Гидробионты при чрезвычайных ситуациях

Каждый водоем — это сложная живая система, где обитают водоросли, высшие растения, бактерии, различные беспозвоночные животные. Их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов.

Однако фитопланктон не всегда только очищает водоемы. В отдельных случаях при массовом его развитии, особенно сине-зеленых водорослей, происходит самозагрязнение водоемов.

В условиях антропогенного загрязнения, особенно при стоках промышленных отходных вод, мера интоксикации может дойти до критической и водоемы, особенно пруды и озера погибают. Оценка по гидробиологическим показателям включает анализ качества воды по растительному и животному населению водоема с использованием организмов и их сообществ в качестве естественных непрерывных индикаторов водной среды.

Гидробионты даже при самом поверхностном исследовании способны дать быструю и достаточно надежную информацию о биологической полноценности воды. Биологический анализ качества воды может применяться в двух направлениях. Биоиндикация — способ оценки антропогенной нагрузи по реакции на нее живых организмов и их сообществ или система оценки степени загрязнения водоема, основанная на анализе состояния водных экосистем. Биотестирование — определение присутствия в воде токсических веществ по показателям биологических реакций организмов, изменениям их состояния, морфологическим и функциональным нарушениям.

Биоиндикация дает возможность в отличие от физико-химических методов оценить степень комплексного воздействия факторов среды с учетом особенностей каждого из водоемов, степени их минерализации, расположения и происхождения, состава воды.

Биологическое равновесие водных экосистем поддерживается многочисленными подвижными связями организмов между собой и с окружающей неживой материей. При антропогенном воздействии это равновесие нарушается, что отражается на видовом составе биоценозов. Таким образом, структура сообществ водных организмов определяется качеством воды. В ряде случаев, например, при катастрофических ситуациях (в частности, разлива нефти на почву) происходит смыв загрязнителя дождевой водой в реки, ручьи, при таянии снега и другими способами.

Проблема загрязнения почвы становится и проблемой загрязнения воды, т.е. образуется комплекс - почва-вода -экосистема, поскольку на почве, как правило, существует растительность. Таким образом, в очищении принимают участие и почвенные бактерии. Загрязнение вод различными токсикантами воздействует как на абиотические, так и на биотические факторы и в водотоках, и в водоемах.

Основная особенность проточных вод - их перемешивание, что создает гомогенность среды. Поэтому слив отходов, богатых органикой, приводит к разрушению экосистем.

При загрязнении воды образуются 4 зоны, следующие одна за другой:
1. Зона деградации, где вода смешивается с поллютантами.
2. Зона активного разложения, где грибы и бактерии (аэробные и анаэробные) разрушают органическое вещество, в результате чего снижается концентрация кислорода в воде.

Зона загрязнений становится зараженной, и в ней появляются восстановительные соединения. Ниже по течению формируется зона восстановления, где происходит самоочищение с помощью биоценозов и появляется чистая вода. В водах, загрязненных органикой, наблюдается скопление бактерий, особенно видов, разлагающих целлюлозу, крахмал, липиды или белки. В результате самоочищения наблюдаются вторичные эффекты появления градиентов концентрации кислорода. В воде, лишенной кислорода, водоросли отсутствуют. Когда самоочищение заканчивается и восстанавливаются нормальные условия, вновь появляется гидроценоз чистой воды.

В водоемах, в которых отсутствует или крайне слабо происходит обмен воды, в озерах и медленно текущих реках, количество биогенных элементов постепенно накапливается. Это ведет к усиленному развитию водорослей и высших водных растений, увеличению разнообразия и общей численности самых разных водных животных. В дальнейшем, когда концентрация биогенных элементов еще повышается, достигается ее уровень, при котором начинается «цветение воды» - бурное развитие планктонных водорослей и сине-зеленых, постепенно подавляющее другие формы жизни. Интенсивное отложение ила, наступление моховых сплавин с берегов переводят этот процесс эвтрофикации в заболачивание.

Таким образом, озеро заиливается от усиленной седиментации органического вещества. То, что в нормальные геологические эпохи происходило бы медленно, в условиях загрязнения активно ускоряется. Таким образом, свидетельством эвтрофикации является вспышка фитопланктона, особенно сине-зеленых (циано) бактерий.

Значительное увеличение биомасс водорослей сопровождается снижением прозрачности воды, ее помутнением - это тест на загрязнение водорослями. Из-за этого резко снижается фотосинтез, сохраняясь лишь в верхних слоях, обеспечивая наличие кислорода.

3. Стадия отмирания фитомассы влечет за собой снижение концентрации кислорода в нижних слоях. Детрит подвергается аэробному разложению сапрофитами. Появляется четкий вертикальный градиент по кислороду (в верхних слоях есть, в нижних нет). Это приводит к исчезновению лососевых рыб. И, наоборот, карповые, неприхотливые травоядные виды, постепенно замещают лососевых рыб. Происходящий скачок в появлении карпов является как бы индикатором ситуации загрязнения.

4. Стадия дистрофикации. После полного исчезновения кислорода в глубинных слоях происходит дистрофикация, которая сопровождается анаэробным брожением, т.е. гнилостным брожением с выделением сероводорода и аммиака. Дистрофикация воды принимает автокаталитический характер. Грунты покрываются железоорганическими соединениями, выделяются фосфаты, растворение которых дает новые вспышки альгофлоры и, соответственно, новые порции органики. Озерная система уже полностью обезжизненна.

Эколого-фаунистические исследования, проведенные в Карелии и других регионах, показали, что паразито-фауна рыб в озерах чутко откликается на любые изменения в гидрологическом и гидробиологическом режиме водоемов.

Чем быстрее происходит эвтрофикация озер, тем резче эти изменения выражены. Под влиянием процесса эвтрофикации и связанных с ним экологических сдвигов в водоеме происходит перестройка фауны паразитов рыб, в частности снижение общего видового разнообразия и изменение численности отдельных видов. Таким образом, паразитологические данные можно успешно использовать в качестве индикаторов при оценке состояния и развития озерных экосистем, в частности, при изучении процесса их эвтрофикации. Гидробионты по-разному реагируют на загрязнения, т.е. оказываются биоиндикаторами.

Необходимо описать и водоемы с чистой водой, несмотря на общее состояние экосистемы на руинных техногенезах. К числу наиболее чистых водоемов на Земле относится знаменитый Байкал, огромное сибирское озеро, содержащее 1/5 часть всех мировых запасов поверхностных пресных вод. Оно существует более 20 миллионов лет. Питаясь чистой водой горно-таежных рек и сбрасывая излишек воды в Ангару, Байкал сохраняет очень низкий уровень минерализации.

Обитающий только в Байкале веслоногий рачок эпишура (Epischura baicalensis) очень эффективно очищает воду от бактерий, водорослей и органических частиц. Эпишура не только поддерживает качество байкальской воды на уровне «высших кондиций», но и служит основным кормом знаменитого байкальского омуля. Количественные определения и микроскопирование показали, что эпишура интенсивно накапливает в жировых каплях липофильные ксенобиотики (3,4-бензо(а)пирен, антрацен, судан), а также нефть и различные нефтепродукты. Наличие водорослей усиливало поглощение эпишурой судана, повышало его токсичность и ускоряло окрашивание красителем жировых капель.

Наибольшие скорости концентрирования липофильных загрязнителей совпадают с вечерним пиком трофической активности. Способность Copepoda накапливать нефтепродукты, содержащиеся в воде в очень низких концентрациях, и люминесцентная микроскопия позволяют использовать рачков в качестве индикаторов микроколичеств данной группы соединений в водоеме. Этот технически простой, дешевый и высокочувствительный способ в воде позволяет одновременно изучать динамику накопления нефтепродуктов рачком и следить за его физиологическим состоянием.

Весь комплекс животных и водных растений Байкала, более чем наполовину эндемичный (состоящий из видов, более нигде не встречающихся), приспособлен к очень чистой воде.

Сохранение экосистемы Байкала не только экономически целесообразно, имея в виду высокую ценность воды такой чистоты, но и наша обязанность перед человечеством. Байкал — во всех отношениях уникальный природный комплекс, его геологические, гидрологические и биологические особенности представляют интерес и как объект научных исследований, и как безусловная эстетическая ценность.

Существуют и виды бактерий из альгобактериальных экосистем, способных к очистке воды от нефти и нефтепродуктов, обитающие тоже в пресных водах рек, озер в основном южного географического пояса.