Высшие водные растения и самоочищение водоемов. Биологический анализ воды. Показательное значение водных растений.
Рост городов и развитие промышленности привели как к повышению водопотребления, так и к увеличению сброса сточных вод. Для санитарной оценки водоемов с давних пор применяются химические и бактериологические исследования. В XX веке в практику санитарного изучения водоемов вошли биологические исследования. Применение этих методов для оценки качества воды основано на том, что между водой как средой обитания и заселяющими водоем организмами существует определенная связь, согласно которой при содержании в воде нестойких органических веществ (белки, углеводы, жирные кислоты) в ней развивается специфическая флора и фауна. По развитию в водоеме тех или иных организмов можно судить о его санитарном состоянии. α
Основы биологического анализа воды были заложены в 60 — 70-х годах прошлого столетия А. Мюллером, Ф. Коном и другими. В конце XIX века Мец впервые дал санитарно-экологическую характеристику представителям флоры и фауны пресных водоемов. Практическое применение биологического анализа началось после опубликования в 1908 — 1909 гг. Кольквитцем и Марссоном списков сапробных организмов, руководящих индикаторных форм, включающих около 1000 видов.
Конкретное понятие сапробности было дано основоположником санитарной гидробиологии в России проф. Я. Я Никитинским и Г. И. Долговым: «Сапробность — это комплекс физиологических свойств данного организма, обусловливающий его способность развиваться в воде с тем или иным содержанием органических веществ, той или иной степенью загрязнения. Списки сапробных организмов получили широкое применение при проведении санитарно-гидробиологических исследований. Однако предложенная система сапробности не была свободна от ряда недостатков и нуждалась в существенной доработке.
Степень сапробности определяли не специфическими сообществами, а индикаторными формами.
Система была разработана преимущественно для пресных вод и хозяйственно-бытовых стоков. В то же время несмотря на совершенствование физических и химических методов исследования, водные организмы как весьма тонкие индикаторы изменения качества воды находят все большее применение при биологическом анализе. В связи с этим система сапробных организмов получила дальнейшее развитие. Представляет интерес биологическая система классификации степени загрязнения, разработанная Вудивиссом для реки Трент. Высшие растения, обитающие в основном в сравнительно чистых водах, главным образом погруженные, мало использовали при оценке качества воды по биологическим показателям.
В «Унифицированных методах исследования качества вод» (1977) приведены списки сапробных организмов, где высшие водные растения распределены по пяти классам пробности для пресных вод с указанием степени сапробности — s, сапробного индекса — S и индикаторного значения вида — J (таблица).
Таблица. Высшие водные растения в системе сапробности.
Вид | Зона | |||||||
s | x | 0 | β | α | p | I | s | |
Marchantia polymorpha | 0 | 1 | 8 | 1 |
| — | 4 | 1,0 |
Riccia glauca | 0 | — | 7 | 3 | — | — | 4 | 1,3 |
Riccia fluitans | 0 | — | 7 | 3 | — | — | 4 | 1,3 |
Rtcciocarpus natans | 0 | — | 8 | 2 | — | — | 4 | 1,2 |
Marsupella aquatica | x—0 | 5 | 5 | — | — | — | 3 | 0,5 |
Marsupella sphacellata | x—0 | 5 | 5 | — | — | — | 3 | 0,5 |
Drepanocladus adtincus | 0—β | — | 6 | 4 | — | — | 3 | 1,4 |
Foniinalis antipyretica | 0—β | 1 | 5 | 4 | — | — | 2 | 1,35 |
Cinclidotus aquaticus | 0 | 1 | 7 | 2 | — | — | 3 | 1,15 |
Sphagnum sp | 0 | — | 10 | — | — | — | 5 | 1,0 |
Hydrohypnum ochraceum | x—0 | 5 | 5 | — | — | — | 3 | 0,5 |
Amblystegium riparlum | о—β | — | 5 | 4 | 1 | — | 2 | 1,65 |
Salvinia naians | о | — | 9 | 1 | — | — | 5 | 1,1 |
Equisetum fluviale | о | 2 | 8 | — | — | — | 4 | 0,8 |
Isdetes lacustris | x | 9 | 1 | — | — | — | 5 | 0,1 |
Isbetes echinospora | x—о | 5 | 5 | — | — | — | 4 | 0,3 |
Myriophyllum spicatum | β | — | 2 | 8 | — | — | 4 | 1,8 |
Ceraiophyllum demersum | β |
| 1 | 9 | — | — | 5 | 1,9 |
Potamogeton gramineus | β | — | 3 | 7 | — | — | 4 | 1,7 |
Potamogetori lucens | β—о | — | 6 | 4 | — | — | 3 | 1,4 |
Potamogeton crispus | β | — | 2 | 8 | — | — | 4 | 1,8 |
Potamogeton perfoliatus | β | — | 3 | 7 | — | — | 4 | 1,7 |
Nuphar luteum | β—о | — | 5 | 5 | — | — | 3 | 1,7 |
Nymphaea cdba | β—о | — | 7 | 3 | — | — | 3 | 1,4 |
Utricularia vulgaris | β | — | 2 | 8 | — | — | 4 | 1,8 |
Spirodela polyrrhiza | β | — | 1 | 8 | 1 | — | 4 | 2,0 |
Elodea canadensis | β | — | 2 | 7 | 1 | — | 3 | 1,85 |
Lemna gibba | β | — | 1 | 8 | 1 | — | 4 | 2,0 |
Lenina minor | β | — | 1 | 6 | 3 | — | 3 | 2,25 |
Lemna trlsulca | 0-0 | — | 5 | 5 | — | — | 3 | 1,80 |
Polygonum amphibium | 0 | — | 3 | 6 | 1 | — | 3 | 1,75 |
Hydrocharis morsus ranae | 0—β | — | 5 | 5 | — | — | 3 | 1,5 |
Sagittaria sagittifolia | 0—β | — | 6 | 4 | — | — | 3 | 1,4 |
Как видно из таблицы высшие водные растения развиваются в основном в олигосапробной и бетам зосапробной зонах.
Ксенобйонтами являются только некоторые водные мхи и папоротники, имеющие достаточно высокое индикаторное значение (3 — 5). Надо признать, что оценка качества воды по высшим водным растениям может иметь лишь вспомогательное значение, поскольку биологический анализ должен учитывать население водоема и степень количественного развития слагающих биоценозы видов в целом.
Не составление обширных списков сапробных организмов, а изучение состава биоценозов, их количественного развития, их изменения под влиянием загрязнений — таким видится нам дальнейший путь развития биологического метода в исследовании загрязненных вод. Нельзя забывать, что биологический метод предъявляет к исследователю, его применяющему, весьма высокие требования как в отношении его общей научной подготовки, так и в отношении специальных познаний, приобретаемых только длительным опытом.
В условиях бета-мезосапробной и олигосапробной зон при отсутствии сколько-нибудь значительных количеств органических веществ, большом содержании растворенного кислорода и отсутствии вредных для организмов продуктов анаэробного распада создаются одинаковые возможности к развитию в этих зонах одних и тех же растительных и животных организмов. В практике санитарно-биологических исследований на многочисленных реках, имеющих признаки как бета-мезосапробной, так и олигосапробной зон, мы встречаем одни и те же организмы с той лишь разницей, что в бета-мезосапробной зоне, богатой конечными продуктами распада органических веществ, являющимися основными элементами в питании растений, организмы фитопланктона и фитобентоса достигают более интенсивного развития в сравнении с олигосапробной.
Таким образом, определяющим признаком для бета-мезосапробных и олигосапробпих зон становится общая биологическая картина водоема, а не наличие тех или иных специфичных организмов. Что касается полисапробной и а льфа-мезос; 1 пробной зон, то для них показательны некоторые организмы, приводимые в списках Кольквитца и Марссона.
Развитие специфической флоры и фауны при загрязнении водоемов — яркий пример влияния изменения внешней среды на состав биоценозов.
Вторая сторона этого процесса — влияние развития организмов на качество воды, изменение качества воды в результате жизнедеятельности гидробионтов. Таким образом, «ценность биологического анализа при одновременном выполнении химических и бактериологических исследований сама по себе очень невелика, если смотреть на водную флору и фауну лишь как на показатель, а не как на агента самоочищения»