Тальских В.Н. Методология оценки экологического состояния

[26] Тальских В.Н. Методология оценки экологического состояния водных объектов
Приаралья по гидробиологическим показателям. Труды конференции. Главгидромет,
САНИГМИ, Ташкент,1995, с.87-95.
Изъятие речного стока и сброс минерализованных коллекторно-дренажных вод
(КДВ) с сельхозугодий, гидротехническое и мелиоративное строительство привели к
количественному и качественному изменению гидрографической сети в среднем и
нижнем течении Амударьи, изменению гидрологического, гидрохимического и
гидробиологического режимов связанных с ней водоемов. Таким образом, причины
экологических изменений водных экосистем Приаралья в общих чертах известны. Суть
экологических последствий этих изменений до сих пор трактуется весьма расплывчато, а
прямая оценка экологического состояния водных объектов вообще не проводится из-за
отсутствия полных данных по биологическим сообществам.
Сейчас уже общепринято, что интегральным отражением общего благополучия или
неблагополучия водных экосистем и связанных с ними ландшафтных комплексов
являются водные биоценозы, видовой состав и структура которых неразрывно связаны с
качеством окружающей среды [1, 2]. К сожалению, приходится констатировать крайне
слабую изученность биоценозов поверхностных вод этого региона, особенно в аспекте их
изменений и деградации по сравнению с исходным региональным генофондом, который
является активным биологическим компонентом водных экосистем и одновременно
прямым индикатором их экологического состояния.
Практически не изучен в этом отношении перифитон – сообщества, образующие на
поверхности подводных субстратов (живых и неживых) различные типы обрастаний.
Перифитон водных объектов Приаралья – это практически «белое пятно», что является
парадоксальным фактором, если учесть повсеместную распространенность этого
сообщества в поверхностных водах Среднеазиатского региона.
В предлагаемой методике мы рассматриваем видовой состав и структуру
перифитона как приоритетную характеристику состояния генофонда и, как индикатор
экологического состояния водных объектов Приаралья при сравнении с другими водными
объектами региона, по которым уже имеется аналогичная информация. С научной и
практической точек зрения важно понять: в каком направлении происходят изменения и
деградация генофонда биоценозов перифитона в поверхностных водах Приаралья на фоне
общерегиональных гидробиологических процессов, основные направления изменения
которых отражены в разработанной нами ранее [1] санитарно-экологической
классификации. Эта классификация водных объектов позволила построить региональную
рабочую гипотезу об основных трендах изменения генофонда перифитонных сообществ с
точки зрения их экологического отклика на антропогенное загрязнение поверхностных
вод. На ее основе был разработан региональный индикаторный показатель – биотический
перифитонных индекс (БПИ), позволяющий оценивать по изменению видового состава и
структуры перифитона качество воды и непосредственно экологическое состояние водных
объектов [2,3].
При построении региональной классификации все водные объекты, обследованные в
бассейне Сырдарьи и Амударьи, были ранжированы в санитарно-экологический ряд с
возрастающим уровнем загрязнения, в котором каждой ступени ряда соответствует
перифитон с определенными структурно-функциональными характеристиками и
состоянием генофонда. Всего было выделено шесть основных санитарно-экологических
групп (типов) водных объектов, внутри которых определены подгруппы. Начинают этот
ряд чистые фоновые водные объекты альпийского, субальпийского и лесного поясов
горной зоны (1-я группа). Затем идут слабо загрязненные водные объекты предгорной
зоны (2-я группа) и умеренно загрязненные водные объекты равнинного пояса
антропогенной зоны (3-я группа). Завершают этот ряд водные объекты равнинного пояса
антропогенной зоны с сильно измененными экосистемами: загрязненные водные объекты
4-й, грязные водные объекты 5-й, очень грязные водные объекты 6-й группы. От 1-й ко 2й группе водных объектов с падением абсолютной высоты в них создается естественный
градиент экологических условий: увеличивается летний прогрев водной массы (от 6-16 до
19-26°С) и минерализация воды (от 97 до 330 мг/дм3), повышаются средние концентрации
минеральных биогенных элементов и растворенных органических веществ (БПК5, ХПК).
Это закономерно стимулирует естественное повышение уровня трофности с падением
абсолютной высоты и более обильное и разнообразное развитие перифитона. В течение
года в перифитоне водных объектов 1-й группы обычно развивается довольно постоянный
комплекс стенобионтных, североальпийских и криофильных видов водорослей из родов
Meridion, Tetracyclus, Ceratoneis, Diatoma, Cymbella, Eucocconeis, Didymosphenia,
Achnanthes, Prasiolа, Hydrurus. В мелководных горных ручьях и реках лесной зоны, в
которые поступает аллохтонная органика с листовым опадом от прибрежной древеснокустарниковой растительности, а также в горных озерах с хорошо развитой и заросшей
водной растительностью литоралью, в перифетоне заметно развиваются нитчатые
красные и зеленые водоросли из родов Batrachospermum, Chantransia, Haetophora,
Zygnema, Spirogyra, диатомовые водоросли из рода Rhopalodia, Epithemia, Amphiplеura,
Fragilaria, Synedra, Cymbella, тяготеющие к биотопам со скоплением растительного
детрита. Изменение экологических условий от 1-й к 2-й группе водных объектов хорошо
отражает изменения индекса БПИ, значения которого снижается от 10-9 до 8-7 баллов.
Ксено-олигосапробные условия сменяются олиго- и олиго-бетамезосапробными
условиями, а класс качества воды переходит из I (очень чистые воды) во II класс (чистые
воды). Экологическое состояние этого градиента оценивается как фоновое – АБ (Ф). Это
означает, что биоценозы перифитона находятся в состоянии метаболического (А) и
экологического (Б) прогресса, а видовой состав организмов отражает фоновое (Ф)
исходное состояние генофонда. При этом экологическая структура перифитона в 1-ой
группе водных объектов очень стабильна и эти водные объекты можно принять за
глобальный или биосферный фон – Фб. Водные объекты 2-ой группы, с более широкой
вариацией экологической структуры перифитона, можно принять за региональный фон –
Фр. Итак, фоновые водные объекты 1-й и 2-й групп характеризуются стабильно высоким
или хорошим качеством воды и своеобразной экологической структурой перифитонных
сообществ, характерной для пресноводных экосистем региона в зоне формирования
поверхностного стока. Наиболее яркой их особенностью является абсолютной
доминирование автотрофных пресноводных организмов из группы продуцентов и среди
них диатомовых водорослей, при одновременном слабом развитии диатомей из родов
Navicula и Nitzschia.
В водных объектах 3-й группы умеренное загрязнение растворенными
органическими и минеральными биогенными веществами оказывает своеобразный
«удобряющий» эффект, что, наряду с высокой прогреваемостью водной массы,
способствует дальнейшему повышению уровня трофности и при благоприятных
гидрологических факторов более интенсивному развитию перифитона, чья экологическая
структура закономерно изменяется. Отражением этого процесса является закономерное
снижение значений индекса БПИ до 6-5 баллов, смена олиго- и олиго-бетамезосапробных
условий на бетамезосапробные условия и переход качества воды в III класс (умеренно
загрязненные воды). По сравнению с Фр в 3-й группе водных объектов средние значения
БПК5 выше в 2,5 раза, ХПК – 2,1, минерализации – 1,5, минерального фосфора и
аммонийного азота – 7,0, нитридного и нитратного азота – 2,0 – 2,7.
В фоновых водных объектах 1-й и 2-й групп изменение перифитонных сообществ
происходит в направлении их естественной эволюции, аналогично природной
автотрофной сукцессии с выходом на зрелое климаксное состояние, которое имеет место в
3-й группе водных объектов. Перифитон здесь характеризуется активным метаболизмом и
сложной экологической структурой, что можно рассматривать как удовлетворительное
экологическое состояние – АБ. Это состояние характерно для большинства водных
объектов равнинного пояса в зоне активного рассеивания поверхностного стока и может
быть принято за региональный фон внутри антропогенной зоны – Фаз.
Дальнейшее повышение уровня загрязнения поверхностного стока и соответственно
деградации исходного генофонда перифитона, в зависимости от характера и мощности
антропогенного загрязнения может, идти в четырех основных направлениях. Наиболее
ярко деградация перифитонных сообществ выражена в водных экосистемах 5-й и
особенно 6-й группы, в которых имеет место их сильное органическое или токсическое
загрязнение.
В первом случае содержание растворенных органических веществ возрастает по
сравнению с Фр в 12-79 раз, а по сравнению с фаз – в 5-30 раз, соответственно
концентрации минерального фосфора – в 164-300 и 23-41, а концентрации различных
форм минерального азота – 13-1405 и 5-194. Изменение биоценозов перифитона
происходит по типу гетеротрофной сукцессии, при которой автотрофный компонент
подавлен и преобладают процессы минерализации и гниения избыточной аллохтонной
органики с помощью гетеротрофных организмов из группы консументов и редуцентов,
обладающих высокой метаболической активностью. В зависимости от интенсивности
органической нагрузки на экосистему значения индекса БПИ изменяются от 3 до 1 балла,
преобладают альфамезо- или полисапробные условия, качество воды соответствует V
классу (грязные воды) или VI (очень грязные воды). Экологическое состояние водного
объекта квалифицируется как неудовлетворительное или плохое, с ярко выраженной
деградацией экологической структуры и исходного генофонда биоценозов и обозначается
Аб.
Во втором случае, при токсическом стрессе, имеет место полная деградация
биоценозов перифитона, подавление всех функциональных групп организмов, т.е.
одновременный метаболический и экологический регресс аб. Индекс БПИ принимает
нулевое значение, а экологическое состояние квалифицируется как абсолютно
недопустимое.
Третье направление антропогенного изменения водных экосистем имеет в 4.1-й
подгруппе водных объектов, которые испытывают повышенную, по сравнению с Фаз,
нагрузку смешанным хозбытовым и особенно промышленным биогенным загрязнением, а
именно минеральными соединениями азота и фосфора. Их средние концентрации
превышают Фр в 20-171 раза, а Фаз – 5,5 -23,7. В перифитоне развивается своеобразный
комплекс гетеротрофных, но в большей мере автотрофных организмов, среди которых
наиболее характерны нитчатые сине-зеленые водоросли из семейства Oscillatatoriaceae
зеленые нитчатые, протококковые и вольвоксовые водоросли из родов Stigeoclonium,
Cladophora, Oedogonium, Scenedesmus, Chlamidomonas, диатомовые водоросли с
выраженным доминированием среди них видов из родов Navicula и Nitzschia. Значение
индекса БПИ 4 балла, преобладают альфа-бетамезасапробные условия, интенсивно
протекают процессы эвтрофирования и вторичного загрязнения, качество воды
соответствует IV классу (загрязненные воды), а экологическое состояние
квалифицируется как переходное-неустойчивое (АБ-Аб) или неудовлетворительное (Аб) с
выраженной перестройкой экологической структуры и деградацией исходного генофонда
перифитона по сравнению с Фаз.
Четвертое направление антропогенного изменения водных экосистем и биоценозов
перифитона связано с загрязнением их высокоминерализованными КДВ с сельхозугодий.
По нашей классификации к ним относятся устьевые участки рек (подгруппа 4.2), а также
коллекторно дренажная сеть и связанные с ней водоемы (подгруппа 4.3). В 4.2 – й
подгруппе средние значения минерализации воды в разных водных объектах, охваченных
сетью ОГСНК Главгидромета, изменяются в диапазоне 0,862-1,264 г/дм3, что превышает
Фр в 3,4-5,1 раз, а Фаз – 2,3-3,4. Состав генофонда перифитона характеризуется как
наличием обычных видов, характерных для фаз, так и галофильных солоновато-водно-
пресноводных форм. Значение индекса БПИ переходное – 4,5 балла, класс качества воды
(III-IV) и экологическое состояние (АБ-Аб) также переходные.
В 4.3 подгруппе водных объектов (например, в коллекторах, дренах и озерах
Сардобинского понижения Голодной степи) средние значения минерализации воды (по
данным А.Э. Эргашева, 1968) в разных водных объектах изменяются в диапозоне 4,4-6,6
г/дм3, что превышает Фр в 17,6-26,4 раз, а Фаз – 11,8-17,0. Вода в озерах грязно-зеленого
цвета, сильно прогревается летом (до 30°), на дне отложения темного или с растительным
детритом и запахом сероводорода. В 4.3 подгруппе водных объектов обильно развивается
характерный комплекс солоновато-водных и солоновато-водно-морских видов водорослей
из родов Оscillatoria, Lyngbya, Spirulina, Synedra, Mastogloia, Navicula, Diploneis, Nitzschia,
Bacillaria, Amphоra, Gyrosigma, Pleurosigma, Tropidoneis, Amphiprora, Coscinodiscus,
Campylodiscum, Enteromorpha. Об интенсивно протекающих процессах эвтрофирования и
вторичного загрязнения свидетельствует обильное развитие зеленых нитчатых,
протококковых и десмидиевых водорослей, пленок сине-зеленых водорослей из семейства
Oscillatoriaceae, планктонных сине-зеленых водорослей из семейства Сhroococcales. Об
интенсивном процессе детритообразования свидетельствует постоянное присутствие в
перифитоне литоральной зоны диатомей из рода Amphipleura, Rhopalodia, Epithemia и др.
Таким образом, перифитон загрязненных водных объектов 4.3 подгруппы характеризуется
активным метаболизмом автотрофного компонента, что выражается в хорошем и часто
обильном развитии обрастаний и одновременно ярко выраженной деградацией исходного
регионального генофонда, отражением чего является смена олиготрофно-мезотрофной
пресноводной альгофлоры на эвтрофную солоновато-водную альгофлору. Качество воды
соответствует IV преобладают бета-альфамезосапробные условия, значение индекса БПИ
- 4 балла, экологическое состояние неудовлетворительное – Аб.
При рекогносцировочном обследовании приустьевой зоны Амударьи нами было
установлено, что в экологическом ряду водных объектов Тюямуюнский гидроузел –
Междуречье – Сарбас – Муйнакский залив видовое разнообразие перифитонных
сообществ увеличивается почти в два раза ( от 120 до 231 таксона), возрастают значения
планктонных сине-зеленых водорослей из порядка Chroococcales, из семейства
Anabaenaceae, Oscillatoriaceae, зеленых нитчатых и протококковых водорослей,
диатомовых водорослей из родов Rhopalodia, Epithemia, Amphipleure, Synedra, Fragilaria,
Navicula, Cymbella.
В
водохранилищах
Тюямуюнского
гидроузла,
имеющих
значительное
таксономическое сходство перифитонных сообществ с перифитоном водных объектов
Фаз, начинает формироваться, в отличие от последних, специфический комплекс
солоновато-водных видов водорослей из родов Сoscinodiscus, Mastogloia, Amphora,
Amphiprora. Далее, в экологическом ряду Междуречье – Сарбас – Муйнакский залив эта
тенденция усиливается, что подтверждается прогрессирующим развитием указанных
таксонов, а также других галофильных видов из родов Synedra, Navicula, Nitzschia,
Bacillaria, Campylodiscus, Tropidoneis, Pleurosigma. Последние четыре таксона,
характерные для засоленных и морских вод, в нашем случае не образовали руководящих
комплексов, но практически постоянно обнаруживались в пробах перифитона. Значение
индекса БПИ в водохранилищах Тюямуюнского гидроузла оценивается в основном 5
баллами, качество воды соответствует Ш классу, экологическое состояние
удовлетворительное – АБ. Среди диатомовых водорослей 26% составляют солоноватоводные галофильные виды, что почти в три раза превышают процент галофильных
диатомей в водных объектах Фаз. В ряду водохранилищ Междуречье – Сарбас _
Муйнакский залив процент галофильных видов диатомей на разных участках возрастает
по сравнению с Фаз в 3,8-5,4 раз, а по сравнению с водохранилищами Тюямуюнского
гидроузла – в 1,5-2,5 раз и в среднем составляет соответственно 33,9, 36,8 и 48,2%,
значение индекса БПИ – 4,5, 4,0 балла, класс качества воды – Ш-IV, IV и IV,
экологическое состояние – АБ –Аб, Аб и Аб.
Таким образом, полученные нами биологические данные однозначно указывают на
прогрессирующие тенденции процессов минерализации, эвтрофирования и вторичного
загрязнения в экологическом ряду водных объектов: Тюямуюнский гидроузел –
Междуречье – Сарбас – Муйнакский залив. Отражением этих процессов являются
пространственные сукцессии и изменения таксономического состава и структуры и, в
целом, деградация исходного генофонда биоценозов перифитона по сравнению с водными
объектами, принятыми нами за региональный фон антропогенной зоны Фаз. Отсутствие
обширных сведений по пространственному распределению генофонда перифитона и
других биоценозов гидрографической сети Приаралья не позволяет на данном этапе
достоверно проследить экологический генезис этой сети и оценить экологический статус
обследованных нами водных объектов. Можно лишь с уверенностью сказать, что
Водохранилища Тюямуюнского гидроузла по составу перифитона и экологическому
состоянию приближаются к объектам Фаз – санитарно-экологической группе 3.
Водохранилища междуречье, Сарбас, Муйнакский залив в этом смысле занимают
промежуточное положение между Тюямуюном и засоленными озерами и коллекторнодренажной сетью, относящимися по нашей классификации к водным объектам 4.3-й
подгруппы.
На наш взгляд, дальнейшие этапы исследований поверхностных вод Приаралья
обязательно должны предусматривать согласованные и параллельные обследования
водных объектов на фоновом и импактном уровнях. В качестве «локального фона»
целесообразно принять водохранилища Тюямуюнского гидроузла и нижерасположенный
участок Амударьи.
Список литературы
1.Тальских В.Н. Использование концепции инвариантных состояний биоценозов в
экологическом мониторинге и нормировании загрязнения рек Средней Азии //
Экологические модификации и критерии экологического нормирования. Тр.
Международного симпозиума. – Л.:Гидрометеоиздат. – 1991,-С,1963-1984.
2. Тальских В.Н. Мониторинг перифитона // Руководство по гидробиологическому
мониторингу пресноводных экосистем. – Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат. –
1992,- Глава 2, - С.32-63.
3. Тальских В.Н. Оценка состояния перифитонного сообщества по биотическому
перифитонному индексу // Методы биоиндикации и биотестирования природных
вод. – Л.: Гидрометеоиздат. -1989,-Вып.2.-С.51-59.