Методы лабораторного культивирования тест-организмов (биотестов)

Методы биоиндикации применимы только к водоёмам, имеющим собственную биоту. Они учитывают реакцию на загрязнение целых сообществ водных организмов или же отдельных систематических групп. При этом исследователи непосредственно на водоёме учитывают факт присутствия в нём индикаторных организмов, их обилие, наличие у них патологических изменений.

Несмотря на то, что и естественные условия водоёмов, и виды загрязнений очень разнообразны, можно выделить несколько универсальных реакций сообществ водных организмов на ухудшение качества воды. Прежде всего это:

1. Уменьшение видового разнообразия (в два—четыре, а иногда и в десятки раз).

2. Изменение обилия водных организмов.

Причём обилие может как снижаться (при очень высоком уровне загрязнения или при наличии токсичных загрязнителей), так и расти по сравнению с нормальным состоянием сообщества. Этот рост объясняется тем, что в водоёмах, особенно при их загрязнении органическими веществами, могут оставаться немногие, но устойчивые к загрязнению виды животных. В таких условиях они достигают очень высокого обилия. Например, в Невской губе численность малощетинковых червей может достигать десятков и даже сотен тысяч особей на квадратный метр дна.

Именно эти закономерности применяются во многих методиках биоиндикации. К их числу относятся индексы видового разнообразия и методы, учитывающие соотношение обилия разных групп водных организмов. Кроме этого, часто учитывается способность определённых групп организмов обитать в водоёмах с тем или иным уровнем загрязнённости.

Надо особо отметить то, что представители любой надвидовой систематической группы (рода, семейства, отряда) практически никогда не обладают одинаковыми экологическими потребностями. В состав таких групп могут входить совершенно разные с точки зрения отношения к загрязнению виды: устойчивые к загрязнителям, неустойчивые, виды-универсалы, способные жить в очень широком спектре внешних условий, и т.д. Одной из распространённых ошибок является использование надвидовых таксонов как индикаторов качества воды без критического рассмотрения набора входящих в этот таксон видов.

Например: веснянки считаются индикаторами очень чистой воды. Но некоторые виды веснянок, в том числе Nemoura cinerea, обычны в мезотрофных, умеренно загрязнённых водоёмах. Говорить, что вода не загрязнена на основании того, что этот вид обнаружен в пробе, было бы опрометчиво.

Личинки комаров-звонцов (семейство Chironomidae) во многих методиках используются как организмы-индикаторы сильного органического загрязнения. Реально же среди хирономид есть немало видов, обитающих только в чистых, насыщенных кислородом водоёмах. Их присутствие в пробе ни коим образом не говорит о загрязнённости водоёма органикой.

В предлагаемых ниже методиках эта ошибка корректируется необходимостью рассмотрения комплекса видов и надвидовых таксонов, а не одного таксона .

Большую роль для результатов биоиндикации состояния водоёма играет выбор тех групп живых организмов, которые учитываются исследователем. Дело в том, что водные сообщества очень разнообразны и включают в себя несколько крупных экологических группировок, реакции которых на загрязнения могут серьёзно различаться. Это экологические группы животных: зоопланктон, зообентос, перифитон, нектон; и растений: фитопланктон, фитобентос. Каждая группа организмов в качестве индикатора имеет свои преимущества и свои недостатки.

Так, сообщества планктонных организмов (т.е. пассивно парящих в толще воды) очень быстро реагируют на любые изменения её качества. Они представляют собой как бы «моментальный снимок» состояния водоёма. Но методы биоиндикации, основанные на реакциях планктонных сообществ, применимы прежде всего для озер, и только с большой осторожностью — для текущих водоёмов.

Например, планктон реки Невы, которая в нижнем течении представляет собой достаточно загрязнённый водоём, состоит из видов, характерных для чистых вод. Дело в том, что вода Невы — это на 98% вода относительно чистого Ладожского озера. Эта вода протекает все 74 километра Невы менее чем за сутки. Естественно, что за это время собственный «невский планктон» просто не успевает сформироваться, и в основном он по-прежнему состоит из видов, характерных для южных районов Ладоги.

Кроме того, организмы фитопланктона (водоросли и сине-зелёные бактерии) не обладают достаточной чувствительностью к фекальному загрязнению и тяжёлым металлам. Зоопланктон, в свою очередь, слабо реагирует на изменения в водоёме концентрации соединений азота и фосфора.

Организмы бентоса(т.е. обитающие на дне водоёма, в толще донных осадков или в придонном слое воды) менее динамично реагируют на быстрые изменения уровня загрязнённости. Зато, благодаря продолжительному жизненному циклу многих донных животных, их сообщества надёжно характеризуют изменения водной среды за длительные периоды времени.

Необходимо помнить, что в своём естественном состоянии различные природные водоёмы могут сильно отличаться друг от друга. На водную флору и фауну действуют такие показатели, как глубина водоёма, наличие и скорость течения, кислотность воды, мутность, температурный режим, количество растворенной органики, соединений азота и фосфора.

На все эти параметры влияет как антропогенная нагрузка, так и естественные процессы, происходящие в водоёмах. Значит, для водоёмов разных типов в норме будет характерен разный видовой состав и обилие гидробионтов. Более того, в водоёмах с наиболее чистой водой количество видов животных и растений и их обилие обычно ниже, чем в тех водоёмах, где органические вещества, соединения азота и фосфора присутствуют в умеренных концентрациях. Для многих водных организмов умеренный уровень загрязнения является оптимальным состоянием среды обитания. Существуют также «виды-универсалы», обладающие высокой экологической пластичностью и способные переносить значительные колебания степени загрязнённости водоёма. Понятно, что такие виды не представляют интереса для биоиндикации. И сами живые организмы, и сообщества, которые они образуют, — чрезвычайно сложные системы. Любая особь и любой вид в природе испытывает на себе влияние огромного количества факторов и, в свою очередь, сам влияет на них. Всё многообразие этих связей учесть практически невозможно. Также трудно предсказать и реакцию конкретного организма на внешнее воздействие: ведь двух одинаковых организмов в природе не существует. В этом легко убедиться на примере собственных одноклассников: кто-то легче переносит жару, а кто-то — холод; один обожает сладкое, а для другого лучшее лакомство — солёный огурец.

Поэтому нельзя делать выводы об уровне загрязнённости воды на основе реакций одной особи тест-организма или одной-двух проб, взятых в исследуемом водоёме. Не исключено, что вам попадётся «нетипичная» особь, устойчивость которой к загрязнению будет значительно выше или ниже, чем средняя для организмов этого вида. Точно так же и единственная отобранная в водоёме проба может быть взята в «нетипичном» месте. И все выводы, сделанные на основе таких «наблюдений», будут неверными.

Попробуйте сделать вывод о том, чем занимаются ученики 8 «Б» класса на уроке биологии, наблюдая за одной-единственной, случайно выбранной партой. За этой партой могут оказаться два бездельника, играющие в морской бой, или две подружки, показывающие друг другу выкройки в модном журнале. А на самом деле (представим себе такое) большинство восьмиклассников в это время будут честно читать заданную учителем главу учебника. Понятно, что если мы произведём наблюдения не за одной, а за десятью партами в классе, то полученная нами картина будет гораздо ближе к истине. В большинстве приведённых ниже методов указано то минимальное количество проб, организмов или наблюдений, которое позволит исследователю застраховаться от грубых ошибок.

На этом мы завершим теоретическую часть и подойдём к нашему водоёму поближе. С чего же начать?

Методики оценки состояния водоёма