Способ оценки загрязненности водоемов

 

Использование: определение загрязненности водоемов. Сущность: из исследуемого и контрольного водоемов отбирают пробы фитопланктона, оценивают количество живых и мертвых клеток и рассчитывают индекс видового разнообразия Шеннона для живых и мертвых клеток по отдельности. Сравнивают полученные данные, и используемый водоем считают загрязненным в случае статистически достоверных отличий опытных данных от контрольных.

Изобретение относится к гидробиологии, а именно к способам оценки качества поверхностных вод с помощью показателей внутренней структуры сообществ водорослей фитопланктона и обрастаний, населяющих эти воды.

Известен способ оценки качества поверхностных вод на основе характеристик сообщества альгофлоры, таких как частота встречаемости особей каждого вида h, входящего в состав сообщества (или численность популяций каждого вида), и условные величины S индикаторной значимости вида. В этом случае показателем качества воды служит величина индекса сапробности, вычисляемая по формуле S = (1) Главным недостатком этого способа, известного как метод Пантле и Букка, является то, что система сапробности, на которой он основан, разработана применительно к водным объектам, загрязненным органическим веществом биогенного происхождения, вследствие чего в условиях современного загрязнения промышленными и бытовыми сточными водами применение этого способа затруднено [1, 2].

Известен способ оценки качества поверхностных вод с помощью таких характеристик сообщества альгофлоры, как число видов и число организмов, входящих в состав сообщества (индекс видового богатства Маргалефа), заключающийся в определении числа видов сообщества альгофлоры S и общего числа организмов n с последующим расчетом индекса для оценки качества воды d по формуле d = , (2) где S - число видов; ln n - натуральный логарифм числа особей [3, 4].

Недостатком этого способа является низкая чувствительность индекса к изменению качества вод вследствие того, что тонкие популяционные перестройки в этом случае не учитываются. В расчет принимаются только лишь общее число видов S и общее число особей n.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ оценки качества поверхностных вод по такой характеристике сообщества альгофлоры, как информационная мера разнообразия, включающая определение видового состава сообщества и оценку количественного развития каждого вида, входящего в состав сообщества. Расчет индекса видового разнообразия производится по формуле Шеннона [2] H = log , (3) где N_o - общее число клеток в единице объема; N_i - число особей i-го вида; m - число видов.

Несмотря на то, что в известном способе используются более тонкие, по сравнению с рассмотренными выше, характеристики сообщества, тем не менее и этот способ обладает существенными недостатками. Так, из-за неизбежной потери части исходной информации этот способ характеризуется недостаточной чувствительностью и информативностью и вследствие этого редко применяется [4, 5].

Целью изобретения является увеличение чувствительности и информативности способа оценки качества поверхностных вод.

Цель достигается предлагаемым способом оценки качества поверхностных вод по характеристикам сообщества альгофлоры, включающим определение не только видового состава сообщества альгофлоры и количественной оценки численности каждого вида, входящего в состав сообщества, но и определение физиологического состояния организмов, входящих в состав сообщества. При этом определение физиологического состояния производится с помощью люминесцентной микроскопии и предполагает отнесение каждого организма к одной из трех категорий: 1) активно метаболизирующие организмы - им присуща ярко-красная флуоресценция; 2) мертвые организмы - в этом случае водоросли светятся ярко-зеленым; 3) отмирающие организмы - свечение водорослей оранжево-желтое. Для каждого из трех категорий рассчитывается свой индекс видового разнообразия Н по формуле (3). Полученные таким образом индексы содержат взаимодополняющую информацию о перестройке сообщества альгофлоры в ответ на изменение качества воды. Так, например, если индекс видового разнообразия, рассчитанный по численностям живых организмов, характеризует итоговое качество воды после того или иного воздействия, то индекс, рассчитанный по численности мертвых организмов, характеризует интенсивность и спектр воздействия.

Повышение чувствительности и информативности предлагаемого способа достигается за счет введения новой, дополнительной операции, не применяемой в известном способе, - операции определения физиологического состояния водорослей, входящих в состав сообщества альгофлоры. Главный смысл введения дополнительной операции заключается в том, что в отличие от организмов животного происхождения, составляющих зоопланктон, организмы растительного происхождения (альгофлоры), как правило, седиментационно и лизисоустойчивы. Вследствие этого в каждой пробе воды, наряду с живыми организмами, видовое разнообразие и численность которых характеризует одну группу факторов среды, присутствует значительное количество мертвых и отмирающих организмов, характеризующих другие факторы, процессы. Таким образом, в известном способе (без определения физиологического состояния организмов) происходит маскирование изменений структуры сообщества, а следовательно, и тех изменений, которые наступают в сообществе альгофлоры в ответ на изменения качества воды.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Отбирают пробы воды на исследуемых участках водных объектов по специально разработанной гидрологической сетке [5]. Отобранные пробы доставляют в лабораторию и обрабатывают каждую отдельно. При этом фильтруют пробы через мембранный (или ядерный) фильтр с диаметром пор 1 мкм. После этого с помощью кисточки очищают осажденные на поверхности фильтра водоросли на предметное стекло (или счетную камеру). Приготовленные таким образом нефиксированные препараты просматривают в люминесцентном микроскопе (МЛ-2, МЛД-1, "Люмам"), определяя наряду с таксономическими характеристиками и свечение клетки в свете флуоресценции. Живые, активно-метаболизирующие клетки светятся в поле зрения флуоресцентного микроскопа ярко-красным цветом, мертвые клетки - зеленым, а отмирающие - промежуточным (оранжево-зеленым) цветом. На основании полученных данных рассчитывают значения индексов разнообразия по формуле Шеннона (3).

Причем расчет делается для живых и мертвых организмов отдельно. Рассчитывается также индекс разнообразия общий (для живых и мертвых клеток вместе, т.е. известный вариант расчета индекса разнообразия).

Полученные таким образом индексы, характеризующие сравниваемые водные объекты (или их участки), осредняют, в результате чего для сравниваемых водных объектов (или их участков) получаются по три осредненных показателя индекса разнообразия, которые содержат качественно разную информацию, а взятые вместе полнее характеризуют фитопланктонное сообщество и результат влияния на него того или иного воздействующего фактора. Причем показатель, рассчитанный по мертвым организмам, характеризует в большей мере воздействие, в то время как индекс, рассчитанный по живым, - само фитопланктонное сообщество уже после воздействия.

В случае статистически достоверных отличий осредненных индексов, полученных на исследуемом участке и на контрольном, делается вывод о загрязнении исследуемого участка.

В июне 1985 г. на реке Сев. Донец в районе г. Рубежное Луганской области с учетом времени добегания были отобраны две пробы воды. Первая проба была отобрана на относительно чистом (фоновом) участке реки до впадения бокового притока сточных вод промышленных предприятий. Вторая проба отобрана на расстоянии 3 км ниже по течению реки, ниже водовыпусков сточных вод крупного химического предприятия (производственное объединение "Краситель"), сбрасывающего промышленные сточные воды в реку без очистки.

Обе пробы были профильтрованы через мембранный фильтр "Сынпор" с диаметром пор 1,2 мкм, после чего осажденные на поверхности фильтра водоросли были счищены кисточкой на предметные стекла и сразу же просчитаны в люминесцентном микроскопе МЛ-2А.

Расчет индексов разнообразия дал следующие результаты: 1). Фоновый участок Н_общ. = 4,92; Н_жив.= = 4,70; Н_мерт. = 0,27.

2). Загрязненный участок Н_общ. = 4,43; Н_жив. = 3,25; Н_мерт. = 1,23.

По общепринятому методу расчета Н_общ. видовое разнообразие изменилось (уменьшилось) всего лишь на 10%. В то время как показатель, рассчитанный по живым организмам, уменьшился на 31%, а показатель, рассчитанный по мертвым, возрос на 363%.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОДОЕМОВ, предусматривающий отбор проб анализируемого и контрольного водоемов, расчет индекса видового разнообразия Шеннона фитосообщества в обеих пробах, сравнение полученных данных и отнесение к загрязненным анализируемого водоема в случае статистически достоверных отличий опытных данных от контрольных, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки, дополнительно регистрируют количество живых и мертвых клеток в пробах, а индексы видового разнообразия Шеннона рассчитывают отдельно для живых и мертвых клеток.