Возможности и перспективы использования биологического мониторинга водных объектов в Свердловской области

В последние десятилетия биологический мониторинг водных объектов развивается как самостоятельная научная дисциплина. Объектами мониторинга выступают все компоненты водных экосистем – от микроорганизмов до позвоночных животных. Успехи биологического мониторинга состояния водных экосистем даже позволили использовать эти методы как стандартные во многих государствах Европы. Результаты биологического мониторинга все чаще служат отправной точкой при принятии финансовых и организационных решений политиками и менеджерами водного хозяйства.

Поскольку водные объекты изначально представляют собой важнейший природный ресурс, то все качественные аспекты воды следует рассматривать в тесной взаимосвязи с компонентами экосистем, которые сформировались в водных объектах. Для нормального функционирования водных экосистем важны все структурные компоненты: ихтиофауна, донные беспозвоночные, фитопланктон, зоопланктон, перифитон, водная микрофлора и высшие водные растения. Исследование всего биотического комплекса чрезвычайно трудоемко и по временным, и по финансовым затратам, поэтому обычно выбирают ключевые компоненты водных экосистем, которые напрямую или косвенно связаны с остальными водными биоценозами. Использование методов биоиндикации при организации мониторинга позволяет решить сразу несколько задач:

контролировать состояние всей экосистемы, находящейся под антропогенным воздействием;

обнаружить появление в реке токсичного вещества; определить наличие ущерба для экосистемы от аварийного загрязнения;

выявить фактическое влияние воды на биоту, а не интерпретировать данные физических и химических методов;

получить фактически обоснованные данные о воздействии вышележащих водопользователей на нижнее течение реки;

оценить исходное состояние экологической ситуации, которое будет служить отправной точкой для сравнения результатов программы восстановления водного объекта;

проверить реальную эффективность реабилитационных мероприятий;

наглядно представить результаты программ по восстановлению водных объектов лицам, принимающим решения, управляющему персоналу и широкой публике (в лице неправительственных общественных организаций);

оптимизировать использование финансовых средств, выделенных на реабилитационные мероприятия, путем выявления приоритетных направлений.

Преимущество биологического мониторинга заключается в том, что он позволяет интегрально оценить состояние водных объектов и восполняет пробелы, свойственные существующим системам мониторинга (главным образом, химического). Практическое использование биологического мониторинга дает наилучшие результаты только в сочетании с другими системами мониторинга.

Таким образом, совместное использование биоиндикации и контроля за содержанием небольшого числа наиболее критичных загрязняющих веществ позволяет получить достаточно достоверную и надежную информацию о состоянии всей экосистемы.

Самым подходящим для биологического мониторинга водных экосистем, исходя из вышеизложенных соображений и опираясь на многолетний опыт, является сообщество донных беспозвоночных (макрозообентос).

Биоиндикация с использованием макрозообентоса, от отдельного организма до сообщества, – один из наиболее удобных методов рутинного контроля водных экосистем. Достоинства этого типа индикации состоят в следующем:

существует много прикрепленных или медленно двигающихся форм животных, что позволяет локализовать место техногенного воздействия на сообщество;

различные представители макрозообентоса обладают неодинаковой чувствительностью к загрязнению разной природы, что дает возможность наблюдать за градационной реакцией сообщества на загрязнение разной интенсивности;

жизненный цикл многих животных составляет несколько месяцев или лет, что позволяет выбирать довольно большие промежутки между отбором проб и получать интегральную оценку состояния системы за длительный период,

животные имеют размеры от нескольких миллиметров до сантиметров, что облегчает работу с ними;

методы определения видового состава многих систематических групп хорошо разработаны; процесс определения таксономической принадлежности живых организмов сопряжен в меньшей степени с методическими трудностями при подготовке объектов к определению, чем, например, для водорослей, зоопланктона или микроорганизмов;

большое таксономическое разнообразие сообщества (несколько отрядов) позволяет получить количественные оценки изменения его структуры на основе различных индексов;

научные и методические основы подхода достаточно хорошо разработаны, имеется большой опыт его практического использования для рутинного контроля в ряде развитых стран.

Таким образом, в качестве объекта биологического мониторинга водных экосистем рекомендуется использовать макрозообентос, который представляет собой сообщество донных беспозвоночных животных, чьи линейные размеры более 2 мм. Это общепринятое мнение практиков-гидробиологов не раз высказывалось на международных конференциях и семинарах.

Водные ресурсы Свердловской области принадлежат к двум различным бассейнам – Волжскому и Обскому. Если реки Волжского бассейна испытывают главным образом загрязнение тяжелыми металлами, то реки Обского бассейна принимают в себя стоки различного происхождения и содержания. Стагнация промышленности в последние годы существования Советского Союза и в России в начале 90-х гг. послужила причиной снижения объемов сточных вод примерно на 1/3, что частично улучшило состояние водных экосистем. Однако с ростом производства с 2000 г. объемы сточных вод опять стали увеличиваться, что предопределило появление новых проблем экологического состояния водных ресурсов.

Говорить о состоянии водных экосистем исходя из роста промышленного производства и объема сточных вод можно только косвенно – истинное положение вещей в области никому не известно. Никто не оценивал биоразнообразие водных экосистем. Водные ресурсы области не разделены по категориям качества в зависимости от состояния и состава водных организмов, структуры и состава русла рек и чаши озер. В области не существует работающих программ по биологическому мониторингу водных объектов, результаты которого должны быть положены в основу проектов по улучшению состояния и реабилитации водных ресурсов. Появившиеся программы по восстановлению р.Чусовой и Исети не опираются на опыт мониторинга по гидробиологическим показателям, как будто реки это не сложные системы в которых обитает огромное разнообразие специфических организмов и биологически полезных ресурсов (рыба, ракообразные), а канал с жидкостью, состояние которого определяется по превышению содержания разных веществ над нормами ПДК.

Институциональные аспекты биологического мониторинга в области также не созданы. В Свердловской области нет центра координации работ по мониторингу, нет сети организаций, которые выполняли бы подобные исследования. Специалисты, способные наладить исследования по гидробиологическому мониторингу имеются, но они не привлекаются для подобных работ. Видимо, на организации мониторинга в Свердловской области сказывается остаточный принцип финансирования исследований подобного рода.

Возможности биологического мониторинга можно проиллюстрировать на примере решения некоторых важных проблем для социально значимых и наиболее трансформированных в худшую сторону объектах – р. Чусовой и Исети.

Чусовая и Исеть нуждаются в планомерной экологической реабилитации, а эффективность таких мероприятий может быть обоснована с помощью биологического мониторинга. Биологические методы позволят оценить самоочишающую способность рек и получить статистическую информацию о крупномасштабных изменениях среды. Зная видовой состав животных выше по течению от источника загрязнения и состояние отсутствующих трофических ниш ниже по течению, возможно в той или иной мере прогнозировать вероятность появления в экосистеме уже исчезнувших или совершенно новых видов в результате улучшения качества воды.

Эти реки принимают в себя огромное количество локальных стоков, достоверное влияние которых почти невозможно оценить без биологических методов анализа. С помощью последних можно выбрать приоритетные участки рек, где следует провести первоочередные мероприятия по реабилитации. Результаты биологического мониторинга будут основой для принятия решений по восстановлению рек на определенных отрезках, а также укажут на водопользователей, которым необходимо разработать и оперативно реализовать меры по очистке воды, вплоть до закрытия предприятий, которые будут неспособны изменить технологию своего производства в лучшую сторону.

В бассейнах Исети и Чусовой периодически происходят аварии, в результате которых в реки поступают сточные воды или химические вещества (нефтепродукты, реагенты, удобрения и пр.) в больших объемах, чрезвычайно токсичных для водных организмов. С помощью использования биологических методов оценки можно однозначно определить, был или нет нанесен ущерб функционированию экосистемы токсичными выбросами. Даже потеряв несколько видов после такого аварийного выброса, экосистема может сохранить прежнее число функциональных звеньев, оставаясь функционально не измененной, что принципиально важно с позиций экосистемного подхода.

Качественный состав водных биоценозов на разных участках бассейнов Исети и Чусовой индивидуален, поскольку зависит от типа антропогенного воздействия и загрязняющих веществ, поступающих в воду. Биологические методы оценки позволяют определить доминирующий вид загрязнения воды и соответственно расставить приоритеты в борьбе с конкретными видами загрязняющих веществ. Загрязнение тяжелыми металлами или органическими веществами может быть распознано по информации об отсутствующих нишах. Реки с различными степенями и типами загрязнения имеют различную трофическую структуру. Некоторые трофические ниши склонны исчезать под влиянием определенных видов загрязнения. Например, в реке Чусовой около г. Первоуральска трофическое звено перифитоноядных животных отсутствовало из-за сильного загрязнения тяжелыми металлами. Возможно, в результате биоаккумуляции тяжелых металлов выше уровня толерантности данная функциональная группа исчезла из речной системы.

Представленные примеры указывают на то, что потенциал биологического мониторинга огромен, однако в Свердловской области он совершенно не реализован. Во многом внедрение методов биологического мониторинга в практику охраны водных ресурсов зависит от экономического состояния региона и уровня социальной активности сторонников природоохранного движения. Хочется надеяться, что, как и в странах Западной Европы (Голландия, Великобритания, Германия, Италия), биологический мониторинг не только будет служить действенным инструментом реабилитации водных объектов, но и использоваться как доказательный аппарат, наряду с химическим анализом воды, при выявлении нарушений природоохранного законодательства.