Способ оценки уровня загрязнения акватории

 

Изобретение относится к области оценки загрязненности верхних зон шельфа и может быть использовано при осуществлении мероприятий по предотвращению загрязнения и очистке морских акваторий. Способ включает измерение продукционного показателя у ламинариевых водорослей Laminaria bongardiana. В качестве продукционного показателя измеряют среднюю массу высечки, приведенную к единице площади пластины Laminaria bongardiana первого или начала второго годов жизни. Об уровне загрязнения судят по изменению этого показателя в сравнении со средней массой высечки, приведенной к единице площади пластины Laminaria bongardiana, растущей в оптимальных условиях обитания, при этом чем меньше средняя масса высечки, тем больше уровень загрязнения. Изобретение позволяет повысить эффективность и упростить способ обработки видов-мониторов для оценки уровня загрязнения акватории. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области оценки загрязненности верхних зон шельфа и может быть полезным при осуществлении мероприятий но предотвращению загрязнения и очистке морских акваторий.

Известен способ контроля за изменениями, вызванными загрязнением, по определению видового состава в пробах, взятых в загрязненных зонах шельфа [1].

Использование данных по оценке видового состава имеет существенные недостатки, обусловленные рядом объективных и субъективных факторов. Они очень трудоемки и требуют применения апробированных в биологии статистических методов для того, чтобы можно было обнаружить достоверные изменения в структуре экосистем, вызванные загрязнением, поскольку сообщества макробентоса, растущие в идентичных условиях, отличаются по доминантности и разнообразию видов. Кроме того, использование только одного статистического индекса, применяемого при сравнении структуры сообществ, не позволяет полностью охарактеризовать изменения структуры сообщества вследствие загрязнения среды. Поэтому оценку загрязнению морской среды можно давать только по совокупности показателей доминантности, индекса разнообразия видов и индексов равномерности распределения в сочетании с данными о сезонных изменениях численности видов. Применение данного способа требует высокого уровня квалификации исполнителей.

Известен способ контроля за изменениями, вызванными загрязнением, по определению содержания в морских организмах (в частности, водорослях) тяжелых металлов [2].

Наиболее предпочтительны среди них бурые водоросли, содержащие в своем составе большое количество альгиновых кислот. В качестве индикаторов загрязнения морской среды металлами рекомендуются наиболее распространенные в верхних отделах шельфа виды порядка Fucales. Для северного сектора Пацифики рекомендован Fucus evanescens. Недостатком данного метода является то, что он характеризует загрязнение только тяжелыми металлами и не дает комплексную оценку загрязнения акватории (хозбытовое, нефтяное, фенольное и т.д.) Кроме этого выявлена специализация различных водорослей в концентрировании определенных металлов, которая связана как с физико-химическим состоянием элементов в воде, так и с биосорбционными свойствами макрофитов.

Наиболее близким способом является способ оценки загрязнения акваторий по изменению морфометрических параметров слоевища и физиологического состояния растений у черноморских бурых водорослей, принадлежащих к роду Cystoseira порядка Fucales [3].

Он заключается в том, что у представителей рода, собранных в разных районах побережья, определяются линейные размеры: общая длина куста, длина ветвей разных порядков, определяется также общий вес слоевищ и его отдельных частей. Затем сравнивают средние значения морфометрических показателей, а также отношения средней длины слоевища к его среднему весу. По разнице этих показателей у растений из разных местообитаний судят об уровне загрязнения прибрежий.

Однако сложность использования этого способа состоит в том, что выбранные для мониторинга виды имеют ограниченное распространение и в холодоумеренных водах северной Пацифики не встречаются. Кроме этого, для получения достоверных отличий по морфометрическим показателям необходимо снятие огромного числа промеров, что само по себе достаточно трудоемко. Из-за сложного строения (Cystoseira представляет собой сложно расчлененный куст с основными и адвентивными ветвями и разнообразными терминальными веточками), а также сезонных, возрастных, естественных экологических изменений морфологии растений установить изменения, вызванные загрязнением, чрезвычайно сложно. Для этого необходим детальный функциональный анализ, увязанный с анализом их структуры.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности и упрощение способа обработки видов-мониторов для оценки уровня загрязнения акватории.

Указанная цель достигается тем, что в способе оценки уровня загрязнения акватории, включающем измерение продукционного показателя у ламинариевых водорослей вида Laminaria bongardiana, в качестве продукционного показателя измеряют среднюю массу высечки, приведенную к единице площади пластины Laminaria bongardiana первого или начала второго годов жизни и об уровне загрязнения судят по изменению этого показателя в сравнении со средней массой высечки, приведенной к единице площади пластины Laminaria bongardiana, растущей в оптимальных условиях обитания, при этом чем меньше средняя масса высечки, тем больше уровень загрязнения.

На чертеже представлено слоевище Laminaria bongardiana с местом высечки в средней трети пластинчатой части.

В табл. 1 - 3 представлены данные по изменению средней массы высечек Laminaria bongardiana в зависимости от уровня загрязнения в различных районах обитания.

Способ был разработан и апробирован в ходе изучения воздействия комплексного загрязнения на разные виды рода Laminaria в период с 1993 по 1999 гг. Проведенные исследования показали, что в водах северо-западной Пацифики наиболее устойчивым к комплексному загрязнению среды оказался вид рода Laminaria - Laminaria bongardiana. Из всех ламинариевых водорослей только она способна расти в гиперсапробных условиях среды.

Предлагаемый способ оценки уровня загрязнения заключается в следующем. Проводится сбор водорослей в районах с различным уровнем загрязнения. Собранные пробы подвергаются разборке. В каждой пробе отделяется Laminaria bongardiana и отобранные растения делятся на возрастные группы. Анализу подвергаются растения первого и начала второго годов жизни. Сравнительные продукционные характеристики растений определяются по средней массе, определяемой для пластинчатой части слоевищ одновозрастных растений. Она равняется усредненной массе высечки приведенной к единице площади. Для этого в средней трети пластинчатой части слоевища по центру берутся высечки (см. чертеж) определенной площади. Площадь в зависимости от размеров растений может составлять 3х3, 5х5 или 10х10 см. Для получения достоверных показателей определяется усредненная масса высечки отдельно для каждой возрастной группы Laminaria bongardiana. Она рассчитывается как среднее значение масс высечек, взятых не менее чем у десяти одновозрастных растений. Если площади высечек у растений из разных мест различаются, средняя масса пересчитывается на единицу площади - 1 см². Полученные значения сравниваются с соответствующими значениями средних масс высечек, приведенных к единице площади, взятых у растений из чистых местообитаний. По разнице между средними массами высечек, приведенных к единице площади, из чистых и загрязненных районов определяется изменение массы в граммах и процентах, и по ним судят об уровне загрязнения.

Проиллюстрируем предлагаемый способ примерами конкретного выполнения.

Для проведения исследований были выбраны районы Авачинского залива (юго-восточная Камчатка), различающиеся уровнем загрязнения от чистых до очень загрязненных. Чистые районы были расположены за пределами Авачинской губы. В Авачинской губе водоросли изучались на 8 полигонах, расположенных вдоль ее городского побережья. Ежегодно с 1993 по 1998 гг. проводился сезонный (весна, лето, осень) отбор проб макрофитобентоса в литоральной и сублиторальной зонах шельфа. Всего за период исследований было изучено более 7 тысяч образцов Lammaria bongardiana.

В результате анализа полученных данных было установлено, что в зависимости от сезона и возраста в загрязненных местах средняя масса высечки, приведенная к единице площади (1 см²), колеблется от 0,023 до 0,071 г, в местах со средним загрязнением - от 0,047 до 0,11 г, в слабозагрязненных местах - от 0,08 до 0,11. В чистых местах она составляет 0,11-0,18 г (табл. 1).

Сравнительный анализ полученных данных показал, что изменение средней массы у разных возрастных групп растений имеет свои сезонные особенности. Они обусловлены тем, что загрязнение оказывает заметное влияние на ход ростовых процессов у Laminaria. В связи с этим стратегия развития растений в разных по степени загрязненности участках побережья может изменяться. Это приводит к тому, что продукционные показатели у разных возрастных групп в разные сезоны года выражены по разному.

Различия в косвенных показателях продуктивности растений из разных местообитаний наиболее четко прослеживаются в период, когда у растений завершена стадия активного линейного роста пластин и не началось их активное разрушение в связи с завершением стадии спороношения. Этот период в зависимости от годового хода температурных изменений у юго-восточной Камчатки начинается с начала или середины мая и завершается к концу сентября или середине октября. Раньше и позже этих периодов средние массы высечек, приведенные к единице площади, у разновозрастных растений и у растений, растущих в различных по уровню загрязнения районов, имеют не столь выраженные различия или даже могут частично перекрываться.

Результаты сравнительного анализа продукционных характеристик у растений первого и второго годов жизни (с мая по сентябрь включительно) показывают, что средняя масса высечек, приведенных к единице площади, из пластинчатой части слоевища в зависимости от степени загрязненности побережья изменяется следующим образом (табл. 1). Максимальные различия средних масс наблюдаются у растений первого года жизни. В сильно загрязненных районах их средняя масса высечки, приведенная к единице площади, изменяется от 0,023 до 0,05 г, в местах со средней степенью загрязненности она изменяется от 0,047 до 0,07 г, в местах со слабым загрязнением - от 0,08 до 0,10 г. В чистых районах она составляет 0,11-0,14 г в зависимости от сезона.

При слабом комплексном загрязнении побережья средняя масса высечки, приведенная к единице площади, у растений первого года жизни уменьшается на 27-29% (по сравнению со средней массой высечки, приведенной к единице площади, у растений из чистых местообитаний). В условиях средней загрязненности уменьшение массы составляет 50-57% (т. е. в 2 раза). В условиях сильного комплексного загрязнения уменьшение массы составляет 64-79% (т.е. в 3-4 раза). Данное уменьшение средней массы высечек является предельно возможным. Если оно становится еще большим, то растения не в состоянии обеспечить свое воспроизводство и микропопуляция Laminaria bongardiana исчезает.

Близкие к указанным выше значения наблюдаются у растений второго года жизни в весенний период (первые цифры из соответствующих столбцов табл.1). В остальные периоды у растений второго года жизни они менее выражены. В связи с этим для определения уровня загрязнения предлагается использовать растения первого и начала второго годов жизни.

Таким образом, изучение средней массы высечек, приведенных к единице площади, у растений из различных по уровню загрязненности местообитаний позволяет достаточно быстро, просто и эффективно определить уровень загрязненности того или иного участка дальневосточного побережья, где встречается вид Laminaria bongardiana т. е. от Берингова пролива до о-ва Итуруп (Курильские острова) и в северной части Охотского моря.

Применение результатов исследований дало возможность охарактеризовать загрязнение в разных районах побережья.

Пример 1. При проведении исследований в начале сентября 1998 г. высечки, взятые у растений из разных районов, имели разную площадь (табл. 2). В этом случае сравнение масс можно проводить только после их пересчета на одинаковую площадь. Так в б. Сероглазка у 10 растений первого года жизни взяли высечки площадью 9 см² (3х3). Их масса равнялась 4,2 г, и средняя масса одной высечки - 0,42 г. У растений из чистых мест обитания брали высечки 100 см² (10х10). Масса высечек из десяти растений составила 125,3 г и, следовательно, средняя масса одной высечки равнялась 125,3 г. Полученные значения были пересчитаны на площадь 1 см². Получили, что средняя масса высечки, приведенной к единице площади, у растений из б. Сероглазка составляла 0,047 г, в то время как в чистых района она равнялась 0,125 г. Уменьшение средней массы составляет 62% ((0,125-0,047)/0,125100). Следовательно, данный район побережья является очень грязным.

В этот же период в районе побережья, находящемся под воздействием сточных вод очистных сооружений, средняя масса пластин ламинарии, приведенная к единице площади, составляла 0,07 г. Уменьшение массы по сравнению с чистым районом составляет 44% ((0,125-0,07)/0,125100). Это позволяет характеризовать данный участок побережья как имеющий среднюю степень загрязненности.

Пример 2. При проведении исследований в октябре 1996 г. бравшиеся высечки имели одинаковую площадь - 9 см² (табл. 3). В этом случае для определения уровня загрязнения можно не делать пересчет средней массы высечки на 1 см², а сравнивать их непосредственно друг с другом. Так, у растений, взятых в районе м. Северный, масса высечек из десяти растений составила 5,6 г и, следовательно, средняя масса одной высечки равнялась 0,56 г. У растений, собранных в районе очистных сооружений (м. Сероглазка), суммарная масса высечек из 12 растений равнялась 7,76 и средняя масса одной высечки равнялась 0,65 г. В районе м. Западный масса высечек из одиннадцати растений равнялась 6,67 г и, следовательно, средняя масса одной высечки составляла 0,61 г. У м. Вилкова суммарная масса высечек из 10 растений равнялась 10,9 г и средняя масса одной высечки - 1,09 г. В б. Вилючинская (чистый район) масса высечек из двенадцати растений составила 15,66 г и, следовательно, средняя масса одной высечки равнялась 1,3 г.

Уменьшение средней массы высечки в районе м. Северный составило 0,74 (1,3-0,56) г или 57% (0,74/1,3100), в районе очистных сооружений - 0,65 (1,3-0,65) или 50% (0,65/1,3100), в районе м. Западный - 0,69 (1,3-0,61) или 53% (0,69/1,3100), в районе м. Вилкова - 0,21 (1,3-1,09) г или 16% (0,21/1,3100). Следовательно, участки побережья, расположенные в районах м. Северный, очистных сооружений и м. Западный имеют среднюю степень загрязненности. А участок побережья, расположенный у м. Вилкова, является слабо загрязненным.

Пример 3. В районе спасательной станции у сопки Никольской в сентябре 1993 г. средняя масса высечек, приведенных к единице площади, равнялась 0,033 г, а в чистом районе - 0,11 г. Уменьшение массы в этом случае составило 70% ((0,11-0,033)/0,11100). Район был отнесен к сильно загрязненному. В следующем 1994 г. пояс ламинарии на этом месте полностью исчез.

Преимущества данного способа оценки уровня загрязнения акватории состоят в следующем. Он чрезвычайно прост в методическом исполнении, не трудоемок, не требует высокой квалификации работников, определяющих уровень загрязнения акватории. При простоте выполнения исследований он дает репрезентативные результаты и весьма эффективен для получения оценки комплексного загрязнения акватории.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Калугина-Гутник А. А. Фитобентос Черного моря. Киев: Наукова Думка, 1975, с. 245.

2. Христофорова Н.К. Биоиндикация и мониторинг загрязнения морских вод тяжелыми металлами. Л.: Наука, 1989. -192с.

3. Хайлов К.М., Парчевский В.П. Иерархическая регуляция структуры и функции морских растений. Киев: Наукова Думка, 1983. -254с.

Формула изобретения

Способ оценки уровня загрязнения акватории, включающий измерение продукционного показателя у бурых водорослей, отличающийся тем, что в качестве продукционного показателя измеряют среднюю массу высечки ламинариевых водорослей вида Laminaria bongardiana первого или начала второго годов жизни, приведенную к единице площади пластины Laminaria bongardiana и об уровне загрязнения судят по изменению этого показателя в сравнении со средней массой высечки, приведенной к единице площади пластины Laminaria bongardiana, растущей в оптимальных условиях обитания, при этом чем меньше средняя масса высечки, тем больше уровень загрязнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2