Использование интегральных биологических показателей качества

Использование интегральных биологических показателей качества
поверхностных вод в экологическом обследовании водотоков антропогенно
освоенных территорий.
Автор: Начальник отдела экологической безопасности НТЦ «ДЭБ» (ЗАО)
Николаев Сергей Георгиевич
"Пресноводные экосистемы являются особенно тонким и неустойчивым
звеном планетарного гидрологического цикла. Ухудшение состояния водоемов
грозит перейти в общегосударственную экологическую трагедию и чистая пресная
вода на территории России станет основным лимитирующим фактором для человека
как биологического вида". (Из открытого письма ученых России министру
экологии и природных ресурсов РФ07.04.1992).
Необходимость отслеживания качества водных ресурсов диктуется
продолжающимся загрязнением окружающей среды и реальной угрозой здоровью
нынешнего и последующих поколений людей.
Любое негативное воздействие на окружающую среду (загрязнение
воздуха, почв, растительности, выпадение радиоактивных осадков, сброс сточных
вод на рельеф и др.) в силу замкнутости биотических процессов неизбежно
проявляется в виде изменения качества поверхностных вод.
В свою очередь, загрязнители, благодаря совершенной гидрологической
связи, могут вовлекаться в верхние слои водоносных горизонтов и через
гидрологические окна проникать в напорные водоносные горизонты.
Общество буквально «наэлектризовано» сообщениями о том, что все
наши болезни происходят от загрязнения водоемов и питьевых вод. Загрязнение
подземных вод рассматривается медиками как «бомба замедленного действия».
Положение усугубляется крайней недостаточностью и ненадежностью
экологической информации о чистоте водных ресурсов, что обусловлено
ошибочной концепцией мониторинга поверхностных вод.
Традиционно ведомственный контроль водных объектов сводится к
дифференцированному
определении.
Концентрации
загрязнителей
и
сопоставлению ее с ПДК, при этом биологический контроль практически не
используется.
Гидрохимический анализ и нормирование загрязнителей являются
расчетными приемами косвенной оценки антропогенной и техногенной нагрузок и
исходят из изолированного воздействия отдельных веществ, которого не
существует, а эффект суммарного действия загрязнителей неэквивалентен сумме
их концентраций.
Такой подход не учитывает и не может учесть многофакторности
воздействия техногенных поллютантов, их синергизма и химического
взаимодействия друг с другом и средой, их миграций и коммуляции, а так же
всего громадного количества загрязнителей поступающих в водные экосистемы
(при возможности определения 1020 наименований).
Кроме того, существуют и другие антропогенные факторы, в числе
которых могут быть: радиационное, биологическое, и термальное (тепловое и
охлаждающее) воздействие; изменение режимов водности и твердого стока и
другие, которые не поддаются учету в рамках гидрохимического контроля.
Некачественность и неполноту сбора исходной информации только
традиционным способом восполняет биологический анализ.
Со временем недостаточность и опасность системы контроля, основанной
только на дифференцированном определении загрязнителей и сопоставлении их с
ПДК, стали очевидны. В связи с этим, мировой водоохранной практикой в
последние 3035 лет предпочтение все больше отдается биологическому анализу с
последующим привлечением в случае необходимости химической экспертизы.
Введение биологического анализа в практику контроля качества водных ресурсов
рекомендует Директива Европейского парламента и Совета ЕС № 2000/60/ЕС от
23.10.2000 год, устанавливающая основы для деятельности Сообщества в области
водной политики, а так же ГОСТы 17.1.2.0477 и 17.1.3.0782. Биологический
анализ необходим для разработки нормативов качества воды водных объектов и
нормативов допустимого воздействия на их экосистемы (Методические указания
по разработке НДВ,2008). Без результатов биологического анализа не возможно
объективно трактовать данные отчетности 2ТПводхоз и разрабатывать схемы
оптимального водопользования любого масштаба.
Биологический анализ качества поверхностных вод весьма многообразен
и в этом заключается его большое достоинство и удобство для применения в
научных исследованиях. Однако, из большого арсенала методов биологического
анализа наиболее адекватен целям водного мониторинга метод биоиндикации.
Основанный на контроле состояния водных сообществ, постоянно испытывающих
весь спектр негативных воздействий, метод биоиндикации позволяет получить
интегральную, прямую и потому наиболее объективную оценку последствий
антропогенного воздействия. Она фиксирует деградацию водных экосистем даже в
том случае, если концентрация загрязнителей не превышает установленных ПДК,
а также в тех случаях, когда воздействие было значительно раньше времени
обследования и носило разовый характер.
Биоиндикация,
как
метод
анализа
качества
воды,
существует более ста пятидесяти лет. За этот период в ней обозначился ряд
приоритетных подходов. Тем не менее, потребовалось много времени, прежде
чем пришло понимание необходимости создания методик, адаптированных к
различным водным фаунам многочисленных регионов России и к определенному
типу водоемов [1, 3, 4, 8].
В 90х годах, когда остро стал вопрос о практической организации
мониторинга качества водных ресурсов, Комитет водного хозяйства РФ сделал
государственный заказ на разработку отечественного оперативного метода
биоиндикации, как инструмента для проведения широкомасштабных
мониторинговых работ.
В основу разработанного и утвержденного Комитетом водного хозяйства
при Совете министров Российской Федерации в качестве «Временных
методических указаний» метода положена индикаторная система С.Г.
Николаева,1993.
Это единственная индикаторная система, дающая прямую оценку
классности качества поверхностных вод в соответствии с 6 классной градацией
уровня загрязнения водоемов, принятой в нашей стране (ГОСТы 17.1.1.0177,
17.1.3.0782; Руководящие документы Гидромета,1992) и некоторых европейских
странах (5 классов).
Определение класса качества вод основано на учете наличия,
показательной значимости и разнообразия индикаторных таксонов. В качестве
последних рассматриваются отдельные массовые виды и более крупные
систематические ранги макробеспозвоночных донных сообществ водных
объектов.
Анализ на патентную чистоту ( № 2213350 в Госреестре изобретений РФ)
выявил четкие отличия от других систем биоиндикации:
 оценка качества вод по 6 классам;
 адаптация перечня индикаторных таксонов к фаунистическим
особенностям бентоса конкретных регионов и типу водных
объектов;
 использование в качестве индикаторных таксонов только видов,
имеющих показательную значимость в 13 последовательных
классах качества вод;
 оценка индивидуальной значимости индикаторных таксонов по
всему диапазону качества вод их возможного обитания;
 определение класса качества воды исследуемого водного участка
по
максимальной суммарной индикаторной значимости
обнаруженных таксонов во всем ряду диапазона качества вод (16
класс);
 обнаружение и сравнение индикаторных таксонов производится
не относительно стандартно чистого водного участка, подбор
которого всегда проблематичен, а безотносительно, что повышает
объективность и оперативность оценки классности вод;
 возможность самоанализа полноты сбора первичной информации;
 возможность
использования
полученных
данных
для
дополнительных
ретроспективного
и
токсикологического
анализов экологической ситуации на исследуемом водном
участке.
Индикаторная система Николаева проста в исполнении для специалистов
средней квалификации, сопровождается атласом изображений индикаторных
таксонов.
Большим ее преимуществом является быстрота получения оценки
качества вод непосредственно на берегу водного объекта.
Получаемые с помощью этого метода оценки качества вод сопоставимы
с гидрохимической классификацией классности вод ГОСТа 17.1.3.0782 по
показателям – БПК, перманганатной окисляемости, растворенному кислороду,
содержанию биогенов и другим.
Изначально, перечень индикаторных таксонов был адаптирован к
фаунистическим особенностям бентоса водных объектов Волжского бассейна.
Контрольные экземпляры Методических указаний по биоиндикации уровня
загрязнения малых рек были направлены в БВУ Волжского бассейна(1993).
К настоящему времени, на основе многолетнего опыта применения,
индикаторная система Николаева прошла авторскую модификацию, ареал ее
адаптации расширился и включает СевероЗападный регион, ВерхнееДнепровский
бассейн, ВерхнеДонского и КировскоАпатитский район Мурманской области.
Существенно, что фаунистическая адаптация не снимает сопоставимости
результатов обследования рек в разных регионах, а напротив предполагает ее.
За 15 лет практического использования в широкомасштабных
мониторинговых работах в нескольких центральных регионах Волжского
бассейна оперативный метод биоиндикации качества вод показал высокую
чувствительность индикаторной системы, возможность констатации переходного
состояния качества вод и сопоставимость с результатами токсикологического и
химического контроля.
Метод внедрен в практику геоэкологического обследования Московской,
Тульской, Орловской, Рязанской и Брянской областей, что облегчает
систематизацию и интерпретацию огромного количества имеющихся и
ожидаемых эмпирических данных по загрязнению почв, воздушного и водного
бассейнов и здоровью населения (ФГУ ВСЕГИНГЕО,1998,2005, и
ГЕОЛИНК,1999,2001).
Оперативный метод биоиндикации уровня загрязнения поверхностных
вод на основе индикаторной системы С.Г. Николаева можно рекомендовать для
практического использования в качестве производственного и государственного
контроля степени загрязнения водотоков.
Его внедрение лучшим образом будет способствовать решению
актуальных задач по разработке нормативов качества водных объектов и
нормативов допустимого воздействия на их экосистемы, к чему обязывают новый
Водный Кодекс РФ, 2006, и действующее природоохранное законодательство.
Расширение ареала адаптации метода за пределы Волжского бассейна
при содействии Федерального агентства водных ресурсов РФ может быть
осуществлено авторским коллективом для любого БВУ.
Его применение позволяет установить уровень загрязнения отдельных
речных участков и получить представление о состоянии водотока в целом,
сопоставляя оценки качества воды многих обследованных участков. Применение
индикаторной системы Николаева дает возможность в короткие сроки провести
обследование сети водотоков в масштабе района, области и бассейна.
Система биоиндикации, заложенная в данный метод, позволяет получить
прямую интегральную оценку многофакторного воздействия на водный объект.
Оценка антропогенной нагрузки носит количественный характер, в связи с тем,
что, как указывалось выше, сопряжена с идентификацией 6 классов чистоты
воды. Каждому классу соответствует определенный диапазон физикохимических
и биологических параметров, а также санитарно-гигиенических критериев хозяйственного использования поверхностных вод.
Получаемые оценки уровня загрязнения несут среднегодовую
значимость или среднюю за послестрессовый период, т.к. исходят из состояния
сообществ
организмов
с
длительным
циклом
развития
(1.52
года), испытывающих постоянное воздействие в течение всего времени,
предшествовавшего
анализ.
Дополнительный
анализ
позволяет оценить максимальный уровень негативного воздействия за прошедший
период; часто максимальная антропогенная нагрузка проявляется в экстремальные
для экосистемы периоды и может трактоваться как функция экологической
ситуации на водосборе или результат вторичного загрязнения экосистемы;не
только установить факт, но
и
определить примерные сроки
ранее
произошедшего разового загрязнения водоема, что недоступно гидрохимическому
анализу,
относящемуся
только
к
моменту
взятия
пробы;
выявить влияние рассеянных источников загрязнения, определить начало и
протяженность
загрязнения
водотоков
и
их самоочищающую
способность; обнаружить токсическое воздействие на водные объекты малых
концентраций ядовитых веществ, определить токсобность воды (степень токсичности по ГОСТу 17.1.2.0477), а также укрупненно установить характер токсикантов:
ядохимикаты, нефтепродукты, минеральные удобрения и тяжелые металлы.
Токсическое воздействие, благодаря низким концентрациям токсикантов,
часто "маскируется" присутствием в водотоках организмов более стойких или
вторично заселивших ранее отравленное местообитание, что создает ложное
впечатление благополучия водных экосистем и опасность кумулирующего эффекта
ядовитых веществ.
Результативность использования "Оперативного метода биоиндикации..."
особенно наглядно проявляется при масштабных обследованиях сети водотоков или
пусть небольшого, но целого бассейна. Тогда удается выявить и картографически
отобразить общую картину направленности и соотношения процессов загрязнения и
самоочищения поверхностных вод, создается основа для наложения на нее другой
имеющейся или ожидаемой экологической информации.
Ею могут быть данные гидрохимических и агрохимических анализов;
сведения о размещении источников загрязнения, водопользователей и о состоянии
водоохранных зон; степень защищенности водоносных горизонтов, размещение зон
депрессии; характер экзогенных процессов на водосборе; заболеваемость населения
и другое.
Систематизация огромного количества материалов при проведении
геоэкологического обследования территорий представляет определенные трудности.
Использование интегральных биологических показателей для оценки современного
состояния водного бассейна, "автоматически интегрирующих" техногенные
воздействия и характер экзогенных процессов на водосборе с уровнем загрязнения
водотоков, значительно облегчит выполнение этих задач, придаст выводам
большую
объективность
и
позволит
уточнить
задачи
последующих
геоэкологических работ.
Данный метод, может быть применим для опережающего или
параллельного геоэкологического обследования регионов по программам ГЭИК500
и ГЭИК200, в рамках задач территориальных центров ГМГС, для регулярной
оценки состояния водных экосистем на режимных и радиационных полигонах, при
организации постоянно действующего косплексного мониторинга водных объектов
и обследовании техногенных полей отдельных предприятий.
Ценность информации, получаемой с помощью «Оперативного метода
биоиндикации…) будет возрастать со временем, так как в дальнейшем она
послужит основой для составления многолетних рядов наблюдений, легко
анализируемых в связи с интегральным и количественным характером оценок. Это
создаст возможность констатации изменения водных экосистем и принятия
руководящих решений по нормализации экологической ситуации на водосборе.
ТЕЗИСЫ.
Использование интегральных биологических показателей качества
поверхностных вод в экологическом обследовании водотоков антропогенно
освоенных территорий.
В статье (докладе) показано преимущество биоиндикации по сравнению с
традиционным гидрохимическим контролем уровня загрязнения водоемов,
состоящее в количественном интегральном характере и большей объективности
оценок, оперативности. возможности оценки токсикологической ситуации и
проведения ретроспективного анализа.
Дана характеристика «Оперативного метода биоиндикации уровня
загрязнения поверхностных вод» позволяющего идентифицировать шесть классной
качества воды водотоков в соответствии с шестиклассной градацией уровня
загрязнения, принятой в стране и за рубежом.
С позиций многолетнего опыта использования биоиндикации для
количественной оценки антропогенной нагрузки водных экосистем обсуждается
возможность применения интегральных биологических показателей качества воды в
рамках задач геоэкологического обследования территорий любого масштаба.