работе ТЭС и АЭС. Главный способ сохранить естественное состояние водной среды и не допустить ухудшения качества вод вследствие термического загрязнения установить допустимые нормы подогрева, т.е. такого его уровня, который не вызывает сильных изменений водных биоценозов. В России допустимой санитарной нормой подогрева принято повышение средней температуры на 3º летом и 5º зимой. Следует учитывать, что нормы подогрева могут быть различны в разных климатических зонах и разных типах водоёмов. Снижение температуры воды достигается установкой разбрызгивателей, отводных труб, созданием прудов-отстойников, которые можно использовать как рыбоводные хозяйства. 47

49 Радиоактивное загрязнение Поверхностные воды загрязняются как выпадением радиоактивной пыли, так и поверхностным стоком с территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению после ядерных испытаний, из районов расположения предприятий по обогащению урановых руд и производства радиоактивных веществ, а также при сбросе сточных и охлаждающих вод с атомных электростанций и с предприятий по переработке атомного горючего. Особенностью радиоактивных загрязнений является механизм вредного действия излучающих веществ. Все виды радиоактивного излучения ионизирующие, поскольку они обладают свойством вырывать электроны с внешних орбит атомов, т.е. ионизировать их. Образующиеся при этом ионы химически очень активны. Они способны изменять различные свойства живой клетки и вызывать образование перекисей и других цитотоксических составляющих. Ионизирующие лучи могут явиться причиной серьезных нарушений в клетках при наружном или внутреннем облучении организма. Сильная доза радиации, вызывающая появление многочисленных ионов, рано или поздно приведет к гибели облученных клеток. Слабые дозы могут переноситься без каких-либо видимых нарушений, но могут вызывать необратимые изменения в структуре ДНК (мутации). В процессе эволюции организмы приспособились к естественному фону радиации, т.к. в земной коре имеются залежи урана, тория, радия, актиния и др., кроме того, УФ-радиация от солнца (менее 29 мкм). В почвах и воде всегда есть радиоактивные кобальт и углерод, имеющие большое значение для организмов, кроме них газ радон продукт распада радия. Степень вредности радиоактивных веществ зависит от характера и интенсивности излучений. Факторами, определяющими вредное действие радиоактивных веществ, является вид излучения (α, β, γ), полупериод распада (Т), распределение в организме, скорость выведения, относительная чувствительность наиболее повреждаемого органа человеческого организма, подвергающегося облучению. Наибольшее внимание привлекает стронций- 90, отлагающийся в скелетных частях, замещающий кальций и подвергающий непрерывному облучению окружающие ткани. В сточных водах от переработки атомного горючего содержится большое количество радиоактивных изотопов, продуктов атомного распада, обладающих в сумме высоким уровнем активности. Стоки эти очень опасны и блокируются в озеровид- 48

50 ных бессточных водоёмах или в специальных емкостях, контейнерах. Сточные воды тепловых и атомных электростанций менее опасны, т.к. не имеют непосредственного контакта с радиоактивным веществом, а уносят из охлаждающих систем стабильные ионы с наведенной активностью под воздействием нейтронов. В водах охлаждения может содержаться более 60 радиоактивных изотопов ряда элементов, в том числе магния, натрия, хрома, меди, кремния, фосфора, бария, стронция, скандия, кобальта. Большинство изотопов в водах охлаждения относится к короткоживущим, но некоторые имеют период полураспада до нескольких лет. Изотопы, попадая в водоём, проникают по цепям питания до рыбы и растений, а через них и в организм человека. В подогретых водах АЭС оказывается радиоактивный фосфор-32, усваиваемый водорослями. Ими питаются планктонные рачки, рачками рыбы, рыбой человек. В этой трофоценотической цепи конечное звено рыба может накапливать в 5 тыс. раз больше радиоактивного фосфора, чем его содержится в воде. В воде оказывается также радиоактивный углерод-14, период полураспада которого 5730 лет. Он аккумулируется в фитопланктоне с коэффициентом накопления 4 10³. В клетках растений накапливается стронций-90, цирконий-90, йод-131, рутений-106, цезий-137, изотопы церия ( ), марганца (52-54) до 180 тыс. раз больше, чем в среде. ПДК для радиоактивных загрязнений не существует, т.к. любые минимальные дозы в конце концов накапливаются в пищевых цепях. Отмечено избирательное накопление радионуклидов у разных гидробионтов и в разных частях тела (органах): йод в больших количествах накапливается ламинариями, мышьяк грибами, ванадий асцидиями (до 5 тыс. раз). В рыбе накапливается рубидий (10% в мышцах, 19% в костях, 27% в чешуе, 39% во внутренних органах), стронций-90 (почти равномерно накапливается во всех органах и тканях), йод-131 (откладывается в мышцах 35%, внутренностях 17%, костях 39%, чешуе 13%), цезий-137 и церий-144 в основном в чешуе и покровах. Люди, живущие на берегах рек, потребляют в среднем 72 кг рыбы в год. Концентрация радионуклидов в их организмах может быть очень высокой и превышать средние величины до 5 тыс. раз. Рыбы переносят радиоактивные вещества на огромные расстояния от места заражения. Человек заражается в основном через 49

51 рыбу и моллюсков. Почва и животные (домашние) могут заражаться рыбной мукой и отходами с рыбзаводов (Рамад, 1981). При эксплуатации АЭС предусмотрены цеха очистки. Они оборудованы для выдержки, разбавления и других приёмов обработки. Малоактивная вода, содержащая короткоживущие изотопы, выдерживается суток, после чего спускается в канализацию. Сточные воды от переработки атомного горючего, представляющие наибольшую опасность, обрабатываются несколькими разными приёмами. Все они основаны на максимальном концентрировании: стоки выпаривают до сухого остатка, затем переводят путём концентрирования в нерастворимое состояние и захоранивают. Собственно захоронение представляет отдельную большую проблему. Применяют закапывание в землю, закачивание в скважины шахт, опускают зацементированные контейнеры на дно океана, хранят в стальных и бетонных резервуарах. Некоторые короткоживущие изотопы (йод-131, бериллий-7, фосфор-32, углерод-12 и др.) используются в научных исследованиях по биологии, медицине и в других отраслях народного хозяйства. Их период полураспада от нескольких часов до нескольких суток. Методы осаждения и отстоя дают положительный результат в очистке сточных вод, содержащих эти радиоактивные изотопы. Контрольные вопросы 1. Какую воду следует считать чистой, а какую загрязнённой? Дать понятие «загрязнённая вода». 2. Как классифицируют загрязнения: - по источникам загрязнения, - по токсичности и распространению загрязнений, - по составу загрязнителей? 3. Какие степени загрязнений выделил Н. С. Строганов? 4. Дайте характеристику основных типов и источников загрязнения: - бытовые сточные воды, - производственные сточные воды, - нефтяное загрязнение, - термальное загрязнение, - радиоактивное загрязнение. 50

52 III. Природные процессы в водоёмах и воздействие на них антропогенных факторов В этом разделе рассматриваются проблемы, связанные с изменением качества воды и, как следствие, нарушением экосистем водоёмов, обусловленные как природными факторами, так и деятельностью человека. Одни из них оказывают влияние на распространение многих заболеваний человека, в том числе инфекционных; другие определяют продуктивность экосистем. Последнее выражается или в повышении уровня первичного продуцирования, что приводит к эвтрофии водоёма, или в снижении качественных и количественных показателей развития водных сообществ, что характерно для дистрофных водоёмов. 1. Биологическое загрязнение водоёмов Под биологическим загрязнением понимают распространение в водоёмах патогенной микрофлоры (вирусы, бактерии и грибы), простейших, паразитических червей и бурное развитие растительности, нетипичное для естественных водоёмов. Издавна известна связь между загрязнением водоёмов и возникновением заболеваний человека. Более точно можно говорить не о загрязнении, а о заражении водоёма возбудителями инфекционных заболеваний. К числу заболеваний, возникновение которых связано с загрязнением водоёмов, относятся брюшной тиф, паратифы, дизентерия, холера, инфекционный гепатит, водная лихорадка, туляремия, полиомиелит, инфекционная желтуха, некоторые виды гельминтозов, конъюктивиты. Возможна передача водным путём туберкулёза, правда, при исключительных обстоятельствах. В составе бактериально-вирусного загрязнения коммунальных стоков могут находиться холерный вибрион, кишечная палочка и другие формы, которые вызывают эпидемии инфекционного гепатита, холеры, тифа, дизентерии. В стоках бродильных производств (бойни, пивные, молочные, сахарные и сырзаводы, спиртовые производства, ЦБК) содержится огромное количество бактерий и грибов. 51

53 В местах сброса в реку бытовых сточных вод на дне могут развиваться огромные скопления грибов и бактерий, аккумулирующие в себе органическое вещество. Я.Я. Никитинским (1936) подсчитано, что на 1 км² дна нитчатая бактерия Sphaerolitus natans создавала своими телами 97 т за 12 дней, грибок Leptomitus lacteum 39 т за 18 дней. Развивающиеся в загрязнённой зоне бактерии и грибы после отмирания переносятся течением на нижележащие участки реки. Попав в условия замедленного течения и опустившись на дно, мёртвые тела сами становятся причиной загрязнения воды, обуславливая так называемое вторичное загрязнение (Жадин, Родина, 1950). Вообще водоёмы не являются нормальной для обитания бацилл средой. Попадая с хозяйственно-фекальными стоками в воду, патогенные микроорганизмы погибают в сроки, которые значительно варьируют для каждого вида. Имеет значение и качество воды. Обычная среда обитания патогенных бактерий настолько отличается от водоёмов, что следует ожидать быстрого отмирания патогенной флоры. Однако приспособления микроорганизмов настолько значительны, что процесс отмирания затягивается на часы, недели и месяцы. В течение этого времени вода становится опасной для питьевого и бытового использования. Для возникновения заболеваний достаточно очень небольшого количества патогенных организмов. Главным образом в жарких странах широко распространены болезни, возбудителями которых являются простейшие: амёбиаз, балантидиаз и лямблиоз. Заражение человека происходит через питьевую воду, загрязнённую фекалиями. Среди прибрежного населения широко распространены гельминтозы. Заражение человека, в зависимости от вида паразита, происходит двумя путями через воду и через её обитателей, в частности через рыбу. Многие организмы, обитающие в воде рыбы, ракообразные, моллюски служат промежуточными хозяевами гельминтов, поражающих человека. Из гельминтов, жизненный цикл которых связан с водными организмами, наиболее опасны лентец широкий и кошачья двуустка. Заражение ими происходит при потреблении пресноводных видов рыб промежуточных хозяев паразитов. В загрязнённых водоёмах часто обнаруживаются яйца гельминтов, развитие которых происходит во внешней среде без смены хозяев. Так, яйца аскарид, власоглавов, гениид развива- 52

54 ются в водоёмах до инвазионной стадии и являются опасными для человека. В борьбе с заболеваемостью социальные факторы играют не меньшую роль, чем медицинские. В нашей стране действует «Правило по санитарной охране по территории РФ от заноса и распространения карантинных и других инфекционных болезней», соответствующее международным правилам. Ухудшение качества воды в водоёмах поверхностного стока часто происходит в результате массового развития водорослей и высшей водной растительности. Так называемое «цветение» воды является следствием избыточного притока в водоём биогенов азота и фосфора и рассматривается как загрязнение. Впоследствии «цветение» приводит к вторичному загрязнению водоёмов, особенно озёр, поскольку отмершие водоросли оседают на дно, где их разложение идёт с большим расходом кислорода и, возможно, с выделением метана, углекислого газа и др. Обильное развитие диатомовой водоросли Synedra вызывает неприятный землистый запах воды; другие диатомовые (Metridium, Tabellaria, Diatoma, Cyclotella) вызывают ароматические запахи, особенно Asterionella. При увеличении их численности воды приобретают запах герани, а при массовом развитии водоросли запах становится рыбным и тошнотворным. Цианобактерии придают воде травянистый запах, наиболее распространённые Anabaena spiroides, Aphanizomenon flos-aquae в больших количествах имеют запах настурции, переходящий в запах навоза. Наиболее неприятный рыбный запах связан с представителями Chlorophyceae, а также Dinobrion, Synura и др. Развитие фитопланктона способствует увеличению содержания органического вещества, вследствие чего повышается окисляемость, снижается прозрачность воды. Водоросли и цианобактерии в течение световой фазы фотосинтеза повышают содержание кислорода в воде, но во время темновой фазы фотосинтеза и во время их разложения после отмирания происходит потребление кислорода, растворённого в воде. Продукты жизнедеятельности фитопланктона оказывают токсическое действие (альготоксины) на рыб и теплокровных животных. Токсин цианобактерий действует на центральную нервную систему животных, что проявляется в возникновении параличей задних конечностей, десинхронизации ритма центральной нервной системы. При хронических отравлениях токсин угнетает окислительно-восстановительные ферментативные 53

55 системы, в результате чего нарушается углеродный и белковый обмен, а во внутренних средах организма накапливаются недоокисленные продукты углеводного обмена. Уменьшение количества эритроцитов, угнетение тканевого дыхания вызывают гипоксию смешанного типа. Например, Microcystis aeruginosa, продуцируя токсические вещества, при массовом развитии может вызвать гибель скота и отравление людей. Все это свидетельствует о недопустимости использования в питьевых целях воды из мест скопления водорослей и водоёмов, подверженных сильному цветению, поскольку токсическое вещество водорослей не обезвреживается системами обычной водоочистки и может попадать в водопроводную сеть как в растворенном виде, так и вместе с отдельными клетками водорослей, не задерживаемыми фильтрами. Поэтому необходимо не только очищение воды через фильтры, но и её хлорирование. Эффективны коагулирование и озонирование, если в фитопланктоне доминируют диатомовые водоросли. Таким образом, массовое развитие водорослей и цианобактерий является одним из видов биологического загрязнения, имеющего многообразные последствия (Драчёв, 1964). Высшая водная растительность в процессах формирования качества воды играет двоякую роль: положительную в период вегетации и отрицательную после отмирания в процессе разложения её фитомассы. Наибольший вред от растительности, развивающейся в водоподводящих каналах, испытывают водопроводные станции. После отмирания часть растительности разлагается в воде канала, а часть в виде детрита поступает на фильтры станций водоподготовки. Кроме того, заросли макрофитов содержат обильную и разнообразную фауну беспозвоночных, продукты жизнедеятельности которых и они сами могут попадать на станции водоподготовки, осложняя фильтрацию и обеззараживание воды (Зинченко, 2011). В водопроводящих каналах фактором биологического загрязнения становятся обрастания. Бетонированные стенки открытых водопроводящих каналов служат хорошим субстратом для обитания большинства водных, преимущественно донных, организмов: бактерий, грибов, нитчатых и одноклеточных водорослей, макрофитов, губок, мшанок, малощетинковых червей, пиявок, моллюсков, в том числе дрейссенид, некоторых личинок насекомых хирономид, ручейников. Помимо положительной роли большинства организмов как минерализаторов, 54

56 они могут создавать так называемые биопомехи для очистных сооружений водопроводных станций. Вымываясь потоком и при волнении, они попадают на станции водоочистки и проникают в водопроводную воду (Зинченко, 2011). По данным Н.Ю. Соколовой с соавторами (1981) о составе и распределении обрастаний головного канала, по которому вода Можайского водохранилища поступает на очистные сооружения Мосводопровода, благоприятные условия для существования на стенках канала находит дрейссена полиморфная. Биомасса моллюсков в канале в 5 раз выше, чем в среднем по Можайскому водохранилищу (5.2 кг/м²). Заселение дрейссеной и скопления её агглютинатов приводят к ухудшению качества воды и создают помехи для водоочистки. Особенный вред от обрастаний испытывает система водопроводов. Их приходится периодически чистить. В настоящее время как биологическое загрязнение водоёмов часто рассматривают интродукцию видов. Проблемы возникают, когда с вселением новых биологических видов в несвойственные им экосистемы нарушаются трофические связи и взаимоотношения с аборигенными видами. 2. Эвтрофикация вод Эвтрофирование водоёмов является природным процессом, его развитие оценивается в рамках геологических масштабов времени, однако за несколько последних веков человек существенно увеличил использование биогенных веществ, особенно в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Во многих водоёмах в течение нескольких последних десятилетий наблюдается возрастание трофности, сопровождающееся резким увеличением обилия фитопланктона, зарастанием водной растительностью прибрежных мелководий и изменением качества воды. Этот процесс стали называть антропогенным эвтрофированием. Антропогенное эвтрофирование определяют как увеличение первичной продукции водоёма и связанное с этим изменение ряда его режимных характеристик. На Международном симпозиуме по вопросам эвтрофирования поверхностных вод 1976 г. принята следующая формулировка: «Антропогенное эвтрофирование это увеличение поступления в воду питательных для растений веществ вследствие деятельности человека и вызванное этим повышение продукции водорослей и высших водных растений» (Антропогенное эвтрофирование, 1976). 55

57 Антропогенную эвтрофикацию водоёмов стали рассматривать как самостоятельный процесс, принципиально отличающийся от естественного эвтрофирования водоёмов. Естественное эвтрофирование процесс достаточно медленный во времени (тысячи, десятки тысяч лет), развивается главным образом вследствие накопления донных отложений и обмеления водоёмов. Антропогенное эвтрофирование процесс очень быстрый (годы, десятки лет), отрицательные последствия его для водоёмов проявляются зачастую в очень резкой и уродливой форме. Увеличение минеральных и органических веществ в водных объектах происходит не только в результате антропогенного влияния, но и в ходе природных процессов. К природным факторам можно отнести поступление минеральных и органических веществ из грунтов. Обогащение воды минеральными и органическими веществами в значительной степени зависит от грунтов, формирующих ложе. Подзолистые почвы с низким содержанием гумуса бедны питательными веществами, и водоёмы такого типа обычно относят к дистрофным. Почвы с высоким содержанием гумуса луговочерноземные, дерново-подзолистые характеризуются высоким содержанием мобильных соединений, которые поступают в воду. Болотные почвы перегнойно-торфянистого типа или торфяники наряду с повышением минерализации вод способствуют обогащению их органическими веществами торфяного происхождения. Влияние подстилающих пород на обогащение воды биогенными и органическими веществами особенно наглядно проявляется при строительстве водохранилищ. Максимальное количество питательных веществ поступает в воду в первые 120 часов взаимодействия почвы с водой. Этот же фактор играет большую роль при паводковом подъеме уровня и при колебаниях уровня в результате сработки гидроузлов (Корнева, 2009). В последние десятилетия приобретает значительные масштабы загрязнение водоёмов за счёт атмосферных осадков. Подсчитано, что существующий уровень выбросов в атмосферу достаточен для загрязнения слоя толщиной 1-3 км до ПДК. Существенное влияние оказывают выветривание из рудных гор токсических веществ, микроэлементов, а также ежегодное испарение в атмосферу около 350 тыс. т растворителей. В целом в воздух попадает более 200 различных веществ. Поэтому уровень загрязненности воздуха даже вдали от промышленных регионов возрастает. 56

58 Наряду с рассеиванием в космосе, значительная доля веществ увлекается атмосферными осадками и попадает на поверхность земли и в водоёмы. В частности, дождевая вода ещё в атмосфере может содержать до 100 мг/л взвешенных веществ. Поэтому значительное обогащение водоёмов биогенными веществами происходит в половодье за счёт паводковых вод. Большое количество биогенных и органических веществ отдают в воду периодически затопляемые участки леса, луга, а также опад древесной и кустарниковой растительности прибрежной зоны. Известно, что масштабы биологического круговорота минеральных веществ под пологом травянистой растительности в 2-3 раза выше, чем под пологом леса из лиственных деревьев, и в несколько раз выше, чем под пологом хвойного леса. Травянистая цветковая растительность, отмирая и минерализуясь, возвращает в почву всю массу своего органического вещества и обогащает соединениями азота, фосфора, углерода, кальция и др. верхнюю часть профиля почв, откуда в основном происходит сток в водоёмы. Разложение растительных остатков происходит с различной скоростью в зависимости от их биохимического состава, температуры, рн, степени кислородного насыщения и других факторов. Обогащение водоёмов органическими веществами связано с процессами фотосинтеза и азотфиксации, в результате чего происходит связывание и поступление в водоём атмосферной углекислоты и азота. Фитопланктон и макрофиты, связывая в процессе фотосинтеза значительное количество углерода, способствуют пополнению запасов органических соединений в экосистеме водоёма, а также вовлекают в круговорот биогенные элементы, захороненные в толще донных отложений. Наряду с фотосинтетическими процессами важную роль в пополнении запасов биогенных веществ в водоёмах играет азотфиксация за счёт жизнедеятельности цианобактерий (Azotobacter аэроб, Clostridium анаэроб). Таким образом, процесс природного эвтрофирования обусловлен рядом природных факторов вымыванием из грунтов, поверхностным стоком, притоком аллохтонного вещества за счёт попадающих в водоём растительных и животных остатков, берегоразрушением, атмосферными осадками, фотосинтезом и азотфиксацией за счёт чего происходит обогащение минеральными и органическими веществами. 57

59 Когда к природным факторам обогащения водоёмов присоединяются антропогенные, происходит усиление темпов эвтрофирования. К числу антропогенных факторов относят гидротехническое строительство, связанное с зарегулированием или переброской стока; поверхностный сток с окультуренных площадей (сельскохозяйственный сток, дождевые воды городов); сток сточных вод (бытовых, промышленных, животноводческих и т.п.). Строительство ГЭС приводит к возникновению водохранилищ, в которых наряду с положительным влиянием на формирование качества воды наблюдается их значительное эвтрофирование и проявление ряда отрицательных последствий, связанных со снижением по сравнению с рекой их способности к самоочищению. В результате образования водохранилищ отмечено повышение уровня грунтовых вод, переформирование берегов и изменение климатических условий. Вносимые под сельскохозяйственные культуры удобрения вымываются с поверхностным и внутрипочвенным стоком, а также за счёт сброса коллекторных и дренажных вод в зонах орошаемого земледелия. В озерах, окруженных пашнею, интенсивно протекают процессы заиления и зарастания. Доля вынесенных в водоём из сельскохозяйственных угодий питательных веществ зависит от геологических условий региона, возделываемой культуры, типа почвы, системы агротехнических приемов и в первую очередь количества и вида внесенных удобрений. В максимальном количестве выносится азот, в меньшем калий и фосфор. Большое значение имеет поступление биогенных и органических веществ из животноводческих комплексов. Одной из основных причин эвтрофирования и загрязнения является сбрасывание в водоёмы бытовых сточных вод. Даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержится такое количество нитратов и фосфатов, которое вполне достаточно для роста и развития многих водорослей. Многолетний анализ сточных вод по годам свидетельствует, что содержание азота с 1959 по 1970 г. увеличилось с 6.6 до 14.7 г/сут на одного жителя. Содержание фосфора в это же время на одного жителя составило г/сут с тенденцией к повышению. Это связано с увеличением потребления в быту детергентов, содержащих фосфор. Доля в эвтрофировании водоёмов каждого из перечисленных факторов изменяется по-разному в зависимости от географиче- 58

60 ской зоны, степени интенсификации промышленности и сельского хозяйства. Однако независимо от региона общим является односторонняя направленность потока биогенных и органических веществ в водоём, в результате чего происходит аккумуляция вещества и энергии и нарушение экологического равновесия со всеми вытекающими последствиями. Последствия эвтрофирования водоёмов. При эвтрофировании, во-первых, происходит резкое увеличение биомассы и продукции фитопланктона, во-вторых, появляются в массе цианобактерии, вызывающие «цветение» воды, в-третьих, происходят структурные изменения в сообществах. Последние заключаются в следующем: крупные формы с длительными циклами замещаются на мелкие короткоцикловые, среди рыб доминируют преимущественно планктофаги, в зоопланктоне преобладают коловратки и ветвистоусые ракообразные, уменьшается видовое разнообразие, увеличивается доминирование какой-то группы животных и растений на разных трофических уровнях, разнообразие изменяется в сторону упрощения сообществ гидробионтов, развиваются виды, лучше адаптированные к изменяющимся условиям, возрастают амплитуды флуктуации популяций. К числу наиболее наглядных проявлений последствий эвтрофирования относится «цветение» воды. В пресных водах оно обусловлено массовым развитием цианобактрий, в морских динофлагеллятами. Продолжительность цветения воды колеблется от нескольких дней до 2 месяцев. Периодическая смена максимумов численности отдельных массовых видов планктонных водорослей в водоёмах представляет закономерное явление, обусловленное сезонными колебаниями температуры, освещенности, содержания биогенных элементов, а также генетически детерминированными внутриклеточными процессами. Среди водорослей, образующих многочисленные популяции до масштабов «цветения» воды, наибольшую роль по темпам размножения, образуемой биомассе и экологическим последствиям играют цианобактерии из родов Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena, Oscillatoria (рис. 2). Водоросли, вызывающие «цветение» воды, принадлежат к числу видов, способных к предельному насыщению своих биотопов. В водохранилищах Днепра, Волги и Дона в основном доминируют Microcystis aeruginosa, M. wesenbergii, M. holsatica, Oscillatoria agardhii, Aphanizomenoen flos-aquae, виды рода Anabaena. 59

61 Фактором первичного эвтрофирования водохранилищ является обеспеченность их фосфором за счёт затопления плодородных пойменных земель и разложения растительности. Фактором вторичного эвтрофирования процесс заиления, поскольку илы идеальный субстрат для водорослей. Рис. 2. Отдельные клетки и нити цианобактерий, а также образуемые ими при «цветении» колонии: 1 Anabaena, 2 Aphanizomenon, 3 Oscillatoria, 4 Microcystis. Источник: Жизнь пресных, 1949; Жизнь растений, 1977 Разложение сопровождается рядом опасных явлений: дефицитом кислорода, выделением токсинов, бактериальным загрязнением, образованием ароматических веществ. В этот период могут возникать помехи в водоснабжении вследствие забивания фильтров на водопроводных станциях, становится невозможной рекреация, возникают заморы рыб. Вода, насыщенная продуктами метаболизма водорослей, аллергенна, токсична и непригодна для питьевых целей. Она может вызывать свыше 60 60

62 заболеваний, особенно желудочно-кишечного тракта. Воздействие метаболитов и токсинов цианобактерий вызывает у рыб и теплокровных животных «гаффскую болезнь», механизм действия которой сводится к возникновению авитаминоза. При массовом отмирании цианобактерий происходит быстрый распад и лизис колоний, особенно в ночные часы. Предполагается, что причиной массового отмирания может быть массовое отравление собственными токсинами, а толчком симбиотические вирусы, которые не способны разрушать клетки, но способны ослабить их жизнедеятельность. Разрушающиеся массы цианобактерий приобретают неприятную желто-бурую окраску и в виде дурно пахнущих скоплений разносятся по акватории, постепенно разрушаясь к осени. Весь этот комплекс явлений получил название «биологического самозагрязнения». Незначительное количество ослизненных колоний оседает на дно и перезимовывает. Этот резерв вполне достаточен для воспроизводства новых генераций. Последствия эвтрофирования для фитопланктона. Антропогенное эвтрофирование приводит к изменению характера сезонной динамики фитопланктона. По мере увеличения трофии водоёмов увеличивается число пиков в сезонной динамике его биомассы. В структуре сообществ роль диатомовых и золотистых водорослей снижается, а цианобактерий и динофитовых водорослей увеличивается. Динофлагелляты характерны для стратифицированных глубоководных озер. Также увеличивается роль хлорококковых зеленых и эвгленовых водорослей. Последствия эвтрофирования для зоопланктона. Наблюдается преобладание видов с коротким жизненным циклом (ветвистоусых рачков и коловраток) и мелких форм. Значительно уменьшается доля хищников (веслоногих рачков). Упрощается сезонная структура сообществ: их сезонная динамика отличается одновершинной кривой с максимумом летом. Сообщества зоопланктона становятся монодоминантными. Последствия эвтрофирования для фитобентоса. Наиболее характерный признак расширение площадей зарастания макрофитами, в том числе тростником обыкновенным, рогозом широколистным, манником, рдестом гребенчатым и др. Происходит усиленное развитие нитчатых водорослей. Практически исчезают харовые водоросли, которые не выносят высоких концентраций биогенов, особенно фосфора. 61

63 Последствия эвтрофирования для зообентоса. Важнейшим признаком эвтрофирования является снижение численности и биомассы личинок поденок, веснянок и ручейников. Менее чувствительные к дефициту кислорода личинки некоторых двукрылых насекомых приобретают все большее значение. Возрастает плотность популяций малощетинковых червей. Бентос становится беднее и однообразнее. В его составе преобладают животные, адаптированные к пониженному содержанию кислорода. На поздних этапах эвтрофирования в глубинной области водоёмов остаются немногие формы, приспособленные к условиям анаэробного обмена. Последствия эвтрофирования для ихтиофауны. Эвтрофирование водоёмов оказывает на рыбное население прямое и опосредованное влияние. Прямое влияние проявляется как единичная или массовая гибель икры и молоди рыб в береговой зоне. Опосредованное влияние проявляется через разнообразные изменения водных экосистем и наиболее распространено. При эвтрофировании может возникать зона с пониженным содержанием кислорода и даже заморная зона. В этом случае сокращается сфера обитания рыб, уменьшается доступная для них кормовая база. Цветение воды создает неблагоприятный гидрохимический режим. Смена растительных ассоциаций в прибрежье, нередко сопровождающаяся усилением процессов заболачивания, приводит к сокращению площадей нерестилищ и мест нагула личинок и молоди рыб. Эвтрофирование вызывает значительные изменения в структуре ихтиоценозов водоёма, такие как снижение численности, а затем исчезновение наиболее требовательных к качеству воды видов рыб (стенобионтов); изменение рыбопродуктивности водоёма или отдельных его зон; возможен переход водоёма из одного рыбохозяйственного типа в другой по схеме: лососевосиговый лещёво-судачий лещёво-плотвичный плотвичноокунёво-карасёвый. Эта схема аналогична преобразованию озерных ихтиоценозов в ходе исторического развития водных экосистем. Однако под влиянием антропогенного эвтрофирования она совершается в течение нескольких лет или десятилетий. В результате сначала исчезают сиговые рыбы (а в редких случаях лососи). Вместо них ведущими становятся карповые (лещ, плотва и др.) и в меньшей степени окуневые (судак, окунь). Причем из карповых лещ постепенно вытесняется плотвой, из окуневых господ- 62

64 ствует окунь. В предельных случаях водоёмы переходят в заморное состояние и населяются преимущественно карасём. На рыбах подтверждаются общие закономерности изменений в структуре сообществ длинноцикловые виды замещаются короткоцикловыми. Отмечается рост рыбопродуктивности. При этом ценные сиговые виды замещаются видами, обладающими невысокими товарными качествами. Сначала крупночастиковые лещ, судак, затем мелкочастиковые плотва, окунь. Часто последствия для рыбного населения носят необратимый характер. При возвращении уровня трофии к исходному состоянию исчезнувшие виды появляются далеко не всегда. Их восстановление возможно лишь при наличии доступных путей расселения из соседних водоёмов. Для ценных видов (сиг, ряпушка, судак) вероятность такого расселения невелика. К профилактическим мероприятиям, направленным на снижение интенсивности «цветения» ныне существующих водоёмов, можно отнести следующие: - защита водоёмов от поступления неочищенных и плохо очищенных сточных вод промышленных предприятий, бытовых стоков и биогенных элементов с площади водосбора; - использование специальных химических препаратов (альгоцидов: диурон, монурон, атразин) для ограничения цветения в замкнутых водоёмах технического и декоративного назначения; - в водоёмах питьевого, рыбохозяйственного и рекреационного назначения целесообразно применять аэрирование: продувание воздуха, искусственное турбулентное перемешивание воды с целью обогащения её кислородом; - высаживание канадского риса на мелководьях, создание «макрофитного плато». 3. Ацидификация вод Закисление рек и озер может быть вызвано несколькими причинами, которые выделяются в две группы: природного и антропогенного характера. Антропогенное закисление поверхностных вод во временном аспекте протекает довольно стремительно (годы и десятилетия) и носит более жёсткий характер по сравнению с большинством природных причин. Несмотря на одинаковый результат (снижение уровня рн воды), каждая при- 63

65 чина находит конкретное отражение в особенностях химического состава поверхностных вод. Природная ацидификация водоёмов связана с заболачиванием вод, вулканической деятельностью и заносом морских солей. Заболачивание дренируемого бассейна сопровождается увеличением поступления в озера органических кислот, которые в этом случае доминируют над минеральными. Масштабы этого влияния особенно велики в России, где до 16% территории составляют болота и заболоченные леса. Для некоторых областей этот показатель ещё выше. Вместе с тем воздействие болотных вод носит умеренный характер, определяемый изменением рн воды рек и озер до уровней не ниже Занос морских солей и ионообменные процессы (Na + /Н + ) в почвах и геологических породах на водосборе сопровождаются образованием повышенных концентраций ионов водорода и хлора, что характерно для регионов, близко расположенных к морскому побережью, как, например, заболоченные районы Флориды (США). Закисление такого типа территориально ограничено и неизвестно для приморских районов России. Вулканическая активность приводит к сильной (до рн=1) ацидификации даже высокоминерализованных водоёмов, закисление поверхностных вод в зонах вулканической деятельности существенно менее масштабно по сравнению с другими путями природной ацидификации. Антропогенная ацидификация водоёмов происходит в результате атмосферного выпадения кислотообразующих соединений серы и азота, вымывания серы из пород и нерационального землепользования. Закисление поверхностных вод считается возможным при уровне выпадения сульфатов, превышающем 1.5 г/м² в год. Превышение этого уровня характерно для водоёмов большей части европейской территории России. В воде рек и озёр подверженных такому влиянию, среди анионов доминируют сульфаты, повышается содержание растворенных форм тяжелых металлов и алюминия. Вымывание соединений серы из пород и отвалов горных выработок (в основном пиритов) носит локальный характер и приводит к накоплению сульфатов в воде озер и рек в количествах, превышающих атмосферное поступление. Нерациональное землепользование связано с интенсивными вырубками. Уничтожение растительного покрова стимулирует 64

66 закисление почв и поверхностных вод. Чаще всего это обусловлено мелиоративными работами на торфяниках, при которых существенно снижается уровень болотных вод. В результате создаются аэробные условия, благоприятные для окисления серы, находящейся в связанном состоянии в растительных остатках. Образовавшиеся в результате окисления сульфаты растворяются атмосферной влагой и в больших количествах поступают в открытые водоёмы. Наиболее остро проблема закисления вод встала в странах Скандинавии в х гг., когда многие озера оказались безжизненными из-за снижения рн. Аналогичные процессы были зафиксированы в Канаде, США, Шотландии и высокогорных районах Европы. Поэтому с конца 1970-х гг. начинает развиваться эколого-физиологическое направление в исследовании процесса ацидификации. Процессы закисления водоёмов обусловлены изменением химического состава воды и, в частности, концентрации водородных ионов. Величина рн в пресных водах нестабильна даже в одном и том же водоёме в течение года. В крупных водоёмах такие колебания значений рн находятся в пределах нормального существования большинства гидробионтов ( ), что отражено в нормативных документах, регламентирующих качество поверхностных вод. В атмосфере всегда содержатся некоторые количества окислов серы и азота естественного происхождения (вулканические извержения, испарение). Водородный показатель рн дождевой воды должен быть равен 5-6 в зависимости от местности (минимальные значения ). Окислы серы и азота в виде осадков (мокрое осаждение) и с пылью (сухое осаждение) через какое-то время оказываются на земле или на листьях растений и надземных предметах. С воздушными массами и облаками окислы переносятся на большие расстояния. Соединяясь с парами воды и каплями дождя, окислы в виде серной (H 2SO 4) и азотной (НNО 3) кислот с осадками выпадают на землю. В промышленных газообразных выбросах оксиды серы (SO 2) и азота (NО 2) оказываются в значительно больших количествах и концентрациях. Через осадки серная и азотная кислоты поступают в почвы и водоёмы вблизи источника окислов (ближний перенос) и на значительном удалении (дальние, в том числе трансграничные переносы). Растворенные кислоты состоят из 65

67 2 сульфатных ионов ( SO ), нитратных ионов ( 4 NO ) и водородных ионов (Н + ). 3 Таким образом, главной причиной закисления поверхностных вод являются кислотные атмосферные осадки. В осадках содержится около 90% серы техногенного происхождения, а главным кислотным агентом в настоящее время считается серная кислота. Характер закисления поверхностных вод определяется не только количеством кислотного реагента, но и чувствительностью водоёмов региона к кислотному воздействию. Закисление вод характерно для регионов, где геологические условия формирования вод предопределяют их низкую минерализацию, слабое насыщение катионами и соответственно высокую уязвимость к воздействиям кислотообразующих веществ. Эффекты закисления могут проявляться как в непосредственной близости от источника загрязнения, так и на большом расстоянии от него (от сотен до тысяч километров). Обычно лишь незначительная часть осадков выпадает непосредственно в озера и реки. В основном же осадки попадают сначала на окружающую землю, где часть их испаряется, а оставшиеся осадки стекают в реки или, просачиваясь вглубь, образуют грунтовые воды. При контакте осадков с почвой и растительностью в большинстве случаев происходит взаимное влияние друг на друга. Под влиянием кислотных нагрузок на лесные водосборы более интенсивно происходят опад и минерализация листвы, что в свою очередь приводит к большему поступлению гумусовых кислот в водные объекты и снижению рн. Кислая почва, например, в большинстве хвойных лесов делает воду ещё более кислой. Если почва богата известью, то гуминовые кислоты нейтрализуются в ней в различной степени. И наоборот, состав осадков оказывает свое влияние на почву. В некоторые периоды года, например при таянии снега, в период сильных паводков, контакт осадков с почвой уменьшается и вода не успевает в достаточной мере нейтрализоваться. Она стекает прямо в реки и озера и вызывает так называемые «кислотные толчки». Можно выделять три уровня ацидификации вод. При слабом закислении происходит постепенное уменьшение концентрации ионов гидрокарбонатов, величина минерализации вод снижается на 25-50% относительно фоновых величин. На этой стадии 66

68 закисления значимых изменений в биологии водоёма не отмечается. Умеренная ацидификация поверхностных вод наступает в том случае, если рн воды когда-либо в течение года был ниже 5.5. Показатель рн чаще всего стабилизируется около 4.5, даже если осадки обладают более высокой кислотностью и продолжается поступление водородных ионов. Величина минерализации вод снижается на 25-50% относительно фона. В таких водоёмах преобладают эврибионтные формы и виды, выдерживающие значительные понижения реакции среды. Установлена зависимость между уровнем ph воды и содержанием в ней ионов Al. Так, растворимость алюминия, находящегося в составе грунта, возрастает по экспоненте при закислении водного раствора от ph=6.0. При этом алюминий находится как в ионной форме, так и в комплексах с гидроксид- и сульфатионами, а также ионами железа. Эффект высокой токсичности ионизированной формы алюминия для многих водных организмов, особенно для рыб, выступает более опасным фактором закисления вод, чем просто увеличение концентрации водородных ионов. В ходе многочисленных исследований выявлена взаимосвязь между валовой концентрацией алюминия и цветностью воды косвенным показателем содержания растворённого органического вещества, в частности гумусовых кислот (Комов, 2007). При сильной ацидификации водоёмы характеризуются совершенно новой экосистемой: рыбы чаще всего полностью исчезают; число видов планктонных и донных сообществ значительно сокращается, в них представлены единичные виды. Особенностями сильно закисленных озёр является, во-первых, обычно светлая вода и, во-вторых, масса торфяного мха, который распространяется по дну. Вода в озере просматривается на ненормально большую глубину приблизительно до м по сравнению с 4-5 м для «здорового» озера, а снижение минерализации вод составляет более 75%. Биологические последствия закисления водоёмов могут быть вызваны прямым и косвенным воздействием на организмы экосистемы. К прямому воздействию относят, прежде всего, влияние на здоровье человека, на растительность и коррозионное действие, вызываемое высокой концентрацией двуокиси серы. Степень прямого воздействия определяется концентрацией загрязнителей в воздухе и быстро уменьшается по мере удаления от 67

69 места выброса загрязнителей в атмосферу. Таким образом, прямое воздействие загрязнителей имеет в основном местный характер и ограничивается несколькими десятками километров. Результатом косвенного воздействия является влияние на организмы в воде увеличение концентрации ионов водорода и попадание в круговорот выщелачиваемых из почвы ядовитых тяжелых металлов. Влияние закисления на гидробионтов можно рассмотреть на примере сообществ ацидных озер Дарвинского заповедника, который расположен на берегах Рыбинского водохранилища в пределах Вологодской области. Озера заповедника подвержены загрязнению окислами серы и других веществ, переносимыми сюда воздушными массами с территории Череповецкого металлургического комбината. Учеными Института биологии внутренних вод РАН на протяжении десяти лет проведены комплексные исследования экосистем озер, испытывающих большее или меньшее закисление. Изучались структурнофункциональные особенности фитопланктона, зоопланктона, зообентоса, паразитофауны рыб и микрофлоры озер в условиях закисления. Особое внимание было уделено кислотному воздействию на рыб. Влияние ацидификации на микрофлору и микробиальные процессы. В ацидных озерах, как правило, биомасса и её продукция соизмеримы, т.е. количество продуцируемых бактерий приблизительно равно количеству элиминируемых. В озерах с рн воды, близкой к нейтральной, продукция бактерий превалирует над их биомассой. Численность и биомасса микроорганизмов в илах ацидных озер в раза ниже, чем в нейтральных, интенсивность деструкционных процессов в целом также выше в илах нейтральных озер. Но в донных отложениях ацидных озер доля аэробной деструкции выше, чем анаэробной. Влияние ацидификации озёр на микробиоту неоднозначно. При низких значениях ph воды изменялся качественный состав низших водных грибов (оомицетов) и снижалась их численность. В то же время ацидификация не оказывала лимитирующего воздействия на дрожжевые и гифальные грибы, известные как почвенные (Комов, 2007). Влияние ацидификации на фитопланктон. По данным Л.Г. Корневой (Структура и функционирование, 1994), в закисленных озерах, как и в нейтральных, пропорция зеле- 68

70 ные/диатомовые в основном сохранялась, но на втором плане были золотистые или динофлагелляты. При этом резко снижалась доля цианобактерий. Сокращалось и число видов эвгленовых, предпочитающих воды с высоким содержанием органического вещества. При увеличении ацидности озёр возрастало относительное число водорослей-олигосапробов, предпочитающих воды с низким содержанием органического вещества. Число ацидофилов и ацидобионтов возрастало с увеличением степени ацидности озер. Таким образом, снижение уровня рн воды озер приводит к обеднению таксономического разнообразия фитопланктона и способствует увеличению доли стенобионтов, при этом происходит увеличение степени доминирования преобладающих форм. Влияние ацидификации на зоопланктон. В зоопланктоне, подобно фитопланктону, наблюдается уменьшение числа видов. В наиболее окисленных светлых озерах доминирующим обычно является один вид, чаще всего циклопы или дафнии. По данным В.И. Лазаревой (1991), состав зоопланктона во всем интервале рн воды от 4.1 до 7.5 сходен и не дает возможности судить о степени закисления озер. Тем не менее при переходе от нейтральных водоёмов к слабокислым наблюдаются существенные трансформации на уровне субдоминантов зоопланктоценозов. Обычные для сообществ нейтральных озер рачки Daphnia cristata и Mesocyclops leukarti замещаются таксономически близкими D. longispina и Thermocyclops oithonoides, приспособленными к существованию при пониженном уровне рн воды и высокой гумификации. При рн воды ниже 5.0 в наиболее закисленных водоёмах Eudiaptomus graciloides (рис. 3) постоянно занимал место эдификатора сообществ зоопланктона и образовывал до 40% суммарного обилия. В сообществах этой группы водоёмов резко возрастает доля кладоцер. Поэтому большую часть биомассы зоопланктона в закисленных озерах обеспечивают ракообразные, коловратки играют незначительную роль, их доля по численности не превышает 30%, по биомассе 6% суммарных значений этих величин. Влияние ацидификации на макрозообентос. При закислении значительно уменьшается число видов практически всех основных групп бентофауны: насекомых и их личинок, малощетинковых червей, пиявок, ракообразных, двустворчатых и брюхоногих моллюсков. Наиболее чувствительными к закислению дон- 69

71 ными животными являются речные раки. Их «выбивание» начинается уже при рн около 6.0, и причиной частично является то, что поглощение кальция нарушается при низких рн. При этом у животных не образуется панцирь. Ранним признаком, указывающим на начало процесса окисления в озере, служит как раз появление раков с мягким панцирем, улиток и моллюсков с исключительно тонкой раковиной. Рис. 3. Виды ракообразных, чувствительные к ацидификации (1, 3, 4) и толерантные к закислению вод (2): 1 Daphnia cristata, 2 Eudiaptomus graciloides, 3 Mesocyclops leukarti, 4 Pontastacus leptodactylus. Источник: Определитель пресноводных, 1995; Определитель зоопланктона, 2010 В группе ацидных озер, как и в нейтральных озерах, доминируют хирономиды рода Chironomus, но в составе доминантов появляется много хищных форм, таких как Procladius sp., личинок ручейников Cyrnus flavidus, вислокрылок Sialis sp. и личинок стрекоз подотряда Anizoptera. Профундаль ацидных озер отличается от нейтральных низкими количественными показателями обилия донной фауны. 70

72 Влияние ацидификации на ихтиофауну. Чувствительными видами рыб в континентальных водах являются плотва (Rutilus rutilus), гольян речной (Phoxinus phoxinus) и лососи (Salmo). Им наносится ущерб, когда рн опускается ниже 6.0. Щука (Esox lucius) и окунь (Perca fluviatilis) выдерживают рн ближе к 5.0 (рис. 4). У плотвы нарушается нормальная способность к размножению настолько, что прекращается появление её новых поколений. Развитие икринок и рост молоди это наиболее чувствительные периоды в жизни рыбы. В конце концов, в озере остается только старая плотва, которая нагуливает себе вес, но с её вымиранием произойдет и вымирание вида. Рис. 4. Виды рыб, чувствительные к ацидификации (2-4) и толерантные к закислению вод (1, 5): 1 Perca fluviatilis, 2 Rutilus rutilus, 3 Phoxinus phoxinus, 4 Salmo, 5 Esox lucius. Источник: Allan, Castillo, 2007 В богатой гумусом и имеющей коричневую окраску воде выживаемость рыбы выше, чем в озерах со светлой водой. Дело в том, что гумусовые вещества связывают алюминий и тем самым обезвреживают его ядовитое действие. Для того чтобы привести к отравлению рыбы алюминием, вовсе не требуется, чтобы окисление озера или реки зашло слишком далеко. Один кислотный толчок с временным и быстрым ухудшением качества воды может оказаться достаточным для того, чтобы резкое по- 71

73 вышение в течение нескольких дней содержания алюминия нанесло серьезный ущерб рыбе. В Финляндии мониторинг за популяциями рыб в некоторых умеренно кислых водоёмах показал тенденцию к уменьшению восприимчивых к процессам ацидификации видов рыб, таких как плотва. С другой стороны, популяции окуня в некоторых хронически кислых озерах после нескольких лет подавленного воспроизводства вновь стали размножаться (Rask et al., 2014). Последствия окисления испытали на себе также лосось, ручьевая форель, арктический голец, европейский хариус, сиги, щука и гольян речной. Контрольные вопросы 1. Что понимать под биологическим загрязнением водных объектов? 2. Что вы знаете о заболеваниях, вызванных бактериальновирусным загрязнением? 3. Расскажите о гельминтах, распространение которых связано с водной средой или её обитателями? 4. Как изменяется качество воды в связи с бурным развитием фитопланктона? 5. Назовите природные факторы эвтрофикации водоёмов. 6. Назовите причины антропогенного эвтрофирования. 7. Какие нарушения происходят в водных экосистемах в ходе процесса эвтрофирования? 8. Каковы последствия эвтрофирования для отдельных сообществ: фитопланктона, зоопланктона, фитобентоса, зообентоса и ихтиофауны? 9. Назовите основные причины закисления вод (природные и антропогенные). 10. Назовите степени ацидификации и соответствующие им параметры водной среды. 11. Как закисление водоёмов влияет на водные сообщества? 72

74 IV. Самоочищение водоёмов и основы биологической очистки вод В соответствии с ГОСТ-86 самоочищением называют совокупность всех природных процессов в загрязненных водах, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды. В эту совокупность включаются процессы смешения, осаждения, распада и превращения веществ, загрязняющих водоёмы. Под самоочищением понимают понижение содержания в воде как органических, так и минеральных веществ в результате гидрологических, физико-химических и биологических процессов. Конечным этапом процесса самоочищения следует считать формирование биологически полноценной воды, т.е. пригодной для обитания в ней гидробионтов и водопользования. По определению Г.Г. Винберга, непременным условием биологической полноценности воды является наличие в ней определенных концентраций биогенных элементов, аминокислот, органических кислот, углеводов, витаминов, ферментов, других физиологически активных веществ. В природных условиях такая вода образуется только после прохождения через «биологический фильтр», через метаболизм гидробионтов, входящих в состав гидробиоценозов. Большое влияние на самоочищение водоёмов оказывают географическое положение, морфометрия, геология, особенности водоснабжения бассейна, количество и состав сточных вод, поступающих в водоём. Естественному самоочищению, при котором загрязнения разрушаются до простых соединений, поступающих в общий биотический круговорот, подвержены все водоёмы. Наиболее активно или интенсивно процессы самоочищения протекают в реках при наличии течения, чем течение сильнее, да ещё при значительной ширине и глубине реки, тем успешнее река справляется с загрязнением (рис. 5). С зарегулированием стока реки плотиной меняется её режим, который становится близким к режиму озер. Основные черты изменения режима в водоёмах озерного типа сводятся к замедлению скоростей течения и регулированию уровня. Водохранилища представляют собой отстойную накопительную систему, аккумулирующую вещества и энергию. Изменение режима водоёма при зарегулировании ска- 73

75 зывается на характере протекающих в нем биологических процессов (зарастании, цветении, накоплении биомассы водных организмов) и в связи с этим на качестве воды. Рис. 5. Изменения гидрохимических показателей на участке реки ниже поступления сточных вод. Источник: Филенко, Михеева, 2009, с изменениями 74

76 1. Естественные процессы самоочищения Самоочищение сложное многоплановое явление. Трансформация веществ в процессе круговорота идет по трем направлениям: физическому (разбавление, растворение), физико-химическому (коагуляция), химическому (химическое окисление) и биологическому. Всесторонний анализ механизмов самоочищения показал, что: - самоочищение происходит в любой водной среде даже в наиболее загрязненных водоёмах, образно именуемых «сточными канавами»; - самоочистительная способность связана с продукционнодеструкционными процессами, которые обеспечивают общий круговорот веществ в водоёме в пределах его трофической сети; - угнетение продукционного процесса и понижение самоочистительной способности водной среды происходят вследствие токсичности компонентов загрязнений (тяжелых металлов, пестицидов, поверхностно-активных веществ, биогенных элементов) при высокой концентрации или их несбалансированности. Биохимическая трансформация загрязняющих веществ является предметом санитарной гидробиологии. Преобразование органических веществ состоит в упрощении структуры и обеднении энергией. Преобразование неорганических загрязняющих веществ, наоборот, в усложнении структуры из-за включения в состав живого вещества. При этом может происходить увеличение их концентрации (накопление). Растворенное органическое вещество (РОВ) трансформируется только микроорганизмами и некоторыми водными гетеротрофами и миксотрофами. Взвешенное органическое вещество может использоваться всеми организмами, входящими в трофическую цепь. Неорганические вещества, входящие в состав живого вещества, например металлы, при отмирании организмов снова попадают в воду, наблюдается вторичное загрязнение. О степени самоочищения водоёма судят по окислению органического вещества в биохимических процессах БПК (биологическое потребление кислорода), величину которого определя- 75

77 ет перманганатная окисляемость. Под полным БПК (БПК полн) понимается количество кислорода в мг, потребляемое организмами в процессе окисления всей органики, содержащейся в 1 л воды. Помимо БПК полн используют величины биологического потребления кислорода в 1 л воды за 1, 3 и 5 суток (БПК 1, БПК 3 и БПК 5). В незагрязнённых водах БПК полн составляет мг О/л, в местах органического загрязнения БПК полн достигает 40 мг О/л и более. В водоёмах при антропогенных загрязнениях всегда имеются и трудно окисляемые вещества. Поэтому наряду с БПК определяется и ХПК (химическое потребление кислорода), связанное с бихроматной окисляемостью. Интенсивность самоочищения может быть рассчитана на единицу объема, единицу площади акватории или единицу биомассы. Наиболее эффективен аэробный путь самоочищения, приводящий в итоге к распаду органического вещества до углекислоты и воды. При анаэробном распаде трансформация веществ идет не до конца, с образованием массы промежуточных продуктов распада, которые сами могут быть опасными загрязнителями (аммиак, фенол) (Семерной, 2005). Наиболее полно изучен путь аэробной трансформации. По аэробному циклу распада вещества работает большинство установок биологической очистки сточных вод. В них идут практически те же процессы, что и в природе, только успешнее в несколько раз. Биологическому самоочищению принадлежит основная роль в очищении водоёмов. В.И. Вернадский писал: «нет химической силы, постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы». Именно биологическое самоочищение представляет собой основное звено процесса самоочищения вод и рассматривается как одно из проявлений биотического круговорота веществ в водоёме. Г.Г. Винберг (1972) биологическим механизмом самоочищения называл утилизацию и трансформацию веществ и энергии, запасенной водными организмами всех трофических уровней. В. И. Жадин (1960) оценивал роль организмов в самоочищении водоёмов так: «Все виды загрязнения водоёмов органическими веществами вызывают мощные процессы биологического самоочищения, в которых принимают участие различные группы организмов, поглощающих эти вещества: бактерии и грибы, водоросли, высшие растения и различные группы водных бес- 76

78 позвоночных, рыбы. Процессы биологического самоочищения проходят обычно три фазы абсорбции и резорбции, усвоения организмами и, наконец, минерализации. По преобладающей роли той или другой группы водных организмов в процессе биологического самоочищения воды различают стадии самоочищения бактериальную, водорослевую и т.д.». Бактерии, простейшие и водоросли могут развиваться и даже увеличивать свою численность и биомассу при очень высоких концентрациях органических веществ (ОВ) в воде, особенно в условиях достаточного поступления биогенных элементов. Процесс самоочищения в водоёме инициируется бактериями поверхности, толщи воды и дна водоёма. Бактерии, разрушая и выедая ОВ, создают условия высокой обеспеченности кормом зоопланктона, нейстона и бентоса. Бактериальная деструкция биомассы фитопланктона, как и всего ОВ, описывается с помощью коэффициента бактериальной деструкции R k 16 16, C где R 16 бактериальная деструкция ОВ в планктоне, г О/м³ за секунду, C концентрация ОВ в воде (по БПК полн), г О/м³ (Оксиюк, Стольберг, 1988). В водоёмах эвтрофного типа в большом количестве развивается автохтонная сапрофитная бактериофлора. Интенсивный рост бактериальной массы сопровождается деструкцией органического вещества. При этом часть сложных органических веществ минерализуется, а часть превращается в простые органические соединения и в таком виде усваивается микроорганизмами. В клетках последних они подвергаются трансформации и входят в состав тел микроорганизмов в виде белков и запасных питательных веществ. Вторая многочисленная группа в составе микрофлоры водоёмов гетеротрофные бактерии это целлюлозоразлагающие (Cytophaga и др.), эпифитные (живущие на растениях), литоавтотрофные: нитрифицирующие, сероокисляющие, железобактерии, метановые, водородные и сульфатредуцирующие. Ключевая роль этих бактерий превращение неусвояемой для животных органики в усвояемую форму. Фитопланктон активно участвует в процессах самоочищения водоёмов, осуществляя фотосинтетическую аэрацию, относительно быстро удаляя избыток солей азота, фосфора и других 77

79 биогенных элементов, а также усваивая простые органические соединения. Однако фитопланктон может играть и отрицательную роль. Так, микроводоросли выделяют органические вещества в процессе жизнедеятельности, что повышает количество растворённой органики в воде. В несбалансированных экосистемах, где первичная продукция недоиспользуется, фитопланктон после отмирания может вызвать так называемое вторичное загрязнение. При разложении избыточного количества фитопланктона в воду поступают легкоусвояемые органические вещества, трудноокисляемые соединения (например клетчатка) опускаются на дно и способствуют заилению водоёмов. Зеленые водоросли находят благоприятные условия для обитания в водоёмах с высоким содержанием солей тяжелых металлов, попадающих сюда с промышленными сточными водами. Опыты, проведенные на хлорококковых водорослях Scenedesmus quadricauda и Chlorella vulgaris по выращиванию их на стоках, содержащих разновалентные соединения хрома, показали, что шестивалентный хром в токсичных концентрациях переходит из раствора в клетки водорослей, при этом претерпевает изменения валентности и накапливается в водорослях в виде трехвалентного хрома. Биологическое значение такого рода комплексов заключается не только в транспорте металла, но и в предотвращении токсического действия высоких концентраций тяжелых металлов внутри водорослевой клетки. Образование таких комплексов приводит к снижению растворимости металлов и в иловых отложениях, возникающих при отмирании водорослей, и к снижению токсического действия металлов в толще воды. Таким образом, водоросли, наряду с микроорганизмами, могут успешно использоваться в практике биологической очистки промышленных сточных вод. Водная растительность выступает мощным фактором самоочищения водоёма. В литоральной зоне макрофиты создают своего рода фильтр. В зарослях растений скорость течения воды снижается, что способствует выпадению взвесей в осадок. Велика роль высшей водной растительности в фотосинтетической аэрации вод. Макрофиты, аккумулируя многие химические элементы, способствуют снижению их концентрации в воде. В процессе образования 1 т вещества растения поглощают кг различных минеральных соединений. Высокая метаболическая активность растений требует поглощения большого ко- 78

80 личества биогенных элементов, в чем и состоит самоочищающая роль растительности в водоёме. Так, в местах вегетации макрофитов обычно не наблюдается цветение воды. Это объясняется изъятием из воды фосфора, лимитирующего развитие фитопланктона. Высшая водная растительность, препятствуя процессу антропогенного эвтрофирования и ускоряя процесс самоочищения, способствует ликвидации последствий загрязнения этих водоёмов: извлекает из воды биогены и металлы, такие как Ca, Mn, Zn, Cu, Pb и др. Высшим водным растениям, особенно погруженным, свойственна избирательность в накоплении не только макро-, но и микроэлементов, а также солей тяжелых металлов. Гидрофиты можно использовать для очистки поверхностного стока с сельскохозяйственных угодий и промышленных сточных вод, содержащих соли меди, цинка, свинца и других металлов. Высшие водные растения способны аккумулировать радиоактивные изотопы; цезий-137, стронций-90, кобальт-60. Представляет интерес способность растений накапливать хлор, так как он в больших количествах поступает в водоёмы в виде хлоридов с сельхозугодий и хлорорганических соединений с поверхностным и промышленным стоком. Чтобы оценить значение высших водных растений в самоочищении водоёма, необходимо знать площадь зарастания и величину создаваемой растениями биомассы. Учитывая положительную роль макрофитов в утилизации загрязняющих веществ, многие исследователи предлагают использовать их для интенсификации процессов самоочищения. Макрофиты имеют то преимущество, что их можно собирать и удалять из водоёма (Голубовская, 1978). Многие авторы считают, что при значительном развитии протозойный планктон (в частности инфузории) может составлять по численности около 50% всего зоопланктона. Т.В. Хлебович (Общие основы, 1979) считает, что роль инфузорий в деструкции органического вещества может быть значительной. Так, на загрязненных участках р. Ижоры в августе 1973 г. на долю инфузорий приходилось от 6.6 до 35% всего потребленного кислорода. Роль животных в процессах самоочищения в значительной степени определяется способом их питания. Фильтраторы и седиментаторы освобождают воду от взвесей, бактерий и водорослей. Изъятую из воды взвесь они перерабатывают в своём теле, а 79

81 непереваренные остатки выбрасывают в виде фекальных комочков, которые опускаются на дно водоёма. Несомненна роль зоопланктона в минерализации органических веществ загрязненных вод. При массовом развитии коловраток и ветвистоусых раков деструкция органического вещества, определенная по БПК, может составить мг О/л. В природных условиях зоопланктон действует как естественный бактериальный фильтр. Организмы планктона потребляют бактерии, в том числе патогенные, яйца глистов, личинки паразитов (95% численности) и значительное количество фитопланктона. Так, в биологических прудах снижение числа бактерий за счёт фильтрации воды ветвистоусыми ракообразными (Daphnia magna, D. pulex) может достигать 99.5%. В элиминации Escherichia соli активное участие принимают коловратки. При численности брахионуса (Brachionus calyciflorus) 66 тыс. экз./л наблюдалось полное освобождение воды от кишечной палочки. В целом зоопланктон волжских водохранилищ пропускает через себя (профильтровывает) несколько объёмов за вегетационный сезон (от 6 до 18) (Галковская, 1965; Щербаков, 1967). Особенно велика роль в биофильтрации водной толщи двустворчатых моллюсков. Благодаря фильтрационной работе мидий, устриц, морских гребешков и других представителей Bivalvia, в прибрежье морей создаётся чрезвычайно мощный биофильтр. Сквозь него ежесуточно пропускается вся вода литоральной и сублиторальной зон. Моллюски-фильтраторы могут образовывать также псевдофекалии значительную часть отфильтрованного материала они не заглатывают, а склеивают и выбрасывают. Таким образом происходит транспорт загрязняющих веществ из воды на дно. Так, по данным И.А. Говорина (1991), черноморские мидии Mytilus galloprovincialis элиминируют до 40-60% бактерий. Кроме того, моллюски не только элиминируют, но и накапливают болезнетворную микрофлору в своих тканях мантии, жабрах и печени, откуда они попадают или в кишечник, или агглютинируются в фекалиях и псевдофекалиях, оседают на дно и усваиваются другими организмами. При массовом развитии моллюсков их роль в самоочищении водоёмов может быть велика. В пресных водах большую роль в самоочищении водоёмов играют перловицы, беззубки, дрейссены и другие двустворчатые моллюски. Так, Unio pictorum длиной 5-6 см при температуре воды 9-10 C профильтровывал 12 л воды в сутки. С увеличением 80

82 температуры воды до C скорость фильтрации возрастала до л/сут. Моллюск Dreissena polymorpha осаждает взвесь: в спокойных реках и каналах примерно 2-12 мг/л. Один моллюск осаждает ³ г/сут (19-22 мм) и ³ (9-12 мм). Так, крупные двустворчатые моллюски в озере Красном отфильтровывали в течение июля-августа 147 г/м² взвешенных веществ (Кузьменко, 1980). По расчётам Н.М. Гореликовой, моллюски Воткинского водохранилища, в основном дрейссена полиморфная и сферииды, биомасса которых в расчётный период в разных районах водохранилища составляла от 6.5 до 15.5 г/м², извлекают за сезон более 15 тыс. т органической взвеси (в сыром виде), при этом отфильтровывают 5% общего объёма воды (Биология Воткинского, 1988). Моллюски выделяют в воду аминокислоты, углеводы, витамины и обогащают её РОВ. Осажденная взвесь обволакивается слизью и, опускаясь на дно, служит пищей для многих донных организмов. Поэтому скопление моллюсков (дрейссены, мидии, устрицы) создаёт хорошие условия для формирования биоценоза. Величина отфильтрованной взвеси может быть рассчитана через экологический рацион (C e): C F q, e где F скорость фильтрации, q средняя концентрация взвешенного вещества в воде (мг/мл). Величины C e и F могут быть выражены относительно особи-фильтратора (мг/особь в сутки и мл/особь в сутки соответственно) либо относительно единицы массы фильтратора (мг/мг в сутки и мл/мг в сутки соответственно) (Алимов, 2001). Скорость фильтрации, таким образом, зависит от массы животных и выражается параболической зависимостью n F m W, где F скорость фильтрации мл/час, W масса животного, n коэффициент, для двустворчатых моллюсков равный примерно 0.6, и коэффициент m, равный F при W=1. Для расчёта скорости фильтрации и количества осаждаемой взвеси необходимо знать время фильтрации воды моллюсками. Последнее будет зависеть от температуры воды, концентрации и степени дисперсности взвеси, а также таких факторов среды, 81

83 как степень насыщенности воды кислородом, ph и окисляемости. Так, с повышением температуры воды от 5 до 25ºC скорость фильтрации возрастает, а паузы сокращаются. При температуре воды ниже +3ºC и выше +30ºC циркуляция воды отсутствует. Повышение концентрации взвеси от до мг/л вызывает замедление фильтрации, т.к. забиваются фильтрационные аппараты моллюсков и паузы удлиняются. Темп пропускания воды двустворчатыми моллюсками возрастает по мере снижения дисперсности взвеси. Моллюски одного веса, но разных видов могут иметь неодинаковую скорость фильтрации, что связано с относительной площадью жаберного аппарата. У морских моллюсков (Mytilus, Cardium, Venus и др.) относительная площадь жабр наибольшая, поэтому они гораздо более активные фильтраторы, чем пресноводные. Животные-детритофаги с другими способами добывания пищи (личинки хирономид, олигохеты и др.) поглощают органические вещества, снижая их содержание, и тем самым участвуют в процессе минерализации. Работа гидробионтовминерализаторов особенно эффективна в условиях высокой перемешиваемости воды, когда лучше обеспечивается принос органической пищи и кислорода, а также удаление метаболитов. В силу этого минерализация органического вещества протекает быстрее в реках и слабее в небольших стоячих водоёмах. Используя оксикалорийный коэффициент, величину минерализации можно выразить через количество потреблённого кислорода. Поскольку поглощение организмами 1 г кислорода соответствует выделению 3380 кал, то, зная интенсивность дыхания гидробионтов, можно определить количество минерализуемого ими органического вещества. Так, умножив объём потреблённого кислорода на средний оксикалорийный коэффициент 4.86 кал/мл О или 3.4 кал/мг О, получим количество рассеянной в процессе дыхания энергии. Чем выше газообмен гидробионтов, тем ценнее они как минерализаторы. Процессы биологического самоочищения водоёмов и водотоков могут рассматриваться с позиций количественного выражения продукционно-деструкционных процессов сообществ и популяций в водоёме. Важно, что биотический круговорот в загрязненных и чистых водах имеет общую основу. 82

84 Все животные получают энергию в виде пищи и расходуют её на построение массы своих тел и обменные процессы организма. Это обычно выражается в виде балансового равенства C P R F, где C рацион, P прирост биомассы, R траты на обмен, F неусвоенная пища. При этом сумма продукции P и деструкции R есть ассимиляция A: P R A. Тогда рацион C может быть представлен следующим образом: C A F или C 1 A, U где А ассимилированная (усвоенная) пища, l/u коэффициент усвояемости пищи. Все члены уравнений выражаются в единицах энергии калориях или джоулях (Гидробиологические основы, 1976). Многочисленными исследованиями установлено, что коэффициент усвоения пищи для хищных животных равен 0.8 ( A 0.8 C), а для мирных 0.6 ( A 0.6 C). Как было показано выше, часть усвоенной пищи (A) идёт на прирост (P), а другая часть окисляется с выделением энергии (R). Соотношения отдельных параметров энергобаланса с пищей и её усвоенной частью выражаются коэффициентами К 1 и К 2: K 1 P C P A и K2. К 1 коэффициент использования потребленной пищи на рост, К 2 коэффициент использования усвоенной пищи на рост. При расчёте величины продукции (P) отдельных групп животных часто используют уравнение P C B T, w в котором C w удельная продукция, B средняя биомасса в граммах или калориях за период времени T. Значение удельной продукции приводятся в литературе. Так, по В.Е. Заике (1983), величины удельной продукции для олигохет составляют 0.03, брюхоногих моллюсков, личинок подёнок и ручейников 0.02, для личинок хирономид 0.033, для шаровок из двустворчатых моллюсков

85 Для расчётов трат на обмен (деструкцию) разных групп животных можно воспользоваться следующей зависимостью: K P A R 1 K K 2 P, где 2. По литературным данным (Алимов, 1989) известно, что значения K 2 у разных животных находятся в интервале : у моллюсков 0.26, личинок насекомых 0.3, олигохет Получив данные по количественному развитию животных разных трофических уровней, можно рассчитать составляющие биотического баланса. О процессах самоочищения в водоёме мы сможем судить по величине деструкции органического вещества. Показателен процесс самоочищения в озере Байкал. За год фитопланктон продуцирует 3925 тыс. т органического углерода (130 г С орг под 1 м²), 95.5% общего его количества подвергается деструкции в водной толще, незначительная часть выносится через Ангару, ещё меньше изымается человеком (рыба, нерпа) 1 тыс. т. Оседает 126 тыс. т С орг, т.е. 4 г С орг на 1 м² в год. Планктонные рачки Epischura (Copepoda) и Macrohectopus (Amphipoda) пропускают всю воду Байкала через себя, отфильтровывая органическое вещество. Донные животные-детритофаги (черви, личинки насекомых, брюхоногие моллюски) и фильтраторы (мшанки, двустворчатые моллюски) также участвуют в минерализации органических веществ (рис. 6). В результате на дне Байкала не происходит накопления органического вещества, оно интенсивно окисляется при полном насыщении воды до дна кислородом (60%) и утилизируется организмами (Выхристюк, 1980). Значительный очистительный эффект может обеспечиваться накоплением в телах животных загрязняющих веществ, в первую очередь радионуклидов и пестицидов. Накапливая загрязняющие вещества, гидробионты изымают их из воды и на какое-то время обезвреживают воду, выключая из многих звеньев круговорота веществ. Накапливая радиоизотопы, соли тяжёлых металлов и пестициды, гидробионты становятся опасными для человека, особенно долгоживущие. Коэффициенты накопления тяжёлых металлов зообентонтами составляют для Mn от 200 до 7000, Zn , Pb , Cu , Co

86 1100. Ряд биологического поглощения металлов таков: Mn > Fe > Zn > Cu > Pb > Co (Лукашев, 2011). Организмы зообентоса концентрируют в своих телах многие микроэлементы в количествах, во много раз превышающих их количество в воде. Тем самым они принимают участие в их миграции. Рис. 6. Виды пресноводных (1, 5) и морских (2-4) двустворчатых моллюсков: 1 Unio pictorum, 2 Mytilus edulis, 3 Cardium edule, 4 Venus verrucosa, 5 Dreissena polymorpha. Источник: Жадин, 1952 Таким образом, самоочищение водоёмов следует понимать в широком смысле как по типам (физическое, химическое, биологическое), так и по параметрам восстановительного процесса, характерного для каждого типа и вида загрязнений. Интенсивность процессов самоочищения различна для всего разнообразия водоёмов от лужи и ручья до большого озера и крупной реки. 2. Экологические системы очистных сооружений Технология извлечения из сточных вод загрязняющих веществ имитирует процессы самоочищения воды в природных условиях. Но интенсивность процессов в них гораздо выше. Полная схема очистки сточных вод включает узел механической 85

87 очистки, узел биологической очистки, узел дезинфекции очищенной воды, узел обработки осадков (рис. 7). Механическая очистка заключается в удалении из сточных вод крупных отбросов, песка, взвешенных веществ. Для механической очистки применяют решётки, очищающие стоки от крупного мусора, песколовки, в которых задерживается взвесь и минеральные примеси, и отстойники, в которых осаждаются более мелкие взвешенные и коллоидные примеси. Биологическая очистка сточных вод осуществляется в сооружениях, работающих в естественных или искусственно созданных условиях. К первым относятся биологические пруды, поля орошения и поля фильтрации. Ко вторым аэротенки и биофильтры. Каждое очистное сооружение представляет собой особую экологическую нишу со специфическими условиями существования, влияющими на формирование биоценоза. При стабильной работе сооружения создаётся биоценоз с устойчивой саморегулирующейся системой и сложившимися трофическими связями. Характер биоценоза определяется типом очистного сооружения и режимом его работы (Голубовская, 1978). Основную роль в процессах очистки играют микроорганизмы, взвешенные в воде. В биоценозах очистных сооружений всегда присутствуют, наряду с бактериями, простейшие, кроме того, в биоценоз могут входить водоросли, грибы, черви и членистоногие (рис. 8, 9). Условия существования в узле биологической очистки должны обеспечивать возможность нормальной жизнедеятельности организмов, и поэтому к стокам, поступающим на очистные сооружения, предъявляют определённые требования: - биологическая очистка проходит интенсивней в интервале ph от 6.5 до 8.2, поэтому в случае необходимости сточные воды до поступления на сооружения подвергаются нейтрализации; - скорость биохимических процессов зависит от температуры. Как правило, температура бытовых сточных вод колеблется в пределах +10º +15 C. Поэтому сооружения, за исключением районов Крайнего Севера, устраиваются на открытом воздухе; 86

88 87 Рис. 7. Схема очистки сточных вод (жирными стрелками показано движение воды в технологическом процессе)

89 - для сточных вод, содержащих токсические вещества, устанавливаются ПДК. Для разных типов сооружений они неодинаковы. Когда концентрация загрязнителя превышена, то воду разбавляют или удаляют его реагентами. После первичных отстойников жидкость попадает в систему биологических окислителей аэротенки. Принцип действия биологических окислителей основан на взаимодействии живых организмов с органическими веществами сточных вод. При благоприятных условиях образуется активный ил. Источником питания организмов активного ила служит загрязнение сточных вод. Для снабжения их кислородом жидкость аэрируют. Воздух, подаваемый в аэротенк, выполняет и другие функции: ускоряет процессы очистки и препятствует осаждению ила. Сточная жидкость поступает в аэротенк и удаляется из него непрерывно. Время пребывания жидкости в аэротенках колеблется от 2 до нескольких десятков часов. Содержащиеся в сточной жидкости вещества собираются поверхностью активного ила. Процесс сорбции чрезвычайно интенсивен и обычно уже через несколько минут после контакта ила со сточной водой концентрация органических веществ в ней снижается наполовину. Бактерии подвергают их разрушению и перестройке. Взвешенные вещества, поступающие в аэротенк, также сорбируются поверхностью активного ила. Частично наряду с бактериями они служат пищей простейшим, коловраткам, червям, а частично, под влиянием бактериальных ферментов, превращаются в растворённые вещества и усваиваются микрофлорой. Так как процесс минерализации взвешенных веществ протекает медленнее, чем растворённых, то в составе активного ила в большем или меньшем количестве обычно присутствуют непереработанные взвешенные вещества. Из аэротенка жидкость поступает во вторичный отстойник, где активный ил отстаивается. Отстоявшаяся вода после дезинфекции выпускается в водоём, а осевший активный ил частично возвращается в аэротенк (циркулирующий активный ил), а частично направляется на переработку (избыточный активный ил). Осевший во вторичном отстойнике активный ил содержит значительное количество непереработанных веществ. Такой ил перед возвращением в аэротенк регенерируют. Регенерация 88

90 заключается в аэрации активного ила при отсутствии вновь поступающих загрязнений. При этом вещества, сорбированные активным илом, окисляются.биоценоз аэротенка весьма ограничен в видовом отношении: отсутствуют, как правило, водоросли, личинки насекомых, мало червей и ракообразных, состав простейших обеднён. Зато микробное население представлено разнообразно: псевдомонады, кокковые формы, бациллы. Характерная особенность микрофлоры активного ила слизеобразование. Бактериальные клетки составляют основу хлопьев бактериального ила. Они окружены капсулой, благодаря чему не слипаются друг с другом. Типичный организм активного ила Zoogloea ramigera. Постоянно присутствуют нитчатые бактерии, серобактерии, актиномицеты (рис. 8). Бактериальный состав активного ила в очень большой степени зависит от химического состава очищаемых вод. В активных илах, очищающих промышленные сточные воды с содержанием в них токсических веществ и медленно окисляемых соединений, бактериальное население обеднено. При очистке хозяйственнобытовых стоков, богатых легкоусвояемыми органическими соединениями, их много. Удовлетворительно работающий активный ил характеризуется большим разнообразием одноклеточных: амёб, жгутиковых, ресничных инфузорий (Vorticella, Podophryia, Litonotus, Paramecium и др.), бактерии в зооглейных скоплениях. Ил быстро оседает, вода прозрачная. Когда активный ил не справляется с поступающим загрязнением, биоценоз ила характеризуется малым разнообразием видов. Преобладающее развитие получают 2-3 вида мелкие амёбы и бесцветные жгутиковые. В любом активном иле присутствуют такие группы бактерий, как аммонифицирующие, денитрофицирующие, использующие углеводы и органические соли, целлюлозоразлагающие. При очистке производственных сточных вод обнаруживаются специфические группы бактерий. Если сточные воды содержат фенолы, то в активном иле присутствуют фенолразлагающие бактерии; при очистке серосодержащих тионовые и сульфатредуцирующие; при содержании трудноокисляемых органических соединений, например смол, в иле обнаруживаются микроорганизмы, способные к их активному использованию. 89

91 Рис. 8. Облигатные и постоянно встречающиеся компоненты биоценоза активного ила: бактерии (1-4), грибы (5), саркомастигофоры (6-13), инфузории (14-21). 1 Zoogleoa ramigera, 2 Artrobacter, 3 Pseudomonas, 4 - Actinomyces, 5 Fusarium, 6 Chilomonas spp., 7 Petalomonas pusilla, 8 Peranema trichophorum, 9 Arcella vulgaris, 10 Centropyxis aculeata, 11 Difflugia globulosa, 12 Euglypha acanthophora, 13 Actinophrys sol, 14 Chaenea teres, 15 Actineria incurvata, 16 Epistylis urceolata, 17 Vorticella communis, 18 Cachesium batorligetiense, 19 Oxytricha fallax, 20 Aspidisca costata, 21 Podophrya fixa. Источник: Рекомендации по проведению, 2004; Фауна аэротенков,

92 Микрофауна активного ила играет роль санитаров: она поддерживает количество микрофлоры в аэротенке на определённом уровне. Микрофауна более, чем микрофлора, чувствительна к химическим и физическим факторам среды. Поэтому она подвержена колебаниям при изменении технологического режима и служит показателем работы аэротенка (см. приложение 2). Рис. 9. Постоянно встречающиеся компоненты биоценоза активного ила: коловратки (1-2), нематоды (3), малощетинковые черви (4-5). 1 Lecane inermis, 2 Colurella obtusa, 3 Paroigolaimella bernensis, 4 Nais communis (передний конец тела), 5 Dero obtusa (передний и задний концы тела). Источник: Фауна аэротенков, 1984; Timm, 2009 С приростом активного ила неразрывно связан вопрос о его так называемом «возрасте». Под возрастом понимают среднее время нахождения ила в системе «аэротенк вторичный отстойник». Чем больше прирост ила, чем больше образуется избыточного ила, тем быстрее обменивается ил в аэротенке и тем меньше его возраст. При полной очистке городских сточных вод возраст активного ила составляет 6-8 дней. При очистке высококонцентрированных сточных вод он может снижаться до 2-3 дней. Молодой активный ил быстрорастущий, обладает более активным обменом, интенсивнее минерализует загрязнения. 91

93 Старый ил, напротив, малоактивен, процессы очистки с ним протекают менее интенсивно (Рекомендации по проведению, 2004). Чаще всего городские очистные сооружения имеют несколько циклов очистки, включая первичные и вторичные аэротенки, первичные, вторичные и третичные отстойники. После прохождения очистки воды направляются в узел дезинфекции, где проводится их хлорирование. Обеззараженная вода, как правило, по искусственным каналам поступает на доочистку в системе биологических прудов. В процессе механической и биологической очистки образуется осадок, большая часть которого составляет избыточный ил, его направляют на дальнейшую переработку, которая осуществляется либо путём сбраживания, либо путём механического обезвоживания. Для сбраживания чаще всего применяют метантенк. В ходе сбраживания происходят сложные биохимические процессы: органотрофные бактерии расщепляют белки, жиры, углеводы и другие органические соединения до низкомолекулярных жирных кислот. Эта стадия в работе метантенка называется стадией кислотообразования или кислым брожением. Метатрофные микроорганизмы превращают конечные продукты метаболизма органотрофных бактерий в метан и двуокись углерода. Эта фаза называется стадией газообразования или щелочным брожением. Обе группы бактерий присутствуют в метантенке одновременно, поэтому процессы идут параллельно. При нормальной работе метантенка, при кислом брожении, продукты успевают переработаться бактериями второй фазы, вследствие чего процесс в метантенке идёт обычно в стадии щелочного брожения. Скорость реакции в метантенке может быть увеличена путём повышения температуры. Различают мезофильное сбраживание при температуре +30º +33 C и термофильное при температуре +50º +55 С. В последнем случае скорость распада органических веществ увеличивается, сокращается время сбраживания осадка, возрастает доля суточной нагрузки. При этих температурах погибают все яйца гельминтов, бактерий кишечной палочки и другая патогенная флора. Недостаток метода технологическая трудность обезвоживания осадка, поэтому метод мало применяется. 92

94 Многие продукты анаэробного распада могут быть утилизированы. Образующиеся метан, углекислый газ, водород, выводятся или используются на отопление, в том числе на поддержание температуры в метантенке. Сброженный осадок после просушивания и обезвоживания может быть использован в качестве удобрений на сельскохозяйственных полях. Разработан способ получения в процессе метанового брожения кормового витамина B 12. Технологическая сложность обработки осадка остаётся большой проблемой. Чаще всего обезвоженные осадки складируют на полигонах без возможности дальнейшего применения. 3. Проблемы водоснабжения Биологические качества природной воды определяются ходом внутриводоёмных процессов, особенно биоценотических. Поэтому задача обеспечения населения хорошей питьевой водой в значительной мере экологическая (гидробиологическая). Используя в первую очередь экологический подход, необходимо обеспечить оптимальный режим водоподготовки в пределах самого источника водоснабжения. Речь идёт об управлении биоценотическими и другими внутриводоёмными процессами, определяющими формирование биологических свойств воды. Так как в условиях большого водоёма полный контроль формирования требуемого качества технически не осуществим, технология водоснабжения предусматривает дополнительный комплекс операций. Вода, забираемая из источников, подвергается дополнительной обработке, которая обеспечивает соответствие конечной продукции требованиям установленного стандарта. В нашей стране ГОСТ на питьевую воду предусматривает учёт многих органолептических, химических, физических, паразитологических, бактериологических и других показателей. Выдерживание их задача сложная, требующая объединения усилий специалистов разного профиля, в первую очередь гидробиологов. Одной из главных и значимых задач является выбор источника водоснабжения и места расположения водозаборного канала. Наиболее часто в качестве источников водоснабжения используются реки, водохранилища и озёра. Общий принцип проводимой в них водоподготовки сводится к предохранению водоёмов от загрязнения и эвтрофикации и одновременно со- 93

95 зданию в них режима максимального благоприятствования процессам биологического самоочищения. Для этого, вопервых, в районе забора воды создаётся «охранная зона», вовторых, проводятся комплексные исследования для выбора наиболее рационального места расположения оголовка насоса. Подготовка в источниках водоснабжения включает в себя улучшение кислородного режима, снижение мутности и цветности воды, контроль концентрации в ней различных ионов и соединений. Особое значение приобретают методы предотвращения чрезмерного развития водорослей, наблюдающегося практически во всех равнинных водохранилищах. Массовое размножение водорослей, главным образом цианобактерий, представляет собой один из основных факторов, ухудшающих питьевые качества воды и осложняющих водоснабжение. Поступление больших масс водорослей на водозаборы и очистные сооружения вынуждает значительно чаще промывать их (иногда каждые мин). Водоросли забивают поры песчанистого фильтра, их слизь склеивает отдельные зёрна, вызывая образование непроницаемой для воды плёнки. Цементация песчинок усиливается осаждением из воды карбоната кальция и гидроксида магния, вызываемым повышением ph в результате энергичной фотосинтетической деятельности водорослей. Во время массового размножения водорослей вода приобретает различные запахи и привкусы, порой исключающие её потребление для питья. Например, водоросль Anabaena lemmermanni придаёт воде затхлый запах, Microcystis aeruginosa сильный ароматический, Ceratium hirundinella запах рыбьего жира. Кроме того, водоросли и их метаболиты могут оказывать на человека токсическое действие. Мерой предупреждения массового появления водорослей в водоёмах прежде всего может служить охрана последних от попадания различных веществ, увеличивающих содержание в воде питательных солей. Это особенно важно, когда водоёмы окружены плодородными пахотными землями и поверхностный сток богат биогенами. Если вблизи находится лес, то необходима охрана водоёма от попадания в него подмываемых деревьев и листового опада. Принос биогенов водотоками можно снизить если создавать заросли высших растений. Макрофиты аккумулируют биогены в своих тканях, делая поступающую воду менее пригодной для размножения водорослей. 94

96 Культивирование макрофитов в самом водоёме источнике водоснабжения подавляет развитие в нём водорослей и одновременно усиливает процессы самоочищения за счёт аэрации воды, её детоксикации и др. Ещё один способ биологической борьбы с цветением водоёмов разведение в них рыб, в частности альгофагов. Они не только минерализуют и аккумулируют органику, но также ускоряют процессы биологического самоочищения благодаря инициированию начальных стадий разрушения различных объектов. Таким образом, рыбное хозяйство, умело поставленное на водоёме питьевого водоснабжения, может обеспечить улучшение качества воды, сопровождающееся выходом ценного пищевого сырья. Биологическое самоочищение можно усилить за счёт управления многими гидробиологическими процессами. Например, пологий песчаный берег с периодически набегающей на него водой представляет собой первоклассное «очистное сооружение», работающее подобно биофильтру. Набегающие волны смачивают песок, вода фильтруется сквозь него и организмы, развивающиеся в порах грунта, минерализуют находящиеся в ней органические вещества. Для предотвращения массового развития водорослей применяется внесение в воду медного купороса. Большинство водорослей, за исключением протококковых, гибнет при концентрации медного купороса от 0.1 до 0.6 мг/л, которые для человека безвредны и никакого привкуса воде не придают. Очистка воды, забираемой из водоёма для питьевых целей, осуществляется на водозаборах и проходит в три этапа: отстаивание, фильтрация и обеззараживание. Сначала она попадает в отстойники, где оседают различные мелкие и крупные частицы. Для ускорения работы отстойников их строят с таким расчётом, чтобы вода пребывала в них в состоянии наибольшего покоя. Для этого, в частности, внутри устанавливают большое число вертикальных перегородок, мешающих возникновению горизонтальных токов воды. Чтобы ускорить осаждение частиц, в воду добавляют коагуляторы (обычно сернокислый глинозём). Отстоявшаяся вода поступает на фильтры. Они представляют собой слой песка, лежащий на поддерживающем слое из щебня и гальки, в котором помещаются водосборные трубы. Вода, фильтруясь, проходит через песок, затем попадает в трубы. Эффективность фильтрации сквозь песок определяется наличием на его поверхности и в порах между отдельными пес- 95

97 чинками биологической плёнки, состоящей из бактерий, простейших и других мелких организмов. После прохождения воды через песчаный фильтр в нём остаётся до 90% всех имевшихся бактерий. Такие фильтры работают сравнительно медленно, зато редко раз в несколько недель нуждаются в чистке. С целью ускорения работы фильтров на них создают минеральную плёнку. Такие фильтры работают быстрее, но очень скоро засоряются, поскольку отфильтрованное органическое вещество не разрушается, как это имеет место при очищении воды за счёт контакта с биологической плёнкой. После фильтрации вода дезинфицируется главным образом путём хлорирования или озонирования. Наиболее широко применяется хлор, доза Cl в воде, поступающей к потребителю, должна составлять 0.3 мг (не более 0.5 мг) на 1 л воды. Озонирование воды экологически выгоднее, но применяется редко из-за дороговизны. Контрольные вопросы 1. Что понимают под самоочищением водоёмов? 2. В чём состоит механизм самоочищения? 3. Как оценивают степень самоочищения воды по БПК 5 и ХПК? 4. Какова роль биологического самоочищения в общем процессе естественного самоочищения водоёмов и водотоков? 5. Как количественно выражают продукционнодеструкционные процессы сообществ и популяций в водоёме? 6. Рассмотрите роль отдельных систематических групп гидробионтов в самоочищении водоёмов (бактерии, водоросли, макрофиты, простейшие, животные). 7. Как характер питания животных определяет их очистительную способность? 8. Что вы знаете о накоплении загрязняющих веществ в телах гидробионтов? 9. Как происходит деградация загрязняющих веществ в системе биологических очистных сооружений? 10. Какие требования предъявляются к стокам, поступающим на очистные сооружения и почему? 11. Что такое «активный ил» и какова его роль в процессах очистки стоков? 12. Рассмотрите биологические проблемы, связанные с водоснабжением. 96

98 V. Закономерности поведения токсических веществ Вопросам поведения веществ в окружающей среде и тканях живых организмов уделяется особое внимание, т.к. особенности их биологического действия, опасность для биологических ресурсов и здоровья человека определяются такими важнейшими характеристиками, как устойчивость загрязняющих веществ в окружающей среде и тканях живых организмов, их способность переходить из одной физической формы в другую, накапливаться в живых организмах. 1. Превращение токсических веществ Вещества, поступившие в водную среду, немедленно вовлекаются в цепь разнообразных перемещений и превращений под влиянием многочисленных факторов. При этом проходят процессы физические (механическое перемешивание, осаждение, адсорбция и десорбция, улетучивание, фотолиз), химические (диссоциация, гидролиз, комплексообразование, окислительновосстановительные реакции), биологические (поглощение живыми организмами, разрушение и превращение с участием ферментов и метаболитов), геологические (захоронение в донных осадках и породообразование). Судьба вещества в природных водах будет зависеть от таких его свойств, как растворимость в воде, способность распределяться между твёрдой и жидкой фазами, между полярными и неполярными растворителями, активность диссоциации, способность к комплексообразованию, скорость разрушения, гидролиза и фотолиза, летучесть. Физические процессы устанавливают некоторое соотношение между растворённой и нерастворённой фракциями вещества. Растворённой фракцией считается всё вещество, которое проникает через фильтр с диаметром пор 0.45 мкм. Фракция коллоидов включает оксиды и гидроксиды металлов с размером частиц до 150 мкм. В коллоидной фракции металлов содержится, по крайней мере, на порядок больше, чем в форме свободных ионов. При дефиците кислорода окислительно-восстановительное равновесие сдвигается в направлении возрастания доли восстановленных форм элементов, более рас- 97

99 творимых в воде, чем окисленные. Это служит одной из причин повышения концентрации растворённых элементов в водах при недостатке кислорода, особенно в придонных слоях воды. В воде находятся и комплексные соединения, которые во многом определяют баланс различных форм металлов. Органические комплексообразователи, присутствующие в природных водах, включают поликарбоксиловые соединения, аминокислоты, жирные, гуминовые, фульвовые, гликолевую кислоты, цитраты, различные экзометаболиты гидробионтов. Имеющиеся в водоёмах природные комплексообразователи снижают концентрацию и органических загрязняющих веществ. Важную роль в балансе вещества в водоёме играет присутствие взвесей. Мелкодисперсные взвеси связывают на единицу веса больше металла, чем крупнодисперсные. Поверхность большинства частиц взвеси и коллоидных мицелл имеет отрицательный заряд, что способствует их взаимодействию с катионами. В результате связывания и осаждения концентрация большинства металлов быстро снижается с удалением от источника загрязнения. В пресных водах уже в сотнях метров от источника поступления существенно убывает концентрация свинца, цинка, хрома, кадмия, дальше переносятся никель, медь, кобальт. В морской воде снижение концентрации многих загрязняющих веществ происходит быстрее, чем в пресной. Основная часть связанного вещества переходит в донные осадки, в результате чего грунты часто содержат необычайно высокие уровни загрязняющих веществ, в то время как их концентрация в воде может и не быть превышенной. В донных осадках металлы содержатся в виде карбонатов, сульфидов и в связанном с органическими остатками состоянии. При подкислении среды, недостатке кислорода и появлении растворённых комплексообразователей происходит переход металлов из осадков в воду (рис. 10). Органические соединения также проходят в воде разнообразные превращения. Присутствие органической взвеси снижает доступность для гидробионтов и растворённых органических соединений. Стойкость органических веществ, главным образом пестицидов, оценивается периодом их распада на 50, 95 или 99%. Кинетика такого распада описывается экспоненциальной зависимостью следующего вида: 98

100 C C e C e, t kt 0 0 где C t концентрация вещества через время t после начала наблюдения, C 0 исходная концентрация, k константа скорости реакции распада, e основание натурального логарифма, τ постоянная времени процесса ( 1/k), отражающая длительность жизни соединения от появления до исчезновения из раствора (Филенко, Михеева, 2009). t Рис. 10. Перемещения металлов в одной массе озера Пользуясь этим уравнением, можно рассчитать характеристики стабильности веществ потенциальных загрязнителей водной среды. На направление и скорость превращения пестицидов существенное влияние оказывают температура, концентрация растворённого кислорода, активность водородных ионов, свет (особенно в коротковолновой области) (см. приложение 3). Наряду с изменениями вещества под влиянием факторов абиогенной природы, проходят важные превращения, связанные с присутствием живых организмов. Сходные процессы могут происходить в организме и вне его за счёт влияния экзометаболитов и различных ферментных систем. В большой степени такого рода процессы определяют самоочистительную актив- 99

101 ность природных вод. Основную роль в биогенном превращении играют микроорганизмы, населяющие водную среду, донные осадки и полости водных макроорганизмов. Однако и процессы жизнедеятельности самих микроорганизмов также вовлекаются в общий процесс преобразования веществ в экосистеме. Гидробионты участвуют в превращении металлов. При участии микроорганизмов в окружающей среде может происходить окислительно-восстановительное превращение кобальта, хрома, мышьяка. При этом аэробные микроорганизмы обеспечивают процессы окисления, а анаэробные процессы восстановления. Восстановительные условия создаются в основном в глубине донного грунта. В толще воды восстановление может проходить в условиях длительного и глубокого дефицита кислорода 2. Проникновение токсикантов Поступать в организм вещества могут разнообразными путями. Растворённые через поверхность клеток у одноклеточных и растительных организмов, через поверхность тела или жабры у многоклеточных животных. Препятствием для поглощения через поверхность тела служат чешуя рыб, раковины и панцири беспозвоночных. Взвешенные вещества могут поступать преимущественно через органы питания как у простейших, так и у многоклеточных представителей водной фауны. В зависимости от условий среды преобладать может тот или другой путь. Транспорт веществ через клеточные мембраны происходит путём диффузии по градиенту концентрации и фильтрации через поры в мембранах. Если бы ионы, атомы и молекулы веществ, поступившие в клетку, оставались во внутренней среде в свободном виде, то равновесие с внешней средой при пассивном поступлении по градиенту концентрации наступало бы относительно быстро и внутреннее содержание вещества было бы невысоким. Но, как правило, происходит внутриклеточное связывание агента, и тогда концентрация свободного вещества в клетке остаётся низкой. Градиент, таким образом, поддерживается и поступление вещества продолжается, даже если общее его содержание в клетке многократно превышает концентрацию в окружающей среде. Допускается возможность ассимиляции рассеянных веществ через активный транспорт их комплексов с эндогенными моле- 100

102 кулами. Так, клетки водорослей в культурах быстро поглощают пестициды, металлы и другие вещества после адсорбции их молекулами полисахаридов клеток с последующим связыванием белками (Алексеев, Лесников, 1977). Через стенки кишечника водных животных тяжёлые металлы могут переноситься ди- и трипептидами, и первичными аминами, однако часть их в связанном виде, не ассимилируясь, выводится из организма. На активность накопления вещества гидробионтами влияют факторы окружающей среды и биологические характеристики организма. Так, увеличение концентраций ионов кальция или других щелочноземельных катионов в среде понижает проницаемость мембран, а преобладание щелочных увеличивает. Кальций ингибирует накопление кадмия, и это служит причиной обратного соотношения их содержаний в тканях гидробионтов. Кадмий снижает накопление цинка, ртути и других металлов. Повышение температуры увеличивает проникновение вещества через мембрану. Но такое повышение проявляется лишь до некоторого предела температуры. Например, накопление антрацена личинками хирономид повышалось до +25 C и снижалось при дальнейшем повышении температуры. Способность гидробионтов накапливать вещества может изменяться с возрастом. Так, ни личинки устриц, ни молодые особи не накапливали цинк. Эта способность развивалась между 50 и 100 сутками после перехода к оседлой жизни. Возможно, что активным накопление становится с возрастанием роли некоторых ферментов, содержащих металлы. Таким образом, биодоступность вещества зависит от его химических свойств, от химических свойств среды, присутствия взвешенных веществ, уровня температуры, особенностей и состояния гидробионта. Влияние этих факторов неоднозначно, но основные тенденции выражаются в том, что биодоступность повышается со снижением жёсткости воды, с повышением концентрации комплексообразующих агентов, с повышением температуры в пределах оптимума, с возрастанием активности процессов жизнедеятельности. Очевидно, пищевой путь накопления веществ животными является основным для большинства загрязнителей при их присутствии в малых концентрациях. При повышенных концентрациях пищевой путь остаётся основным для гидрофобных 101

103 агентов, а водорастворимые вещества поступают преимущественно через жабры и поверхность тела (Филенко, Михеева, 2007). 3. Накопление и утилизация Процесс увеличения содержания веществ в тканях со временем имеет вид параболической кривой. Устанавливающийся с течением времени стационарный уровень содержания вещества в тканях связан с равновесным состоянием между процессами включения и выведения вещества, происходящими в одно и то же время. На практике часто приходится сталкиваться с более сложными закономерностями, особенно характерными для объектов с малой удельной поверхностью (отношение площади поверхности тела к его объёму). Вероятно, это связано с деятельностью систем регуляции накопления и выведения чуждого вещества в тканях. Убывание содержания вещества происходит в соответствии с универсальной зависимостью, сходной для организмов разного эволюционного уровня. Активность удаления вещества из тканей обычно оценивают по периоду «полувыведения», т.е. по времени, за которое происходит снижение его содержания вдвое в организме или отдельной ткани. Например, для моллюсков период полувыведения ртути из гонад составляет 15 суток, из пищеварительной железы, ноги и аддуктора до 60 суток. Если скорость поступления вещества в клетку выше скорости выхода из клетки, происходит его накопление в тканях. Задержка вещества в тканях происходит за счёт химических и физикохимических взаимодействий. Обычно единицами измерения содержания веществ в компонентах окружающей среды и в тканях являются размерности мг/л, мг/кг, реже мкг/л, мкг/кг, нг/л. Активность накопления или распределения веществ в компонентах экосистемы может быть выражена посредством следующих коэффициентов: Коэффициент накопления (КН), или коэффициент концентрирования, представляет собой соотношение содержания токсичного вещества в тканях организма и в окружающей воде. Для некоторых веществ величина этого коэффициента может достигать больших величин порядков десятков и сотен тысяч. Так, в дафниях величина коэффициента накопления бензапирена 102

104 составляет 13000, фенантрена 6000, метилртути 4000, ДДТ Ртуть (рис. 11), по данным разных авторов, концентрировалась в водорослях в 550 раз, в организмах зоопланктона и зообентоса в 2240 раз, в рыбах до 2700 раз больше, чем в воде (Филенко, Михеева, 2009). Рис 11. Накопление ртути в звеньях экосистемы озера в Швеции. Источник: Филенко, Михеева, 2009, с изменениями Коэффициент накопления вещества является величиной изменчивой. Обычно его значения выше при низкой концентрации вещества в воде. Он существенно изменяется в зависимости от состояния организма и параметров окружающей среды соответственно изменениям проникновения соединений в ткани. Для оценки взаимного влияния двух веществ (А и В) при их накоплении используется такое понятие, как коэффициент дискриминации (КД), представляющий собой относительное соотношение коэффициентов накопления этих веществ в организме (A орг и B орг) и воде (А в и B в): Аорг КД А В Коэффициент накопления по пищевой цепи, или коэффициент биомагнификации, представляет собой отношение содержания вещества в пище и в тканях её потребителя, например, в тканях в 103 В в орг.

105 хищника и жертвы. Вещество считается способным к накоплению по пищевой цепи, если величина этого коэффициента превышает единицу. В экспериментальной практике используются коэффициенты распределения (КР). Такие коэффициенты отражают соотношение содержания вещества в различных тканях организма и в разных фазах окружающей среды. КР для различных тканей может отражать преимущественную локализацию вещества в организме и выявлять «орган-мишень» для конкретного токсиканта. Так, в естественных условиях наибольший уровень меди обнаруживался в левой почке моллюсков. Высокий уровень никеля был связан с поверхностными тканями мантией и эпидермисом ноги. Основная масса других металлов обнаруживалась в пищеварительной железе и правой почке. У большинства видов высших растений кадмий накапливался интенсивней в корнях, чем в листьях. У устриц в клетках кишечного эпителия и пищеварительной железы кадмия было больше, чем в жабрах и почках. Перераспределение вещества между тканями с течением времени может быть использовано для оценки сроков, прошедших после загрязнения водоёма. Выведение остатков, поглощённых животными и превращённых в процессе детоксикации чужеродных соединений, происходит через печень, почки, поверхность клеток и тела, органы дыхания, с половыми продуктами, биссусом и слизью. Так, нафталин активно выводится моллюсками Mytilus edulis через жабры и почки. Причём, этот процесс активнее происходит у особей, предварительно перенёсших экспозицию нафталином в меньших концентрациях. Также происходит выведение цинка у морских ракообразных. Очевидно, вещества хорошо растворимые в воде, удаляются преимущественно через почки и жабры, а липофильные агенты преимущественно через печень. Описанные процессы приводят к изменению и обезвреживанию токсиканта. Но в системе взаимодействий основную роль играют такие реакции, в результате которых не только изменяются молекулы токсиканта, но и повреждаются биологически важные молекулы. Эти реакции лежат в основе токсических эффектов веществ. 104

106 Контрольные вопросы 1. Каким физическим и химическим процессам подвергаются вещества, попавшие в водную среду? 2. Какие превращения происходят в водной среде с металлами, в частности в присутствии взвесей? 3. Как влияют на изменения веществ в водной среде живые организмы? 4. Какими путями поступают растворённые и взвешенные вещества в тела гидробионтов? 5. Как влияют факторы окружающей среды на активность проникновения вещества в тела гидробионтов? 6. Объясните, как происходит процесс накопления и выведения веществ живыми организмами. 105

107 VI. Воздействие токсикантов на разных уровнях организации водных экосистем Эффект токсиканта на биологическую систему состоит из процессов деструктивных и адаптационно-компенсаторных. Чаще всего регистрируют итог взаимодействия этих разнородных процессов. Выделить в чистом виде «действие», «механизм действия» и «ответ» крайне затруднительно. При воздействии любого вещества могут развиваться одновременно несколько деструктивных процессов и относительный вклад каждого из них в общий патогенез может изменяться в зависимости от условий среды и свойств организма. Простые взаимодействия, зародившиеся на атомно-молекулярном уровне, трансформируются в изменение структуры и хода жизненных процессов биологических систем. Некоторые из возможных причин поражения и проявлений эффекта на разных уровнях биологической интеграции приведены в приложении 4. Первичное действие токсиканта может быть обусловлено двумя важными процессами: во-первых, изменением поступления в клетку веществ, необходимых для продукции энергии, реакций синтеза или для поддержания осмотических или электростатических свойств клетки, а во-вторых, реакцией токсиканта с ферментами и метаболитами и их влиянием на продукцию энергии или синтеза. Принято разделять острое и хроническое токсическое действие. Острая токсичность воздействие, вызывающее ответную реакцию тест-объекта, которая проявляется за относительно короткий период времени. Концентрации химических веществ, характеризующие параметры острой токсичности, довольно высоки. Острое токсическое действие обычно оценивают по тест-реакции «выживаемость» организмов, когда регистрируют число погибших тест-объектов. Хроническая токсичность воздействие, вызывающее ответную реакцию тест-объекта, проявляющуюся в течение относительно длительного периода времени. Хроническое токсическое действие водной среды обычно оценивают не только по выживаемости тест-объектов, но и по другим тест-реакциям: «плодовитость», «изменение роста» и др. (Строганов, 1982). 106

108 1. Нарушение биохимических и физиологических систем гидробионтов Специфические эффекты токсикантов порождаются их химическими реакциями с веществом клетки. Эндогенные молекулы, которые после взаимодействия с чужеродными атомами и молекулами теряют природные (врождённые) свойства и способность участвовать в процессах, поддерживающих существование клетки, называют молекулами-мишенями. Некоторые вещества оказывают биологическое действие через образование радикалов. Действие радикалов молекул, обладающих электроном с неспаренным магнитным моментом, обусловлено их высокой реакционной активностью и способностью инициировать цепные процессы в биосубстрате, в частности, производить перекисное окисление липидов. При существовании источника энергии радикалы могут образовывать четырёххлористый углерод, фенотиазин, металлорганические соединения и др. Первичные взаимодействия, по существу, и являются «пусковым механизмом» действия токсического агента. Все последующие изменения сопровождаются комплексом вторичных, третичных и т.д. процессов и ответных реакций биологической системы на вторжение токсиканта и разрушительные последствия этого. Всю совокупность изменений, связанных с токсическим действием, называют эффектом. Нарушения структур и функций организма и его частей, а также структуры и функционирования экологических систем взаимосвязаны и последовательно трансформируются друг в друга по мере развития последствий интоксикации от одного уровня биологической интеграции к другому. Изменение проницаемости клеточных мембран оказывается универсальным структурно-функциональным нарушением почти при всяком токсическом воздействии и может происходить за счёт прямого и опосредованного влияния токсиканта. Для водных организмов важнейшим следствием изменения проницаемости является нарушение осморегуляции. Металлы, компоненты нефти и другие загрязняющие агенты вызывают структурное повреждение жабр и нарушают транспорт ионов, что отражается на ионном составе крови. Возможно, что нарушение связано со снижением активности Na-K-активируемой 107

109 АТФ-азы, обеспечивающей работу ионных насосов клеточной мембраны. Основное внимание при токсических воздействиях на водные организмы уделяется нарушениям деятельности нервной, пищеварительной, дыхательной систем у животных и фотосинтеза у растений. Наглядным примером нарушения деятельности нервной системы является отклонение поведенческих реакций. Это проявляется в изменениях общей двигательной активности, характера перемещения, пищевых и оборонительных реакций, нерестового поведения, отношения к естественным факторам окружающей среды. В условиях лабораторного исследования отмечается нарушение условно-рефлекторной деятельности. Характерная реакция рыб на раздражение жабр так называемый «кашель рыб», широко используемый в биотестировании (Лукьяненко, 1983). Зависимость проявления реакций от уровня воздействия может быть прослежена на примере реакций избегания рыбами токсического загрязнения. Обычно рыбы уходят из загрязнённой зоны. Однако существуют диапазоны воздействий, в которых токсикант может привлекать рыб, как это показано для низких концентраций щелочей, аммиака, солей меди. Растворённый хлор привлекал форелей при концентрации 0.1 мг/л, отпугивая при меньшем и при большем содержании. Особо высокие концентрации токсикантов рыбы перестают ощущать вследствие нарушения хеморецепции. Всё больше внимания уделяется нарушениям дыхательных процессов у водных организмов при интоксикациях. Функционирование системы обеспечения кислородного режима организма в токсической среде может быть нарушено на нескольких этапах. Этап доставки кислорода к поверхности газообмена включает деятельность жабр, которая при стрессовых воздействиях обычно активизируется у рыб и по-разному изменяется у ракообразных. Этап транспорта газов кровью и гемолимфой у водных животных характеризуется состоянием и количеством эритроцитов, оксигемоглобина, метгемоглобина, гематокрита. Изменения этих характеристик, как и частота сокращений сердца, определялись свойствами токсиканта и интенсивностью воздействия. Реакция дыхательного пигмента на токсическое воздействие у ракообразных была менее выражена, чем у рыб. 108

110 Изменения на этапе поглощения кислорода также зависели от природы токсиканта, от интенсивности и длительности воздействия на рыб и беспозвоночных, но у рыб изменения активности дыхательных ферментов были выражены сильнее. У ракообразных нарушения стабильности системы обеспечения кислородного режима организма при токсическом воздействии усиливались от поколения к поколению. 2. Структурно-морфологические изменения гидробионтов Структурные нарушения начинаются с молекулярных изменений клеточных образований, следствием которых являются нарушения структуры цитоплазмы, мембран клеток и других субклеточных элементов. Функциональное изменение проницаемости мембран при токсическом воздействии является одним из симптомов состояния клетки, называемого паранекрозом. Паранекроз сопровождается уменьшением дисперсности коллоидов цитоплазмы и ядра, увеличением вязкости цитоплазмы. В клетках водорослей обычным следствием воздействия токсичного агента является изменение внутриклеточных структур, морфологии клетки и содержания пигментов. Изменения, обнаруживаемые на микроскопическом уровне, находят отражение в наглядных нарушениях структур целых тканей. Продукты хлорирования сточных вод и другие агенты вызывают у рыб выделения слизи, особенно в жабрах, появление на жабрах некрозов, отслоение эпителия, приводящие к асфиксии и гибели. Обильное выделение слизи тканями жабр при действии меди служит причиной гибели моллюсков. Обычными нарушениями оказываются также деформация раковин и изменение окраски тела. У личинок хирономид при токсическом воздействии происходит деформация антенн и ментума. Компоненты нефти могут служить причиной разрушения жабр, плавников, патологии печени. В качестве других морфологических симптомов отравления рыб можно отметить вздутие тела, ерошение чешуи и пучеглазие. Распространённой аномалией у рыб, возникающей в результате токсического воздействия, является искривление позвоночника, а также изменение структуры костей, что делает их более хрупкими. Изменения целой ткани оказываются интегральными по отношению к изменениям в клетках и сопровождаются изменени- 109

111 ями функционирования органов и систем, роста, поведения, размножения и выживаемости организма в целом. Скорость роста определяется по изменениям размера или массы за единицу времени, по интенсивности деления клеток. Последняя выражается через митотический индекс долю делящихся клеток от общего их числа. В зависимости от концентрации и продолжительности действия токсиканта митотический индекс может временно возрастать или угнетаться. Устойчивое снижение индекса отражает торможение роста ткани. Общее изменение массы и энергии организма находит выражение в понятии обмена. Обмен, связанный с ростом, называется пластическим обменом и включает прирост, замену отмирающих клеток, отложение запасных веществ. Обмен, связанный с движением, называют энергетическим обменом. В зависимости от возраста организма интенсивность обмена меняется. При действии неблагоприятных факторов изменяются все формы обмена. При слабых воздействиях могут стимулироваться и пластический, и энергетический обмены, с возрастанием нагрузки происходит их снижение. Подавление пластического обмена отмечается при более низких концентрациях токсиканта, чем энергетического, поэтому дистрофия является неспецифическим следствием интоксикации. Часть вещества и энергии расходуется на производство половых продуктов, т.е. на генеративный обмен. При подавлении пластического обмена усвоенное организмом вещество идёт на покрытие жизненных трат организма. Половые клетки при этом могут вообще не образовываться или формироваться с аномалиями, что приводит к снижению репродуктивности и жизнеспособности потомства. Подавление обмена приводит к снижению сопротивляемости организма к другим неблагоприятным факторам антропогенного и природного происхождения. Действие токсических веществ может нарушать процессы размножения гидробионтов по ряду причин: наблюдается увеличение нерестового периода, нарушается формирование половых клеток, что приводит к снижению их численности, задержке или преждевременному вымету. Изменение реакций поведения влияет на нерест и заботу о потомстве. Присутствие токсиканта может снижать выживаемость спермиев и яиц. Однако не всегда наличие в среде загрязняющего агента вызывает угнетение процессов, характеризующих размножение. При слабых воздействиях может наблюдать- 110

112 ся видимая стимуляция характеристик размножения: увеличиваться число кладок и возрастать выход молоди на фоне подавления каких-либо других тест-функций. Нарушения развития при токсических воздействиях выражаются в гибели организма на критической стадии онтогенеза, в различных формах морфофункциональных аномалий, биологически значимых изменениях формы, размеров и процессов жизнедеятельности. Основные нарушения, описанные у рыб при слабых токсических воздействиях, приведены в приложении 5. В процессе развития эмбриона спектр повреждений может быть широким от появления морфологических аномалий до гибели эмбрионов и личинок. Наиболее чувствительны в развитии эмбриона период гаструляции, ранний органогенез, вылупление, а также стадии дифференциации клеток. Гибель клетки, многоклеточного организма и популяции организмов является наиболее интегральным результатом токсического действия на соответствующем биологическом уровне. Причиной этого всегда оказывается необратимое поражение какой-то конкретной функциональной системы одноклеточного или многоклеточного организма, оказавшейся более подверженной нарушению при данных условиях. Не исключено, что в других условиях среды или при другом состоянии организма та же интенсивность токсического воздействия окажется недостаточной для поражения данного органа, однако в дальнейшем приведёт к необратимым последствиям. Так, при высоких концентрациях токсиканта возможна быстрая гибель организма в результате поражения ЦНС. При хроническом воздействии малых концентраций, как правило, гибели не происходит, но появляются новообразования, приводящие к гибели, снижается плодовитость или возникают мутации. Важную роль в канцерогенезе отводят простым хлорорганическим соединениям, образующимся при водообработке (хлористый углерод, дихлорэтан, трихлорэтилен, винилхлорид). Большинство из отмеченных соединений встречается в водных экосистемах в качестве компонентов антропогенного загрязнения. Вещества с канцерогенной активностью в загрязнённых водных объектах повышают частоту встречаемости новообразований у рыб и моллюсков. 111

113 3. Влияние факторов среды на степень токсичности Основными факторами, формирующими симптомокомплекс токсического поражения тем или иным токсикантом, являются режим его поступления в клетки и ткани организма и состояние параметров окружающей среды. В связи с этим точнее было бы выделять не группы токсикантов по типу их действия, а виды доминирующих процессов и симптомов при действии токсичного агента в экологически реальном режиме воздействия. Установлено, что форма и активность токсического эффекта могут изменяться в зависимости от температуры, активной реакции среды, концентрации кислорода, растворённых веществ, жёсткости воды, взвешенных веществ и даже освещённости. Факторы среды могут влиять на токсический эффект за счёт изменения формы вещества или состояния организма. Влияние на токсичность температуры среды весьма неоднозначно. При более высоких температурах из-за повышения диффузии вещества, из-за ускорения дыхания и обмена веществ может повышаться и накопление токсиканта в тканях. Кроме того, повышение температуры снижает концентрацию кислорода в воде, что создаёт дополнительную нагрузку на организм. В опытах с повышением температуры рыбы, инфузории и ракообразные становились чувствительнее к ртути, кадмию, хрому, пестицидам. Вместе с этим отмечается и обратный эффект. С повышением температуры в некотором диапазоне снижалась токсичность ДДТ для рыб, а снижение температуры повышало токсичность хлорида ртути для крабов и нафтеновых кислот для моллюсков. В целом температура обычно влияет на эффект летальных концентраций веществ и не влияет на действие пороговых концентраций. При этом существенное значение имеют химическая природа токсиканта и видовая принадлежность организма. Обычно токсичность снижается в присутствии взвешенного вещества. Это связано с тем, что взвеси связывают и делают менее доступными для гидробионтов растворённые вещества. Для организмов-фильтраторов это имеет обратный эффект: вместе со взвесью они могут поглощать большие объёмы токсиканта. Бикарбонатная щелочность, обычно связанная с жёсткостью воды, снижает токсичность путём образования нетоксичных карбонатных комплексов или осаждаемых соединений металлов. Присутствие кальция, магния и других ионов, формирующих 112

114 жёсткость, токсичность снижает. Кроме того, двухвалентные катионы способны снижать проницаемость биологических мембран для других веществ. Активная реакция среды также способна оказывать влияние на токсичность веществ. Отмечено, что снижение величины ph уменьшает токсичность металлов для водных животных. При нейтральных значениях ph, очевидно, происходит переход металлов в нерастворимые формы. В виде взвеси они более активно изымаются из раствора животными-фильтраторами. Высшие водные растения, для которых более доступны растворённые формы металлов, оказались более подвержены токсическому действию при пониженных значениях ph. При снижении концентрации кислорода обычно происходит повышение токсического эффекта. Повышение токсичности при дефиците кислорода может быть обусловлено двумя причинами. Во-первых, недостаток кислорода может служить дополнительным фактором стресса организма, действие которого суммируется с действием токсиканта. Во-вторых, с понижением концентрации кислорода происходит уменьшение доли труднорастворимых окисленных форм элементов и возрастание доли растворимых восстановленных форм, которые могут быть более доступными для многих гидробионтов. Очевидно, экологические факторы влияют на состояние организма и его взаимоотношения с окружающей средой. Это связано с тем, что для каждого вида имеется оптимум значений температуры, концентрации кислорода и других растворённых веществ, отклонение от которого в сторону снижения или повышения влечёт за собой возрастание функциональной нагрузки на организм. Причём для разных жизненных функций оптимумы могут не совпадать. Любая дополнительная нагрузка, несущественная в диапазоне оптимальных значений фактора, становится всё более ощутимой по мере увеличения отклонения от оптимума. Токсичность может выступать одной из таких нагрузок. Особое внимание в токсикологии уделяется явлениям взаимного влияния веществ на биологическую эффективность друг друга без предварительного взаимодействия в окружающей среде. При этом возможно простое суммирование эффектов, а также их взаимное усиление и ослабление. Для характеристики каждого из явлений предложен широкий ассортимент терминов, часто понимаемых в разном смысле (синергизм, потенци- 113

115 рование, интерференция, маскировка и др.). В наиболее общем виде суммарный эффект бывает аддитивным (суммируемым), а также меньше или больше аддитивного. Аддитивное действие представляет собой явление, когда эффект суммы действующих веществ равен простой сумме эффектов веществ при их раздельном действии. При этом предполагается, что вещества действуют на одну и ту же систему организма, поэтому одно вещество может быть заменено другим без изменения токсичности их смеси. Примером простого аддитивного эффекта является действие хрома и цинка на водоросли. Эффект больше аддитивного означает, что эффект смеси веществ превышает сумму их эффектов в тех же концентрациях при раздельном воздействии. Такое явление может иметь место, когда одно из веществ угнетает систему детоксикации другого агента или усиливает его проникновение в клетку. Взаимное усиление эффекта металлов, например, на высшие водные растения (сальвинию, ряску) наблюдалось на фоне активизации их включения в клетки. Эффект меньше аддитивного проявляется чаще других и представляет собой вариант, при котором эффект смеси веществ меньше суммы эффектов этих веществ при их раздельном действии. Частным случаем этого является антагонизм ионов. В качестве примера антагонизма типичных токсикантов следует отметить взаимное ослабление действия селена и ртути. Селен ускоряет выведение ртути, тормозит её метилирование, вытесняя ртуть из связи с сульфгидрильными группами. С другой стороны, и добавление ртути ослабляет токсичность селена. Используемые количественные оценки эффекта смеси веществ условны, т.к. исходят из линейных зависимостей эффекта от концентрации и одинаковой скорости его развития при действии разных веществ. В реальных ситуациях эти отношения сложнее и при совместном действии двух веществ в разных соотношениях можно наблюдать эффект как меньше, так и больше аддитивного. Способность организма противостоять действию токсического агента будет зависеть от его возраста, жизненной фазы, переносимых заболеваний и других параметров. Обычно наиболее подвержены воздействию токсикантов личинки и молодые особи. Яйца оказываются более устойчивыми к токсическому воздействию, чем молодые вылупившиеся особи, что связано с пониженным проникновением вещества через покровы яйца. 114

116 Взрослые особи в большинстве случаев оказываются наиболее устойчивой стадией развития. Вместе с этим имеются и разного рода исключения из общей закономерности. Так, фенол и некоторые пестициды показали более высокий токсический эффект для взрослых рыб. Устойчивость взрослых особей существенно изменяется в течение года. Взрослые рыбы становятся особенно чувствительными в период нереста, когда организм претерпевает существенные перестройки, а его ресурсы направлены на формирование половых продуктов. Устойчивость молодых особей, не достигших половозрелости, изменяется по сезонам в меньшей степени. Контрольные вопросы 1. Какие нарушения структур и функций организмов вызваны токсическим действием веществ? 2. Как изменяются структурно-функциональные параметры гидробионтов в токсичной среде? 3. Какое влияние оказывают токсические вещества на процессы размножения гидробионтов? 4. Как факторы окружающей среды влияют на степень токсичности загрязнителей и состояние организма? 5. Какие варианты биологических эффектов возможны при взаимном влиянии нескольких токсикантов? 6. Какие свойства организма определяют его способность противостоять действию токсического вещества? 115

117 VII. Основные понятия токсикологии и проблема эколого-рыбохозяйственного нормирования Итогом загрязнения водоёмов является деградация их экосистем, когда изменения в судьбе отдельных особей гидробионтов, спровоцированные присутствием токсичного агента в среде, трансформируются в нарушения экологического масштаба. Повышенная смертность в популяции каждого индивида или снижение плодовитости приводят к сокращению относительной численности популяции и снижению её роли в биологическом сообществе водоёма. Измельчание членов популяции без повышения плодовитости приводит к сокращению биомассы популяции и соответственно к ослаблению роли трофического звена в экосистеме. Виды, малочувствительные к токсическому воздействию, могут получить дополнительные преимущества в экологической конкуренции, станут заполнять освободившиеся экологические ниши и их популяции могут существенно приумножаться, создавая видимость процветания. Не исключено, однако, что со временем и эти процветающие популяции постигнет судьба их исчезнувших конкурентов из-за накопления токсиканта в особях до критических уровней или истощения кормовой базы. В результате воздействия токсического фактора экосистема переходит из одного состояния в другое, а через некоторое время может стабилизироваться в этом новом состоянии. Итогом перестройки оказываются смена доминирующих видов, изменение трофических связей, упрощение структуры сообщества и пр. При сокращении общего числа видов в сообществе может возрастать число особей отдельных видов. Обычно большему токсическому воздействию в экосистеме подвержены организмы более высоких трофических уровней, т.к. эти организмы подвергаются не только прямому влиянию вещества, но и косвенному влиянию через связанные с ними организмы более низких уровней. В каждой из экологических групп преимущество получают главным образом мелкие или короткоживущие виды. Доминирование мелких видов в условиях загрязнения объясняют исчезновением хищников, в обычных условиях выедающих их, а так- 116

118 же более высокой способностью мелких видов с коротким жизненным циклом адаптироваться к новым условиям. 1. О понятиях нормы, патологии, чувствительности, устойчивости и кумуляции В сообществах гидробионтов, как и в отдельном организме, при токсическом воздействии происходят изменения структуры и функций, трансформация частных нарушений на уровне отдельных видов и групп в крупномасштабные перестройки всей экосистемы. В связи с этим понятия нормы и патологии, порога и предела допустимых изменений при токсическом воздействии становятся актуальными и в приложении к экосистемам. Под нормой подразумевают не только совокупность среднестатистических значений основных функциональных показателей и параметров состояния организма, но и средние отклонения этих значений от среднестатистического. Пределом отклонения величины параметра, после которого норма переходит в патологию, принимают диапазон, равный двум стандартным отклонениям (доверительному интервалу). Также вредными для организма считаются изменения, которые могут находиться в пределах физиологических колебаний, но переходят в патологические в условиях хронического загрязнения. Понятие нормы всегда оказывается связанным со значением конкретной функции организма или биологической системы. Чем большее число показателей учитывается, тем больше вероятность того, что какой-то из них окажется за пределами нормы даже без воздействия токсического фактора. Для биолога основным условием нормы любой совокупности контролируемых функций является сохранность популяции и вида в целом. Помимо понятия биологической нормы, Н.С. Строганов предложил понятие нормы хозяйственной. Оно подразумевает пригодность гидробионтов для использования человеком. Так, рыбы или моллюски могут относительно нормально существовать в загрязняемой акватории, но при этом терять своё промысловое значение из-за снижения качества. Переход от нормы к патологии всегда связан с некоторым порогом. Порог вредного действия вещества в токсикологии определяют как минимальную концентрацию его в окружающей среде, при воздействии которой возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций. 117

119 Для организма в целом таким порогом оказывается порог для наиболее чувствительной или лимитирующей функции. В зависимости от условий среды и состояния организма роль лимитирующей может переходить от одной функции к другой. В условиях экосистем ассортимент изменяющихся функций ещё более широк, чем для отдельно взятого организма. Традиционно в токсикологии мерой воздействия токсического агента на организм являются доза и продолжительность её действия. С увеличением дозы и времени действия вещества эффект обычно возрастает. Под дозой подразумевается общее количество вещества, введённое в организм, и количество вещества на единицу массы всего биологического объекта или на единицу массы только критического органа. В водной токсикологии интенсивность воздействия чаще всего характеризуется концентрацией вещества в среде обитания гидробионта. Отождествлять понятия дозы и концентрации не следует. Понятие дозы в экотоксикологии может быть отнесено только к общему количеству загрязняющего вещества, поступившего в конкретный промежуток времени в экосистему. Таким образом, понятия дозы, т.е. общего количества сброшенного в водный объект потенциально токсичного вещества, может быть применено к экосистеме, но не к находящимся в ней организмам. Обычно концентрация загрязняющего вещества в водной токсикологии выражается в мг/л, реже в г/л и мкг/л. При этом чаще всего имеют в виду исходную концентрацию токсического агента. С течением времени могут изменяться и концентрация действующего агента, и его биологический эффект. Поэтому при характеристике эффекта, наряду с концентрацией вещества, всегда нужно указывать время, за которое данный эффект сформировался. Время в водной токсикологии обычно выражают в часах и сутках, реже в минутах или месяцах. Эффект воздействия на биологический объект проявляется в качественном и количественном изменении контролируемых характеристик объекта, вызываемом токсичным веществом. Количественно эффект может выражаться в размерностях контролируемой функции. Так, смертность характеризуется количеством погибших при воздействии токсиканта особей, влияние токсичности на плодовитость оценивают через уменьшение числа новорождённых особей в токсичной среде, замедление роста в граммах или миллиграммах, на число которых замед- 118

120 ляется рост отравленных организмов. Однако чаще всего эффект выражается в процентах от значения контролируемого показателя по отношению к исходному уровню или по сравнению с аналогичным показателем в контрольной выборке. При этом либо соотносятся количественные значения параметра в опыте и в контроле, либо оценивается количество особей, у которых наблюдаются признаки интоксикации. С увеличением концентрации или времени экспозиции эффект токсиканта обычно возрастает. Исключения составляют так называемые концентрационные яды, которые действуют по пороговому принципу, т.е. действие которых проявляется лишь по достижении определённого уровня содержания вещества в тканях (например, цианистые соединения). Связь эффекта вещества E с концентрацией C и временем t описывают некоторыми уравнениями общего вида, такими как формула Габера для ядов кумулятивного действия E C t. Если часть вещества, обладающего кумулятивным действием, расходуется на побочные реакции или выводится без биологических последствий, то в уравнение должно быть введено уточнение E ( C C ) t, где C 0 максимальная недействующая концентрация токсиканта. Графические изображения зависимостей «доза-эффект», «концентрация-эффект» и «время-эффект» могут рассматриваться в качестве кривых распределения организмов или их отдельных функций по устойчивости к токсическому воздействию. Общий характер этих зависимостей сходен и обычно отображается S-образной кривой. Такое распределение может быть представлено в интегральной или дифференциальной форме. В небольшие сроки или при наименьших концентрациях на графике выявляется эффект воздействия на наиболее чувствительные особи. Более устойчивые особи или функции подвержены воздействию больших доз и в более поздние сроки. Концентрации токсикантов разграничиваются по их способности оказывать тот или иной эффект на биологический объект за определённое время. В зависимости от величины вызываемого эффекта выделяют максимальные неэффективные концен

121 трации (ЭК 0) или концентрации, вызывающие за определённое время тот или иной эффект, выраженный в процентах, например ЭК 50, ЭК 100. По способности вызывать летальное действие выделяют соответственно концентрации летальные и концентрации, вызывающие смерть части особей. Их обозначают ЛК 0, ЛК 50 и ЛК 100 за конкретный промежуток времени. Максимальная абсолютно летальная (ЛК 100) и максимальная нелетальная (ЛК 0) концентрации, как зависящие от числа особей в выборке, используются относительно редко. В качестве более стабильного показателя токсичности чаще используется величина полуэффективной или полулетальной концентрации за фиксированное время, например за 48 часов (ЛК 50 за 48 часов или 120 ЛК ). Однако такая величина трудно применима для характеристики пограничных концентраций, в результате чего остаётся проблема оценки пороговых уровней воздействия. Для решения практических задач токсикометрические оценки обычно проводятся в диапазоне минимальных действующих концентраций, в частности сублетальных. Разные авторы предлагают шкалу концентраций обеспечения, стимулирования, экологической валентности, экстремальной (сублетальной), летальной и др. Токсическое загрязнение является одним из таких факторов, к которому может формироваться акклимация. Возникающая устойчивость многих видов к химическому воздействию обусловлена существованием у них «генов резистентности», способных так изменять обмен, что вредоносный эффект токсиканта ослабляется (рис. 12). При этом реализуется резистентность устойчивых к токсичности линий видов в процессе естественного отбора в ряду поколений. В соответствии с этим разделяют адаптации фенотипические и генотипические, однако фенотипические адаптации, по существу, являются формой реализации адаптаций генотипических. В качестве адаптации можно рассматривать не только сохранение внутренней среды организма, но и выбор условий окружающей среды. Чаще всего это связано с поведенческими адаптациями. В случае загрязнения вод гидробионты уходят из загрязняемой акватории, как это происходит у рыб, или могут изолироваться от окружающей среды, как это происходит у моллюсков или личинок насекомых, герметично закрывающих свои створки или домики, переходя на анаэробный обмен

122 Рис. 12. Зависимость токсического эффекта от времени действия или концентрации действующего вещества. Источник: Филенко, Михеева, 2009, с изменениями В качестве адаптивных перестроек на уровне популяций можно рассматривать как ускорение размножения (даже на фоне увеличения смертности особей), так и увеличение продолжительности жизни особей (на фоне возможного угнетения размножения), отмечаемые при различной степени загрязнения. На уровне сообществ и экосистем адаптивными являются замещения чувствительных видов более резистентными к сложившемуся уровню загрязнения вод и существенные увеличения биомассы некоторых видов при сокращении видового разнообразия. Итогом таких перестроек может явиться не только угнетение, но и возрастание продуктивности и уровня обменных процессов. В тесной связи с понятиями нормы и порога находятся понятия чувствительности и устойчивости. Понятие чувствительности имеет два аспекта качественный и количественный. В качественном отношении чувствительность обозначает способность функций и систем организма отвечать на внешние воздействия. В количественном отношении 121

123 чувствительность чаще всего используется для сопоставления между собой реактивности на внешние воздействия организмов, функций или процессов. Один объект считается более чувствительным, чем другой, если нарушение его функции происходит раньше, при меньших концентрациях или выраженность такого нарушения оказывается сильнее. При характеристике действия токсичного вещества оценивают ответ одной или нескольких функций биологического объекта. Если исследуется совокупность показателей, то общая чувствительность объекта устанавливается по самой чувствительной из функций. Вместе с тем, сколько бы функций не контролировалось, всегда остается вероятность того, что существует нерегистрируемый показатель, более чувствительный, чем другие. Таким образом, при количественной оценке в определении чувствительности, как и в определении нормы, всегда присутствует элемент условности. Количественно чувствительность может быть выражена через минимальную концентрацию. В связи с этим единицами измерения чувствительности могут служить единицы концентрации вещества, времени или единицы выражения эффекта (например, в процентах). При оценке в величинах концентрации или времени экспозиции сигналом реакции биологической системы служит минимальное статистически достоверное отклонение функции от значения в контроле. Таким образом, понятие чувствительности является относительным, и поэтому существует необходимость введения ограничивающих условий. С учётом этих условий понятие чувствительности может быть определено как наименьшая величина токсического воздействия (концентрация или продолжительность экспозиции), вызывающая отклонение биологического или экологического показателя от значения аналогичного показателя в контрольной группе не менее чем на некоторую обусловленную величину. Устойчивость организма к токсическому воздействию может быть оценена по пределу воздействия (концентрации или продолжительности воздействия), за которым наступает гибель. В буквальном смысле экосистема «погибнуть» не может, возможен лишь её переход в иное состояние. Само понятие устойчивости может быть определено как наибольшая величина токсического воздействия, вызывающая отклонение биологического или эко- 122

124 логического показателя (от значения аналогичного показателя в контрольной группе). Чувствительность и устойчивость организма к токсическому воздействию являются понятиями не только относительными, но и меняющимися в результате изменения свойств окружающей среды и состояния организма. Так, сохранение бактерий и водорослей в загрязняемых экосистемах при исчезновении более высоких трофических звеньев может быть обусловлено тем, что в сообществах бактерий и водорослей происходит замена видов, легко поражаемых при токсическим воздействии, видами более устойчивыми к этому воздействию. Кроме того, виды, имеющие короткий жизненный цикл и высокую численность, такие как водоросли и бактерии, имеют повышенные возможности для генотипической адаптации к воздействию неблагоприятных факторов среды. Понятия устойчивости и чувствительности имеют непосредственное отношение к решению экологических задач. Под токсикологической кумуляцией имеется в виду накопление вещества в тканях (материальная кумуляция) и накопление в организме необратимых нарушений (функциональная кумуляция). В случае материальной кумуляции биологическое действие сказывается только в течение периода связывания молекул рецепторов в клетке. Длительность эффекта кумуляции в этом случае определяется временем существования комплекса токсикант рецептор. Полагают, что если молекулы вещества покидают рецептор в химически неизменном виде, то сами рецепторы возвращаются к первоначальному активному состоянию. При функциональной кумуляции молекула токсиканта после взаимодействия с молекулой-рецептором в измененном или неизмененном виде может быть удалена из организма, а молекуларецептор остается необратимо измененной и не может выполнять нормальных функций. Накопление в клетке таких повреждений происходит независимо от изменений содержания токсического агента или его биологически активных производных. Чем медленнее происходит в клетке репарация повреждений, тем выше способность вещества к функциональной кумуляции. Для оценки эффекта функциональной кумуляции в медицинской токсикологии используют дробные введения, а показателем кумулятивности служит соответствующий коэффициент (К), вычисляемый как соотношение эффективных доз (ЭД), вы- 123

125 зывающих одинаковый биологический эффект при дробном (n) и однократном введении: K ( ЭД n) ЭД 50. Считается, что если К меньше 1, то имеет место сенсибилизация. По мере роста коэффициента выше единицы кумулятивная эффективность вещества снижается. В водной токсикологии вместо доз на организм действуют концентрации на протяжении некоторого промежутка времени. Режим токсического воздействия в результате определяется интенсивностью поступления вещества в ткани. В результате предлагается, например, связывать величину коэффициента кумуляции (К) с углом наклона зависимости «концентрация эффект»: остр остр остр ЛК100 ЛК50 ЛК50 ( ) остр остр ЛК50 ЛК0 K, хр хр хр ЛК100 ЛК50 ЛК50 ( ) хр хр ЛК ЛК остр остр остр где ЛК, 0 ЛК, 50 ЛК соответственно максимальная 100 нелетальная, полулетальная и минимальная абсолютно летальная концентрации в остром опыте; ЛК, хр хр хр 0 ЛК, 50 ЛК то же 100 в хроническом опыте. Чем круче зависимость, тем кумуляция выше, тем слабее адаптационно-компенсаторные реакции организма. В большинстве случаев наблюдается одновременное проявление обеих форм кумуляции для одного и того же вещества (Филенко, Михеева, 2009). 2. Принципы эколого-рыбохозяйственного нормирования Главная задача нормирования предотвращение опасного загрязнения объектов окружающей среды. Для снижения риска экологически опасного загрязнения водной среды в систему охраны окружающей среды введены предельно допустимые уровни (ПДУ) присутствия в водной среде веществ антропогенного

126 происхождения. Основным лимитом, ограничивающим загрязнение, служит предельно допустимая концентрация (ПДК) каждого из таких веществ. Эффект, вызываемый ими, признаётся в качестве относительно безвредного и в связи с этим допустимого. В основу методологии нормирования, помимо биологических и медицинских принципов, должны включаться принципы экологические и социальные. Поэтому, наряду с ПДК санитарно-гигиенического назначения, призванными предотвратить риск отравления человека, существуют лимиты, защищающие население водоёмов. Поскольку их основное назначение сохранение качества среды, пригодного для обитания промысловых объектов и их кормовой базы, а сфера приложения всё полезное население водоёмов, то они называются эколого-рыбохозяйственными ПДК (см. приложение 6, 7). Эколого-рыбохозяйственные ПДК представляют собой максимальную концентрацию загрязняющего вещества в воде водного объекта, при которой в водоёме не возникает последствий, снижающих его рыбохозяйственную ценность в настоящее время и в перспективе, или затрудняющих его рыбохозяйственное использование. Помимо ПДК могут устанавливаться ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ), представляющие собой временные (действующие до 2 лет) эколого-рыбохозяйственные нормативы содержания загрязняющих веществ в воде водных объектов. Назначение таких нормативов продиктовано необходимостью решения вопросов о допустимости закупки вещества за рубежом, организации производства, использования того или иного соединения в народном хозяйстве с последующим установлением допустимого уровня его содержания в воде рыбохозяйственных водоёмов. При внедрении веществ, на которые установлены ОБУВ, в действующие технологии и планировании широкого их использования в промышленности и сельском хозяйстве водопользователь обязан обеспечить организацию исследований по определению ПДК этих веществ (Шиленко и др., 1999). Эколого-рыбохозяйственные нормативы загрязняющих веществ для водных объектов остаются основным критерием оценки экологической опасности загрязнения водной среды. В «Методических указаниях по установлению экологорыбохозяйственных нормативов (ПДК и ОБУВ) загрязняющих 125

127 веществ для водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение», обращается внимание на следующие принципы установления нормативов: - при определении допустимых уровней для каждого компонента и системы в целом необходимо ориентироваться на самое чувствительное звено в ассортименте контролируемых показателей эффекта; - в процессе экспериментальных оценок токсичности испытания должны быть в обязательном порядке проведены хотя бы на одном представителе каждой из основных экологических групп водного сообщества; - показатели эффекта вещества разграничиваются на основные (интегральные) и вспомогательные (частные); - нормативы в качественном и количественном отношениях должны обеспечиваться химико-аналитической базой в настоящий момент или в ближайшей перспективе; - для каждого из химических соединений может быть установлена только одна величина эколого-рыбохозяйственного норматива (за исключением случаев, предусмотренных условиями регионального нормирования); - уровень токсикорезистентности культур и выбор тестобъектов может со временем меняться в связи с изменением внешних условий и внутренних свойств организмов; - тест-объекты должны периодически контролироваться по эффекту воздействия на них токсиканта, для чего определяется ЭК 50 за 48 часов. В качестве токсиканта сравнения рекомендуют бихромат калия. С учётом основных положений информация, необходимая для вынесения решения о рекомендуемом нормативе, должна включать оценку по ряду основных тест-объектов (рис. 13) представителей бактерий, водорослей, высшей водной растительности, зоопланктона, зообентоса и рыбы (см. приложение 8). Для регистрации состояния бактерий в экспериментах предлагается использовать набор таких основных показателей: - численность сапрофитов, которая значительно возрастает, превышая численность в контроле, если исследуемое вещество легко усваивается бактериями, и снижается, если вещество токсично; 126

128 - дыхание бактерий, определяемое по БПК 5, которое характеризует физиологическую активность бактерий и не всегда коррелирует с численностью бактерий; - контроль концентрации растворённого кислорода, которая характеризует аэробность среды в условиях развития микрофлоры; - концентрация аммонийного азота, отражающая активность метаболизма сапрофитов-аммонификаторов; - концентрация азота нитритов, которая снижает активность нитрификаторов 1-й фазы; - концентрация азота нитратов, которая отражает активность нитрификаторов 2-й фазы; - влияние микрофлоры на активную реакцию среды (ph). Рис. 13. Гидробионты разных систематических групп, часто используемые в качестве тест-объектов: 1 Chlorella, 2 Scenedesmus, 3 Elodea canadensis, 4 Paramecium caudatum, 5 Daphnia magna, 6 Lymnaea stagnalis, 7 Chironomus dorsalis, 8 Danio rerio. Источник: Жизнь пресных, 1949; Полканов, 1981 Длительность наблюдения обусловлена сроком полной минерализации азотсодержащей органики в нормальных условиях до стабильной формы азота в виде нитратов. Момент окончания 127

129 процесса определяется выходом концентрации нитратов в контрольном экспериментальном сосуде на стационарный уровень, происходящим на е сутки. Действие вещества на процессы первичного продуцирования органического вещества и кислорода определяется с использованием в качестве тест-объектов культур рекомендуемых видов водорослей и высших растений. Для токсикологических исследований используют виды зелёных водорослей, относящиеся к родам Scenedesmus (S. quadricauda, S. acuminatus) и Chlorella (Ch. vulgaris, Ch. pyrhoidosa). Контролируются численность клеток в культуре и ряд других показателей. Из высших водных растений в схеме определения экологорыбохозяйственных нормативов ПДК представлены (на выбор) два вида укореняющаяся Elodea canadensis, у которой основная часть стебля взвешена в толще воды, и плавающая Lemna minor, у которой в толще воды только корешки. У растений контролируются выживаемость и численность, рост стебля, побегов и корешков. Продолжительность наблюдения за этими тест-объектами ограничивается тридцатью сутками. Действие вещества на организмы зоопланктона исследуют на примере инфузорий и ракообразных. Выбор инфузории Paramecium caudatum в качестве тест-объекта был обусловлен тем, что благодаря сочетанию в парамеции признаков клетки и организма на ней можно изучить как клеточные, так и организменные формы реакции на токсическое воздействие. Возможность культивирования в широком диапазоне температур позволяет использовать их для экспериментальных работ в любое время года. Из ракообразных в настоящее время наиболее часто используют Daphnia magna стандартный биотест для токсикологических исследований в ряде стран, и Ceriodaphnia affinis, цикл развития которой в 2 раза короче, чем дафний. Продолжительность испытаний от несколько часов до нескольких суток. Из пресноводных бентосных организмов инфауны для проведения токсикологических опытов используется мотыль Chironomus dorsalis. В список приоритетных тест-объектов включены двустворчатые моллюски, пиявки, инфузории (Филенко, Михеева, 2009). При оценке действия вещества на рыб как на стадиях эмбриогенеза (личинки, малька), так и на сеголеткок и взрослых рыб, 128

130 учитываются результаты определения материальной и функциональной кумуляции. В методических указаниях описан порядок работы с рыбой Danio rerio, но, наряду с этим видом, могут быть использованы вьюн, осётр, радужная форель. Рыбы различаются по чувствительности: высокочувствительные - лососевые (форель, пелядь), голец, судак, плотва, пескарь, верховка; среднечувствительные голавль (в возрасте до 1+), гольян, лещ, окунь, краснопёрка; слабочувствительные голавль (в возрасте 2+ и старше), карп, карась. Оценка генотоксичности вещества предусматривает учёт генных мутаций (тест Эймса), и, в случае необходимости, определение хромосомных аббераций в эпителии хрусталика рыб, частоты хромосомных аббераций в клетках жаберного эпителия рыб Nothobranchius rachovii, учёт частоты образования микроядер в эритроцитах рыб и микроядерный тест на эпителии гуппи, определение генотоксичности веществ по их действию на дифференциальную активность генов. Химическая устойчивость и стабильность токсичности загрязняющих веществ в растворах определяются химическим методом и приёмом биотестирования. В случае необходимости в общий список тест-объектов могут быть добавлены чувствительные местные виды. Максимально допустимая концентрация для наиболее чувствительного тест-объекта может рассматриваться в качестве ПДК исследуемого вещества. Для пестицидов также учитывается коэффициент запаса, установленного по стабильности и кумуляционной активности вещества. Экспериментальные исследования по разработке ПДК при необходимости могут быть дополнены натурными исследованиями. При величине ПДК вещества мг/л и менее поступление его в водоём недопустимо и вещество не рекомендуется для внедрения в производство и практику. Для смесей постоянного состава устанавливается такая величина норматива, при которой не превышаются нормативы ни на один из её компонентов. Региональные нормативы могут разрабатываться для химических элементов, встречающихся в природных водах отдельных геохимических провинций в относительно повышенных или пониженных концентрациях, а также для техногенных аналогов тех веществ, которые обычны для природных вод и сброс которых требует учёта типа принимающего водного объекта и особенностей водосборной территории. К ним относятся веще- 129

131 ства, способные повышать сапробность вод (легкоутилизируемые органические соединения и соли биогенных элементов), изменять солевой режим (минерализацию) и ph природных вод, изменять концентрацию взвешенных (минеральных) веществ природного происхождения (при золотодобыче и других гидромеханизированных работах), а также соединения и комплексы гуминовых кислот. Хотя концепция нормирования не решает всех проблем, связанных с предотвращением экологически опасного загрязнения водной среды, существование лимитов допустимого загрязнения остаётся единственным средством сдерживания такого загрязнения (Филенко, Михеева, 2007). Контрольные вопросы 1. Что понимается в токсикологии под нормой, патологией, дозой и концентрацией вещества? 2. Как связаны между собой концентрация токсиканта и время его действия? 3. Какие адаптивные перестройки происходят у особей и популяций в ответ на действие токсикантов? 4. Как в токсикологии определяют понятие чувствительности и выражают её количественно? 5. По каким критериям определяют устойчивость организма, экосистемы? 6. Что такое материальная и функциональная кумуляция? 7. Что такое эколого-рыбохозяйственные ПДК и ОБУВ? 8. По каким основным критериям принимают нормативы загрязняющих веществ? 9. Назовите основные тест-объекты в биотестировании загрязняющих веществ. 130

132 VIII. Оценка качества воды по биологическим показателям В системе мониторинга последствий антропогенного загрязнения водной среды большое место занимает анализ биологической структуры сообществ, позволяющий оценить состояние водоёма с помощью разнообразных методов биоиндикации. Г.Г. Винберг (1981) в оценке последствий загрязнения по степени нарушенности водной экосистемы придавал биологическим методам решающую роль, в то время как химические или физические методы обнаруживают, в лучшем случае, наличие загрязнений, но не их последствия. Ценность данных, получаемых в результате биологического анализа качества воды, состоит в том, что начинающиеся изменения в структуре и функционировании биоценоза служат сигналом неблагополучия в состоянии водоёма ещё до того, как концентрации отдельных химических соединений достигли или превысили уровни предельно допустимых концентраций (ПДК), а общие показатели качества воды соответствуют требованиям «Правил охраны поверхностных вод». По существу, биологические методы дают возможность принять профилактические меры по охране водоёмов. 1. Токсикологический контроль водной среды Критериями оценки качества является любая совокупность количественных показателей, характеризующих свойства изучаемых объектов и используемых для их классифицирования или ранжирования. Качество вод пресных водоёмов и водотоков осуществляется по трем основным аспектам, включающим следующие комплексы показателей: - связанные с физико-географическим и гидрологическим описанием водоема, как целостного природного или водохозяйственного объекта; - контролирующие состав и свойства водной среды, дающие формализованную оценку качества воды и ее соответствия действующим нормативам; - совокупно оценивающих специфику структурнофункциональной организации сообществ гидробионтов и динамику развития водных биоценозов. 131

133 Гидрографическое описание водоема включает большое количество показателей, оценивающих место расположения, ландшафтные, природно-климатические и геологоморфологические особенности, топологию русла или котловины днища, гидродинамику водных и ветровых потоков, характеристику водоохранной зоны, эстетическое восприятие, стадии рекреационной дигрессии, условия и интенсивность поступления в водоём загрязняющих веществ от точечных и распределенных источников, схему и условия водопользования и др. При определении степени экологического неблагополучия водоемов оцениваются два основных фактора: - опасное для здоровья людей снижение качества питьевой воды и санитарно-эпидемиологического загрязнения водных объектов рекреационного назначения; - создание угрозы деградации или нарушения функций воспроизводства основных биотических компонентов естественных экологических систем водоемов. Как экологическое, так и санитарно-гигиеническое нормирование основаны на знании негативных эффектов, являющихся результатом биохимического воздействия разнообразных факторов на отдельные рецепторы, физиологические системы организмов или их популяций. Одним из важных понятий в токсикологии и медико-биологическом нормировании является понятие вредного вещества. В специальной литературе принято называть вредными все вещества, воздействие которых на биологические системы может привести к отрицательным последствиям как в результате однократного действия, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений (ГОСТ ). Предельно допустимая концентрация (ПДК) максимальное количество вредного вещества в единице объёма (воздуха, воды или других жидкостей) или веса (например пищевых продуктов), которое при ежедневном воздействии в течение неограниченно продолжительного времени не вызывает в организме каких-либо патологических отклонений, а также неблагоприятных наследственных изменений у потомства. Для установления ПДК используют результаты биологических экспериментов, а также материалы систематических наблюдений за состоянием популяций и экосистем, подвергшихся воздействию вредных 132

134 веществ. Пороги хронического действия для различных видов являются основой обоснования ПДК. В соответствии с Санитарными правилами и нормами Сан- Пин питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. В ходе обоснования ПДК каждого вещества предварительно определяется класс опасности, который характеризует следующие свойства: - способность к накоплению в организме и кумуляции эффекта вредного действия; - вероятность вызова отдаленных последствий; - скорость резорбции вещества тканями живого организма. В связи с этим все загрязняющие вещества делят на следующие классы опасности: - 1 класс - чрезвычайно опасные вещества, для которых проводится полная схема тестирования (острый, подострый, хронический и пожизненный опыты на разных группах животных); - 2 класс высокоопасные вещества, изучаемые по развернутой схеме; - 3 класс опасные соединения, для которых не ставится хронический эксперимент; - 4 класс умеренно опасные вещества, нормируемые по экспрессной схеме. Как правило, для каждого вещества одновременно с ПДК устанавливается лимитирующий или минимальный из всех перечисленных значений показатель вредности (ЛПВ). Этот показатель определяется по наиболее чувствительному к этому веществу параметру экосистемы и водного объекта: - токсикологический прямое воздействие вещества на водные организмы; - санитарный вещество вызывает нарушение экологических условий, а именно изменение трофности водоёмов, их гидрохимических показателей (концентрацию кислорода, ph, БПК 5), приводит к увеличению численности сапрофитной микрофлоры; - санитарно-токсикологичекий совокупное действие вещества на водные организмы и санитарные показатели водоёмов; 133

135 - органолептический образование плёнок, пены, появление посторонних привкусов и запахов в воде; - рыбохозяйственный изменение товарных качеств промысловых водных организмов. ЛПВ имеет значение при оценке комбинированного действия смеси веществ. Например, при обнаружении в питьевой воде нескольких химических соединений, относящихся к 1 и 2 классам опасности и нормируемых по одному и тому же признаку вредности, необходимо определить сумму отношений фактических концентраций C каждого из них к величине его ПДК. В результате эта сумма не должна превышать 1.0 (СанПиН ): C1 С2 Сn ПДК ПДК ПДК 1 2 В литературных источниках можно найти обширный материал по разработанным системам классификации пресноводных водоёмов, имеющим разную степень «законодательной» силы и использующим различные комплексы гидрохимических и гидробиологических показателей. Традиционно выбирается некоторая шкала с числом градаций от 3 до 7, например: «очень чисто» «чисто» «не очень чисто» «не очень грязно» «грязно» «очень грязно» «катастрофически грязно» (Шитиков и др., 2003). Федеральный закон «Об охране природы» 2002 г. для оценки зон экологического бедствия и зон чрезвычайных ситуаций предписывает использовать соответствующий документ Минприроды РФ (Критерии оценки..., 1994), в котором экологическая обстановка классифицируется по возрастанию степени неблагополучия следующим образом: - относительно удовлетворительная; - напряженная; - критическая; - кризисная (или зона чрезвычайной экологической ситуации); - катастрофическая (или зона экологического бедствия). Обобщенное заключение о степени санитарногигиенического неблагополучия может быть сделано на основании стабильного сохранения негативных значений нескольких n 134

136 основных показателей в течение достаточно длительного периода (не менее одного года). Однако в случае загрязнения водоёмов и питьевой воды патогенными микроорганизмами или возбудителями паразитарных заболеваний, а также особо токсичными веществами заключение о неблагополучии может быть сделано на основании одного критерия (см. приложение 9). Традиционным способом определения балльных оценок является применение формулы C i i, ПДКi где C i фактическая концентрация i-го вещества в воде. Соответственно комплексная оценка качества воды рассчитывается по формуле W i, i C ПДК где суммирование выполняется по показателям, имеющим общий характер комбинаторного действия, в частности, одинаковый лимитирующий признак вредности (ЛПВ) (см. приложение 9). Госкомгидрометом СССР установлен индекс загрязнения воды (ИЗВ), который наиболее часто используется для оценки качества водных объектов по гидрохимическим показателям (Временные методические..., 1986). Этот индекс является типичным аддитивным коэффициентом и представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов: 1 n Ci ИЗВ n ПДК, где C i концентрация компонента (в ряде случаев значение физико-химического параметра), n число показателей, используемых для расчета индекса; ПДК i установленная величина норматива для соответствующего типа водного объекта. При расчете индекса загрязнения вод для всех нормируемых компонентов, включая водородный показатель рн, биологическое потребление кислорода БПК 5 и содержание растворенного кислорода, находят отношение Ci ПДК i фактических кон- i i i

137 центраций к предельно допустимой. ИЗВ рассчитывают строго по 6 показателям (для морских вод по 4), имеющим наибольшие значения приведенных концентраций независимо от того, превышают они ПДК или нет. В настоящее время (Метод комплексной, 2002) применяется комбинаторный индекс загрязнения воды (КИЗВ), условно оценивающий загрязнённость воды водного объекта комплексом загрязняющих веществ в условиях их одновременного присутствия. КИЗВ может быть рассчитан по любому числу и перечню ингредиентов, для которых определены ПДК или другие нормативы концентраций. Обязательный перечень включает 15 ингредиентов и показателей качества воды: растворённый кислород, БПК 5, ХПК, фенолы, нефтепродукты, нитрит-ионы, нитрат-ионы, аммоний-ионы, железо общее, медь, цинк, никель, марганец, хлориды и сульфаты. Кроме обязательного перечня конкретные водопользователи определяют уровень загрязнённости по дополнительным ингредиентам, которые важны при решении производственных задач или имеют локальное распространение. Для сравнения степени загрязнённости воды в разных створах, пунктах и при различиях в программах наблюдений введён удельный комбинаторный индекс загрязнённости воды (УКИЗВ). Этот относительный комплексный показатель оценивает долю загрязняющего эффекта, вносимого в общую степень загрязнённости воды в среднем одним из учтённых при расчёте КИЗВ ингредиентов и показателей качества воды. Классификация качества воды по степени загрязнённости осуществляется с учётом числа критических показателей загрязнённости и повторяемости случаев превышения ПДК (в зависимости от величин КИЗВ и УКИЗВ), участки водных объектов подразделяют на 5 классов: «условно чистая», «слабо загрязнённая», «загрязнённая», «грязная», «экстремально грязная». Во всех регионах России по строго унифицированным подробным методикам (Метод комплексной, 2002) проводится постоянная оценка уровня загрязнения поверхностных вод, результаты контроля публикуются в ежегодных докладах «О состоянии и об охране окружающей среды» министерствами природных ресурсов того или иного региона. 136

138 2. Биоиндикация Качество воды может быть установлено гидрофизическими и гидрохимическими методами, но оно никогда не будет полным без использования биологического метода. Первые два позволяют судить преимущественно об интенсивности антропогенной нагрузки, в то время как биологический метод дает возможность судить о последствиях этих воздействий, о степени нарушения «нормального» состояния экосистемы. Интерес к гидробиологическим методам во многом был возрожден обстоятельными исследованиями K. Меца (Абакумов, 1981), предложившим списки гидробионтов-антагонистов, встречающихся только в исключительно или в сильно загрязненных водах, а также списки «промежуточных» форм, характеризующих различные уровни загрязнения. Санитарно-экологическая характеристика многих гидробионтов, данная К. Мецем, вполне соответствует современной классификации гидробионтов индикаторов сапробности. В дальнейшем шло накопление данных и систематизировались сапробные комплексы гидробионтов. Расширение списков сапробных организмов позволяло дать сравнительную оценку влияния различных сточных вод на качество воды водоёмов и водотоков. Классическая система показательных организмов была создана ботаником Р. Кольквитцем и зоологом М. Марссоном. В статье, опубликованной в 1902 г. и содержавшей подробное изложение вопроса о гидробиологическом анализе воды, эти учёные предложили дать установленным Мецем двум основным группам показательных организмов-антагонистов название сапробионты (от греч. sapros гнилой) для обитателей сточных вод и катаробионты (от rpeч. katharos чистый) для организмов, населяющих исключительно чистые воды. Под сапробностью авторы системы понимали способность организмов развиваться при большем или меньшем содержании в воде органических загрязнений. Позднее экспериментально было доказано, что сaпpoбность организма обусловливается как его потребностью в органическом питании, так и резистентностью по отношению к вредным продуктам распада и дефициту кислорода в загрязненных водах. Кольквитц и Марссон разделили сапробионтов на три группы: 137

139 - организмы собственно сточных вод полисапробионты (р-сапробы); - организмы загрязненных вод мезосапробионты (две подгруппы: -мезосапробы и β-мезосапробы); - организмы слабо загрязненных и чистых вод олигосапробионты (о-сапробы). В 1908 г. Кольквитц и Марссон опубликовали обширный список показательных растительных организмов, а в следующем году обширный список видов индикаторов животных организмов, которые в дальнейшем пополнялись. Г.И. Долгов и Я.Я. Никитинский (1926, 1927), обобщив опыт отечественных и зарубежных исследователей, внесли некоторые изменения в списки Кольквитца-Марссона. Над уточнением списков видов-индикаторов работали многие зарубежные исследователи. Наиболее существенные изменения внесли М. Зелинка и П. Марван (Zelinka, Marvan, 1961), В. Сладечек (Sládeček, 1969, 1973), А.В. Макрушин (1974). Варианты списков видов-индикаторов даны в «Унифицированных методах исследования качества вод» (1977). Системы видов-индикаторов сапробности вод положены в основу гидробиологических методов оценки качества вод в среднеевропейских странах. Они хорошо известны и в той или иной мере наряду с другими методами применяются в разных странах (Винберг, 1981). Выдающуюся роль в дополнении и совершенствовании системы индикаторов сапробности вод сыграл чешский гидробиолог В. Сладечек. В его книге (Sládeček, 1973) опубликован самый полный список около 2000 видов индикаторов сапробности. Существующая ныне система индикаторных организмов не универсальна для всех материков и наиболее применима в европейской части Палеарктики. Более того, первоначальный смысл термина «сапробность» как способность организмов обитать в загрязненных органическими веществами водах утрачен из-за повсеместного преобладания промышленных загрязнений над бытовыми стоками, относительно которых строилась изначально система Кольквитца-Марссона, но термин продолжает благополучно использоваться для характеристики степени общего загрязнения. Как бы утверждая термин на дальнейшее существование, Г.Г. Винберг (1981) отмечает: «В системах индикаторных организмов сконцентрирован огромный опыт ряда 138

140 поколений исследователей многих стран. Несмотря на многие недостатки этих систем, в руках квалифицированных специалистов они исправно служат для быстрого и хорошо документированного обнаружения даже малых различий в загрязненности вод, что нередко недоступно для менее чувствительных и более дорогостоящих химических методов. Признав полезность и даже необходимость использования и усовершенствования систем видов-индикаторов сапробности вод, следует подчеркнуть, что подразумевается использование её в комплексе с другими методами исследования». 3. Биотические индексы Биологическое качество водных экосистем в целом и их участков можно оценивать через структуру сообществ. Структура сообществ характеризуется видовым составом и показателями обилия организмов индикаторов разного уровня загрязнений вод. Каждый организм осваивает среду обитания в пределах своих морфофизиологических характеристик (адаптаций) или толерантности. Концепция организма-индикатора лежит в основе биотического индекса. Каждый биотический индекс может быть специфичным для одного, возможно, двух-трех типов загрязнения, но не может быть чувствительным ко всем видам загрязнения (органическому, нефтяному, металлами, детергентами, пестицидами и т.д.). Биотические индексы должны отражать специфику загрязнений с учётом географии распространения видов растений и животных. Наличие или отсутствие вида в сообществе должно соотноситься с ареалом вида. Расширение ареала может быть показателем загрязнения, например теплового в северных широтах. В отличие от индексов разнообразия биотические индексы базируются на специфических (биологических, экологических, физиологических) особенностях организмов-индикаторов. А.В. Макрушин (1974), обобщив большое число отечественных и зарубежных работ, систематизировал апробированные методы биологического анализа качества вод и разделил их на две группы. В первой объединены все системы и способы, в которых результаты анализа истолковываются на основе численного значения показательных организмов (индикаторных). Во второй группе рассматриваются способы оценки степени за- 139

141 грязнения по видовому разнообразию сообщества водных организмов на загрязненных и незагрязнённых участках. Качество воды может быть оценено при помощи структурных и функциональных показателей сообществ, представленных величинами биотических индексов. Если для величин биотических показателей разработаны шкалы оценки качества вод, то видовое разнообразие, структурные и функциональные показатели, как правило, сравниваются с данными по незагрязняемому участку водного объекта или по эталонному водоёму. При этом важную роль отводят исследованиям реакции на загрязнение бентосных сообществ, поскольку их результаты позволяют интегрально оценить уровень воздействия неблагоприятных внешних факторов на биоту (Макрушин, 1974; Balushkina, 2002; Шитиков и др., 2003). Видовое богатство. Очевидно, число видов гидробионтов снижается на участках, подверженных загрязнению, по сравнению с фоновыми. Если провести подробную видовую идентификацию биоты водоёма не представляется возможным, то сравниваются показатели видового обилия по отдельным сообществам или таксонам водных беспозвоночных. В этом случае такие сообщества или таксоны должны быть широко представлены и многочисленны. Выявление видового богатства зависит от объёма материала, возрастая с увеличением числа проб, и асимптотически стремится к некоторому порогу насыщения, характерному для каждого региона (рис. 14). Изменения (снижение) видового богатства S любых морфоэкологических групп гидробионтов можно оценить по простым формулам, предложенным Котэ и Хэллауэлом (Kothe, 1962; Хэллауэл, 1977): Su Sd Su Sm S и S, S S u где S u число видов выше места поступления сточных вод, S d ниже места поступления, а S m количество видов, отсутствующих на станции ниже стоков. u 140

142 Рис. 14. Зависимость видового богатства макрозообентоса малых рек Самарской области от числа проб. Источник: Шитиков и др., 2003, с изменениями Примером индекса, учитывающего видовой состав отдельных таксонов, служит EPT-индекс (Семенченко, 2004). Он учитывает число видов трёх отрядов амфибиотических насекомых Ephemeroptera, Plecoptera и Trichoptera. Представители этих групп бентосных беспозвоночных отличаются высоким видовым богатством и чувствительностью к загрязнениям различного типа. Индекс широко применяется в странах ЕС, США и России, большое количество данных позволяет ожидать на незагрязняемых участках рек величины индекса около Недостатками индекса является его преимущественное применение на реках, в условиях чистых и слабо загрязнённых вод, а также необходимость высокой квалификации персонала. Приведённые примеры оценки видового богатства подразумевают наличие течения: станции располагаются выше и ниже места водовыпуска, оценивается разнообразие таксонов, богаче представленных в текучих водах. Однако сравнение видового богатства донных и пелагических сообществ на различных станциях применяется и даёт хорошие результаты и в стоячих водоёмах. При этом следует иметь в виду, что в озёрах зона, подверженная загрязнению, может занимать как весь водоём, так и его часть или отдельный горизонт. Таксономическая структура. Для оценки степени загрязнения на любых типах водоёмов можно использовать изменение соот- 141

143 ношения численностей или биомасс разных систематических групп, состав доминантных комплексов, ранговое распределение видов. Как правило, при загрязнении вод снижается общее видовое богатство сообществ и возрастает степень доминирования отдельных, эврибионтных или резистентных к загрязнению форм. Для оценки этих характеристик наиболее широко применяется индекс видового разнообразия Шеннона (H), учитывающий степень доминирования отдельных видов и их число в сообществе: ni ni H log 2 N N, Клод Шеннон ( ). Источник: где n i численность i-того вида, N общая численность всех видов. При расчёте величины индекса по численности сообщества и использовании логарифма по основанию 2 параметр H будет иметь размерность (бит/экз.) (Алимов, 2001). Достоинства и недостатки применения индекса, предложенного К. Шенноном в экологии подробно проанализированы многими авторами (см.: Шитиков и др., 2003). Существенным, кроме всего прочего, является отсутствие единой общепринятой градации величин индекса. Считается, что H > 3 соответствует чистым, H от 1 до 3 загрязнённым, H < 1 грязным водам (Финогенова, Алимов, 1976). Для снижения влияния малого видового богатства и редких видов на величину индекса Шеннона его нормируют при помощи индекса выравненности экологических сообществ Пиелу (Pielou, 1975), где величина индекса Шеннона H отнесена к её максимальной величине H max или логарифму числа видов S: ' H ' H, H H. Hmax log 2 S Также широко используется индекс видового разнообразия d Маргалефа (Margalef, 1958): 142

144 d S 1 ln N, где S число видов, N число особей. Расчёт этих индексов не только охарактеризует структуру исследуемых сообществ в водоёмах любого типа, но и позволит провести широкий сравнительный анализ, поскольку большинство специалистов в своих работах приводит величины этих параметров. Работая на быстротекучих реках Флориды подверженных органическому загрязнению, В. Бек (Beck, 1955) разработал биотический индекс (биотический индекс Бека, BIB), учитывающий видовое разнообразие донных беспозвоночных. Он разделил зообентонтов на 3 класса по их отношению к загрязнению: I чувствительные к загрязнению формы (подёнки, веснянки, большинство ручейников, речные раки), II умеренно чувствительные (водяные ослики, бокоплавы, большекрылые, стрекозы и ручейники, плетущие ловчие сети), III толерантные к загрязнению (олигохеты, пиявки, брюхоногие моллюски, двукрылые, клопы и имаго жуков). Величина индекса рассчитывается по формуле BIB 2( n Class I) ( n Class II), в которой n число видов (а не экземпляров) индикаторных таксонов, принадлежащих к классам I и II, соответственно. При индексе, равном 0-2 регистрируется сильное загрязнение, 3-9 слабое загрязнение, 10 и более чистые воды. Биотический индекс Бека имеет ряд ограничений, среди которых ключевые органическое загрязнение и быстротекучие воды. В условиях комплексного загрязнения и замедленного течения BIB не даёт хороших результатов. Биотический индекс Ф. Вудивисса был предложен в 1964 г. для реки Трент (Trent Biotic Index, TBI), быстро вошёл в практику биоиндикации и стал наиболее известным и популярным. Индекс основан на двух параметрах бентосных сообществ: общее разнообразие донных сообществ и наличие видов, принадлежащих к индикаторным группам (Вудивисс, 1977). В понятие «группа» включены виды или комплексы видов, индикаторное значение которых оценивается в зависимости от общего числа групп животных в пробе. При повышении степени загрязнения водотока представители этих индикаторных групп исчезают в 143

145 определённой последовательности. Значения биотического индекса Вудивисса приведены в приложениях 10, 11. Этот биотический индекс имеет ряд недостатков, которые Ф. Вудивисс попытался устранить при его модификации (Woodiwiss, 1978), получившей название расширенного биотического индекса (Extended Biotic Index, EBI). Параметр учитывает индикаторный вес отдельных представителей подёнок и веснянок, предполагает возможность большего видового богатства донных сообществ водотоков, чему соответствует большее число баллов индекса (см. приложения 10, 11). В случаях, когда указанные параметры не удовлетворяют задачам исследований, можно применять широкий набор биотических индексов, более подробно учитывающих таксономический состав бентофауны водоёмов. При этом для индикации, как правило, используются таксоны ранга рода или семейства. Примером может служить простой в работе индекс (Biological Monitoring Working Party Index, BMWP), разработанный в конце 70-х гг. XX в. специально для системы биомониторинга водотоков в Великобритании и Австралии (Wright et al., 1993). Индекс суммирует индикаторный вес донных беспозвоночных на уровне семейств (см. приложения 12, 14). Широкая шкала для расчёта индекса, учитывающая большое разнообразие зообентонтов позволяет применять BMWP-индекс как на реках, так и на водоёмах с замедленным водообменом. В практике санитарно-гидробиологических исследований широко используются индексы, учитывающие представленность отдельных групп гидробионтов. Так, индекс Гуднайта и Уитлея (Goodnight, Whitley, 1961), или олигохетный индекс (No/Nc или Ol), выражает численность только одного таксона малощетинковых червей относительно численности всех донных животных в процентах (Goodnight, Whitley, 1961). Индекс имеет три градации: менее 60% водоём в хорошем состоянии, 60-80% в сомнительном, более 80% в тяжёлом. Олигохетный индекс прост в расчёте и не требует высокой квалификации оператора, но даёт лишь приблизительные, трудно сопоставимые результаты. Позже были разработаны и другие индексы оценки загрязнения, учитывающие численность разных групп в составе олигохет. Так, Э.А. Пареле (1975) предложила рассчитывать отношение численности олигохет к численности животных бентоса (D 1) и численности тубифицид к численности олигохет (D 2) (см. 144

146 приложение 13). При этом коэффициент D 1 был предложен для быстротекущих рек с хорошей аэрацией воды, где развивается более разнообразная донная фауна, а D 2 для медленнотекущих водотоков с неудовлетворительным кислородным режимом, где донная фауна может состоять из одних олигохет. Для оценки степени загрязнения вод на примере внутренних водоёмов Европейского Севера России разработан информационный индекс сапробности олигохет (Попченко, 1987): I N N N t h f s, No где N t средняя численность Tubifex tubifex, N h средняя численность Limnodrilus hoffmeisteri, N f средняя численность Spirosperma ferox, N o средняя численность всех олигохет на биотопе. Таким образом, высокая численность и повсеместная представленность малощетинковых червей позволяют использовать их для оценки экологического состояния любого водного объекта (см. приложение 13). Так называемый хирономидный индекс (Kch) предложен Е.В. Балушкиной (1976) и основан на учёте смены видового состава личинок комаров-звонцов (семейство Chironomidae) в условиях загрязнения: t 0.5 ch K, ch где t, ch, o вспомогательные величины для представителей подсемейств Tanypodinae, Chironominae и Orthocladiinae соответственно. Величина N 10, где N относительная численность представителей каждого из подсемейств. Автором предложены следующие градации индекса и соответствующее им качество вод (см. приложение 12). Хотя хирономидный индекс разработан на основе данных по зообентосу рек, показана его эффективность для оценки степени загрязнения вод и грунтов водохранилищ и эстуариев. Биотический индекс Вудивисса, олигохетный индекс Гуднайта-Уитлея и хирономидный индекс Балушкиной вошли в список основных показателей состояния пресноводных экосистем и применяются Гидрометеослужбой России для оценки качества вод уже более 30 лет. o 145

147 В условиях текучих вод и преобладания жёстких грунтов большой представленностью и разнообразием отличаются эпилитические диатомовые водоросли. Широкое применение получил индекс для оценки степени органического загрязнения воды рек, в котором индикаторной группой выступают только диатомовые водоросли DAIpo (Diatom Assemblage Index to organic water pollution). Предложен группой японских исследователей во главе с Т. Ватанабе. Позже авторы индекса и другие гидробиологи применяли этот показатель и для оценки качества стоячих вод. Суть метода заключается в том, что для каждой пробы определяется доля всех видов-индикаторов относительно 600 подряд просмотренных створок в препарате. Для каждого вида диатомовых водорослей авторами этого параметра определён индекс толерантности D, согласно которому виды-индикаторы выстроены в ранжированный ряд. В начале этого ряда стоит Nitzschia palea с индексом толерантности 0, а в конце ряда Achnanthes japonica с D = 100. Все значения индекса D других видов диатомовых водорослей расположены между 0 и 100, а также разделены на 3 экологические группы: 0 D 29 сапрофилы (индикаторы повышенного загрязнения), 30 D 74 эврисапробы (индифферентные таксоны), 75 D 100 сапроксены (предпочитающие чистые воды). Авторы индекса DAIpo предложили несколько вариантов его расчёта, признавая наиболее практичным следующий вариант: в котором сумма относительных численностей (%) сапроксенов, p k 1 m i 1 DAIpo 50 1 ( Xk Si) 2 Xk Si p 146 m, k 1 i 1 сумма относительных численностей (%) сапрофилов (Watanabe et al., 1988). Благодаря высокой индикаторной значимости Bacillariophyta, в настоящее время существует большое количество расчётных индексов оценки степени загрязнения вод различными веществами с использованием этой группы водорослей. В США Дж. Карр ( ) разработал индекс для оценки качества речных вод, в котором индикаторной группой выступают рыбы, исходя из положения, что именно ихтиофауна яв-

148 ляется конечным звеном трофических цепей и интегрирует разные аспекты загрязнения. Index of biotic integrity (IBI) стандартизирован в США, хотя и претерпел несколько модификаций, в том числе для рек и озёр Северо-американского континента, поскольку в изначальном виде предполагал учёт числа видов тех таксонов рыб, которые не имеют повсеместного распространения. Изначально индекс учитывал 12 параметров, включая простые число естественных для данного водоёма видов, процент хищников, питающихся рыбами, и более сложные процент улова (среднее число на стандартизированное промысловое усилие), процент рыб с болезнями, повреждениями, опухолями и другими аномалиями. Таким образом, индекс IBI может рассматриваться и как интегральный показатель, учитывающий несколько свойств рыбного населения, зависящих от качества вод. В европейских странах индекс IBI активно применяется и претерпел несколько модификаций (Oberdorf, Hughes, 1992; Belliard et al., 1999; Belpaire et al., 2000). Всего разными авторами для расчёта индекса IBI использовано 63 метрики, учитывающие гидрологические условия изучаемых водоёмов и водотоков, состав местной ихтиофауны и дополнительные параметры ихтиоценозов. Так, например, модифицированный индекс IBI, применённый французскими исследователями в бассейне р. Сены и на водотоках, впадающих в Атлантический океан вблизи от её устья, включает 10 метрик, сгруппированных в 3 кластера: видовое богатство и их количественное соотношение, трофическая структура, численность рыб и доля особей с патологиями. Каждая метрика имеет 3 градации условий: 1 плохие, 3 посредственные, 5 хорошие; полученные по разным метрикам баллы суммируются (см. приложение 15). При использовании индекса IBI в России необходима его доработка для конкретных речных бассейнов или водоёмов, однако следует придерживаться общей схемы интерпретации получаемых результатов (см. приложение 16). Следует отметить, что большинство параметров включают те изменения в экосистемах, которые происходят в результате загрязнения органическими нетоксическими веществами. Между тем в подавляющем большинстве случаев сточные воды несут загрязняющие вещества разной природы и характера действия. Для оценки степени загрязнения вод как органическими, так и 147

149 неорганическими токсическими веществами, предложен индекс сапротоксобности (S t): ( Sti ni) St, n где ( Sti ni) сумма произведений значений индексов сапротоксобности отдельных видов на соответствующее им количество особей, n число особей всех индикаторных видов. i Список индикаторных видов и соответствующие им величины индикаторной значимости приведены автором индекса (Яковлев, 1988). Индекс сапротоксобности принимает значения от 0 до 4 и классифицирует воды следующим образом: олигосапротоксобные, β-мезосапротоксобные, α- сапротоксобные и >3.5 полисапротоксобные воды (Яковлев, 1988). Индекс сапротоксобности применим как к водоемам, так и к водотокам, высокочувствителен, хорошо зарекомендовал себя применительно к экосистемам Северо-запада России и позволяет характеризовать водоем по степени смешанного токсического и органического загрязнения, что особенно важно в условиях промышленного развития регионов (Балушкина, 1997). Значительное разнообразие водоёмов, неодинаковый состав фаун, другие недостатки и ограничения отдельных индексов могут быть преодолены их модификацией. Однако для учёта всего комплекса условий обитания гидробионтов и лучшей биоиндикации качества вод необходимо принимать во внимание множество параметров. Такие попытки «комплексных» оценок качества вод и грунтов по различным показателям сообществ гидробионтов предпринимались многими исследователями. В результате предложено несколько интегральных параметров, учитывающих до 15 разных метрик, начиная с «традиционных» наличия или отсутствия индикаторных таксонов, их обилия и заканчивая учётом гидрологических условий в районе исследований и относительной численности особей с заболеваниями, паразитами и т.д. В России применяют интегральный показатель (IP и IP ), разработанный Е.В. Балушкиной (1997, 2002). Показатель включает четыре метрики олигохетный индекс, хирономидный индекс, биотический индекс Вудивисса и индекс сапротоксобности, схема их расчёта приведена выше. С увеличением степени загрязнения 148 i

150 значения индексов S t, No/Nc, Kch возрастают, значения TBI снижаются. Поэтому в соответствии с рекомендациями Е.В. Балушкиной величина TBI была выражена обратной по значению величиной (1/TBI). Поскольку различная размерность выбранных показателей затрудняет сравнение их абсолютных величин, то значения индексов S t, Kch и 1/TBI были выражены в процентах от их максимальных величин. Полученные значения четырёх показателей суммируют (IP) или находят среднее арифметическое (IP ), второе предпочтительней (см. приложение 17). Есть и другие интегральные показатели, определение качества вод по которым ведётся на основании наличия или отсутствия как индикаторных форм разного ранга, так и функциональных групп. Р. Патрик (Patrick, 1950) выделила семь таксономических групп качества воды (биологической меры качества реки) по совокупности групп и индикаторных организмов, характеризующих тот или иной уровень загрязнения реки: 1) цианобактерии, отдельные рода зеленых водорослей Stygocloпiuт, Spirogira, Triboпeтa; коловратки семейства Bdelloidae, Cephalodella megalocephala и Proales decipieпs; 2) олигохеты, пиявки и легочные моллюски; 3) Protozoa; 4) диатомовые, красные и большинство зеленых водорослей; 5) все коловратки, кроме включенных в группу 1, двустворчатые моллюски, переднежаберные моллюски и планарии-трикладиды; 6) все насекомые и ракообразные; 7) все рыбы. В оценке питьевого качества воды из этих групп 7, 6 и 4-я показывают хорошее (здоровое) качество, 5-я и 3-я сомнительное, 2-я грязное и l-я очень грязное. Одной из первых попыток разработки комплексного показателя степени загрязнения вод были продолжительные исследования на крупной канадской реке в районе загрязнения органическими и токсичными веществами (Beak, 1965). В результате был предложен «речной» индекс Бика, который учитывает видовое разнообразие, трофическую структуру и плотность поселений донных макробеспозвоночных и рыб (см. приложение 19). «Речной» индекс не получил широкого применения ввиду 149

151 субъективности оценки плотности поселений и чувствительности организмов к загрязнению. Гидробиологи, в течение длительного времени изучающие водоёмы и водотоки отдельно взятого региона, могут предложить новые способы оценки качества воды, учитывая региональные особенности водных экосистем. Так, О.М. Кожова и Т.В. Акиншина (1979) предложили классификацию качества вод р. Ангары по таким биологическим показателям, как абсолютная и относительная численность олигохет семейств Tubificidae и Naididae и ракообразных семейства Gammaridae (см. приложение 18). Таким образом, большинство биотических индексов концентрируют внимание исследователей на донных сообществах, как наиболее показательной морфоэкологической группировке гидробионтов. Этому есть ряд причин: повсеместная встречаемость, высокая численность, относительно крупные размеры, сочетание приуроченности к определённому биотопу с подвижностью, достаточно продолжительный срок жизни, чтобы аккумулировать загрязняющие вещества за длительный период (Финогенова, Алимов, 1976; Балушкина, 1997). Между тем, чтобы избежать ошибок в оценочных суждениях и полно учитывать весь комплекс факторов среды, воздействующих на сообщества гидробионтов, необходимо проводить исследования и других компонентов водных экосистем. Наибольшее распространение получил индекс сапробности по методу Р. Пантле и Г. Букк (1955) в модификации В. Сладечека (1969) и дальнейшей его модификации Н.А. Дзюбан и С.П. Кузнецовой (1978). Индекс сапробности может быть рассчитан по фито- и зоопланктону, перифитону, фитобентосу и зообентосу. Подробнее система сапробности вод будет рассмотрена ниже (см. раздел «Зоны сапробности»). При оценках влияния загрязнения на отдельные чувствительные к нему виды зоопланктона часто применяют морфологические показатели, оценивающие степень отклонений в строении тела от нормы, а также уровень развития в популяции паразитов и комменсалов (Андроникова, 1996; Лазарева, 2010). Однако к наиболее важным параметрам оценки состояния водных экосистем относятся индексы трофической структуры и функциональные показатели зоопланктона (Андроникова, 1996). Трофическая структура. Известно, что действие загрязнения на планктонных ракообразных приводит к обеднению видового 150

152 состава, в первую очередь за счёт исчезновения нехищных (мирных) форм. При этом используются не абсолютные величины их численности и биомассы (исключающие возможность сравнения), а их соотношение (Иванова, 1976). Широкое применение находят индексы, оценивающие соотношение смежных трофических уровней зоопланктона: B хищ/b мир или B 3/B 2, где B хищ и B 3 биомасса хищных форм, B мир и B 2 мирных форм (Андроникова, 1996). Тип питания планктонных животных после их видовой идентификации можно определить по сводке А.В. Монакова (1998). Более подробное деление планктонных животных на экологические группы по способу питания и передвижения была предложена Ю.С. Чуйковым (1981). Характеристику комплексов планктонных животных и экологических групп зоопланктона в условиях антропогенного и зоогенного загрязнения различного состава и уровня приводит ряд авторов (Иванова, 1976; Андроникова, 1996; Крылов, 2005; Лазарева, 2010). Показатели функционирования. При загрязнении водоёмов сообщества гидробионтов функционируют иначе, чем в естественных условиях. Кратко это может быть описано как упрощение структуры, укорочение трофических связей, увеличение биомассы и продукции. Количественно это может быть выражено через отношение продукции любого сообщества или экосистемы в целом к тратам на обмен всех входящих в него гидробионтов (P/R). В чистых (олигосапробных) водах P/R < 0.3, в загрязнённых эта величина возрастает до , что свидетельствует об изменении количества энергии, рассеиваемой сообществом (экосистемой) и связано со степенью его стабильности (Одум, 1975; Андроникова, 1996; Алимов, 2001). Методы расчёта продукции и деструкции органического вещества сообществами гидробионтов рассмотрены выше (см. раздел «Естественные процессы самоочищения»). В России Министерством природных ресурсов (Критерии оценки, 1994) для оценки качества пресноводных экосистем выбраны следующие основные критерии (см. приложение 20): - качественный и количественный состав фитопланктона, зоопланктона и зообентоса; - концентрация хлорофилла «а»; - биотический индекс Вудивисса, олигохетный индекс Гуднайта-Уитлея, хирономидный индекс Балушкиной; 151

153 - количество промысловых, ценных и редких видов рыб, величина запасов промысловых видов и характер воспроизводства ихтиофауны; - заболеваемость рыб хроническими токсикозами; - биотестирование воды на планктонных ракообразных. Главным требованием к применяемым критериям на стадии разработки была высокая корреляция их значений с содержанием растворённого кислорода, аммонийного азота, БПК 5, бихроматной окисляемостью, концентрациями тяжёлых металлов, фенола, фосфатов, с количеством сапрофитов. Для унификации контроля качества поверхностных вод установлены правила расположения пунктов и станций контроля, а также его периодичность (ГОСТ ). Таким образом, современная оценка качества воды и состояния пресноводных водоёмов включает совокупность критериев, оценивающих специфику структурно-функциональной организации сообществ гидробионтов и динамику развития водных биоценозов, т.е. критериев, которые связываются с «обеспечением устойчивого функционирования естественных экологических систем и предотвращением их деградации» (Федеральный закон «Об охране окружающей среды», 2002, ст ). 4. Зоны сапробности В настоящее время характеристики вод, загрязненных органическими веществами, можно представить в развитии работ Кольквитца и Марссона (1902, 1908) следующим образом. Полисапробная (р-сапробная) зона. Зона сильного загрязнения органическим веществом с очень низким содержанием или отсутствием кислорода. Организмы с высокой требовательностью к кислороду абсолютно отсутствуют. Полисапробная зона характеризуется большим содержанием нестойких органических веществ ( мг/л) и наличием продуктов их анаэробного распада (метан, сероводород). Кислород отсутствует. Все биохимические процессы носят восстановительный характер, ил чёрный, возможно, с запахом сероводорода. Население полисапробных вод обладает малым видовым разнообразием, но отдельные виды могут достигать большой численности. Здесь особенно сильно распространены бесцвет- 152

154 ные жгутиконосцы и бактерии. Число бактериальных колоний, вырастающих из 1 см³ полисапробной воды на обыкновенной питательной среде (желатине), может превышать 1 млн. В 1 мл чёрного ила содержатся сотни тысяч и миллионы бактерий, БПК мг О/л. В массе развиваются бактериальные зооглеи (Zooglaea raтigera), серные бактерии (Beggiatoa, Thiothris) и др. Виды простейших полисапробной зоны многочисленны. Ресничные инфузории представлены многими видами: Vorticella тicrostoтa, Carchesiuт polypiпuт, Tetrahyтeпa pyriforтis, Colpidiuт caтpyluт и др. Развиваются саркодовые, среди которых ряд видов голых амеб группы «limax», Атоеbа guttula, Pelomyxa palustris, Vahlkamphia liтax и раковинных амеб. Многочисленны растительные и животные жгутиконосцы. Каждый из видов простейших имеет массовое развитие. Альфа-мезосапробная ( ) зона. Зона, где начинаются процессы самоочищения, имеется некоторое количество кислорода, количество органического вещества уменьшается до мг/л. Здесь содержится много свободной углекислоты. В воде и донных отложениях протекают окислительно-восстановительные процессы. Поэтому в результате распада сложных белковых органических соединений накапливаются аммиак и аминокислоты. В -мезосапробной зоне население качественно обеднено, здесь развиваются организмы, обладающие большой выносливостью к недостатку кислорода и большому содержанию угольной кислоты. Преобладают растительные организмы с гетеротрофным и миксотрофным питанием, которые получают здесь массовое развитие. Обильны обрастания сидячими инфузориями. В илах значительное количество тубифицид и некоторых личинок хирономид. Энергичным самоочищением характеризуются - мезосапробные воды. В нем принимают участие и окислительные процессы за счёт кислорода, выделяемого хлорофиллоносными растениями. Среди них встречаются некоторые цианобактерии, диатомовые и зеленые водоросли. Большой численностью обладают грибы и бактерии, достигающие сотен тысяч в 1 см³. Могут обитать нетребовательные к кислороду виды рыб, главным образом караси. Водоёмы -мезосапробной зоны загрязнены поступающими в них сточными водами, они непригодны в качестве питьевой воды (БПК мг О/л). Много видов, характеризующихся мас- 153

155 совым развитием. К числу их относятся бактериальные зооглеи, нитчатые и палочковидные бактерии, грибы, ряд цианобактерий. Из простейших в этой зоне преобладают сидячие кругоресничные инфузории, например Carchesium polypiпuт, Epistilys plicatilis, Vorticella тicrostoтa, Prorodoп teres, Spirostoтuт атbigиит, Aspidisca liпceus и др. Из саркодовых массового развития достигают некоторые виды голых амеб, например амебы группы «limax», а также ряд раковинных корненожек, особенно родов Bodo, Cercobodo, Petaloтoпas, ряд эвгленовых жгутиконосцев родов Еиgleпa (Е. caudata, Е. velata, Е. spleпdeпs), Lepociпclis (L. ovuт, L. texta), Astasia (A. loпga, A. liпearis), Meпoidiuт (М. tortuosuт) и др. Много видов ресничных инфузорий, из которых наиболее типичный Stentor caerularis. Обычными обитателями - мезосапробных зон являются коловратки Brachioпus и др., некоторые свободноживущие нематоды, олигохеты Tubifex tubifex и Liтпodrilus, моллюски семейства Sphaeriidae, личинки хирономид подсемейства Tanypodinae и рода Chiroпoтus. Бета-мезосапробная зона (β) зона с меньшим количеством органического вещества (2-20 мг/л). Окислительные процессы преобладают над восстановительными. Концентрация кислорода и угольной кислоты сильно колеблются в течение суток, в дневные часы содержание кислорода в воде доходит до перенасыщения и угольная кислота может полностью исчезать. В ночные часы может наблюдаться дефицит кислорода в воде. В илах много органического детрита, преобладают такие продукты минерализации белка, как нитриты и нитраты. Ил серой или коричневой окраски. Число бактерий в 1 мл воды не превышает обычно 100 тыс. кл. Разнообразно представлены диатомовые, зеленые водоросли и цианобактерии. Многие макрофиты находят здесь оптимальные условия для своего роста. В обрастаниях обычны нитчатки и эпифитные диатомеи, в илах черви, личинки хирономид, моллюски. Именно этой зоне свойственно наибольшее количество видов простейших. Особенно богат набор видов бентосных и планктонных, ресничных и сосущих инфузорий. БПК 5 в них равен мг О/л. Животный и растительный мир водоёмов этой зоны очень богат и представлен многочисленными видами с высокой численностью. Здесь обитают цианобактерии (Oscilatoria limosa, Aphanizomenon flos-aquae), диатомовые (Milosira, Diatoma, Navicula и др.), зелёные (Cladophora), много видов протококковых и конъ- 154

156 югат. Из цветковых растений впервые появляется роголистник. Много видов корненожек, солнечников, жгутиковых, ресничных инфузорий, коловраток, среди олигохет широко представлены семейства Naididae и Tubificidae. Впервые в условиях самоочищения появляются губки, моллюски (Viviparus, Valvata) и, наконец, рыбы (вьюн, голец, карп, верховка, уклейка и др.). Много личинок насекомых, особенно двукрылых. Олигосапробная зона (о). Содержание кислорода высокое. Содержание органических веществ не превышает 1 мг/л, число бактерий не более 1000 кл./л. Богато представлены перединеи, встречаются харовые водоросли. Это чистые воды (водоёмы). Содержание кислорода близко к насыщению. БПК 5 = мг О/л. На дне водоёмов детрита немного, преобладают коричневые илы. Широкий систематический состав растений и животных. К числу простейших этой зоны относятся: саркодовые Difflugia liтпetica, D. bacillifera, Lesquiresia spiralis, Nebela colaris, Gromia fluviatilis, жгутиконосцы родов Gyтпodiпiuт и Peridiпiuт, а также инфузории Spathidium depressum, Strobilidium gyraпs, Nassula dracilis, Spirostomum filum, Vorticella coпvallaria, V. similis, V. picta (Sládeček, 1973). Чистые олигосапробные водоёмы мало отличаются от очень чистых, катаробных и ксеносапробных водоёмов по своим химическим показателям, но в них имеются следы деятельности человека, что отражается на увеличении количества сапрофитных организмов, содержащихся в воде. Чистая вода этих водоёмов пригодна для всех видов использования, она служит и питьевой водой, для чего достаточно её хлорировать или озонировать. В качестве резюме из данных характеристик следует, что по мере ухудшения качества воды систематический состав гидробионтов становится ỳже, а представленность их в водоёме увеличивается и в полисапробной зоне может быть огромной, например, таких видов как Tubifex tubifex, Limnodrilus hoffmeisteri, некоторые виды рода Chironomus (рис. 15). 155

157 Рис. 15. Типичные представители зообентоса полисапробных вод и их поселения в толще грунта: 1 Tubifex tubifex, 2 Chironomus plumosus. Источник: Липин, 1950; Кикнадзе и др., 1991; Allan, Costillo, 2007 Система сапробности Кольквитца и Марссона с момента её опубликования стала классической, но постоянно корректируется и дополняется данными по химическому и биологическому качеству сапробных вод (зон) и по спискам групп гидробионтов с учётом физиологических характеристик экологических популяций в разных регионах. В практике санитарно-биологических исследований широко используется индекс сапробности Пантле и Букк (Pantle, Buck, 1955) S ( s h), где S индекс сапробности, s индикаторная значимость вида (в случае балльной оценки: s = 1 олигосапробы, s = 2 -мезосапробы, s = 3 -мезосапробы, s = 4 полисапробы); h относительное количество особей вида с балльной оценкой: h = 1 случайные или единичные находки, h = 3 частая встречаемость, h = 5 массовое развитие). В. Сладечек предложил бо- h 156

158 лее подробную детализацию: 1 очень редко, 2 редко, 3 нередко, 5 часто, 7 очень часто, 9 массовое развитие (Sládeček, 1969). Метод Пантле-Букк широко применяется гидробиологами в оценке загрязнения природных вод (оценке сапробности) по фито- и зоопланктону и зообентосу. В существующих сейчас списках видов индикаторов сапробности (Макрушин, 1974; Унифицированные методы, 1977) приводятся значения s. Н.А. Дзюбан и С.Л. Кузнецова (1978) предложили модификацию индекса Пантле-Букк S: ( s n) S n, где n фактическая численность индикаторного вида в пробе, s сапробность отдельных видов. При S = полисапробная зона, S = α-мезосапробная зона, S = β-мезосапробная зона, S = олигосапробная зона, S = ксеносапробные воды. В.И. Жадин (1964) предложил строить «шкалу сапротоксобных организмов», в которой должна учитываться загрязненность не только органическими, но и токсическими веществами. Н.С. Строганов (1964) ввёл термин «биогидрохимическая область или район», объединяющий химические показатели качества воды с биологическими. В. Сладечеком (1969) разработана полная система сапробности, или биологическая схема качества воды (терминология и циклограмма), по его мнению, универсальная. Н.Н. Банина и др. (1984) дополняют характеристики сапробных и антисапробных зон по Сладечеку (Sládeček, 1973). Катаробная и ксеносапробная зоны. Насыщение воды кислородом достигает 95%, БПК 5 не превышает 1 мг О/л и количество взвешенных в воде веществ не выше 3 мг/л. Изосапробная зона. Пример изосапробности свежие бытовые стоки. Вода лишена растворенного кислорода. Сероводород отсутствует или имеются его следы. Значения БПК 5 очень высокие и в течение 5 дней колеблются от до 400 мг О/л, к концу срока до 50 мг О/л. Численность бактерий Escherichia coli составляет от 20 млн. кл. до 3 млрд. кл./л. Заселение простейшими последовательное за бактериями бесцветные жгутиконосцы, прежде всего Polytoтa uvella. Вслед за ними инфузории. 157

159 Метасапробная зона. К сильному загрязнению органическими веществами добавляются токсические вещества. Условия анаэробные, идет анаэробный распад с образованием больших количеств H 2S. БПК мго/л. Вода содержит огромное количество гнилостных бактерий и серобактерий. Простейшие представлены в основном бесцветными жгутиконосцами. Вода непригодна для какого-либо использования. Гиперсапробная зона характеризуется исключительно большим насыщением органическими веществами, разложение которых происходит в анаэробных условиях. Эта зона включает главным образом индустриальные органосодержащие стоки, и одним из типичных примеров её можно считать стоки сахарных заводов. Вода гиперсапробной зоны содержит огромное количество анаэробных бактерий и организмов группы Mycophyta. Других организмов в активном состоянии здесь нет. Значения БПК 5 очень велики: мг О/л и выше. Бактерий и Mycophyta содержится около 50 млн.кл. в 1 мл и около 1 млн. кл. бактерий типа Escherichia coli в 1 мл. Ультрасапробная зона известна как «безжизненная» зона, в которой нет живых организмов в активном состоянии; обнаружены споры бактерий, водорослей, цисты простейших, яйца нематод, коловраток и пр. Это индустриальные стоки, например целлюлозных заводов. Значение БПК 5 равно и выше, SО 2 и H 2S отсутствуют. Антисапробная зона обнаружена в промышленных стоках, содержащих токсические вещества неорганической и органической природы. Активных форм жизни, спор и цист нет. Показатель БПК 5 равен 0. Радиоактивная зона опасна содержанием радиоактивных веществ, которые могут, не оказывая губительного влияния на растения и животных, обитающих в воде этой зоны, накапливаться в них и передаваться через пищевые цепи. Криптосапробная зона отличается неблагоприятными физическими условиями: слишком высокой или низкой температурами, содержанием больших количеств угольной пыли и мелких частиц разнообразных минералов, минеральных масел и других примесей, загрязняющих воду и создающих неблагоприятные условия для гидробионтов. В. Сладечек (Sládeček, 1969) сопоставил отдельные ступени сапробности с бактериологическими и химическими показате- 158

160 лями, их количественные параметры приведены в приложении 21. Биологические критерии оценки качества воды дают более обобщенные данные о состоянии водоёма, чем химические показатели. Они характеризуют изменения состояния водоёма, происходящие за большой отрезок времени воздействия на водоём. Биологический анализ используют для характеристики процессов антропогенного эвтрофирования и для оценки степени загрязнения. Преимущество биологической индикации состоит в том, что биологические процессы интегрируют влияние среды и изменение в структуре сообщества. Установить зоны сапробности можно не только по наличию индикаторных организмов, но и рассчитав индексы сапробности, характеризующие сапробиологическую оценку по количественным показателям видов индикаторов в пробах планктона и бентоса. Индексы сапробности могут характеризовать точечные или локальные состояния воды водоёма и позволить дать оценку процессов самоочищения. Контрольные вопросы 1. Чем обусловлен выбор тест-объектов в водной токсикологии? 2. Что такое биотестирование и биоиндикация? С какой целью они проводятся? 3. Что положено в основу расчёта биотических индексов и индексов сапробности? 4. Какие преимущества имеют «интегральные» показатели качества воды? 5. Что такое «система сапробности» и какие параметры положены в основу выделения зон сапробности? 6. Какие основные параметры характерны для зон сапробности: поли-, -мезо-, -мезо- и олигосапробной? 159

161 IX. Гидробиологический мониторинг В связи с возрастающими масштабами загрязнения, эвтрофированием вод и накоплением в гидросфере токсических агентов промышленного и сельскохозяйственного происхождения перед всеми развитыми странами стоит задача организации регулярного контроля состояния водной среды. Чрезвычайная сложность этой задачи состоит, прежде всего, в масштабности процессов, охватывающих одновременно всю Землю, и в том, что последствия воздействия антропогенных факторов не проявляются сразу и мгновенно, а отражаются сначала в специфических изменениях в жизни водоёмов, которые нельзя обнаружить простыми наблюдениями. Для их выявления необходимы достаточно глубокие исследования с применением разнообразных методов, в частности гидробиологических. 1. Планирование и методология исследований Санитарная гидробиология, как одно из прикладных направлений в общей гидробиологии, пользуется в основном методами последней с определённой интерпретацией данных. Программа полевых и лабораторных исследований по санитарной гидробиологии строится в соответствии с задачами и объёмом интересов. Приборный парк санитарной гидробиологии не выделяется в самостоятельный по набору приборов, оборудования и материалов. Количественные и качественные данные, полученные по биосистемам водоёмов в общегидробиологических исследованиях, в полной мере могут быть использованы для оценки экологического, санитарного, гигиенического и рекреационного состояния водоёма и водотока. В санитарной гидробиологии, как и в экологии, главный метод количественный: всё считается и протоколируется. Ряды наблюдений (чем длиннее, тем лучше) позволяют построить экологическую модель водоёма по признаку загрязнения. Методология исследований по качеству воды в наиболее общем плане строится на определении: - принципов размещения пунктов наблюдений; - сроков проведения исследований; - степени достаточной точности измерений; - состава показателей, подлежащих контролю; 160

162 - способов обобщения, хранения и представления информации. Необходимым условием эффективности работ по качеству воды является комплексность проведения исследований, синхронность всех систем наблюдений и унификация методов получения и интерпретации результатов. Поскольку основные задачи санитарного исследования направлены на установление качества воды водоёма как источника хозяйственно-питьевого водоснабжения и рекреационного использования, то в интересах санитарной гидробиологии непременным условием становится знание разных сторон жизни водоёма: - состояния охранной зоны водоёма; - условий формирования поверхностного стока, водосборной площади; - характера и площади растительности на берегах водоёма; - размещения населённых пунктов и их санитарного состояния; - размещения промышленных предприятий, организации очистки сброса сточных вод; - размещения и состояния портов и портовых сооружений; - сельскохозяйственного использования земель на водосборной территории, видов и количества применяемых удобрений, мест выпаса скота; - санитарного состояния пляжей. Биологические характеристики водных экосистем должны быть тесно увязаны с химическими и гидрологическими, причём они должны определяться одновременно, в комплексе. Одними из главных гидрологических характеристик для реки следует считать: - расход реки, определяющий степень воздействия загрязнений на её воды, влияющий на скорость разбавления (стоков) и процессы самоочищения; - характер распределения загрязнений по руслу с тем, чтобы определиться в выборе створов наблюдений; - глубина водотока в разных зонах и участках. Для озёр и водохранилищ необходимо установить акваторию загрязнений и выделить водные массы с разной степенью загрязнения, установить характер распределения загрязнений на 161

163 пути стока из озера или через плотину водохранилища, установить зоны аккумуляции загрязнений. Совершенно необходимо исследовать грунты водоёмов с целью определения их загрязнения, особенно илов на глубинах и в зонах замедленного водообмена. Санитарно-гидробиологические исследования должны носить мониторинговый характер: сезонный, круглогодичный и многолетний. При наличии длинных рядов наблюдений можно строить прогноз качества воды и давать рекомендации по хозяйственному использованию вод и охране водоёмов от загрязнений. Наиболее ценными в показательном отношении признаются сообщества обрастаний, особенно обрастания камней в быстротекущих реках, и зообентос. Относительно планктонных форм надо иметь в виду, что пробы, взятые в зоне сильного загрязнения ниже сброса сточных вод, могут дать вполне «чистое» сообщество организмов, занесённых сюда течением из незагрязнённых участков реки выше места поступления стоков, ещё не погибших и не опустившихся на дно. В то же время пробы зоопланктона, взятые значительно ниже сброса сточных вод, могут оказаться пустыми, т.к. организмы на этом пути погибают от действия загрязнений в районе сброса, одни отмирают, другие опускаются на дно. В санитарной гидробиологии биологические методы оценки качества воды применяются при изучении разных жизненных форм. Для более эффективной и правильной оценки сапробности вод специалисты рекомендуют учитывать особенности их экологии. По бактериальной флоре: - в качестве показателей качества вод устанавливается общее количество бактерий методом прямого счёта на мембранных фильтрах, сопоставляя загрязненные и незагрязнённые участки водоёма; - отношение числа сапрофитной микрофлоры к общему числу бактерий, выраженное процентах. По водорослям: - при установлении качества вод по альгологическим показателям нужно исследовать фитопланктон, перифитон и микрофитобентос; 162

164 - оценка загрязнения по водорослям может быть достаточно хорошо сделана по индикаторным организмам методом Пантле-Букк в модификации Сладечека. По макрофитам: - исследовать степень зарастания водоёма высшей водной растительностью; - выявить преобладание в фитоценозах тех или иных индикаторных форм; - исследовать роль высшей водной растительности как биологического фильтра. По зоопланктону: - в связи с постоянной сменой планктонного сообщества отборы проб рекомендуется производить круглогодично; - на степень загрязнения водоёма указывает не столько наличие того или другого вида, сколько изменение структуры сообщества. Следует обратить внимание на то, что в загрязнённых водах одновременно с сокращением общего числа видов происходит функциональная перестройка сообщества, сокращение трофических цепей; - при использовании только видов-индикаторов слабое загрязнение определяется ненадёжно. Следует проводить сравнительный анализ всего видового состава и численности отдельных видов. По зообентосу: - в подавляющем большинстве водоёмов различного типа донные сообщества наиболее чётко отражают степень загрязнения; - необходимо исследовать изменения структуры и функциональных характеристик бентоценозов как их реакцию на загрязнение; - большинство известных методов оценки загрязнения водоёмов предложены для обитателей донных сообществ. Применение методов биологического анализа вод преследует две важные цели. Во-первых, это систематическое накопление объективных биологических данных, характеризующих состояние экосистемы природных вод. Ценность этой информации будет возрастать со временем, т.к. в дальнейшем будет получена возможность обоснованной констатации происходящих в природе изменений, в частности, под влиянием антропогенных 163

165 факторов. Во-вторых, даётся оценка качества вод в настоящее время, что может быть сделано с помощью сравнительных исследований, применяя существующие методы оценки качества воды. В санитарной гидробиологии большое значение придаётся исследованиям, связанным с изучением биологического механизма процессов самоочищения и формирования чистой воды. Поэтому установление статистических характеристик фауны и флоры, таких как видовой состав, численность и биомасса видов, является необходимым начальным этапом изучения воздействия загрязнений на экосистему водоёма. Одновременно следует вести изучение динамики формирования сообществ, их функциональных характеристик, энергетического баланса как метода количественного выражения биотической трансформации вещества и энергии. Без развития динамического подхода к изучению загрязняемых вод невозможно прогнозировать характер воздействия загрязнений. Для этого в практику исследований широко внедряются методы продукционной гидробиологии. Можно считать, что к настоящему времени санитарная гидробиология имеет вполне развитую методологию и общепринятые методы установления санитарного состояния водоёмов. Но всё возрастающий интерес и требования людей к качеству воды при развитии водопользования вызывают необходимость совершенствования методологии и критериев оценок качества вод. При этом следует разрабатывать требования к водопользователям по минимизации ущерба водоёмам и сохранению их естественной экологической стабильности (см.: СанПиН , СанПин ). 2. Организация гидробиологического мониторинга В нашей стране достаточно широко распространён мониторинг, характеризующий динамику состояния окружающей среды (атмосферы, литосферы и гидросферы) в основном по химическим показателям. В ежегодно издающихся докладах «О состоянии и об охране окружающей среды» различных регионов России детально обсуждается качество воды в водных объектах по гидрологическим и химическим показателям, что само по себе очень ценно. Но смысл информации о содержании химических ингредиентов в природных водах остаётся неясным, ес- 164

166 ли, во-первых, не следить за откликами отдельных видов, сообществ и экосистем в целом, во-вторых, не накапливать регулярно сведения, характеризующие основные параметры экосистем. Без такого регулярного контроля невозможно прогнозирование последствий перестройки гидробиоценозов. Экологические катастрофы могут развиваться внезапно и приводить к самым серьезным последствиям. Глобальным мероприятием биологической и экологической науки нашего времени явилась организация систематической службы наблюдения за водными экосистемами гидробиомониторинга. В курсе санитарной гидробиологии рассматривается гидробиологический мониторинг как один из видов структуры экологического мониторинга. Экологический мониторинг в РФ это комплекс выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разрабатываемых на их основе рекомендаций и вариантов управленческих решений, необходимых и достаточных для обеспечения управления состоянием окружающей природной среды и экологической безопасностью (1995 г.). Гидробиологический метод контроля качества воды получил международное признание. Это стало возможным благодаря ряду его преимуществ по сравнению с химическим методом. Только то, что биологический метод дает интегрированную оценку влияния всей совокупности загрязняющих веществ на состояние популяций гидробионтов, ставит его на одно из ведущих мест в системе охраны водоёмов. Гидробиологическая служба наблюдений и контроля водной среды была образована в СССР в 1972 г. и во весь период своей деятельности представляла одну из наиболее развитых подсистем экологического мониторинга, осуществляемого Гидрометслужбой (Роскомгидромет). Назначение её состояло в систематическом контроле степени загрязнения водных объектов по биологическим показателям и в определении изменений биотической компоненты водных экосистем под влиянием антропогенного воздействия для выяснения долгосрочных изменений в водных экосистемах. Ю.А. Израэль определил основные задачи гидробиологической службы: 165

167 - обеспечение народно-хозяйственных организаций систематической информацией о состоянии биоценозов и качестве вод; - оценка эффективности мероприятий по защите от загрязнений водных объектов; - планирование и осуществление мероприятий по охране и рациональному использованию континентальных и морских вод; - разработка и определение унифицированной системы гидробиологических показателей для оценки загрязнения водных экосистем (Израэль, 1984). Информация гидробиологической службы контроля загрязнения водных объектов необходима водопользователям и водопотребителям, рыбному хозяйству, проектировщикам гидротехнических сооружений, промышленных предприятий, рекреационных учреждений и водопроводному хозяйству. Г.Г. Винберг (1981) так определяет суть гидробиологических методов контроля качества внутренних вод: она состоит «не в недостижимой унификации данных, относящихся к разнородным объектам, а в том, чтобы, применяя нужные методы, специалисты гидробиологи, занятые в системе контроля, могли давать вполне определенные и научно обоснованные оперативные заключения о состоянии экосистем и качества вод и поставлять данные длительного хранения, адекватно отражающие главнейшие особенности взятых под наблюдение водных экосистем и отвечающие достигнутому уровню лимнологических знаний». Главными принципами организации гидробиологической службы являются: - комплексность работ, т.е. проведение гидробиологических наблюдений совместно с гидротехническими и гидрологическими наблюдениями; - единство методического руководства гидробиологического контроля состояния морских и континентальных вод; - централизация всей гидробиологической информации; - унификация и стандартизация методов гидробиологических наблюдений и контроля. Для решения этих задач необходимы разработка и применение информативных биологических показателей, унифицированных методов отбора проб и их камеральной обработки, ко- 166

168 Юрий Антониевич Израэль ( ). Источник: торые смогут обеспечить сопоставимость результатов и высокую эффективность работ в условиях сетевых лабораторий. Это позволит оценить качество воды как среды обитания организмов, населяющих водоёмы и водотоки; оценить совокупный эффект комбинированного воздействия загрязняющих веществ; определить трофность водоёма и установить возникновение «вторичного» загрязнения воды (Израэль, 1984). Все мониторинговые исследования выполняются по единым программам, суть которых сводится к диагностическим (ДИМОН) и прогностическим (ПРОМОН) наблюдениям. На пути создания обоснованных программ мониторинга необходимым этапом оказывается принятие принципов отбора сравнительно небольшого числа показателей отклика, а также выработка и рекомендации стандартных приемов их регистраций и анализа с целью получения информации в компактной и сопоставимой форме. Программа мониторинга не должна включать показатели, интерпретация которых может показаться сложной и неоднозначной. По мнению В. Д. Федорова (1980), удобно разделить биологические показатели на две категории: структурные и функциональные. Структурные показатели могут быть выражены интегралом по времени, т.е. как некоторый итог действия (функций) к моменту регистрации показателей. Эту категорию образуют такие показатели, как таксономический состав, количественное развитие (численность и биомасса), вес золы, содержание ДНК, АТФ, хлорофилла; индикаторные виды; индекс разнообразия и др. Функциональные показатели могут быть выражены производной по времени, т.е. как скорость изменения некоторой функции. Эта категория охватывает показатели роста или продуктивности, трат или дыхания и прижизненного отчуждения органического вещества, потребления и усвоения пищи, скорость круговорота отдельных элементов в системе, влияния или 167

169 скорости «входа», накопления и «выхода» отдельных загрязнителей в системе. В глобальном экологическом мониторинге гидробиологические наблюдения могут решать следующие важнейшие задачи: - разработка сапробиологической классификации водных экосистем в связи с фактическим отсутствием в мире водоёмов, не подверженных антропогенным воздействиям; - установление общих принципов сукцессионных и эволюционных перестроек водных экосистем под влиянием загрязнений, ацидификации и эвтрофикации; - законодательное установление нормативов по объемам и качественному составу загрязнений; - содействие выработке межгосударственных, государственных и региональных законодательных решений по предотвращению или минимизации загрязняющих воздействий на водные экосистемы. Гидробиологическая служба, во-первых, должна оперативно оценивать качество вод по степени нарушенности экосистем и, во-вторых, получать биологические материалы длительного хранения как основу для прогноза вызванных природными и антропогенными причинами изменений в водных экосистемах (Винберг, 1981). При большом и разнообразном объеме гидробиологических материалов они должны быть максимально информативны в качественных и количественных характеристиках: чёткая видовая принадлежность анализируемых популяций, особенно индикаторных видов, количественные данные должны строго относиться к определенному показателю, например, количество хлорофилла а должно быть отнесено к определенной группе водорослей; численность и биомасса зообентоса или планктона должны быть дифференцированы относительно доминантов, субдоминантов и второстепенных видов, особо следует выделить показательные виды, тем более, если по ним известны расчётные индексы сапробности (виды цианобактерий, виды родов Limnodrilus и Chironomus, Tubifex tubifex и т.д.). Водный кодекс РФ предусматривает государственный мониторинг водных объектов, который представляет собой систему регулярных наблюдений за гидрологическими или гидрогеологическими и гидрогеохимическими показателями их составляющих, обеспечивающих сбор, передачу и обработку информа- 168

170 ции. Мониторинг водных объектов как целенаправленное непрерывное наблюдение за состоянием водной среды и биоты предполагает целую систему необходимых условий и требований (Руководство по гидробиологическому, 1992). Большое значение для исследования динамики экологического состояния водоёмов (интенсивное токсическое загрязнение, эвтрофикация, ацидификация, тепловое загрязнение и прочие) имеет видовой состав флоры и фауны водоёма в целом или отдельных сообществ (планктон, бентос). Бедность или богатство видового состава при разовых наблюдениях дает мало информации об экологическом состоянии водоёма. Необходимо знать тип водоёма (гидрохимический и трофический статус), региональный фаунистический комплекс. Наиболее полную экологическую информацию несут комплексные исследования, сочетающие гидрохимические и гидробиологические данные по всем биосистемам. Например, для лотических систем менее показателен зоопланктон, а более зообентос. Для лентических систем достаточно показателен зоопланктон, а зообентос в отдельных участках может быть деградирован из-за процессов вторичного загрязнения, особенно в глубинных зонах озер, или быть слишком динамичным в водохранилищах при сработке уровня. Для экологической, тем более сапробиологической интерпретации натурных данных совершенно необходимо хорошее знание биологии и экологии видов, их географии, предпочтительности сред и распределения в них во времени и пространстве (суточные и сезонные вертикальные или горизонтальные миграции), сезонной структуры сообществ для определения сроков наблюдений и отбора проб. Организация наблюдений по программе гидробиологического мониторинга должна предполагать получение знаний географических, гидрологических и гидрохимических особенностей водоёма; количество необходимого для анализа материала, сроки и периодичность экспедиций или стационарных наблюдений, предпочтительность сроков, оборудования и приборов, используемых в сборе материала и получении данных. При выполнении мониторинговых исследований требуется достаточно высокая квалификация специалистов, как по отдельным группам водных организмов, так и по интерпретации систематических и экологических данных. 169

171 Систематические гидробиологические исследования, которые проводят академические учреждения, например ИБВВ РАН (на Рыбинском водохранилище), Институт озероведения РАН (на озере Красном), ЗИН РАН (на Финском заливе, реке Ижоре), ЛИН СО РАН (на озере Байкал), МГУ (на подмосковных водохранилищах) и др., фактически являются мониторинговыми. Банки данных по этим исследованиям имеют огромное научное и практическое значение и могут быть использованы во всех видах экологического мониторинга. Приведём примеры организации мониторинговых исследований по разным программам. В нашей стране программа прогностического гидробиомониторинга была осуществлена кафедрой гидробиологии МГУ по руководством В.Д. Фёдорова на Учинском водохранилище, где гидрологические и гидрохимические наблюдения ведутся с начала заполнения водохранилища 1936 г. К 80-м гг. прошлого века в воде увеличилось содержание азота, фосфора, марганца и хлора, что дало основание отобрать именно эти показатели для исследования их совокупного действия на бактерио-, фито- и зоопланктон водохранилища. Учитывая многолетние изменения, линейной экстраполяцией находили вероятные средние концентрации этих элементов через каждые 5 лет в будущем. Мониторинговые наблюдения предусматривали постановку 16 опытных вариантов, реализованных в течение вегетационного сезона 8 раз. С этой целью в целлофановые мешки ёмкостью 50 л вносили добавки соединений в соответствии с планом эксперимента. Мешки заполняли природной водой с организмами планктона, подвешивали с понтона на крестовине и экспонировали in situ в поверхностном горизонте. Спустя 4 суток в каждом варианте определяли первичную продукцию, растворённое органическое вещество, состав бактерио-, фито- и зоопланктона. Сопоставляя изменения, регистрируемые в каждом варианте, рассчитывали уравнение регрессии, связывающее изменения биологических показателей с изменениями концентрации N, P, Mn и Cl. Поскольку 8 серий опытов были реализованы в разные периоды вегетационного сезона, полагали, что найденные зависимости «воздействие-отклик» отражают те изменения, которые произойдут в водоёме через 5 лет при сохранении тенденций изменения показателей постоянными за этот интервал времени. Результаты опытов можно выразить в 2 положениях. 170

172 1. Изменение каждого из контролируемых показателей (продукция, численность бактерий и фитопланктона) связано преимущественно с воздействием одного «узлового» фактора, в данном случае концентрации P. Увеличение P в начале вегетационного сезона стимулирует процесс новообразования органического вещества. 2. Когда определяющее воздействие узлового фактора ослабевает или вовсе исчезает, то наблюдается обратная реакция вследствие воздействия других (обычно нескольких) факторов в направлении тенденций, обусловленных воздействием узлового фактора. Так, осенью с увеличением содержания в воде P и Cl возрастает численность сапрофитных форм, но снижается общее количество микроорганизмов за счёт угнетения олигокарбофильных форм. Учёные давали следующий прогноз ожидаемых в ближайшие годы изменений в планктоне Учинского водохранилища: всё более усиливающаяся эвтрофикация водоёма будет лишь в малой степени зависеть от возрастающего содержания азота. В основном степень эвтрофикации будет определяться падением минерализующей способности бактериопланктона в связи с влиянием на него хлоридов. Анализ результатов экспериментального мониторинга следует рассматривать как пример использования активного эксперимента в качестве приёма организации прогностического биомониторинга. Примером организации диагностического биомониторинга водной среды за рубежом является программа работ EPA Агентства по охране окружающей среды США (Брагинский, 1978). Агентством проведены крупномасштабные работы по созданию системы биомониторинга, обеспечивающей регулярное слежение за состоянием пресноводных и морских экосистем и использованием разносторонней экологической и токсикологической информации. Вся поступающая информация концентрировалась и обрабатывалась централизованно. В 1977 г. система BIO-STORET (биологическая база хранения и поиска данных) проходила опытно-производственную проверку. Рассматриваемая система включала гидробиологические, таксономические, токсикологические и собственно информативные (кибернетические) аспекты. 171

173 В основу системы BIO-STORET были положены 3 гидробиологические характеристики водных экосистем показатели продуктивности, структура сообществ и метаболизм сообществ в связи с наличием патогенных факторов токсических веществ, в частности пестицидов и солей тяжёлых металлов. В контролируемых водоёмах проводился сбор информации о состоянии фито- и зоопланктона, перифитона, макрофитов, а также крупных беспозвоночных и рыб всего 40 параметров. К недостаткам этого компонента системы BIO-STORET можно отнести отсутствие показателей бактериопланктона и бактериобентоса как важнейших индикаторов качества вод, а фито- и зоопланктон оценивались не по биомассе, а по объёму, что вряд ли целесообразно. Существенное значение в системе придаётся токсикологическим исследованиям и тестам на токсичность. При этом токсические эффекты рассматриваются применительно к тем же группировкам водных организмов, которые подвергаются гидробиологическому анализу. Так, токсикологические исследования каждой группы включали изучение уровня биоаккумуляции пестицидов и тяжёлых металлов, определение острой и хронической токсичности исследованных вод, выявление стимулирующего действия токсикантов путём постановки тестов на растительных объектах. Наименьшее число тестов предусмотрено для изучения фито- и зоопланктона, наибольшее для перифитона, макрофитов и рыб. В последнем случае, наряду с острыми и хроническими опытами, анализом накопления пестицидов и тяжёлых металлов, приобретают большое значение такие показатели, как качество мяса, реакции на воздействие малых концентраций токсикантов, поведенческие реакции, патогистологические исследования всех органов и тканей. Необходимым условием использования биологических данных в системе контроля качества природных вод является возможность представления этих данных для дальнейшего автоматизированного анализа. Поэтому при организации мониторинга введены стандартные методы исследования природных и сточных вод, разработаны стандартные формы обработки и предоставления информации для всех типов исследуемых сообществ и водоёмов. Разработаны принципы кодирования биологической информации: на основе двоичного кода представлены 7000 видов гидробионтов, входящих в состав биоты прес- 172

174 ных и морских вод Западного полушария. Одной из важных особенностей системы была возможность проверки получаемых данных, фиксации и исправления ошибок. После централизованной обработки информация формировалась в 3 вида отчётов: стратегическая информация, направляемая президенту, губернаторам, Конгрессу, руководству Агентства по охране окружающей среды для нужд планирования и контроля; сводные доклады, направляемые помощникам высших руководителей и руководителям контролирующих служб; детализированные доклады, использующиеся в оперативном контроле и повседневной работе конкретных специалистов на местах. Созданная система мониторинга позволила быстро и эффективно реагировать на изменения качества вод, вводить новые нормы очистки вод, принимать законодательные акты, основываясь на оперативном анализе. Система BIO-STORET функционирует и в настоящее время, претерпев значительные изменения, главным образом связанные с развитием компьютерной техники и автоматизированных систем химического анализа вод. В Европейском Союзе в 2000 г. организована система мониторинга водных ресурсов, регламентируемая Водной Рамочной Директивой (Water Framework Directive, WRD). WRD провозглашает интегрированный подход, а именно нераздельное рассмотрение всех типов вод (поверхностных, подземных, прибрежных) с учётом их взаимодействия; управление в рамках всего речного бассейна; обращение не только к химическим аспектам охраны вод, но и гидрологическим и гидробиологическим. В соответствии с WRD качеству вод угрожает антропогенное загрязнение, включающее промышленные химикалии, промышленные и городские сточные воды, охладительные воды энергетических установок и т.д. Количество воды (гидрологический режим) зависит от забора воды, зарегулирования, осушения, дноуглубительных работ, использования водных артерий для транспорта, ведения сельского хозяйства и т.д. Структура водных местообитаний нарушается интенсивным землепользованием, эрозией почв, развитием инфраструктуры и т.д. Эти три параметра постулируются одинаково важными и независимыми факторами для достижения «хорошего экологического состояния», которое обеспечит биологическое разнообразие, близкое к ненарушенным условиям. 173

175 WRD устанавливает рамки и обязывает предпринять государствами-членами ЕС ряд действий: определить и охарактеризовать речные бассейны, унифицировать систему мониторинга с целью создания классификации их экологического состояния, сравнимой для всех государств и речных бассейнов. Также WRD обязывает воздержаться от любой деятельности, которая приведёт к ухудшению экологического состояния, химического или гидрологического режима любого водного объекта. Несомненными достоинствами такой системы мониторинга является унификация формулировок и методологии. Например, даны определения референсных (ненарушенных) условий, приведены характеристики водно-болотных угодий, установлены общие подходы к значительно изменённым водным объектам и минимальный размер малых водных объектов. Вместе с этим большое количество стран-участниц программы, их различия в уровне развития экономики и расположении речных бассейнов на территории многих стран значительно осложняет эту работу. Так, во многих случаях страны-участники ставят целью достижение рационального, экономически обоснованного результата, а не «хорошего экологического состояния», поскольку количество затрат превышает выгоды. Возрастает сложность управления водными ресурсами в условиях меняющегося климата в одних регионах ощущается недостаток воды в связи с засухами, в других избыток из-за наводнений. Контрольные вопросы 1. Что положено в основу методологии исследований качества вод? 2. Какие стороны жизни водоёмов и водотоков необходимо учитывать при санитарно-биологических исследованиях? 3. Какие показатели рекомендованы для оценки сапробности вод по разным сообществам: бактериопланктону, фитопланктону, зоопланктону, фитобентосу, зообентосу, ихтиофауне? 4. Назовите задачи и принципы организации гидробиологического мониторинга. 5. Чем отличаются программы диагностического и прогностического мониторинга? 174

176 Список литературы Абакумов В.А. К истории контроля качества вод по гидробиологическим показателям // Научные основы контроля качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям: тр. Всесоюз. конф. (Москва, 1-3 ноября 1978 г.). Л.: Гидрометеоиздат, С Алексеев В.А., Лесников Л.А. Пестициды и их влияние на водные организмы // Действие пестицидов на водные организмы. Л.: Лениздат, Т. 1. С Алимов А.Ф. Введение в продукционную гидробиологию. Л.: Гидрометеоиздат, с. Алимов А.Ф. Элементы функционирования водных экосистем. СПб.: Наука, с. Андроникова И.Н. Структурно-функциональная организация зоопланктона озёрных экосистем. СПб.: Наука, с. Антропогенное эвтрофирование озёр. М.: Наука, с. Антропогенные влияния на водные экосистемы. М.: Товарищество научных изданий КМК, с. Балушкина Е.В. Хирономиды как индикаторы степени загрязнения вод // Методы биологического анализа пресных вод. Л.: Изд-во ЗИН АН СССР, С Балушкина Е.В. Применение интегрального показателя для оценки качества вод по структурным характеристикам донных сообществ // Реакция озёрных экосистем на изменение биотических и абиотических условий: тр. Зоологического ин-та РАН. СПб., Т С Балушкина Е.В. Оценка качества вод и состояния водоёмов и водотоков Северо-Запада России по характеристикам сообществ донных животных // Вопросы экологического нормирования и разработка системы оценки состояния водоёмов. М.: Товарищество научных изданий КМК, С Банина Н.Н., Суханова К.Л. Простейшие в процессах биологической очистки сточных вод // Актуальные вопросы гидробиологии. Л.: Промрыбзавод, С

177 Биологическое самоочищение и формирование качества воды. М.: Наука, с. Биология Воткинского водохранилища / под ред. М.С. Алексевниной. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, с. Брагинский Л.П. Новая система биомониторинга водной среды в США // Гидробиол. журн Т. 14, 1. С Брагинский Л.П. Пестициды и жизнь водоёмов. Киев: Наукова думка, с. Винберг Г.Г. Значение гидробиологии в решении водохозяйственных проблем // Теория и практика биологического самоочищения загрязнённых водоёмов. М.: Наука, С Винберг Г.Г. Успехи лимнологии и гидробиологические методы контроля качества внутренних вод // Научные основы контроля качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям: тр. Всесоюз. конф. (Москва, 1-3 ноября 1978 г.). Л.: Гидрометеоиздат, С Временные методические указания по комплексной оценке качества поверхностных и морских вод. Утв. Госкомгидрометом СССР г М., с. Врочинский К.К., Телитченко М.М., Мережко А.И. Гидробиологическая миграция пестицидов. М.: Изд-во МГУ, с. Вудивисс Ф. Биотический индекс р. Трент. Макробеспозвоночные и биологическое обследование // Научные основы контроля качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям: тр. советско-английского семинара. Л.: Гидрометеоиздат, С Выхристюк Л.А. Органическое вещество донных осадков Байкала. Новосибирск: Наука, с. Галковская Г.А. Планктонные коловратки и их роль в продуктивности водоёмов: автореф. дис. канд. биол. наук. Минск, с. Гидробиологические основы самоочищения вод / под ред. Л.А. Кутиковой. Л.: Изд-во ЗИН АН СССР, с. Гидрохимия и гидробиология водоёмов-охладителей тепловых электростанций СССР. Киев: Наукова думка, с. 176

178 Говорин И.А. Роль черноморских мидий в процессе элиминации аллохтонных бактерий из морской среды // Гидробиол. журн Т. 27, 4. С Голубовская Э.К. Биологические основы очистки воды. М.: Высшая школа, с. ГОСТ Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. М.: Стандартинформ, с. (Утв. Постановлением Госкомитета СССР по стандартам от 10 марта 1976 г. 579). ГОСТ Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения. М.: ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», С (Утв. Постановлением Госкомитета стандартов СовМин СССР от 16 сентября 1977 г. 2237). ГОСТ Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоёмов и водотоков. // Контроль качества воды: справочник-сборник законодательных и нормативных документов. М.: ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», С (Утв. Постановлением Госкомитета СССР по стандартам от 19 марта 1982 г. 1115). ГОСТ Качество вод. Термины и определения. М.: ИПК Изд-во стандартов, с. (Введён в действие Постановлением Госстандарта СССР от 29 октября 1986 г. 3306). Гусев А.Г. Охрана рыбохозяйственных водоёмов от загрязнения. М.: Пищ. пром-ть, с. Дзюбан Н.А., Кузнецова С.П. Зоопланктон как показатель загрязнения водохранилищ // Гидробиол. журн Т. 13, 1. С Долгов Г.И. Изменения и дополнения к списку сапробных организмов Кольквитца и Марссона // Русский гидробиол. журн. Саратов, Т. 5, 5-6. С Долгов Г.И., Никитинский Я.Я. Гидробиологические методы исследования // Стандартные методы исследования питьевых и сточных вод. М.: Мосполиграф, С

179 Драчёв С.М. Борьба с загрязнением рек, озёр и водохранилищ промышленными и бытовыми стоками. М.: Наука, с. Жадин В.И. Биологическая очистка водоёмов // Вестник Академии наук СССР С Жадин В.И. Донные биоценозы реки Оки и их изменения за 35 лет. Некоторые изменения в фауне Оки // Загрязнение и самоочищение реки Оки: тр. Зоологического инта АН СССР Т. 32. С Жадин В.И. Моллюски пресных и солоноватых вод СССР. М.; Л.: Изд-во АН СССР, с. Жадин В.И., Родина А.Г. Биологические основы водоснабжения и очистки вод. // Жизнь пресных вод СССР. Т. 3. М.;Л.: Изд-во АН СССР, С Жизнь пресных вод СССР. Т. 2. М.; Л.: Изд-во АН СССР, с. Жизнь растений: в 6 т. Т. 3. Водоросли. Лишайники. М.: Просвещение, с. Жукинский В.Н., Оксиюк О.П., Олейник Г.Н., Кошелева С.И. Принципы и опыт построения экологической классификации качества поверхностных вод суши // Гидробиол. журн Т. 17, 2. С Зинченко Т.Д. Эколого-фаунистическая характеристика хирономид (Diptera, Chironomidae) малых рек бассейна Средней и Нижней Волги (Атлас). Тольятти: Кассандра, с. Иванова М.Б. Влияние загрязнения на планктонных ракообразных и возможность их использования для определения степени загрязнения реки // Методы биологического анализа пресных вод. Л.: Изд-во ЗИН АН СССР, С Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, с. Имайкин К.К., Баньковская В.М., Бурковская А.В. Изменение гидрогеологической обстановки при ликвидации шахт Кизеловского угольного бассейна // Гидрогеология и карстоведение Вып. 14. С

180 Кикнадзе И.И., Керкис И.Е., Шилова А.И. и др. Кариотипы и морфология личинок трибы Chironomini. Атлас. Новосибирск: Наука, с. Кожова О.М., Акиншина Т.В. Классификация чистоты вод р. Ангары по состоянию макрозообентоса с использованием выявленных индикаторных групп организмов // Гидробиологические и ихтиологические исследования в Восточной Сибири (Чтения проф. М.М. Кожова) Вып. 3. С Коммонер Б. Замыкающийся круг. М.: Гидрометеоиздат, с. Комов В.Т. Причины и последствия антропогенного закисления озёр: курс лекций. Нижний Новгород: Вектор-Тис, с. Корнева Л.Г. Формирование фитопланктона водоёмов бассейна Волги под влиянием природных и антропогенных факторов: дис. докт. биол. наук. Борок, с. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. Утв. приказом Минприроды РФ от 30 ноября 1992 г. // Зелёный мир с. Крылов А.В. Зоопланктон равнинных малых рек. М.: Наука, с. Кузьменко К.Н. Зообентос литоральной зоны и его участие в процессах самоочищения // Эвтрофирование мезотрофного озера. Л.: Наука, С Лазарева В.И. Зоопланктон малых озёр Дарвиновского заповедника в связи с индикацией антропогенного закисления: автореф. дис. канд. биол. наук. М., с. Лазарева В.И. Структура и динамика зоопланктона Рыбинского водохранилища. М.: Товарищество научных изданий КМК, с. Лесников Л.А. Особенности рыбохозяйственной оценки влияния загрязнений на водоёмы по гидробиологическим данным // Матер. XIV конф. по изучению внутренних водоёмов Прибалтики. Рига: Зинатне, Т. 2. С Липин А.Н. Пресные воды и их жизнь. М.: Учпедгиз, с. 179

181 Лукашев Д.В. Фоновое содержание тяжёлых металлов в двустворчатых моллюсках украинского участка р. Десны // Гидробиол. журн Т. 47, 3. С Лукьяненко В.И. Общая ихтиотоксикология. М.: Лёгкая и пищевая пром-ть, с. Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. М.: Мысль, с. Макрушин А.В. Биологический анализ качества вод. Л.: Изд-во ЗИН АН СССР, с. Метод комплексной оценки степени загрязнённости поверхностных вод по гидрохимическим показателям. Утв. Росгидрометом г. Ростов-на-Дону, с. Монаков А.В. Питание пресноводных беспозвоночных. М.: ИПЭЭ РАН, с. Мордухай-Болтовской Ф.Д. Тепловые электростанции и жизнь водоёмов // Природа С Никитинский Я.Я. Гидробиология и санитария // Русский гидробиол. журн Т. 1, 3. С Никитинский Я.Я. Гидробиология и техника // Природа С Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. Утв. Приказом Росрыболовства от (Зарегистрирован в Минюсте РФ ). Общие основы изучения водных экосистем / под ред. Г.Г. Винберга. Л.: Наука, с. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, с. Оксиюк О.П., Зимбалевская Л.Н., Протасов А.А., Плигин Ю.В., Ляшенко А.В. Оценка состояния водных объектов Украины по гидробиологическим показателям. Бентос, перифитон и зоофитос // Гидробиол. журн Т. 30, 4. С Оксиюк О.П., Стольберг Ф.В. Количественная оценка формирования некоторых показателей качества воды в водотоках // Гидробиол. журн Т. 24, 5. С

182 Определитель зоопланктона и зообентоса пресных вод Европейской России. Т. 1. Зоопланктон. М.: Товарищество научных изданий КМК, с. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Т. 2. Ракообразные. СПб.: Наука, с. Пареле Э.А., Астапенок Е.Б. Тубифициды индикаторы качества водоёма // Изв. АН ЛатвССР (338). С Шиленко Н.А., Соколова С.А., Анисова С.Н., Лебедев А.Т., Лесников Л.А., Семёнова И.В. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. М.: Изд-во ВНИРО, с. (Утв. Приказом Госкомрыболовства России от ). Полищук Л.В. О Георгии Георгиевиче Винберге // Изв. Самарского НЦ РАН Т. 8, 1. С Полканов Ф.М. Подводный мир в комнате. М.: Детская литература, с. Попченко В.И. Закономерности изменений сообществ олигохет в условиях загрязнения водоёмов // Водные малощетинковые черви: матер. 6-го Всесоюз. симп. Рига, С Правила ведения работ по очистке загрязнённых акваторий портов. М.: В/О «Мортехинформреклама», с. Рамад Ф. Основы прикладной экологии. Л.: Гидрометеоиздат, с. Рекомендации по проведению гидробиологического контроля на сооружениях биологической очистки с аэротенками: методическое пособие. Пермь: ОГУ «Аналитический центр», с. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / под ред. В.А. Абакумова. СПб.: Гидрометеоиздат, с. СанПиН Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников: Санитарные правила. М.: Информационно- 181

183 издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, с. СанПиН Гигиенические требования к охране поверхностных вод: Санитарные правила и нормы. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, с. СанПин Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения. М.: Информационноиздательский центр Минздрава России, с. Семенченко В.П. Принципы и системы биоиндикации текучих вод. Минск: Орех, с. Семерной В.П. Санитарная гидробиология: учебное пособие / Ярослав. гос. ун-т. Ярославль, с. Сиренко Л.А., Гавриленко М.Л. «Цветение» воды и эвтрофирование. Киев: Наукова думка, с. Соколова Н.Ю., Зинченко Т.Д., Львова А.А. Фауна обрастаний водоводов Учинского водохранилища как индикатор качества воды и её изменения в зависимости от гидрологического режима // Научные основы контроля качества вод по гидробиологическим показателям: тр. Всесоюз. конф. (Москва, 1-3 ноября 1978 г.) Л.: Гидрометеоиздат, С Строганов Н.С. Химизация и вопросы водной токсикологии // Зоол. журн Т. 43. С Строганов Н.С. Краткий словарь терминов по водной токсикологии. Ярославль: Изд-во ЯГУ, с. Структура и функционирование экосистем ацидных озёр. СПб.: Наука, с. Телитченко М.М., Кокин К.А. Санитарная гидробиология: руководство к практикуму для студентов биологических факультетов государственных университетов. М.: Издво МГУ, с. Теоретические проблемы водной токсикологии: норма и патология / под ред. Н.С. Строганова. М.: Наука, с. 182

184 Унифицированные методы исследования качества вод. М.: СЭВ, Ч. 3. Прилож с. Фауна аэротенков (Атлас). Л.: Наука, с. Фёдоров В.Д. Загрязнение водных экосистем (принципы изучения и оценки действия) // Самоочищение и биоиндикация загрязнённых вод. М.: Наука, С Филенко О.Ф., Михеева И.В. Основы водной токсикологии. М.: Колос, с. Финогенова Н.П., Алимов А.Ф. Оценка степени загрязнения вод по составу донных животных // Методы биологического анализа пресных вод. Л.: Изд-во ЗИН АН СССР, С Хеллауэл Д. Н. Сравнительный обзор методов анализа данных в биологическом надзоре // Научные основы контроля качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям. Л.: Гидрометеоиздат, С Чуйков Ю.С. Методы экологического анализа состава и структуры сообществ водных животных. Экологическая классификация животных, встречающихся в планктоне пресных вод //Экология Т. 3. С Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации / ИЭВБ РАН. Тольятти, с. Щербаков А.П. Озеро Глубокое. М.: Наука, с. Яковлев В.А. Оценка качества поверхностных вод Кольского Севера по биологическим показателям и данным биотестирования (практические рекомендации). Апатиты: Изд-во Кольского филиала АН СССР, с. Allan J.D., Castillo M.M. Stream ecology: structure and function of running waters. Springer, p. Balushkina E.V. The importance of structural characteristics of benthic animals in the evaluation of river and estuary ecosystems // Proc. Zool. Inst. Russ. Akad. Sci. SPb., Vol P Beak T.W. A biotic index of polluted streams and its relationship to fisheries. Adv. Wat. Pollut p. 183

185 Beck W.M. Studies in stream pollution biology. 1. simplified ecological classification of organisms. J. Florida Acad. Sci Vol. 17, 4. P Belliard J., Berrebi dit Thomas R., Monnier D. Fish communities and river alteration in the Seine Basin and nearby coastal streams // Hydrobiology p. Belpaire C., Smolders R., Vanden Auweele I. et al. An Index of Biotic Integrity characterizing fish populations and the ecological quality of Flandrian water bodies // Hydrobiology p. Goodnight C.J., Whitley L.S. Oligochaetes as indicators of pollution // Proc. 15th Ind. Waste Conv., Vol P Kolkwitz R., Marsson M. Grundsatze für die biologische Beurteilung des Wassers nach seiner Flora und Fauna // Mitt. aus d. Kgl. Prufungsanstalt für Wasser Versorgung u. Abwasserbeseitigung. Berlin, Bd. 1. S Kolkwitz R., Marsson M. Ökologie der pflanzlichen Saprobien // Ber. Deutsch. Bot. Ges Bd. 26a. S Kothe P. Der «Artenfehlbetrag», ein einfaches Gütekriterium und seine Anwendung bei biologischen Vorfluteruntersuchungen // Dtsch. Gewässerkund. Mitt P Margalef R. Information theory in ecology // Gen. Syst P Oberdorff T., Hughes R.M. Modification of an Index of Biotic Integrity based on fish assemblages to characterize rivers of the Seine Basin, France // Hydrobiology p. Pantle R., Buck H. Die biologische Überwachung der Gewässer und die Darstellung der Ergebnisse // Gas- und Wasserfach Bd. 96, s. Patrick R. Biological measure of stream condition. Sewage and Industrial Wastes Vol P Pielou E.C. Ecological diversity. NY: Wiley, p. Rask M., Vuorenmaa J., Neyberg K. et al. Recovery of acidified lakes in Finland and subsequent responses of perch and roach populations // Boreal Environment Research Vol. 19. P Sládeček V. The measure of saprobility / Verh. Intern. Verein Limnol Bd. 17. S

186 Sládeček V. System of Water Quality from the Biological Point of View // Arch. Hidrobiol., Beih. Ergebn. Limnol. Stuttgart Bd. 7. S Timm T. A guide to the freshwater Oligochaeta and Polychaeta of Northern and Central Europe // Lauterbornia Vol. 66. P Watanabe T., Asai K., Houki A. Biological information closely related to the numerical index DAIpo (Diatom Assemblage Index to organic water pollution) // Diatom p. Woodiwiss F.S. Comparative study of biological-ecological water quality assessment methods // Summery Report. Commission of the European Communities. Severn Trent Water Authority. UK, p. Wright J.F., Furse M.T., Armitage P.D. RIVPACS a technique for evaluating the biological quality of rivers in the UK // European Water Pollution Control Vol. 3 (4). P Zelinka M., Marvan P. Zur Präzisierung der biologischen Klassifikation der Reinheit fließender Gewässer // Arch. Hydrobiol Bd S

187 Приложения Приложение 1. Шкала визуального определения загрязнения нефтью (Правила ведения, 1991, с дополнениями) Внешний вид водоёма Чистая водная поверхность без признаков опалесценции (отсутствие признаков цветности при различных условиях освещения) Отсутствие пленки и пятен, отдельные радужные полосы, наблюдаемые при наиболее благоприятных условиях освещения и спокойном состоянии водной поверхности Отдельные пятна и серая пленка серебристого налета на поверхности воды, наблюдаемые при спокойном состоянии водной поверхности, появление первых признаков цветности Пятна и пленка с яркими цветными полосами, наблюдаемые при слабом волнении; отдельные промазки по берегам и на прибрежной растительности Нефть в виде пятен и пленки, покрывающая значительные участки поверхности воды, не разрывающаяся при волнении, с переходом цветности к тусклой мутнокоричневой; берега и прибрежная растительность вымазаны нефтью; нефть всплывает при взмучивании дна Поверхность воды покрыта сплошным слоем нефти, хорошо видимой при волнении, цветность темная, темно-коричневая; берега и прибрежные сооружения вымазаны нефтью; нефть всплывает при взмучивании дна Балл Количество нефти на 1 м² поверхности, г

188 Приложение 2. Оценка качества очистки стоков в аэротенках по биологическим показателям Качество очистки Много свободно плавающих Плохая Неудовлетворительная Удовлетворительная Хорошая Бактерии В зооглейных скоплениях Преобладают Преобладают Отсутствуют Инфузории Присутствуют Преобладают сувойки и стилонихии Отсутствуют Мало Амёбы Бесцветные жгутиковые Коловратки Единичные экземпляры Преобладают туфельки Присутствуют также нематоды и олигохеты Приложение 3. Влияние факторов окружающей среды на состояние химического агента в воде (Филенко, Михеева, 2007) Фактор среды Температура Концентрация кислорода Жёсткость Изменение фактора Повышение Снижение ph Отклонение от 7 Ускорение превращения Связывание, повышение биодоступности Комплексообразователи Взвеси Свет Повышение концентрации Повышение содержания Повышение интенсивности Изменение состояния вещества неорганического органического Ускорение превращения Повышение растворимости Изменение химической формы Связывание, повышение растворимости Связывание, снижение растворимости Замедление превращения Связывание Ускорение превращения 187

189 Приложение 4. Действие токсикантов на разные уровни биосистем (Филенко, Михеева, 2007) Уровень Структура Функция Нарушение при интоксикации Организм Целостная биосистема, способная адаптироваться к условиям среды и воспроизводиться Сохранение целостности и воспроизводство Замедление роста, стресс, разные формы патологии, снижение или прекращение воспроизводства, смерть 188 Популяция Сообщество Совокупность организмов одного вида, способная обеспечивать сохранение вида в естественных условиях Совокупность популяций организмов, находящихся во взаимодействии между собой и с окружающей средой Сохранение вида на конкретной территории Обеспечение сложности системы и видового разнообразия Снижение численности, конкурентоспособности вида, его способности адаптироваться к условиям Перестройка сообщества, сокращение видового разнообразия Экосистема Совокупность биоты и абиогенных компонентов конкретного природного объекта Преобразования вещества и энергии Изменения в экосистеме, упрощение структуры и функционирования

190 Приложение 5. Нарушения у рыб в процессе развития, вызванные хроническим токсическим воздействием (Филенко, Михеева, 2007) Жизненная стадия Сперма до размножения Яйца Развитие эмбриона Личинки при выклеве Предличинки Личинки Взрослые Форма нарушения Снижение подвижности и способности к оплодотворению. Повреждение генов Аномалии структуры (мембран), нарушение проницаемости для газов и воды. Снижение оплодотворяемости Изменение уровня АТФ. Дефицит энергии. Замедленное развитие. Некроз тканей. Нарушение дифференциации. Изменение активности ферментов и последствия этого. Нарушения дыхания и скорости сердцебиений. Снижение скорости роста. Морфология изменения формы бластодиска и бластомеров, нерегулярное расщепление бластомеров. Аморфность тканей. Деформация желтка и кровеносной системы. Искривление позвоночной струны. Снижение двигательной активности Изменение периода выклева и количества проклюнувшихся. Снижение выживаемости при выклеве. Уменьшенные размеры личинок. Выклев с головы Потеря равновесия и нарушение реакции избегания. Снижение усвояемости желтка замедление роста и смещение срока перехода на свободное питание. Деформация плавников и позвоночника. Измененное кожное дыхание. Восприимчивость к заболеваниям. Дефекты глаз. Недоразвитость рта, нижней челюсти, жабр Сниженная пищевая (голодание) и плавательная активность, торможение роста. Изменения поведения, в том числе «кашель рыб» Нарушения развития гонад, продукции гамет, торможение созревания яиц. Разрушение мужских органов размножения. Передача токсиканта следующему поколению 189

191 Приложение 6. Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей (Шиленко и др., 1999) Показатели состава и свойства воды водоёма или водотока Требования При сбросе сточных вод конкретным водопользователем, производстве работ на водном объекте и в прибрежной зоне содержание ВВ Взвешенные вещества (ВВ) не должно увеличиваться по сравнению с естественными условиями более чем на 0.25 мг/л для высшей и первой категории, на 0.75 мг/л для второй категории водопользования Вода не должна приобретать посторонних Окраска, запахи, привкусы запахов, привкусов и окраски и сообщать их мясу рыб Температура воды не должна повышаться по сравнению с естественной температурой водного объекта более чем на 5 C с общим повышением температуры не более чем до 20 C летом и 5 C зимой для водных объектов, где Температура обитают холоднолюбивые рыбы (лососевые и сиговые), и не более чем до 28 C летом и 8 C зимой в остальных случаях. В местах нерестилищ налима запрещается повышать температуру воды зимой более чем на 2 C Водородный показатель (ph) Не должен выходить за пределы В зимний (подлёдный) период должен быть не менее 6.0 мг/л в водоёмах высшей и первой категории, 4.0мг/л второй категории водопользования. В летний (открытый) период во Растворённый кислород всех водных объектах должен быть не менее 6.0 мг/л При температуре 20 C не должно превышать БПКполн 3.0 мг/л Не должны содержаться в воде водотоков и Химические вещества водоёмов в концентрациях, превышающих нормативы Сточная вода на выпуске в водный объект не должна оказывать острого токсического действия на тест-объекты. Вода водного объекта в Токсичность воды контрольном створе не должна оказывать хронического токсического действия на тестобъекты 190

192 Приложение 7. ПДК отдельных вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоёмов (Об утверждении нормативов, 2010) Вещество ПДК, мг/л Алюминий 0.04 Аммоний-ион 0.5 Бензол 0.5 Ванадий Гуминовые кислоты (общее содержание, включая тяжёлые фракции для воды водоёмов умеренной и высокой 3.7 жёсткости) Дихлорфенол Диэтиламин 0.01 Железо общее 0.1 Кальций Кобальт 0.01 Магний 40.0 Марганец двухвалентный 0.01 Медь Метанол 0.1 Мочевина 80.0 Мышьяк 0.05 Натрий Нефтепродукты 0.05 Никель 0.01 Нитрат-анион 40.0 Нитрит-анион 0.08 Перекись водорода 0.01 Ртуть отсутствие ( ) Свинец Стронций 0.4 Сульфат-анион Сульфит-анион 1.9 для олиготрофных водоёмов 0.05 Фосфаты (по фосфору) для мезотрофных водоёмов 0.15 для эвтрофных водоёмов 0.20 Хлорид ртути (II) отсутствие ( ) Хлорид-анион Хром трёхвалентный / Хром шестивалентный 0.07 / 0.02 Цезий 1.0 Цианид-анион

193 Приложение 8. Показатели, контролируемые в процессе экспериментального определения эколого-рыбохозяйственных нормативов (Филенко, Михеева, 2007) 192 Организмыредуценты Организмыпродуценты Зоопланктон Зообентос Рыба Тест-объект Бактериальная микрофлора Тест-параметры Основные Численность клеток, дыхание бактерий (по БПК), концентрации кислорода, аммиака, нитритов, нитратов Вспомогательные Водоросли Общая биомасса, содержание Общая численность клеток, ph среды, концентрация пигментов, определение интенсивности фотосинтеза кислорода, соотношение живых и мёртвых клеток Макрофиты Выживаемость, рост стебля, отростков, корней Интенсивность фотосинтеза Инфузории Выживаемость, размножение Поведение Ракообразные Выживаемость, плодовитость, численность и возрастной состав модельных популяций Морфологические изменения Поведение, морфологические Моллюски Выживаемость, плодовитость, питание, масса изменения, выделение слизи, потребление кислорода Хирономиды Эмбриогенез Взрослые Выживаемость на различных стадиях развития и сроки их прохождения, морфологические аномалии, плодовитость Выживаемость эмбрионов, выклев предличинок и их состояние Выживаемость, масса тела, анатомические и клинические изменения, питание, частота дыхания, органолептические характеристики мяса, материальная и функциональная кумуляция Поведение, масса и общее состояние личинок и имаго Аномалии развития, биохимические отклонения Поведение, биохимические отклонения -

194 Приложение 9. Критерии санитарно-гигиенической оценки опасности загрязнения питьевой воды и источников питьевого водоснабжения химическими веществами (Шитиков и др., 2003) 193 Показатель Содержание токсических веществ 1-го класса опасности «чрезвычайно опасные вещества»: бериллий, ртуть, бензапирен, диоксин, дихлорэтилен, диэтилртуть, галлий и др. (в долях ПДК) Содержание токсичных веществ 2-го класса опасности «высокоопасные вещества»: алюминий, барий, бор, кадмий, молибден, мышьяк, свинец, стронций, цианиды и др. (в долях ПДК) Содержание токсичных веществ 3-го класса «опасные» и 4-го класса опасности «умеренно опасные вещества»: медь, марганец, хром, цинк, фенолы, нефтепродукты, аммоний, нитраты, фосфаты и др. (в долях ПДК) Характеристика экологического состояния Чрезвычайная экологическая ситуация Экологическое бедствие >3 2-3 > > Относительно удовлетворительная ситуация В пределах гигиенических нормативов (ПДК) В пределах гигиенических нормативов (ПДК) В пределах гигиенических нормативов (ПДК)

195 Приложение 10. Рабочая шкала для расчёта биотического индекса Вудивисса TBI и расширенного биотического индекса Вудивисса EBI (Вудивисс, 1977; Woodiwiss, 1978) 194 Наличие видовиндикаторов Личинки веснянок Личинки подёнок (кроме Baetis rhodani) Личинки ручейников Гаммариды Asellus aquaticus Олигохеты и хирономиды Отсутствуют все перечисленные группы Количество видовиндикаторов Общее количество присутствующих групп бентосных организмов по EBI Общее количество присутствующих групп бентосных организмов по TBI и более Более 1 вида Только 1 вид Более 1 вида Только 1 вид Более 1 вида Только 1 вид Отсутствуют все перечисленные виды Отсутствуют все перечисленные виды Отсутствуют все перечисленные виды Могут быть организмы, не требующие растворённого кислорода

196 Приложение 11. Классификация качества вод по индексам TBI и EBI (Семенченко, 2004) TBI EBI Количество Количество Качество вод баллов баллов Качество вод Высокое 8-10 Олигосапробные 8-9 Хорошее 6-7 β-мезосапробные 6-7 Невысокое 3-5 α-мезосапробные 4-5 Низкое 0-2 Полисапробные 1-3 Плохое Приложение 12. Классификация качества вод по индексам BMWP и Kch (Балушкина, 1976; Wright et al., 1993) BMWP Kch Количество Значения Качество вод баллов индекса Качество вод > 150 Исключительное Очень хорошее Чистые Хорошее Умеренно загрязнённые Невысокое Загрязнённые < 25 Плохое Грязные Приложение 13. Взаимосвязь индекса Пареле D 1 и индекса Попченко I s с классами качества воды и зонами сапробности (Пареле, Астапенок, 1975; Попченко, 1987) Количество баллов D1 Качество вод Значения индекса Is Качество вод <0.30 Относительно Чистые и относительно чистые <0.30 чистые Слабо Слабо загрязнённые загрязнённые Загрязнённые Загрязнённые Сильно Сильно загрязнённые загрязнённые 195

197 Приложение 14. Шкала для расчёта индекса BMWP (Wright et al., 1993) Таксон Семейства, имеющие индикаторный вес Баллы Ephemeroptera Ephemerellidae, Ephemeridae, Heptageniidae, Leptophlebiidae, Potamanthidae, Siphlonuridae Capniidae, Chloroperlidae, Leuctridae, Perlodidae, Plecoptera Taeniopterygidae 10 Heteroptera Aphelocheiridae Beraeidae, Brachycentridae, Goeridae, Trichoptera Lepidostomatidae, Leptoceridae, Molannidae, Odontoceridae, Phryganeidae, Sericostomatidae Crustacea Astacidae Odonata Aeshnidae, Agriidae, Cordulgastridae, Corduliidae, Gomphidae, Lestidae, Libellulidae 8 Trichoptera Philopotamidae, Psychomyidae Ephemeroptera Caenidae Plecoptera Nemouridae 7 Trichoptera Limnephilidae, Polycentropodidae, Rhyacophilidae Gastropoda Ancylidae, Neritidae, Viviparidae Trichoptera Hydroptilidae Bivalvia Unionidae 6 Crustacea Corophiidae, Gammaridae Odonata Coenagrionidae, Platycnemidae Heteroptera Corixidae, Gerridae, Hydrometridae, Mesoveliidae, Naucoridae, Nepidae, Notonectidae, Pleidae Chrysomelidae, Clambidae, Curculionidae, Coleoptera Dryopidae, Dytiscidae, Elmidae, Gyrinidae, Haliplidae, Helididae, Hygrobiidae, Hydrophilidae 5 Trichoptera Hydropsychidae Diptera Simuliidae, Tipulidae Turbellaria Dendrocoelidae, Planariidae Ephemeroptera Baetidae Megaloptera Sialidae 4 Hirudinea Piscicolidae Gastropoda Hydrobiidae, Lymnaeidae, Physidae, Planorbidae, Valvatidae Bivalvia Sphaeriidae 3 Hirudinea Erpobdellidae, Glossiphoniidae, Hirudidae Crustacea Asellidae Chironomidae Все представители 2 Oligochaeta Все представители 1 196

198 Приложение 15. Список учитываемых параметров для расчёта индекса IBI для бассейна р. Сены (Belliard et al., 1999) Категория Видовое богатство Метрика Уклон реки 1. Общее число видов - 2. Число бентосных видов 3. Число видов пелагических реофилов 4. Число стенобионтных видов 5. % плотвы от общей численности рыб 6. Отношение возраста форели к возрасту щуки или окуня Критерий исчисления баллов Варьирует в зависимости от площади водосбора и уклона реки Варьирует в зависимости от площади водосбора Варьирует в зависимости от площади водосбора Варьирует в зависимости от площади водосбора < 1 < > 60 1 < > Трофический состав Численность рыб и их здоровье 7. % эврифагов от общей численности рыб 8. % рыб, специализирующихся на питании беспозвоночными от общей численности рыб 9. % особей с аномалиями 10. Плотность (численность рыб на 100 м²) < 1 < > 50 1 < > 35 < 1 > < 20 1 > < 30 - < > 5 - > <

199 198 Приложение 16. Соответствие между классами качества вод по нормативам экологической классификации Водной Рамочной Директивы (WFD) Европейского Союза и баллами модифицированного индекса IBI (Belpaire et al., 2000) Классы качества и их описание по модифицированному Классы качества и их описание по нормативу WFD индексу IBI Высокий Хороший Средний Видовой состав и обилие полностью или почти полностью соответствуют ненарушенным условиям. Все виды, чувствительные к конкретным типам загрязнений, присутствуют. Возрастной состав сообществ рыб не показывает признаков антропогенного нарушения, не свидетельствует о недостаточности воспроизводства или развития какого-то отдельного вида Есть небольшие изменения видового и возрастного состава и обилия сообществ рыб, объясняющиеся антропогенным воздействием на физико-химические и гидрологические элементы качества вод. В ряде случаев регистрируется недостаточность воспроизводства или развития того или иного вида, некоторые возрастные классы могут отсутствовать Состав и обилие видов рыб умеренно отличается от естественного, что обусловлено антропогенным воздействием на физико-химические или гидрологические элементы качества вод. Возрастная структура сообществ рыб имеет признаки нарушенности, чувствительные виды отсутствуют или очень малочисленны От превосходного ( ) до очень хорошего ( ) От хорошего ( ) до приемлемого ( ) От критического ( ) до критически-плохого ( ) Обитают все региональные виды, характерные для данных местообитаний, в том числе наиболее нетолерантные формы, присутствует полный спектр возрастных и половых классов; сбалансированное трофическая структура Видовое богатство несколько ниже ожидаемого, особенно из-за потери наиболее чувствительных форм; снижается обилие некоторых видов или изменяется их возрастная структура; трофическая структура показывает некоторые признаки стресса Преобладают всеядные, нечувствительные формы и эврибионты; присутствует несколько крупных хищников; темпы роста обычно снижаются; гибриды и больные рыбы часто присутствуют

200 199 Классы качества и их описание по нормативу WFD Плохой Очень плохой Регистрируются большие изменения в элементах качества рыбы. Сообщества рыб существенно отличаются от таковых в естественных условиях Регистрируются серьезные изменения в элементах качества рыбы. Сообщества рыб, обычно связанные с ненарушенными водными объектами, отсутствуют Окончание приложения 16 Классы качества и их описание по модифицированному индексу IBI Присутствуют несколько видов рыб, в основном вселенцы или очень толерантные формы; много гибридов; От плохого ( ) до очень плохого регулярно отмечаются болезни, паразиты, повреждения плавников и дру- ( ) гие аномалии Мёртвый (0-1.0) Рыбы отсутствуют

201 Приложение 17. Классы качества вод и характеристики состояния экосистем водоёмов и водотоков по показателям зообентоса S t, No/Nc, Kch, 1/TBI, IP и IP (%) (Балушкина, 2011) Класс Состояние Показатель Качество вод вод экосистемы St No/Nc Kch 1/TBI IP IP 1 Очень чистые Относительно Чистые удовлетворительное Умеренно загрязнённые Напряжённое Загрязнённые Критическое Загрязнённые грязные Кризисное Грязные Катастрофическое Приложение 18. Классификация вод р. Ангары по биологическим показателям (N численность, экз./м²) (Кожова, Акиншина, 1979) Условия Балл Качество вод N (Tubificidae) = 0 0 Чистые воды N (Gammaridae) > N (Oligochaeta) или 1 Слабо загрязнённые воды N (Naididae) > N (Tubificidae) N (Tubificidae) / N (общее) < N (Tubificidae) / N (общее) > Сильно загрязнённые воды

202 Приложение 19. «Речной» индекс Бика (Beak, 1965) Статус загрязнения Балл Незагрязненная 6 Загрязнение от слабого до умеренного Умеренное загрязнение От умеренного до сильного загрязнения Сильное загрязнение Определенное (отдельное) загрязнение, обычно токсичное Тип сообщества макробеспозвоночных Широкое представительство чувствительных, факультативных и толерантных хищных, травоядных, фильтpаторов и детритофaroв без указания определенных видов Чувствительные хищники и травоядные редуцированы до обособленных популяций или отсутствуют. Факультативные хищники, растительноядные и, возможно, фильтраторы и детритофаги, характерные для чистых вод. Рост численности с более низким индексом Все чувствительные виды отсутствуют. Факультативные хищники (пиявки) отсутствуют или редки. Хищники подсемейства Tanypodinae и растительноядные хирономиды присутствуют в довольно плотных популяциях Факультативные и устойчивые виды сильно уменьшаются в численности, если загрязнения токсичные; если органики немного, то виды, устойчивые к недостатку кислорода, присутствуют в больших количествах Только очень устойчивые детритофаги (Tubificidae) присутствуют в большом количестве Макробеспозвоночные обычно отсутствуют Рыбный потенциал Все характерные рыбы для естественных вод Более чувствительные виды рыб убывают в численности Только «грубые» рыбы Рыбы только с высокой устойчивостью к загрязнениям Рыб очень мало, если они вообще есть Рыб нет 201

203 Приложение 20. Критерии оценки состояния пресноводных экосистем (Критерии оценки, 1994) 202 Показатель Фитопланктон Концентрация хлорофилла «а», мкг/л Средняя биомасса фитопланктона, мг/л Фитомасса нитчатых водорослей, кг/м² Зоопланктон Зообентос Экологическое бедствие Отсутствие водорослей или единичные экземпляры видов Состояние экосистемы Чрезвычайная экологическая ситуация Плёнка синезелёных, пряди нитчатых водорослей, отдельные представители других групп водорослей Относительно удовлетворительная ситуация Естественное развитие фитопланктона Более Менее 10 Более Менее 10 Более Менее 2.0 Единичные экземпляры панцирных коловраток, их зимние яйца Присутствие только некоторых видов червей, не требовательных к кислороду (тубифицид) Резкое снижение численности и разнообразия панцирных коловраток, единичные экземпляры низших ракообразных Резкое сокращение численности и разнообразия донных животных, присутствие тубифицид (олигохет) и таниподин (хирономид) Естественное развитие зоопланктона Естественное развитие зообентоса на региональном уровне

204 203 Показатель Биотический индекс по Вудивиссу (с учётом региональных особенностей), баллы Олигохетный индекс, отношение численности олигохет к численности всего зообентоса, % Хирономидный индекс по Балушкиной Ихтиофауна Заболеваемость рыб, связанная с хроническим токсикозом (миопатия, язвенная болезнь и тд.), % от годового улова Интегральный показатель качества вод: биотестирование на ракообразных (дафнии и цериодафнии), гибель 50% и более рачков в течение 96 и 48 часов соответственно Экологическое бедствие Чрезвычайная экологическая ситуация Окончание приложения 20 Относительно удовлетворительная ситуация Менее Более 6 Более Менее 50 Более Менее 6.5 Исчезновение ценных и редких видов рыб, отсутствие запасов промысловых рыб Резкое снижение доли ценных и редких видов рыб, резкое снижение запасов промысловых рыб Сохранение естественного состояния ихтиофауны, величина вылова не нарушает естественного воспроизводства рыб Более Отсутствие признаков 100 и более раз 50 до 100 раз

205 Приложение 21. Химические и бактериологические показатели отдельных ступеней сапробности вод (Sládeček, 1969) Концентрация, мг/л Категория вод Степень сапробности Значение индекса сапробности Псиxрофильные бактерии на 1 мл Количество бактерий типа cоli БПК, мл/л О2 H2S Специфические вещества и показатели Катаробная Катаробность - < 5 10² - 0 Разная 0 Остаточный хлор Ксеносапробность ³ >8 0 - Олигосапробность > Эусапробная Транссапробная β-мезосапробность >4 0 - α-мезосапробность >2 0 - Полисапробность >0.5 0 Лимносапробная Окислительно-восстановительный потенциал (Eh)>+200 мв Изосапробность Следы <1 Eh = мв Метасапробность <100 Eh <+50 мв Гиперсапробность <10 Птомаины Ультрасапробность Антисапробная Разная 0 Токсические вещества Радиосапробность - Разное Разное Разная 0 Радиоактивные вещества Криптосапробность - Разное Разное Разная 0 Физические факторы

206 Учебное издание Алексевнина Маргарита Степановна Поздеев Иван Викторович САНИТАРНАЯ ГИДРОБИОЛОГИЯ с основами водной токсикологии Учебное пособие Редактор Л.Г. Подорова Корректор Л.И. Иванова Компьютерная верстка В.В. Безматерных Подготовка иллюстраций Е.Ю. Крайнев Пописано в печать Формат 60 84/16. Усл. печ. л Тираж 50 экз. Заказ 178/2016. Издательский центр Пермского государственного национального исследовательского университета , г. Пермь, ул. Букирева, 15

207

Решение эколого-экономических проблем качества среды обитания

Решение эколого-экономических проблем качества среды обитания 77 Решение эколого-экономических проблем качества среды обитания Колупаева В.Б., Колупаев Б. И. (kolupaev42@mail.ru) Марийский государственный технический университет Принято считать, что рост экономики,

Подробнее

Обзор качества поверхностных вод на территории Чувашской Республики за 2011 год

Обзор качества поверхностных вод на территории Чувашской Республики за 2011 год Обзор качества поверхностных вод на территории Чувашской Республики за 2011 год Современная хозяйственная деятельность человека, связанная с производством, в той или иной степени нарушает водную экосистему,

Подробнее

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ВОДНЫХ РЕСУРСОВ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ВОДНЫХ РЕСУРСОВ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ УДК 338: 556. 18 (908) АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ВОДНЫХ РЕСУРСОВ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ 2007 А. И. Логвинова ст. преподаватель каф. экономической и социальной географии, Kurskgu@ mail.ru Курский государственный

Подробнее

Антропогенное загрязнение окружающей среды

Антропогенное загрязнение окружающей среды Антропогенное загрязнение окружающей среды 1. Цель и задачи дисциплины Целью освоения дисциплины «Антропогенное загрязнение окружающей среды» является изучение антропогенного загрязнения природных сред

Подробнее

ÎÖÅÍÊÀ ÊÀ ÅÑÒÂÀ ÂÎÄÛ ÂÎÄÎÅÌΠÐÛÁÎÕÎÇßÉÑÒÂÅÍÍÎÃÎ ÍÀÇÍÀ ÅÍÈß Ñ ÏÎÌÎÙÜÞ ÃÈÄÐÎÁÈÎÍÒÎÂ

ÎÖÅÍÊÀ ÊÀ ÅÑÒÂÀ ÂÎÄÛ ÂÎÄÎÅÌΠÐÛÁÎÕÎÇßÉÑÒÂÅÍÍÎÃÎ ÍÀÇÍÀ ÅÍÈß Ñ ÏÎÌÎÙÜÞ ÃÈÄÐÎÁÈÎÍÒΠÈ. Â. Âîëêîâà, Ò. Ñ. Åðøîâà, Ñ. Â. Øèïóëèí ÎÖÅÍÊÀ ÊÀ ÅÑÒÂÀ ÂÎÄÛ ÂÎÄÎÅÌΠÐÛÁÎÕÎÇßÉÑÒÂÅÍÍÎÃÎ ÍÀÇÍÀ ÅÍÈß Ñ ÏÎÌÎÙÜÞ ÃÈÄÐÎÁÈÎÍÒΠУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СПО 2-е издание, исправленное и дополненное Ðåêîìåíäîâàíî

Подробнее

Алгоритм (методология) формирования показателя

Алгоритм (методология) формирования показателя 8 С. Водные ресурсы 7. Возобновляемые ресурсы пресных вод в том числе: поверхностные воды подземные воды водные ресурсы, поддающиеся восстановлению и воспроизводству, которые включают ресурсы поверхностных

Подробнее

ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ИСТОЩЕНИЯ

ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ИСТОЩЕНИЯ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный

Подробнее

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАЧЕТА ПО ОСНОВАМ ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 3 КУРСА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАЧЕТА ПО ОСНОВАМ ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 3 КУРСА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАЧЕТА ПО ОСНОВАМ ЭКОЛОГИИ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 3 КУРСА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА Общая экология 1. Наука «экология» и ее задачи. Направления современного

Подробнее

Защита окружающей среды. что можем сделать мы

Защита окружающей среды. что можем сделать мы Защита окружающей среды что можем сделать мы Содержание Загрязнение атмосферы Загрязнение гидросферы Загрязнение литосферы Что может сделать каждый из нас Ссылки вперед назад в начало в конец Загрязнение

Подробнее

Тема 6. Охрана окружающей среды. Природа - это все, что окружает человека. «Окружающая среда» характеризует естественные природные условия и

Тема 6. Охрана окружающей среды. Природа - это все, что окружает человека. «Окружающая среда» характеризует естественные природные условия и Тема 6. Охрана окружающей среды. Природа - это все, что окружает человека. «Окружающая среда» характеризует естественные природные условия и экологическое состояние определенной местности. В наше время

Подробнее

Информационная записка о состоянии водных ресурсов г. Донецк

Информационная записка о состоянии водных ресурсов г. Донецк Информационная записка о состоянии водных ресурсов г. Донецк Экологическая характеристика реки Кальмиус в черте города Донецка Река Кальмиус берет свое начало на южном склоне Донецкого кряжа вблизи станции

Подробнее

АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОСФЕРУ

АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОСФЕРУ АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОСФЕРУ Под антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящую

Подробнее

К.Е.Алексеева (студентка), А.И. Меняева (студентка), Н.П. Коноплева (преподаватель), Н.В. Серышева (преподаватель) ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА ПОДЗЕМНЫХ

К.Е.Алексеева (студентка), А.И. Меняева (студентка), Н.П. Коноплева (преподаватель), Н.В. Серышева (преподаватель) ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА ПОДЗЕМНЫХ К.Е.Алексеева (студентка), А.И. Меняева (студентка), Н.П. Коноплева (преподаватель), Н.В. Серышева (преподаватель) ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА УЧЕБНОЙ БАЗЕ «СМОЛЕНЩИНА» г. Иркутск, Государственное

Подробнее

Автор: Киньябаева Гульюзум

Автор: Киньябаева Гульюзум Автор: Киньябаева Гульюзум На нашей планете водоемов намного больше, чем земли. Приблизительно три четверти земного шара заняты водой, и лишь четверть остается суше. Но не смотря на это охранять надо именно

Подробнее

ДОКЛАД на тему: Естественно биологическая очистка сточных вод в рыбоводно-биологических прудах с помощью гидробиоценозов

ДОКЛАД на тему: Естественно биологическая очистка сточных вод в рыбоводно-биологических прудах с помощью гидробиоценозов МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ОХРАНЫ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Кафедра социальной

Подробнее

Об условиях приема сточных вод в систему коммунальной канализации города Климовичи

Об условиях приема сточных вод в систему коммунальной канализации города Климовичи РЕШЕНИЕ КЛИМОВИЧСКОГО РАЙОННОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО КОМИТЕТА 15 сентября 2017 г. 18-7 Об условиях приема сточных вод в систему коммунальной канализации города Климовичи На основании пункта 3 статьи 47 Водного

Подробнее

ПРАВИЛА ПРИЕМА СТОЧНЫХ ВОД В СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ

ПРАВИЛА ПРИЕМА СТОЧНЫХ ВОД В СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ ПРАВИЛА ПРИЕМА СТОЧНЫХ ВОД В СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ Утверждены Постановлением Правительства Республики Казахстан от 28 мая 2009 года 788 Постановление Правительства Республики Казахстан

Подробнее

Современное состояние атмосферы и водоснабжения в Москве и Московской области

Современное состояние атмосферы и водоснабжения в Москве и Московской области Базаева Т.А., Базаева М.Г. Московский государственный областной университет Современное состояние атмосферы и водоснабжения в Москве и Московской области Экология такова, что скоро от сока берёзы будем

Подробнее

Предельно допустимые нормативы и источники загрязнения ПДК, ВДК, ПДН, ЛПК, ЛПВ

Предельно допустимые нормативы и источники загрязнения ПДК, ВДК, ПДН, ЛПК, ЛПВ Предельно допустимые нормативы и источники загрязнения ПДК, ВДК, ПДН, ЛПК, ЛПВ Правовые основы Основы экологического нормирования заложены в: Федеральный закон 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» 2002г.

Подробнее

УСТОЙЧИВЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА ВОД РЕКИ ЛЕНА В РАЙОНЕ ГОРОДА ЯКУТСКА

УСТОЙЧИВЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА ВОД РЕКИ ЛЕНА В РАЙОНЕ ГОРОДА ЯКУТСКА УСТОЙЧИВЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА ВОД РЕКИ ЛЕНА В РАЙОНЕ ГОРОДА ЯКУТСКА Андросов И.А. студент гр. ПП-09 IV курса БГФ Научный руководитель д.г.н. Пестрякова Л.А. Северо-Восточный федеральный университет

Подробнее

3.1. В результате освоения дисциплины «Экология» должны быть сформированы следующие компетенции:

3.1. В результате освоения дисциплины «Экология» должны быть сформированы следующие компетенции: 1. Цели и задачи дисциплины Цель изучения дисциплины «Экология» - обеспечение необходимого для успешного осуществления профессиональной деятельности уровня знаний в области экологии, биосферных процессов,

Подробнее

Выполнил: Крылов Светозар, учащийся 10-го класса Учитель: Шорникова С.П.

Выполнил: Крылов Светозар, учащийся 10-го класса Учитель: Шорникова С.П. Выполнил: Крылов Светозар, учащийся 10-го класса Учитель: Шорникова С.П. Загрязнение атмосферы 1.Химическое загрязнение- загрязнение газообразными и жидкими химическими соединениями и отдельными элементами,

Подробнее

УДК 628.1, ПРИМЕНЕНИЕ ОЗОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

УДК 628.1, ПРИМЕНЕНИЕ ОЗОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД УДК 628.1, 628.3 ПРИМЕНЕНИЕ ОЗОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД Алексеев С.Е. Московский государственный строительный университет, кафедра водоотведения В докладе

Подробнее

2. Природные ресурсы и охрана окружающей среды Природные ресурсы Затраты на охрану окружающей среды Текущие затраты на охрану окружающей среды

2. Природные ресурсы и охрана окружающей среды Природные ресурсы Затраты на охрану окружающей среды Текущие затраты на охрану окружающей среды 2. Природные ресурсы и охрана окружающей среды Природные ресурсы совокупность естественных компонентов и свойств окружающей природной среды, которые используются или в перспективе могут быть использованы

Подробнее

Тема 1 Введение в дисциплину «Рациональное использование ресурсов»

Тема 1 Введение в дисциплину «Рациональное использование ресурсов» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПИСЬМЕННЫХ ЭКЗАМЕНОВ для магистратуры, 1 курс, НПМ, специальность «Экология». АО «УНИВЕРСИТЕТ НАРХОЗ» Утвержден Протоколом заседания кафедры «Технологий и экологии» от октября

Подробнее

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД РЕГИОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ЗАПОРОЖСКОЙ АЭС.

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД РЕГИОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ЗАПОРОЖСКОЙ АЭС. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД РЕГИОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ЗАПОРОЖСКОЙ АЭС. Мороз Н.А. Техник Запорожская АЭС На протяжении всего периода эксплуатации Запорожской АЭС (1984-2002г.г.)

Подробнее

003. Система взаимодействия живой и неживой природы это 1) биогеоценоз 2) экологическая система 3) биоценоз

003. Система взаимодействия живой и неживой природы это 1) биогеоценоз 2) экологическая система 3) биоценоз Тестовые задания Выберите один (или несколько) правильных ответов 001. Охрана природы это: 1) наука о взаимодействии человеческого общества и природы 2) совокупность государственных и общественных мероприятий,

Подробнее

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОМЕСТНОЙ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ОБОРОТНОМ ВОДОСНАБЖЕНИИ ГАЙСКОГО ГОКА

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОМЕСТНОЙ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ОБОРОТНОМ ВОДОСНАБЖЕНИИ ГАЙСКОГО ГОКА УДК ОР 26.22 В.А. Фаюстов Орский гуманитарно-технологический институт (филиал) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»,

Подробнее

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ БЕЗОТХОДНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА (ПРОИЗВОДСТВА)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ БЕЗОТХОДНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА (ПРОИЗВОДСТВА) Министерство образования и науки РФ Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ БЕЗОТХОДНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА (ПРОИЗВОДСТВА) Методические

Подробнее

Задания муниципального этапа олимпиады по экологии для учащихся 9 классов учебный год.

Задания муниципального этапа олимпиады по экологии для учащихся 9 классов учебный год. 1 2 3 Задания муниципального этапа олимпиады по экологии для учащихся 9 классов. 2016-2017 учебный год. Задание 1. Выберите ДВА верных из предложенных вариантов ответов (правильный ответ 1 балл; правильным

Подробнее

СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДОЕМОВ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДОЕМОВ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УДК 622 СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДОЕМОВ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Базанов М.М., студент гр. Изб-121, IV курс Научный руководитель: Гегальчий Н.Е., к.н., доцент Кузбасский государственный технический

Подробнее

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И УКАЗАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И УКАЗАНИЯ Методические рекомендации Форма и указания Ф СО ПГУ 7.18.2/05 Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Кафедра биологии и экологии

Подробнее

Вопросы к итоговому занятию по коммунальной гигиене для студентов 6 курса

Вопросы к итоговому занятию по коммунальной гигиене для студентов 6 курса Утверждено на заседании кафедры гигиены труда 30.08.2013, Протокол 1 Вопросы к итоговому занятию по коммунальной гигиене для студентов 6 курса 1. Этапы предупредительного санитарного надзора, задачи и

Подробнее

Общие принципы рационального природопользования

Общие принципы рационального природопользования Общие принципы рационального природопользования В природопользовании принято рассматривать два уровня управления: управление природными системами; управление природопользователями. Управление природными

Подробнее

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ Н.А. БИРЮКОВА

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ Н.А. БИРЮКОВА Н.А. БИРЮКОВА ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по

Подробнее

ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ УДК 502/504:544.165 ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ Н.Ю. Громова В процессе развития цивилизации человек активно взаимодействует со средой обитания (новые технологии) и формирует

Подробнее

САВИНА Ю. А., КОЗЛЕНКО Е. С. АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ (Р.ТОМЬ) В СРАВНЕНИИ С НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТЬЮ (Р.

САВИНА Ю. А., КОЗЛЕНКО Е. С. АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ (Р.ТОМЬ) В СРАВНЕНИИ С НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТЬЮ (Р. УДК 332.142.6 САВИНА Ю. А., КОЗЛЕНКО Е. С. АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ (Р.ТОМЬ) В СРАВНЕНИИ С НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТЬЮ (Р.ОБЬ) ЗА 1997-2013 гг. студенты, научный руководитель к.с.-х.н.,

Подробнее

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕЧКИ ЗОЛОТОНОШКА

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕЧКИ ЗОЛОТОНОШКА УДК 504.03:504.453(477.46) Мислюк О.А., Хоменко Е.М. Черкасский государственный технологический университет, г.черкассы СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕЧКИ ЗОЛОТОНОШКА Представлены результаты

Подробнее

Практическая работа 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Практическая работа 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД Практическая работа 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД Загрязнение водоемов происходит как естественным, так и искусственным путем. Естественным путем загрязнения происходят

Подробнее

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ ЗНАНИЙ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ ЗНАНИЙ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Камачева Екатерина Александровна канд. пед. наук, доцент Васильков Валерий Геннадиевич канд. пед. наук, доцент ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный институт культуры» г. Санкт-Петербург ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

Подробнее

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Кусинская средняя общеобразовательная школа»

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Кусинская средняя общеобразовательная школа» Муниципальное общеобразовательное учреждение «Кусинская средняя общеобразовательная школа» Рассмотрено на заседании методического совета Протокол 1 от «22» августа 2016 г. Принято на педагогическом совете

Подробнее

8 класс Лабораторная работа 1:

8 класс Лабораторная работа 1: 8 класс Лабораторная работа 1: Определение рн в воде реки или пруда Краткая теория Гидросфера водная оболочка Земли, совокупность ее океанов, морей, рек, озер, болот, водохранилищ, подземных вод, включая

Подробнее

1. Цели и задачи дисциплины Место дисциплины в структуре ООП 3. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение дисциплины

1. Цели и задачи дисциплины Место дисциплины в структуре ООП 3. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение дисциплины 1. Цели и задачи дисциплины Цель изучения дисциплины «Экология» - обеспечение необходимого для успешного осуществления профессиональной деятельности уровня знаний в области экологии, биосферных процессов,

Подробнее

Об условиях приема производственных сточных вод организаций в сети централизованной (коммунальной) канализации города Сенно

Об условиях приема производственных сточных вод организаций в сети централизованной (коммунальной) канализации города Сенно РЕШЕНИЕ СЕННЕНСКОГО РАЙОННОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО КОМИТЕТА 18 марта 2015 г. 189 Об условиях приема производственных сточных вод организаций в сети централизованной (коммунальной) канализации города Сенно На

Подробнее

УДК 504.5:549.25/29: : ( ) Макаренко Т. В., Силивончик Н. М. Гомельский государственный университет им.

УДК 504.5:549.25/29: : ( ) Макаренко Т. В., Силивончик Н. М. Гомельский государственный университет им. УДК 504.5:549.25/29:556.531:627.157(282.247.321.7) Макаренко Т. В., Силивончик Н. М. Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И ВОДЕ

Подробнее

OPENGOST.RU Портал нормативных документов

OPENGOST.RU  Портал нормативных документов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР Охрана природы ГИДРОСФЕРА Правила контроля качества морских вод Nature protection. Hydrosphere. Procedures for quality control of marine waters ГОСТ 17.1.3.08-82 Постановлением

Подробнее

Основы географической экологии, природопользование и промышленная экология

Основы географической экологии, природопользование и промышленная экология Основы географической экологии, природопользование и промышленная экология Объекты географии как науки, основные направления изучения географии. Физическая география и экология, связь между ними и другими

Подробнее

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Выполнила: ученица 11 г класса МБОУ лицей 1 Ахматханова Фарида Фарисовна Руководитель: учитель химии Маркова Наталья Владимировна Цель: изучение различных видов

Подробнее

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ Часть А

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ Часть А А26 7.5 7.6. Биосфера глобальная экосистема. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Живое вещество, его функции. Особенности распределения биомассы на Земле. Эволюция биосферы Существуют два определения

Подробнее

ЭКОЛОГО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД

ЭКОЛОГО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД ЭКОЛОГО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД 74 Е.А. Седова Актуальной проблемой современности является охрана окружающей среды от загрязнений, увеличение мощности систем оборотного

Подробнее

Презентация на тему биосфера Земли

Презентация на тему биосфера Земли Презентация на тему биосфера Земли Экология -это наука о взаимодействии живых существ, между собой и окружающей средой. Биомасса - это масса всех живых организмов на Земле. Абиотические факторы- это факторы

Подробнее

Создание учения о биосфере

Создание учения о биосфере Учение о биосфере Создание учения о биосфере Владимир Иванович Вернадский наполнил понятие биосфера конкретным содержанием Биосфера это область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала

Подробнее

промышленности, горном деле и коммунально-бытовом секторе,

промышленности, горном деле и коммунально-бытовом секторе, В соответствии с представленным проектом отчетности согласно Протокола по проблемам воды и здоровья, Республикан Центром Госсанэпиднадзора Минздрава Республики Узбекистан были проработаны вопросы, имеющиеся

Подробнее

Белорусский государственный университет Химический факультет Кафедра радиационной химии и химико-фармацевтических технологий

Белорусский государственный университет Химический факультет Кафедра радиационной химии и химико-фармацевтических технологий Белорусский государственный университет Химический факультет Кафедра радиационной химии и химико-фармацевтических технологий УТВЕРЖДАЮ Декан химического факультета Д.В. Свиридов (дата утверждения) Регистрационный

Подробнее

АННОТИРОВАННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ дисциплины «Основы экологии и охрана природы» по специальности Фармация

АННОТИРОВАННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ дисциплины «Основы экологии и охрана природы» по специальности Фармация АННОТИРОВАННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ дисциплины «Основы экологии и охрана природы» по специальности 060301 Фармация 1) Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа. 2) Цели

Подробнее

Экологические основы природопользования Цель и задачи дисциплины

Экологические основы природопользования Цель и задачи дисциплины Экологические основы природопользования 1. Цель и задачи дисциплины Целью освоения дисциплины «Экологические основы природопользования» является: осознание необходимости гармоничного взаимодействия с природой,

Подробнее

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ в Аспирантуру ФГБНУ «ГосНИОРХ» в 2017 году

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ в Аспирантуру ФГБНУ «ГосНИОРХ» в 2017 году ПРИНЯТО Решением Ученого cовета от «11» апреля 2017 г. Протокол 5 УТВЕРЖДЕНО Приказом от «12» апреля 2017 г. 25-А ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ в Аспирантуру ФГБНУ «ГосНИОРХ» в 2017 году Направление

Подробнее

Требования к уровню освоения дисциплины

Требования к уровню освоения дисциплины 1. Цель и задачи преподавания дисциплины Учебная дисциплина «Экологическая безопасность» является факультативной в структуре программ по специальности 110304 «Технология обслуживания и ремонта машин в

Подробнее

ТЕХНОГЕННАЯ НАГРУЗКА НА ГИДРОСФЕРУ ОАО «ПЕНЗХИММАШ» И РАЗРАБОТКА ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

ТЕХНОГЕННАЯ НАГРУЗКА НА ГИДРОСФЕРУ ОАО «ПЕНЗХИММАШ» И РАЗРАБОТКА ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ А.В. Коростелева (аспирант), Е.Лескина (студент), К.Р. Таранцева (д.т.н., профессор), А.Мирошниченко (студент) ТЕХНОГЕННАЯ НАГРУЗКА НА ГИДРОСФЕРУ ОАО «ПЕНЗХИММАШ» И РАЗРАБОТКА ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

Подробнее

«Источники загрязнения питьевой воды»

«Источники загрязнения питьевой воды» Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа п. Новый Карачай» IV республиканский конкурс «Молодежь КЧР за чистую окружающую среду и здоровый образ жизни» «Источники

Подробнее

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА. Наименование дисциплины «Водная экология» По направлению подготовки Строительство

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА. Наименование дисциплины «Водная экология» По направлению подготовки Строительство М и н и с т е р с т в о о б р а з о в а н и я и н а у к и А с т р а х а н с к о й о б л а с т и Г А О У А О В П О «А с т р а х а н с к и й и н ж е н е р н о - с т р о и т е л ь н ы й и н с т и т у т» РАБОЧАЯ

Подробнее

УПРАВЛЯЕМАЯ БИОРЕМЕДИАЦИЯ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМАХ КАК ФАКТОР ЗДОРОВОЙ ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА(НА ПРИМЕРЕ РЕГИОНА РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН)

УПРАВЛЯЕМАЯ БИОРЕМЕДИАЦИЯ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМАХ КАК ФАКТОР ЗДОРОВОЙ ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА(НА ПРИМЕРЕ РЕГИОНА РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН) УДК 574.635:628.35 Сидоров А.В., Морозов Н.В. Татарский государственный гуманитарнопедагогический университет, г. Казань УПРАВЛЯЕМАЯ БИОРЕМЕДИАЦИЯ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМАХ КАК ФАКТОР ЗДОРОВОЙ

Подробнее

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД. В сточных водах предприятий содержится значительное количество загрязняющих веществ, в состав которых входят ионы тяжелых металлов, а также различные органические вещества

Подробнее

Уважаемая! Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОДНЫХ РЕСУРСОВ (Росводресурсы)

Уважаемая! Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОДНЫХ РЕСУРСОВ (Росводресурсы) Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОДНЫХ РЕСУРСОВ (Росводресурсы) ЗАМЕСТИТЕЛЬ РУКОВОДИТЕЛЯ ул. Кедрова, д.8, корп. 1. Москва, 117292 Тел.: (499) 125-52-79;

Подробнее

Одесский государственный экологический университет д.геогр.н., проф. Ю.С. Тучковенко

Одесский государственный экологический университет д.геогр.н., проф. Ю.С. Тучковенко Оценка роли различных источников загрязнения в формировании «горячих точек» в морских прибрежных акваториях с использованием методов численного моделирования Одесский государственный экологический университет

Подробнее

«Согласовано» Заместитель директора / Абдуллина Э.Ф./ от 2016г. Подпись Ф.И.О.

«Согласовано» Заместитель директора / Абдуллина Э.Ф./ от 2016г. Подпись Ф.И.О. Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа 25» «Принято» Педагогическим советом протокол от 2016г. Введено приказом от 2016г. Директор школы / Кузавкова Л.В./

Подробнее

О гл а в л ен и е ПРЕДИСЛОВИЕ... 3 ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ И СОЦИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ

О гл а в л ен и е ПРЕДИСЛОВИЕ... 3 ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ И СОЦИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ О гл а в л ен и е ПРЕДИСЛОВИЕ... 3 ЧАСТЬ I. ОБЩАЯ И СОЦИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ РАЗДЕЛ I. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ... б Глава 1. Введение в п редм ет... б 1. Уровни организации живой материи. Молекулярный уровень...6

Подробнее

Биотестирование и оценка качества в МУП «Водоканал»

Биотестирование и оценка качества в МУП «Водоканал» МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ФГАОУВПО «КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ И БИОЛОГИИ КАФЕДРА

Подробнее

процессы, протекающие в биосфере, связанные с природными и антропогенными факторами, которые связанны между собой.

процессы, протекающие в биосфере, связанные с природными и антропогенными факторами, которые связанны между собой. АННОТАЦИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ «Химия окружающей среды» для студентов агрономического факультета направления подготовки 05.03.06 «Экология и природопользование» 1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Современное

Подробнее

НДТ очистки сточных вод поселений: концепция информационно-технического справочника

НДТ очистки сточных вод поселений: концепция информационно-технического справочника НДТ очистки сточных вод поселений: концепция информационно-технического справочника Старт процессу перехода производств РФ на технологическое нормирование на основе наилучших доступных технологий был дан

Подробнее

Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь

Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь Завьялов С.В. Начальник управления регулирования воздействий на атмосферный воздух и водные ресурсы Основные законодательные

Подробнее

ТЕСТОВАЯ ЧАСТЬ областной экологической олимпиады среди учеников муниципальных образовательных учреждений Саратовской области «Сделай мир чище!

ТЕСТОВАЯ ЧАСТЬ областной экологической олимпиады среди учеников муниципальных образовательных учреждений Саратовской области «Сделай мир чище! ТЕСТОВАЯ ЧАСТЬ областной экологической олимпиады среди учеников муниципальных образовательных учреждений Саратовской области «Сделай мир чище!» 1. При малоотходном производстве вредное воздействие на окружающую

Подробнее

ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ МЕДИ И ЖЕЛЕЗА В РЕКЕ ИШИМ В ГОДАХ

ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ МЕДИ И ЖЕЛЕЗА В РЕКЕ ИШИМ В ГОДАХ УДК 551.48 ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ МЕДИ И ЖЕЛЕЗА В РЕКЕ ИШИМ В 2009-2010 ГОДАХ Картпаева Дамежан Мейрамовна Студент Евразийского Национального Университета имени Л.Н. Гумилева, г.астана Научный руководитель

Подробнее

«Сохраним реки Пермского края чистыми»

«Сохраним реки Пермского края чистыми» Третий открытый форум Прокуратуры Пермского края «Обеспечение экологической безопасности и сохранение уникальной природы Пермского края» 22 ноября 2017 г. «Сохраним реки Пермского края чистыми» вопросы

Подробнее

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ О СОСТОЯНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ СПЕЦИАЛЬНОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЗОНЫ "МОРПОРТ АКТАУ" за 1 полугодие 2017 года

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ О СОСТОЯНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ СПЕЦИАЛЬНОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЗОНЫ МОРПОРТ АКТАУ за 1 полугодие 2017 года МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "КАЗГИДРОМЕТ" ДЕПАРТАМЕНТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ О СОСТОЯНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ

Подробнее

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ. Экология обязательная естественнонаучная дисциплина, изучающая взаимосвязь всего живого на Земле и непосредственное влияние деятельности человека на окружающую среду и живые организмы.

Подробнее

Шифр специальности: Экология

Шифр специальности: Экология Шифр специальности: 3.02.08 Экология Формула специальности: Экология наука, которая исследует структуру и функционирование живых систем (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени в естественных

Подробнее

Курс по выбору (углубление) «Химический практикум» 9В класс

Курс по выбору (углубление) «Химический практикум» 9В класс Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение г. Калининграда гимназия 32 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПЕДАГОГА Кудравец Елены Александровны Курс по выбору (углубление) «Химический практикум» 9В класс Количество

Подробнее

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ О СОСТОЯНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ СПЕЦИАЛЬНОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЗОНЫ "МОРПОРТ АКТАУ" ВЫПУСК 2 (51) (2 квартал 2017 года)

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ О СОСТОЯНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ СПЕЦИАЛЬНОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЗОНЫ МОРПОРТ АКТАУ ВЫПУСК 2 (51) (2 квартал 2017 года) МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "КАЗГИДРОМЕТ" ДЕПАРТАМЕНТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ О СОСТОЯНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ

Подробнее

теоретические основы охраны окружающей среды, должны иметь представление о развитии охраны окружающей среды

теоретические основы охраны окружающей среды, должны иметь представление о развитии охраны окружающей среды Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации обучающихся по дисциплине (модулю): Б1.В.ОД.4 Охрана окружающей среды Общие сведения 1. Кафедра Естественных наук 2. Направление подготовки

Подробнее

MATERIALS OF CONFERENCES

MATERIALS OF CONFERENCES 516 MATERIALS OF CONFERENCES Таким образом, по результатам анализа поверхностных вод можно сделать вывод, что наибольшую антропогенную нагрузку среди водных объектов города испытывает река Кашинка. Основными

Подробнее

ЭКОЛОГИЯ КУБАНСКОГО РЕГИОНА

ЭКОЛОГИЯ КУБАНСКОГО РЕГИОНА МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Частное образовательное учреждение учебно-курсовой комбинат «Бурение» А.И. Иванов, С.Б. Криворотов, Б.Ю. Чебураков ЭКОЛОГИЯ КУБАНСКОГО РЕГИОНА Учебник

Подробнее

ГЛАВА 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ГЛАВА 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ УТВЕРЖДЕНО Постановление Совета Министров Республики Беларусь 15.09.2011 1234 ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОГРАММА по водоснабжению и водоотведению Чистая вода на 2011 2015 годы ГЛАВА 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Государственная

Подробнее

Экологический практикум

Экологический практикум А.Г. Муравьев, Н.А. Пугал, В.Н. Лаврова Экологический практикум Учебное пособие с комплектом карт-инструкций Допущено Министерством образования Российской Федерации Крисмас+ Санкт-Петербург 2012 1 ББК

Подробнее

М Е Ж Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т

М Е Ж Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т М Е Ж Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т Охрана природы ГИДРОСФЕРА Правила контроля качества морских вод ГОСТ 17.1.3.08-82 Nature protection. Hydrosphere. Procedures for quality control of marine

Подробнее

Sewerage. Terms and definitions. Термин Определение. Общие понятия. 1. Канализация По ГОСТ Сточные воды По ГОСТ

Sewerage. Terms and definitions. Термин Определение. Общие понятия. 1. Канализация По ГОСТ Сточные воды По ГОСТ Государственный стандарт СССР ГОСТ 25150-82 "Канализация. Термины и определения" (утв. и введен в действие постановлением Госстандарта СССР от 24 февраля 1982 г. N 805) Sewerage. Terms and definitions

Подробнее

О НЕКОТОРЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМАХ ГИДРОХИМИИ И ГИДРОЭКОЛОГИИ В СВЕТЕ РЕАЛИЗАЦИИ ВОДНОЙ СТРАТЕГИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НА ПЕРИОД ДО 2020 ГОДА

О НЕКОТОРЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМАХ ГИДРОХИМИИ И ГИДРОЭКОЛОГИИ В СВЕТЕ РЕАЛИЗАЦИИ ВОДНОЙ СТРАТЕГИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НА ПЕРИОД ДО 2020 ГОДА О НЕКОТОРЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМАХ ГИДРОХИМИИ И ГИДРОЭКОЛОГИИ В СВЕТЕ РЕАЛИЗАЦИИ ВОДНОЙ СТРАТЕГИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НА ПЕРИОД ДО 2020 ГОДА Никаноров А.М. Институт водных проблем РАН, Гидрохимический

Подробнее

3. Возникновение жизни-

3. Возникновение жизни- Государственный стандарт (соответственно по темам работ учащихся) Биология: 1. Польза воды - воспитание позитивного ценностного отношения к живой природе, собственному здоровью и здоровью других людей;

Подробнее

ГЛАВА 6. БИОСФЕРА Понятие о биосфере Роль и значение биогеохимических круговоротов в функционировании

ГЛАВА 6. БИОСФЕРА Понятие о биосфере Роль и значение биогеохимических круговоротов в функционировании П редисловие... 3 ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА... 5 1.1. Историческое развитие экологии... 5 1.2. Основные цели и задачи экологии... 8 1.3. Структура современной экологии... 11 ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЯ НОРМЛИЗАЦИИ СРЕДЫ. Цель работы освоить методику расчета критерия нормализации

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЯ НОРМЛИЗАЦИИ СРЕДЫ. Цель работы освоить методику расчета критерия нормализации ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЯ НОРМЛИЗАЦИИ СРЕДЫ среды. Цель работы освоить методику расчета критерия нормализации Задачи работы: 1. Изучить методы расчета показателей нормализации среды. 2.

Подробнее

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕК ОКА, ТРУБЕЖ, ЛИСТВЯНКА МЕТОДАМИ БИОДИАГНОСТИКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕК ОКА, ТРУБЕЖ, ЛИСТВЯНКА МЕТОДАМИ БИОДИАГНОСТИКИ Труды второй международной научно-практической конференции молодых ученых «Индикация состояния окружающей среды: теория, практика, образование», 25-28 апреля 2013 года : сборник статей. М.: ООО «Буки Веди»,

Подробнее

от 25 января 1995 года N 19 ПОЛОЖЕНИЕ о государственном учете и контроле использования вод в Кыргызской Республике

от 25 января 1995 года N 19 ПОЛОЖЕНИЕ о государственном учете и контроле использования вод в Кыргызской Республике ПОЛОЖЕНИЕ о государственном учете и контроле использования вод в Кыргызской Республике Утверждено постановлением Правительства Кыргызской Республики от 25 января 1995 года N 19 (В редакции постановлений

Подробнее

Глава 1. Биология как наука. Методы научного познания

Глава 1. Биология как наука. Методы научного познания Глава 1. Биология как наука. Методы научного познания 1.1. Биология как наука, ее методы Биология как наука. Биология (от греч. bios «жизнь», logos «учение, наука») наука о жизни. Это дословный перевод

Подробнее

«Запасы и проблемы пресной воды»

«Запасы и проблемы пресной воды» Конкурсная студенческая работа «Запасы и проблемы пресной воды» Выполнил: студент эмф-38 Пивоварова К.В Руководитель :Лобойко В.Ф Волгоград,2013 1. ВОДНАЯ СРЕДА Водная среда включает поверхностные и подземные

Подробнее

Рабочая программа по учебному предмету «Экология»

Рабочая программа по учебному предмету «Экология» Приложение к образовательной программе среднего общего образования ГБОУ СО «СОШ 2» Рабочая программа по учебному предмету «Экология» Базовый уровень 10 класс среднего общего образования Составитель: Чепелева

Подробнее

ТЕМА 7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВОВ ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ

ТЕМА 7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВОВ ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ ТЕМА 7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВОВ ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ Цель занятия: изучить методику расчета нормативов допустимых сбросов для водотоков по отдельным выпускам и для бассейна

Подробнее

МОСКОВСКИЙ ОБЛАСТНОЙ КОМИТЕТ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ

МОСКОВСКИЙ ОБЛАСТНОЙ КОМИТЕТ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ МОСКОВСКИЙ ОБЛАСТНОЙ КОМИТЕТ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ПРИКАЗ от 2 сентября 1996 г. N 125 О МЕРАХ ПО УСИЛЕНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ МОСКОВСКОЙ

Подробнее

МАЛЫЕ ФОРМЫ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ КАК МОЩНЫЙ ФАКТОР ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

МАЛЫЕ ФОРМЫ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ КАК МОЩНЫЙ ФАКТОР ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Ковалева Ольга Викторовна, канд. сельхоз. наук, доцент кафедры экологии и РП, ФГБОУ ВО «ГАУ Северного Зауралья» г. Тюмень. Россия МАЛЫЕ ФОРМЫ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ КАК МОЩНЫЙ ФАКТОР ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ

Подробнее

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ. для самопроверки при подготовке к рубежному (блочному) контролю знаний по дисциплине «Экология» (специальность БТПиП)

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ. для самопроверки при подготовке к рубежному (блочному) контролю знаний по дисциплине «Экология» (специальность БТПиП) ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ для самопроверки при подготовке к рубежному (блочному) контролю знаний по дисциплине «Экология» (специальность 280102 БТПиП) Вопросы по Экологии по Блоку-1 1. Дайте определение науки

Подробнее

ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ВОРКУТИНСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА

ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ВОРКУТИНСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА УДК 502.1 Е.Г. Булдакова, Н.Н. Даль ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ВОРКУТИНСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА Е.Г. Булдакова, Н.Н. Даль, 2011 Проведен анализ состояния водных ресурсов города Воркуты и дана количественная

Подробнее