Моніторинг забруднень води за допомогою рослин

Також для вілову використовують сачок

 

2.7 Методи аналізу забруднення

 

   Методи оцінки якості вод, засновані на застосуванні окремих великих таксонів зообентосу: Метод великих таксонів широко застосовується в практиці гідробіологічного моніторингу завдяки простоті обчислень, відсутності трудомістких таксономічних визначень. Теоретичним обгрунтуванням і умовою універсальності методу є повсюдне поширення використовуваних таксонів у водоймах різних типів з різним рівнем забруднення. Такими групами є олігохети і личинки хірономід. 
 
У своїх дослідженнях Е. В. Балушкіним запропонувала оцінювати забрудненість води по співвідношенню чисельності представників окремих підродин хірономід за допомогою індексу: 
 
           

где:  ,    и   – вспомогательные величины для подсемейств Tanypodinae, Chironomae, Orthocladiinae. 
Допоміжні величини розраховуються по сумі чисельності N представників кожного з підродин, вираженої у відсотках від загальної чисельності хирономид і доданка 10, інакше кажучи, α = N +10. Підібране емпірично число 10 обмежує межі можливих значень, визначаючи оптимальне співвідношення градацій індексу і ступеня його чутливості. 
 
Вплив відносної чисельності особин підродини Chironominae знижено вдвічі на тій підставі, що в найбільш чистих водах відносна чисельність Orthocladiinae + Diamesinae наближалася до 100% (без урахування заросльових форм), в найбільш брудних відносна чисельність Tanypodinae також становила 100%. Тенденція ж збільшення відносної кількості Chironominae у міру забруднення виражена в меншій мірі і їх індикаторне значення в цілому нижче, що й знайшло відображення у зменшенні [3]. Значення індексу K від 0,136 до 1,08 характеризують чисті води; 1,08-6,5 - помірно забруднені; 6,5-9,0 - забруднені; 9,0-11-брудні. 
 
Біотичний індекс Вудівісса. Цей метод оцінки придатний тільки для дослідження річок помірного пояса і не підходить для озер і ставків.Оцінка стану річок проводиться за 15-бальною шкалою. У цьому методі використовується показник, який називається біотичний індекс Вудівісса. Його визначають за спеціальною таблицею. 
 
Щоб оцінити стан водойми за методом Вудівісса, потрібно: 
 
1) з'ясувати, які індикаторні (показові) групи є в досліджуваному водоймі; 
 
2) потім необхідно оцінити загальний різноманітність бентосних організмів. Визначити кількість «груп» бентосних організмів в пробі.При використанні методу Вудівісса за «групу» приймається будь-який вид плоских хробаків, молюсків, п'явок, ракоподібних, водяних кліщів, веснянок, сетчатокрилих, жуків, будь-який вид личинок інших комах. Визначивши кількість груп в пробі, знаходять відповідний стовпець в таблиці; 
 
3) на перетині рядка і стовпця за спеціальною таблицею знаходять індекс Вудівісса. Його значення змінюється від 0 до 15 і вимірюється в балах. Стан водойми визначається так: 0-2 бала - дуже сильне забруднення (5-7 клас якості), водне співтовариство знаходиться в сильно пригніченому стані; 3-5 балів - значне забруднення (4-5 клас якості); 6-7 балів - незначне забруднення водойми (3 клас якості); 8-10 балів і вище - чисті річки (1-2 клас якості). 
 
Згідно біотичному індексом Вудівісса, у міру підвищення рівня забрудненості вод відбувається зміна видової структури бентосних організмів. Внаслідок, чого відбувається відмирання індикаторних таксонів, що досягли межі толерантності [7, 1, 3, 33]. 
 
Індекс Гуднайт-Уотлея. Ця проста, але надійна методика біоіндикації використовується тільки для визначення забруднення водойми органічними речовинами. Для визначення значень олігохетного індексу годяться тільки матеріали дночерпательних проб [8, 9]. 
 
Значення індексу а дорівнює відношенню кількості виявлених в пробі олігохет (малощетинкових хробаків) до загальної кількості організмів (включаючи і самих хробаків) у відсотках за формулою. 1) 
 
Ступінь забруднення води органікою дана в табл. 1 
 
Класичний варіант олігохетного індексу (ОІ) вперше був запропонований Гуднайт і Уотлеем в 1961 р. ОІ розраховується як відношення чисельності олігохет до загальної чисельності організмів в пробі. При цьому стан річки вважається хорошим, якщо ОІ менше 60%, сумнівним при ОІ в межах 60-80%, річка важко забруднена, якщо ОІ перевищує 80%. За показником узагальненого індексу судять про ступінь евтрофікації водойми.

Таблиця 1

Олигохетний індекс Гуднайт–Уотлея

Значенння індекса %	Ступінь забруднення води	Kласс якості
Менше 30	Відсутність забруднення	1–2
30–60	Незначне	2–3
60–70	Помурне	3–4
70–80	Значне	4–5
Більше 80	Сильн	5–6

 

Е. А. Парел застосувала [40] ОІ для малих річок Латвії, ранжирувавши його відповідно до класифікації якості вод С. М. Драчева. На підставі значень модифікованого ОІ, названого коефіцієнтом D, Парел було виділено шість груп у досліджених водотоках: дуже чиста - 0,01-0,16 (або 1-16%); чиста - 0,17-0,33 (17-33 %); помірно забруднена - 0,34-0,50 (34-50%); забруднена - 0,51-0,67 (51-67%); брудна - 0,68-0,84 (68-84% ); дуже брудна - 0,85-1 (понад 85%). 
 
На Російській рівнині для великих річок добре зарекомендував себе інший метод Парел [23], заснований на відношенні чисельності олігохет сімейства тубіфіцід до сумарної чисельності всіх олігохет: 
 
 
 
де:t-чисельність-тубіфіцід; 
 
O-чисельність-всіх-олігохет-(малощетинкові-черви). 
 
За значеннями D2 для річок Латвії були виділені: сильно забруднені води (0,8-1,0); забруднені (0,55-0,79); слабо забруднені (0,3-0,54); відносно чисті (менше 0 , 3). У малих швидкоплинних водотоках з різноманітною донної фауною пропонується використовувати коефіцієнт D1 - співвідношення чисельності тубіфіцід і всього бентосу в пробі. При Д1 = 0,01-0,16 - дуже чиста вода; 0,17-0,33 - чиста; 0,34-0,50 - слабозабруднених; 0,51-0,67 - забруднена; 0,68-0 , 84 - брудна; 0,85-1,0 - дуже брудна. 
 
Індекс Шеннона. Являє собою формалізацію, яка використовується при оцінці складності та змісту інформації будь-яких типів систем, він найкраще підходить для цілей порівняння в тих випадках, коли не цікавлять компоненти різноманітності окремо. До того ж він не залежить від величини проби, а також важливо те, що чисельність видів завжди характеризується нормальним розподілом. Важливо, що індекс Шеннона надає більшої ваги рідкісним видам. Він зазвичай змінюється в межах від 1,5 до 3,5. Причини помилок в оцінці різноманітності з використанням цього індексу полягають в тому, що неможливо включити у вибірку всі види реального співтовариства. 
 
Індекс-Шеннона-знаходиться-за-формулою  
 
,   
 
де:Ni-велика-кількістьi-го-виду; 
 
N-сумарна-велика-кількість-всіх-W-видів. 
 
   Індекс Шеннона користується невиправдано широкою популярністю, хоча він не має яких-небудь переваг (особливо при використанні для аналізу даних екологічного моніторингу) в порівнянні з іншими інтегральними характеристиками спільнот [72].

Інтегральний індекс екологічного стану. В основу експертноїкласифікації річкових екосистем за показниками зообентосуможе бути покладено інтегральний індекс екологічного состо ¬яния за біологічними показниками, що враховує такігідробіологічні параметри як чисельність і біомаса бентосу;число видів у співтоваристві; видове різноманіття, що оцінюється за індексом Шеннона; біотичний індекс Вудівісса іолігохетний індекс Парел. Інтегральний індекс (ЙБС) розраховується за формулою

,                                

де: Bi - використовувані біологічні показники, виражені у відносних одиницях-на-4-бальною-шкалою;Nb - кількість відібраних біологічних показників. 
На основі ІХС та інтегрального індексу екологічного стану за хімічними показниками (ІХС) обчислюється обоб ¬ щенний індекс екологічного стану водотоку (ІІЕС), що дозволяє виділити три типи екологічного стану: зону екологічного лиха, зону екологічної кризи, зону відносного екологічного благополуччя. На основі об'єднання декількох біотичних індикаторів шляхом оптимального розпізнавання образів можлива побудова так званого «узагальненого портрета» досліджуваного співтовариства організмів, тобто рівняння оптимальної площині, що переводить простір індикаторних ознак в бінарний вигляд і, відповідно, розділяє цей простір на «нормальну» і « патологічну »[6]. 
Індекс Майера. Найбільш проста методика біоіндикації. Ця методика підходить для будь-яких типів водойм. Вона простіша і має велику перевагу - у ній не треба визначати безхребетних з точністю до виду. Метод заснований на тому, що різні групи водних безхребетних приурочені до водойм з певною мірою забрудненості. При цьому організми - індикатори відносять до одного з трьох розділів, представлених в табл. 2

Таблиця 2

                                                   Індекс Майера

Мешканці чистих вод, X	Організми середньої чутливості,Y	Мешканці забруднених водойм, Z
личинки веснянок  личинки одноденок  личинки ручейников  личинки віслокрилок  двостулкові молюски	бокоплав  річковий рак  личинки бабок  Личинки комарів - долгоножек  Молюски-котушки, молюски-жівородкі	Личинки комарів-звонца  п'явки  водяний ослик  прудовікі  личинки мошки  Малощетінковиє черви

 

Потрібно зазначити, які з наведених у таблиці груп виявлені в пробах. Кількість знайдених груп з першого розділу необхідно помножити на 3, кількість груп з другого розділу - на 2, а з третього розділу - на 1. 
 
Отримані-цифри-складають: 
 
.     
 
За значенням суми S (в балах) оцінюють ступінь забрудненості водойми: більше 22 балів - водойма чистий і має 1 клас якості; 17-21 балів - 2 клас якості; 11-16 балів - помірна забрудненість, 3 клас якості; менше 11 - водойма брудний, 4-7 клас якості. 
 
Простота та універсальність методу Майера дають можливість швидко оцінити стан досліджуваного водойми. Точність методу невисока. Але якщо проводити дослідження якості води регулярно протягом якогось часу і порівнювати отримані результати, можна вловити, в який бік змінюється стан водойми [1]. 
 
Переваги і недоліки біологічних методів оцінки забруднення вод. В результаті аналізу методів біоіндикації, за оцінкою забруднення поверхневих вод можна виділити основні переваги і недоліки, табл.2  
 
Всі перераховані методи біоіндикації широко використовуються для оцінки антропогенного впливу біоценози наземних і водних екосистем. При будь-яких несприятливих умовах різноманітність видів в біоценозі зменшується, а чисельність стійких видів зростає. 
 
Крім цього методи біоіндикації мають загальні недоліки: 
 
- Чисельність більшості організмів має чітко-виражену сезонність, і залежать від погодних умов; 
 
- Для більшості методів потрібні кваліфіковані фахівці у визначенні видів живих організмів. Поряд з методами біоіндикації необхідне застосування і методу біотестування, для виявлення і оцінки дії факторів (в т. ч. і токсичних) навколишнього середовища на організм, його окрему функцію або систему

(http://hghltd.yandex.net/yandbtm?text) 
 

 

Висновки

   Першим етапом дій, направлених на контроль забруднення води, є моніторинг забруднюючих речовин і ефектів їх впливу. Відсутність даних про концентрації забруднюючих речовин, їх впливу на об’єкти навколишнього середовища перешкоджає проведенню досліджень по оцінці просторово-часового розподілу забруднюючих сполук, їх негативного впливу, виконанню робіт по встановленню стандартів якості повітря, націлених на захист людини та навколишнього середовища, контролю виконання заходів, націлених на зменшення рівня забруднення води. Ми потребуємо системи оповіщення, котра повинна попереджати про епізоди високого рівня забруднення води, що являє фактор ризику для людини та тварин.

Для вирішення цих задач необхідні вимірювання як фізико-хімічного складу забруднення, так і ефектів його впливу на рослини. Проведення вимірювань концентрацій забруднюючих речовин автоматичними аналізаторами не дозволяє прогнозувати всі можливі ефекти впливу забруднення води , а застосування тільки індикаторних рослин ніколи не дозволить оцінити рівень забруднення води і виміряти концентрацію кожного забрудника. Тому для оцінки стану води , включаючи вміст забруднюючих речовин в ній , і стану рослинності необхідно об’єднати вищевказані системи моніторингу. Вимірювання концентрацій забруднюючих речовин у воді, визначення параметрів залежності доза –ефект

Важливою проблемою при використанні рослин для моніторингу біологічних ефектів залишається проблема показності даних, що отримуються за допомогою рослин-індикаторів та рослин-моніторів. Питання співставленості ефектів впливу забруднення на індикаторні або акумулюючі види і на інші види рослинності ще не достатньо вивчене. Значною проблемою є також оцінка ефектів впливу комбінацій забруднюючих речовин на рослини. Такі сумарні впливи, повинні враховуватися при оцінках можливих впливів забруднення води на рослини. До числа проблем слід також віднести також і недостатню кількість рослин-індикаторів, що мають високу чутливість до впливу одного, визначеного забрудника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список використаних джерел

1.  Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1998. - 455с.

2.  Білявський Г.О. та інші. Основи екологічних знань: Навч. посібник. – К.: Либідь, 2003. – 336 с.

3.  Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. Пер. с нем. /Под ред. Р. Шуберта. - М.: Мир, 1988. - 348с.

4.  Викторов С.В., Ремезова Г.Л. Индикационная геоботаника. - М.: Изд-во МГУ, 1988. - 167с.

5.  Джигирей В.С. Екологія то охорона навколишнього середовища: Навч. посібник: Для студ. вузів. - К.: Знання, 2000. - 203с.

6.  Злобін Ю.А., Кочубей Н.В. Загальна екологія. Навчальний посібник. – С.: Університетська книга, 2003. – 414с.

7.  Экология города: учебник для студ. вузов под ред. Ф.В. Стольберга. - К.: Либра, 2000. - 464с.

8.  Козлов Ю.С. и др. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. - М.: “АГАР”, 2000. - 176с.

9.  Кормиков И.И. Адаптация растений к условиям техногенно загрязненной Среды. - К.: Наукова думка, 1996. - 238с.

10.Крапивин В.Ф. Проблемы мониторинга. - М.: Знание, 1991. - 64с.

11.Кучерявий В.П. Екологія. – Львів: Світ, 2001. – 500 с.

12.Кучерявий В.П. Урбоекологія. –  Л.: Світ, 1999. – 346с.

13.Международная программа по  биоиндикации антропогенного загрязнения  природной среды /Е.В.Соколов, Д.А. Криволуцкий  и др. //Экология, - 1990. - № 2. - 90-94с.

14.Мэнинг У. Дж., Фелер У.А. Биомониторинг  загрязнения атмосферы с помощью  растений. - М.: Гидрометеоиздат, 1985. - 143с.

15.Новиков Ю.В. Экология, окружающая  среда и человек. - М.: Агенство  “Фаир”, 1998. - 320с.

16 http://crk-knteu.kiev.ua/81929-Bioindikaciya_kachestva_vody.html

17 http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%96%D0%BE%D1%96%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D1%96%D1%8F

18 http://ru.osvita.ua/vnz/reports/biolog/26203/

19 http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=484797