Сторінка
1

Методологічні основи моніторингу біоти природних вод

Методологічна основа біологічного моніторингу - це вивчення динаміки структурних і функціональних характеристик найважливіших біологічних підсистем водної екосистеми: бактеріо-, фіто-, зоопланктону, фіто-, мікро-, макро-, зообентосу, вищої водної рослинності, що знаходяться під впливом різних екологічних чинників. Моніторинг включає наступні методичні процедури: а) експертну оцінку стану водної екосистеми та існуючих джерел забруднення; б) вибір біологічної підсистеми та її структурно-функціональних характеристик; в) вибір полігонів (станцій) досліджень; г) інформаційне забезпечення моніторингу.

Сучасний етап еволюційного розвитку біосфери протікає під значним антропогенним пресом, який впливає на всі рівні існування біологічної матерії - від субклітинного-клітинного до екосистемного. Інтенсивний розвиток енергетики, ресурсозатратних промислових технологій, урбанізація, екстенсивневедення сільського господарства, розширення рекреаційних зон і т.п. значно змінили природні ландшафти України.

Найбільшого антропогенного впливу зазнали річкові екосистеми, в басейнах яких збудовані штучні водоймища з греблями гідроелектростанцій, водойми-охолоджувачі ГРЕС та АЕС, розміщені водозабірні станції міст і магістральних каналів. Замість взятої природної води повертаються десятки кубічних кілометрів слабоочищених чи взагалі неочищених стічних вод, для яких характерна підвищена токсичність та небезпечні мутагенні властивості.

Розробка і впровадження концептуальних планів-дій по поліпшенню екологічного стану довкілля в Україні можливі лише на основі моніторингу для отримання різноманітної об’єктивної інформації про фактичний стан біосфери та прогнозу майбутніх змін.

Екологічний моніторинг [5] поряд з вивченням змін, їх оцінкою і прогнозом абіотичних складових біосфери досліджує і відгук на них біоти. Якщо гідрохімічні показники дають “миттєвий знімок” якості води, то організми бактеріо-, фіто- та зоопланктону можуть відображати його стан за період декількох днів, а бентосу та перифітону - за тижні і місяці [8]. Проведення моніторингу біоти неможливе без системного підходу, при якому повинні розглядатися основні біологічні підсистеми водних екосистем, що в найбільшій мірі страждають від антропогенного пресу.

До цього часу не існує загальноприйнятної парадигми оцінки біологічних систем, яка відповідала б в більш повній мірі завданням біологічного моніторингу. Вибрана методологія моніторингу повинна давати найбільш об’єктивну інформацію про стан довкілля, бути репрезентативною основою складання короткострокових і довгострокових прогнозів.

Суть пропонованої методології полягає у використанні структурних і функціональних характеристик гідробіонтів як інструменту оцінки стану водних екосистем та у виділенні ділянок водойм з різним ступенем природного чи антропогенного впливу. Пропонується для моніторингу вибирати біологічні системи, життєдіяльність яких характеризується діалектичною єдністю одного цілого: а) їх структурні характеристики віддзеркалюють стан біоти, що дозволяє оцінювати вплив на неї (чи, навпаки, відсутність такого) антропогенних чинників різної природи (техногенних, хімічних, токсичних, термічних, тощо); б) функціональні характеристики поряд з відображенням стану біоти є середовищеутворюючими біологічними чинниками, життєдіяльність яких в значній мірі може змінювати абіотичні складові водних екосистем.

Необхідною умовою вибору біологічних підсистем повинно бути: врахування провідної ролі основних підсистем (планктон, бентос, перифітон) у водній екосистемі; проведення інтегральної оцінки стану екосистеми; можливість оцінки впливу як загальних екологічних чинників, так і специфічних, чи, навпаки, неспецифічних.

Пропонований методичний підхід до оцінки стану водних екосистем включає декілька методичних процедур.

1). Вибір найбільш інформативних структурно-функціональних показників біоти. Аналіз літературних даних та власних напрацювань по структурних і функціональних характеристиках підсистем гідробіонтів, що належать до різних трофічних рівнів: автотрофи (водорості, вищі водні рослини), гетеротрофи (бактерії) і консументи (рослинно-, бактеріо-, детритофаги, хижаки) та екологічних груп: планктон, бентос, перифітон - дозволив виділити наступні показники.

Структурні характеристики угруповань гідробіонтів:

n – видове різноманіття – кількість видових і внутрішньовидових таксонів усіх систематичних груп гідробіонтів та їх співвідношення ( у відсотках до загальної кількості);

nt – таксономічне різноманіття – кількість таксонів рангом вище виду (рід, родина, порядок, відділ, царство), їх відсоткове співвідношення;

ne – екологічне різноманіття – біотопічна приуроченість угруповань гідробіонтів, яка дозволяє їм розвиватися в даний момент у планктоні, бентосі, обростаннях або інших біотопах;

Н – інформаційне різноманіття, індекс Шеннона: розраховується по видовому різноманіттю, біомасі (HB) чи по чисельності (HN) угруповань гідробіонтів;

Ni, Bi – кількісне різноманіття: чисельність Ni, біомаса Bi (тис.кл./л, орг./л, мг/л, г/м3,г/м2);

(Ni/Nзаг.) ´ 100 – характеристика структури чисельності угруповань і дольова участь у формуванні сумарної чисельності конкретної систематичної групи (Ni);

(Вi/Взаг.) ´ 100 – характеристика структури біомаси, те ж, що і для чисельності;

dn - видовий склад видів-домінантів угруповань гідробіонтів;

dN, dВ - кількісне різноманіття (dN - чисельність; dВ - біомаса) домінуючих видів;

(dNi/d) ´ 100 - характеристика структури чисельності домінуючого комплексу угруповань гідробіонтів і дольова участь конкретного (dNi) виду у формуванні сумарної чисельності;

(dBi/d) ´ 100 - структура біомаси домінуючого комплексу, те ж, що і для чисельності.

Просторово-часова динаміка перерахованих вище показників:

-просторова - по горизонталі - акваторія водойми; по вертикалі - його водна товща;

-часова - добова, сезонна, багаторічна - зміна структурних характеристик угруповань гідробіонтів за певний часовий інтервал (доба, місяць, вегетаційний сезон);

S - сапробіологічна характеристика якості води, що розраховується за видами-індикаторами різних зон органічного забруднення води, їх чисельністю (SN) або біомасою (SB);

J - інтегральна кількісна оцінка стану угруповань гідробіонтів за основними структурними характеристиками: видове різноманіття, чисельність, біомаса [1].

Функціональні характеристики:

А м2 - валова первинна продукція, що характеризує кількість енергії (в одиницях кисню, органічного вуглецю, калоріях, джоулях в м3, м2), фотосинтезованої фітопланктоном за певний проміжок часу (доба, місяць, сезон);