БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОД И СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Лекция 7. Эвтрофирование
Термин «эвтрофирование» происходит от греческого слова «эутро» , что означает «тучность, жирность» . По отношению к природным водоемам под эвтрофированием понимают процесс роста общей продуктивности экосистемы водоема, включающей водные массы, донные отложения и населяющие их организмы. Этот процесс ведет к увеличению общего содержания органического вещества в воде водоема.
Согласно ГОСТу 17. 1. 1. 01 -77: "Эвтрофированием называется повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления биогенных элементов под действием антропогенных или естественных факторов".
• Антропогенное эвтрофирование обусловлено возрастанием потоков биогенных веществ в биосфере в результате хозяйственной деятельности человека и протекает значительно быстрее, чем естественное. • Естественное эвтрофирование водоемов обусловлено постепенным накоплением в водоемах органических и биогенных веществ в течение длительных геологических периодов времени.
Главная причина антропогенного эвтрофирования водных объектов - избыточное поступление биогенных элементов, создающих потенциальную возможность ускоренного развития продукционных процессов при прочих благоприятных условиях. В первую очередь, это проявляется в нарушении естественного баланса между продукцией и деструкцией органического вещества в водоеме и, как следствие, накоплении органического вещества в экосистеме. При антропогенном эвтрофировании водоема его экосистема начинает развиваться в сторону более низкого разнообразия и направленного перехода к иным доминантным группам организмов.
• Сообщество фитопланктона изменяется от стадии с преобладанием диатомовых водорослей через стадию, когда диатомовые сочетаются с обилием динофлагеллят и синезеленых водорослей, к стадии высокопродуктивного фитопланктона при значительном количестве цианобактерий (синезеленых водорослей). • В зоопланктоне возрастает численность коловраток, в зообентосе исчезают олиготрофные организмы. • Радикальные изменения в структуре зоопланктона и ихтиоценозе выражаются в замене длинноцикловых и крупных форм на короткоцикловые и мелкие. • В ихтиофауне происходит замена ценных видов рыб малоценными, обладающими в этих условиях большей скоростью воспроизводства.
Показатели трофического состояния водоемов Принципиальный момент при оценке процесса эвтрофирования - определение трофического состояния водоемов, которое фактически отражает метаболизм экосистемы (поступление, накопление и расходование энергии). При оценке трофического состояния водоема используется широкий набор биологических, химических и физических характеристик и показателей функционирования экосистемы.
Классификации типов водоемов по содержанию хлорофилла-а. Классификация О М Э Китаев (1984) 1. 5 -3 3 -12 12 -48 Henderson-Sellers (1984) 4 4 -10 10 -100 Vollenveider (1979) 1. 7 4. 2 14. 3 Винберг (1960) <1 1 -10 10 -100 Бульон (1983) 0. 1 -10 >10 Dobson et al (1974) 4. 5 -8. 8 Rast, Lee (1978) 2 2 -6 6 Милиус, Кываск, (1979) 3. 0 3 -8 8 -20 Трифонова (1993) 1. 5 -10 10 -50 1 -2. 5 -8 8 -25 25 ОЕСD макс (1982) 2. 5 -8 8 -25 25 -75 75 Meybeck (1989) 0. 3 -2. 5 -8 8 -25 25 ОЕСD сред (1982) УО 1 0. 01 -0. 3 ГЭ >100
Классификации типов водоемов по биомассе фитопланктона Классификация Олиготрофный Мезотрофный Эвтрофный Михеева (1975) 1. 5 -2. 0 2 Милиус, Кываск (1979) 1 1 -3 3 -7 Трифонова (1993) 1 1 -3 3 -10 Китаев (1984) 0. 5 -1. 0 1 -4 4 -16
Индикаторы трофического состояния по составу биологических сообществ. Изменение видов, которое происходит при эвтрофировании, носит вполне закономерный характер и может использоваться как характеристика процесса. Начало доминирования синезеленых водорослей свидетельствует о прогрессирующем эвтрофировании водоема. Помимо видового состава индикаторами трофии могут быть и некоторые физиологические характеристики фитопланктона, например, скорость роста.
Зообентос. Наиболее надежные и информативные показатели процесса эвтрофирования • уменьшение числа доминирующих видов и снижение индекса видового разнообразия, • изменение процентного соотношения таксономических групп в сторону увеличения доли коловраток и кладоцер и уменьшения доли копепод, • изменение размерной структуры сообщества в сторону преобладания мелких форм и, как следствие, уменьшение среднего веса особи, • увеличение внутригодовой амплитуды колебаний биомассы, • снижение доли хищников в общей биомассе зоопланктона, • увеличение доли трат на обмен от биомассы зоопланктона, уменьшение соотношения биомасс зоопланктона и фитопланктона за вегетационный период.
Классификация трофического состояния водоемов по структурным показателям зоопланктона Автор Показатель О М Э Hakkari [118] Показатель Е/О 0. 5 -1. 5 Blancher (1984) Численность зоопланктона за вег. период 105/м 2 1 3 8 Андронникова (1996) Индекс по биомассе, Н 4. 0 -2. 6 2. 5 -2. 1 2. 0 -1. 0 Андрон-никова (1996) Отношения зоопланктона фитопланктона период 4: 1 1: 1 0. 5: 1 Андронникова (1996) Отношение биомасс зимнего и летнего зоопланктона 1: (1 -9) 1: (10 -90) 1: ( 100) Андронникова (1996) Отношение дыхания биомассе зоопланктона 0. 15 0. 20 0. 30 Sladechek (1983) Показатель Q 1. 0 -2. 0 Гутельмахер (1986) Биомасса сестона, мг. С/л 0. 07 -0. 33 -1. 50 -6. 80 Мяэметс, (1979 ) Е 0. 2 -1. 0 -4. 0 биомасс и за вег. к
В таблице: Q – отношение числа видов р. Brachionus к числу видов р. Trichocera E/O – соотношение числа видов-индикаторов эвтрофного и олиготрофного типа: E = K(X+1)/(A+V)(Y+1) , где K – число видов Rotatoria, A – Copepoda, V – Cladocera, X – мезотрофные виды, Y – олиготрофные виды Н = - рilog 2 pi pi = Bi/B где Bi – биомасса индикаторного вида зоопланктона, В – общая масса зоопланктона
Макрофиты • В олиготрофных и слабоминерализованных водоемах с прозрачной водой среди погруженных макрофитов господствуют низкорослые растения: мхи, ивоэтиды (полушниковые), при более высокой минерализации - харовые водоросли. • При умеренном возрастании трофии, в мезотрофных озерах биомасса погруженной растительности и занимаемые ею площади максимальны, видовой состав их здесь наиболее богат, преобладают высокорослые элодеиды (элодея, роголистник, лютик, уруть, широколистные рдесты), вытесняющие низкорослые харовые водоросли.
В целом макрофиты мало пригодны для экспрессанализа состояния водоемов, но могут быть очень полезны для целей мониторинга или при сравнении трофического статуса разных водоемов.
Связь эвтрофирования с качеством воды Под качеством воды в общем случае понимается комплекс показателей, характеризующих степень пригодности воды для того или иного вида хозяйственного использования. Изменение трофического состояния экосистемы и характера ее функционирования, происходящее при эвтрофировании водоема, влияет на направленность и интенсивность этой трансформации, изменяя качество воды у водозаборов.
Трансформация проявляется в: - увеличении первичной продукции органического вещества, т. е. синтеза органического вещества, его окисления; - газообмене водоема с атмосферой; - биоседиментации, азотфиксации и денитификации, соосаждении сорбирующихся загрязняющих веществ; - интенсивности выноса веществ из донных отложений, т. е. во вторичном загрязнении водной экосистемы.
Изменение трофического состояния экосистемы водоема тесно связано с изменением комплекса показателей, определяющих качество воды. Это особенно ярко проявляется при использовании водоемов в качестве источников питьевого водоснабжения.
Наиболее важные показатели качества воды источников водоснабжения • • Численность и биомасса фитопланктона. Запах воды. Мутность воды. Токсические вещества. Окислительно-восстановительные условия среды. Патогенная микрофлора. Содержание растворенного кислорода. Содержание органических веществ в воде.
Скачать презентацию БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОД И СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ
Лекция 7_биол методы.ppt