Бета- разнообразия водорослей - структура сообщества
Содержание!
Эмпирическая модель функционирования водных экосистем

БИОИНДИКАЦИЯ КАК МЕТОДИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ВОДОРОСЛЕЙ С ТРОФНОСТЬЮ ВОДОЕМА

Как уже упоминалось, биоиндикационные методы на основе видового состава сообществ и обилия водорослей дают интегральную оценку результатов всех природных и антропогенных процессов, протекавших в водном объекте. Биоиндикация условий среды по водорослям является наиболее быстрым методом, поскольку смена сообщества водорослей может произойти всего за несколько часов при смене условий среды.

Широко применяемые в странах СНГ и ЕС биоиндикационные оценки по низшим трофическим уровням используются в течение последних десятилетий в системах мониторинга качества воды в европейских странах (Whitton et al., 1991; Whitton, Rott, 1995; Prygiel et al., 1999). Существующие метафизические модели связывают показатели среды с продкуционными характеристиками биоты (рис. 1) или с разнообразием организмов (рис. 25; Sladecek, 1973). В модели Сладечека (1967) на рис. 2 включен элемент динамики (серая стрелка), показывающий направление самоочищения.

На основе эмпирических данных наших многолетних исследований, а также с привлечением данных других авторов, мы попытались синтезировать модель, связывающую показатели биоразнообразия водорослей с динамикой изменений факторов среды. Модель, рассмотренная ниже, объединяет оценку качества вод и состояния водных экосистем по сообществам водорослей-индикаторов (Баринова, 1992; Баринова, Медведева, 1996). Она дает возможность установить интервалы важнейших химических, физических и продукционных показателей в соответствии с состоянием биоты, восстановить недостающие показатели по имеющимся, позволяет определить, подвержена ли экосистема антропогенному воздействию, на какой стадии естественной, либо антропогенной сукцессии она находится и каковы перспективы ее изменений, вплоть до оценки кризисности ситуации. Рассмотрим этот аспект подробнее.

На первом этапе нами была предпринята попытка объединения различных параметров качества воды и создания такой системы биоиндикации вод, которая объединяла бы системы Пантле-Бука и Ватанабе. Для этого был проведен сравнительный анализ методов Пантле-Бука и Ватанабе на двух реках Дальнего Востока, имеющих примерно одинаковую протяженность и впадающих в Японское море с юго-восточного склона хребта Сихотэ-Алинь. Река Ботчи - чистая на всем протяжении, протекает в труднодоступном таежном районе. Река Рудная - чистая в верховье, но в среднем и нижнем течении испытывает влияние стоков двух промышленных комбинатов и поселка Дальнегорск.

Органическое загрязнение - интегральный показатель воздействия суммы загрязнений. Биоиндикационная оценка его ведется по методу Пантле-Бука (Макрушин, 1974; Баринова, Медведева, 1996) путем расчета индекса S как по всему сообществу водорослей, так и отдельно по диатомовым. В Японии по методу Т. Ватанабе (Watanabe et al., 1986b; Watanabe, Asai, Houki, 1988a,b) расчет индексов органического загрязнения DAIpo ведется по сообществу диатомовых водорослей. Этот метод был впервые применен на российском Дальнем Востоке (Баринова, Медведева, 1995, 1996).

В сообществах р. Ботчи индексы S (0.49-1.91) показывали переход от ксеносапробной к бетамезосапробной зоне самоочищения. Индексы DAIpo в тех же пробах были - 100 в верховье и 69.3 в устье и показывали переход от ксеносапробной к альфаолигосапробной зоне самоочищения.

Индексы S в загрязняемой р. Рудная (1.23-2.40) показывали переход от альфа-олигосапробной к бета-мезосапробной зоне самоочищения. Индексы DAIpo в тех же пробах (84.6-43.9) показывали переход от бета-олигосапробной к бета-мезосапробной зоне самоочищения.

Следовательно, чтобы соотнести данные, полученные двумя различными методами, необходимо использовать коэффициент, рассчитанный нами на основе проведенного сравнительного исследования на чистой и загрязняемой реках. Этот коэффициент равен 73.21 (Баринова, 1990б). Теперь индексы, вычисленные в любой из этих систем, взаимозаменяемы для каждой зоны самоочищения вод. Это позволяет привлечь для совместного анализа показатели биоразнообразия из системы Ватанабе и физико-химические и продукционные показатели воды (Романенко и др., 1990; часть 2: табл. 4-6 ), которые мы соотносим с индексами Пантле-Бука в модификации Сладечека. Таким образом, сопоставление индексов в обеих системах значительно расширяет возможности интерпретации данных.

Новым элементом, введенным нами на следующем этапе в интегральную систему, является показатель биоразнообразия - число видов в сообществе, а также структура сообщества, сложность которой отражается, как правило, индексом биоразнообразия Шеннона (Н).

Такое построение, где координатами являются с одной стороны, индексы загрязнения (в различных системах), а с другой - индексы Шеннона по нашим данным и данным отечественных и зарубежных работ (Баринова, 1990а; Баринова, Медведева, 1987; Лафон и др., 1988; Медведева и др. 1986; Laal et. al., 1982), дало поле точек, очерченное кривой с осью симметрии (рис. 26, нижняя фигура, подробнее рассмотренная в следующем разделе). Мы считаем, что левое крыло поля соответствует естественной, а правое - антропогенной сукцессиям. Снижение разнообразия до нуля при увеличении загрязнений является катастрофической стадией антропогенной сукцессии. Для более ранних фаз антропогенной сукцессии нами разработана шкала степеней кризисности у водных экосистем по мере увеличения антропогенного загрязнения.

Таблица 5. Критерии и интегральные показатели оценки состояния водных экосистем

Для проведения оценки состояния водной экосистемы, как способности ее к самоочищению, необходимо определить стадию сукцессии водного сообщества и соответствие показателей среды показателям биоты. Их классификация проводится с учетом табл. 5, составленной на основе наших данных и имеющихся в литературе. В табл. 5 включены не только значения индексов сапробности, указывающие по нашей модели на стадию естественной или антропогенной сукцессии, но также включаются и интервалы изменения основных показателей среды, связанные с трофностью водного объекта. Кроме указанных показателей среды в таблицу могут быть включены дополнительно около ста других показателей, относящихся как к воде, так и к биологической составляющей экосистем (часть 2: табл. 4-6).