Характеристика биоты Каспийского моря

1.1.5 Характеристика биоты Каспийского моря

Фитопланктон является неотъемлемой составной частью экосистемы моря и служит основным источником первичной продукции, за счет которого существуют вышестоящие по трофической пирамиде организмы - консументы. Фитопланктон - индикатор изменяющихся условий среды, и динамика его в каждом водоеме специфична.

Характерная особенность фитопланктона северной части Каспийского моря по результатам наших исследований - богатство пресноводными и бедность морскими видами. Среди пресноводных; водорослей встречаются представители всех групп фитопланктон, кроме пирофитовых. Основная доля (48%) в этом комплексе приходилась на зеленые водоросли. Солоноватоводно-пресноводным видам по значимости в общем составе фитопланктона принадлежало второе место. Основу группы составляют диатомовые (54%) и сине-зеленые (35%) водоросли. Морские виды в общем количестве водорослей составляли всего 12-14%. Ведущая роль в водоеме принадлежала диатомовым водорослям. Они самые богатые по числу видов, широко распространены по акватории моря и представлены во всех экологических группах

Видовой состав зоопланктона Каспия небогат и насчитывает около 120 видов, не считая временных форм - личинок бентосных организмов, Сезонные изменения зоопланктона Северного Каспия определяются двумя основными факторами - температурой и соленостью. По данным, полученным в 2002 г., зоопланктон на исследуемой акватории Северного Каспия насчитывал 10 видов, разновидностей и форм, а в 2003 г. -14 видов. Кроме истинно планктонных форм, в толще воды присутствовали олигохеты, нематоды, личинки полихеты, нереиса и краба. Основу зоопланктона составляли коловратки и веслоногие рачки.

Для фауны Каспийского моря в целом и для донной фауны в частности характерен высокий процент эндемичных видов и родов (41 %) в основном среди ракообразных и моллюсков, что свидетельствует о древности фауны этого водоема.

Качественный состав зообентоса на акватории Северного Каспия по результатам наших исследований в 2002 г. включал 13 и в 2003 г. -40 видов и групп донных организмов. Среди них большую часть видов составляли ракообразные.

Ихтиофауна Каспийского моря не отличается видовым разнообразием и по числу видов значительно уступает другим южно-европейским морям. В составе ихтиофауны Каспийского моря насчитывается 124 вида и подвида рыб, относящихся к 17-ти семействам. Преобладают морские (43,5%) и речные (34,4%) рыбы, проходные и полупроходные составляют соответственно 14,7% и 7,4%. Наиболее ценными промысловыми рыбами являются реликтовые осетровые (осетр, севрюга, белуга), запасы которых в Каспийском море до последнего времени составляли 70-75% от общемировых. Со второй половины XX столетия, с началом широкого гидротехнического строительства на реках Каспийского бассейна, жизненный цикл осетровых был нарушен, что привело в совокупности с другими негативными антропогенными и естественными факторами к катастрофическому состоянию популяций осетровых рыб. Основные районы нагула осетровых расположены по всей акватории Северного Каспия и вдоль западного побережья Среднего Каспия и находятся под влиянием пресного биогенного стока Волги и рек дагестанского побережья.

При распределении полупроходных рыб по местам нагула в море лимитирующим фактором является соленость.

Морские промысловые рыбы Каспийского моря представлены тремя видами килек, несколькими видами сельдей и двумя видами кефали. Снижение уловов килек в последние годы связывают с массовым развитием вселенца - гребневика мнемиопсиса, который питается преимущественно планктоном, подрывая тем самым кормовую базу килек.

 

1.2 Интегральная и комплексная оценка качества воды

Каждый из показателей качества воды в отдельности, хотя и несет информацию о качестве воды, все же не может служить мерой качества воды, т.к. не позволяет судить о значениях других показателей, хотя иногда косвенно бывает связан с некоторыми из них. Например, увеличенное, по сравнению с нормой, значение БПК5, косвенно свидетельствует о повышенном содержании в воде легкоокисляющихся органических веществ; увеличенное значение электропроводности — о повышенном солесодержании и др. Вместе с тем, результатом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксировано неблагополучие).

В простейшем случае, при наличии результатов по нескольким оцениваемым показателям, может быть рассчитана сумма приведенных концентраций компонентов, т.е. отношение их фактических концентраций к ПДК (правило суммацпи). Критерием качества воды при использовании правила суммацпи является выполнение неравенства:

n

∑ СФi/ПДКi ≤ 1

i=1

где: СФi и ПДКi — фактическая концентрация в воде и ПДК для i-ro компонента.

Следует отметить, что сумма приведенных концентраций согласно ГОСТ 2874 может рассчитываться только для химических веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности — органолептическим и санитарно-токсикологическим.

При наличии результатов анализов no достаточному количеству показателей можно определять классы качества воды, которые являются интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод. Классы качества определяются по индексу загрязненности воды (ИЗВ), который рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды по формуле:

, где:

Ci — среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это среднее значение за год):

ПДКi — предельно-допустимая концентрация для данного загрязняющего вещества:

6 — число показателей, берущихся для расчета (на их выборе мы остановимся в этой же главе чуть ниже).

Значение ИЗВ рассчитывают для каждого пункта отбора проб (створа). Далее по табл. 1 в зависимости от значения ИЗВ определяют класс качества воды.

В число 6 основных, так называемых "лимитируемых" показателей при расчете ИЗВ входят, в обязательном порядке, концентрация растворенного кислорода и значение БПК5, а также значения еще 4 показателей, являющихся для данного водоема (воды) наиболее неблагополучными, или которые имеют наибольшие приведенные концентрации (отношение Сi/ПДКi). Такими показателями, по опыту гидрохимического мониторинга водоемов, нередко бывают следующие: содержание нитратов, нитритов, аммонийного азота (в форме органических и неорганических аммонийных соединений), тяжелых металлов — меди, марганца, кадмия и др., фенолов, пестицидов, нефтепродуктов, СПАВ (синтетические поверхностно-активных вещества.

Таблица 1

Характеристики интегральной оценки качества воды

ИЗВ	Класс качества воды	Оценка качества (характеристика) воды
Менее и равно 0.2	I	Очень чистые
Более 0.2-1	II	Чистые
Более 1-2	III	Умеренно загрязненные
Более 2-4	IV	Загрязненные
Более 4-6	V	Грязные
Более 6-10	VI	Очень грязные
Свыше 10	VII	Чрезвычайно грязные

Для расчета ИЗВ показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей вредностью).

Очевидно, не все из перечисленных показателей качества воды могут быть определены полевыми методами. Задачи интегральной оценки осложняются еще и тем обстоятельством, что для получения данных при расчете ИЗВ необходимо проводить анализ по широкому кругу показателей, с выделением из их числа тех, по которым наблюдаются наибольшие приведенные концентрации. При невозможности проведения гидрохимического обследования водоема по всем интересующим показателям целесообразно определить, какие же компоненты могут быть загрязнителями. Это делают на основе анализа доступных результатов гидрохимических исследований прошлых лет, а также сведений и предположений о вероятных источниках загрязнений воды. При невозможности выполнения анализов по данному компоненту полевыми методами (СПАВ, пестициды, нефтепродукты и др.), следует произвести отбор проб и их консервацию с соблюдением необходимых условий, после чего доставить пробы в требуемые сроки для анализа в лабораторию.

Таким образом, задачи интегральной оценки качества воды практически совпадают с задачами гидрохимического мониторинга, т.к. для окончательного вывода о классе качества воды необходимы результаты анализов по целому ряду показателей в течение продолжительного периода.

К недостаткам приведенного способа интегральной опенки качества воды, несмотря на его широкое распространение на практике, можно отнести следующее.

Во-первых; учет изолированного действия отдельных химических веществ или их групп недостаточен для оценки фактической экологической ситуации в водоеме либо чистоты питьевой воды.

Во-вторых, многие загрязняющие вещества, не вошедшие в группу из 6 лимитированных показателей, выпадают из внимания исследователей. В их числе могут быть и те показатели, по которым имеется превышение ПДК, а также и те, по которым ПДК не превышены.

В-третьих, в результате взаимодействия многих химических компонентов в воде, даже при их малых концентрациях, могут образовываться соединения, значительно более токсичные, чем исходные. Кроме того, совместное присутствие в воде некоторых токсичных веществ, приводит к увеличению их токсичности (явление синергизма).

В-четвертых, (и это может быть самым существенным недостатком приведенного метода интегральной оценки качества воды) определение ИЗВ предполагает контроль только по гидрохимическим показателям, при этом из поля зрения исследователей ускользают микробиологические показатели, которые имеют часто решающее значение при оценке пригодности воды для нужд пищевого и бытового использования.

Указанные недостатки интегральной оценки качества воды сводятся к минимуму при включении в "арсенал" методов мониторинга гидробиологических методов, например, метода биоиндикации по Вудвиссу, методов биотестирования. Вместе с тем, как уже отмечалось, интегральная оценка качества воды посредством расчета ИЗВ практически повсеместно используется специалистами в нашей стране при экологических и гидрохимических исследованиях, а ее результаты, как правило, хорошо согласуются с результатами гидробиологических наблюдений.

Интересным является подход к оценке качества воды разработанный в США. Национальный Санитарный Фонд этой страны в 1970 г. разработал стандартный обобщенный показатель качества воды (ПКВ), получивший широкое распространение в Америке и некоторых других странах [11]. При разработке ПКВ использовались экспертные оценки на основе большого опыта оценки качества воды при ее использовании для целей бытового и промышленного водопотребления, отдыха на воде (плавания и водных развлечений, рыбалки), охраны водных животных и рыб, сельскохозяйственного использования (водопоя, орошения), коммерческого использования (судоходства, гидроэнергетики, теплоэнергетики) и др. ПКВ является безразмерной величиной, которая может принимать значения от 0 до 100. В зависимости от значения ПВК возможны следующие оценки качества воды: 100-90 — превосходное; 90-70 — хорошее; 70-50 — посредственное; 50-25 — плохое; 25-0 — очень плохое. Установлено, что минимальное значение ПКВ, при котором удовлетворяется большинство государственных стандартов качества воды, составляет 50-58. Однако вода в водоеме может иметь значение ПКВ больше указанного, и в то же время не соответствовать стандартам по каким-либо отдельным показателям.

ПКВ рассчитывается по результатам определения 9 важнейших характеристик воды — частных показателей, причем каждый из них имеет собственный весовой коэффициент, характеризующий приоритетность данного показателя в оценке качества воды. Частные показатели качества воды, используемые при расчете ПКВ, и их весовые коэффициенты приведены в табл. 2.

Как следует из приведенных в табл. 2 данных, наиболее весомыми показателями являются растворенный кислород и количество кишечных палочек, что вполне понятно, если вспомнить важнейшую экологическую роль растворенного в воде кислорода и опасность для человека, обусловленную контактом с загрязненной фекалиями водой.

Таблица 2

Весовые коэффициенты показателей при расчете ПКВ по данным Национального Санитарного Фонда США

Наименование показателя	Значение весового коэффициента
Растворенный кислород	0,17
Количество кишечных палочек	0,16
Водородный показатель (рН)	0,11
Биохимическое потребление кислорода (БПК5)	0,11
Температура (At, тепловое загрязнение)	0,1
Общий фосфор	0,1
Нитраты	0,1
Мутность	0,08
Сухой остаток	0,07
Сумма	1

Кроме весовых коэффициентов, имеющих постоянное значение, для каждого отдельного показателя разработаны весовые кривые, характеризующие уровень качества воды (Q) по каждому показателю в зависимости от его фактического значения, определяемого при анализе.

Имея результаты анализов по частным показателям, по весовым кривым определяют численные значения оценки для каждого из них. Последние умножаются на соответствующий весовой коэффициент, и получают оценку качества по каждому из показателей. Суммируя оценки по всем определенным показателям, получают значение обобщенного ПКВ.

Обобщенный ПКВ в значительной степени устраняет недостатки интегральной оценки качества воды с расчетом ИЗВ, т.к. содержит группу конкретных приоритетных показателей, в число которых входит показатель микробного загрязнения.

При оценке качества воды, кроме интегральной оценки, в результате которой устанавливается класс качества воды, а также гидробиологической оценки методами биоиндикации, в результате которой устанавливается класс чистоты, иногда встречается также так называемая комплексная оценка, основу которой составляют методы биотестирования. Последние относятся также к гидробиологическим методам, но отличаются тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам — как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим — рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является наиболее показательной, особенно - применительно к оценке качества загрязненных вод (природных и сточных) и позволяет определять даже количественно концентрации отдельных соединений.

Обычно при биотестировании устанавливают количественные градуировочные зависимости показателей смертности тестовых организмов или каких-либо изменений в них, либо поведенческих реакций, от концентрации тяжелых металлов (CuSO4). Токсические эффекты на организмы выражают в концентрациях, эквивалентных концентрациям тяжелых металлов.

Глава 2. Материалы и методы 2.1 Характеристика места исследования

 

Отборы проб воды проводились с 2001 по 2004 гг. в весенний - осенний сезоны на лицензионном участке «КНК» в Северной части Каспийского моря (Рис.2).

Акватория, на которой располагается структура «КНК», мелководная, ее средняя глубина составляет 4 метра. Мелководность способствует хорошему перемешиванию вод (Бутаев А.М., Кабыш Н.Ф., 2002).

Данная территория отличается высокой пластичностью. В ее функционировании важную роль играют внешние природные факторы, среди которых главным является речной сток, годовой объем которого всего лишь в два раза меньше объема Северного Каспия. Большую часть его акватории занимают смешанные воды с соленостью от 2 до 10‰. Площадь их распространения достигает своего максимума в половодье. Поскольку основная часть волжского стока приходится на западную часть Северного Каспия, то здесь его влияние на состояние морской среды и жизнедеятельность биологических сообществ наиболее ощутимо (Мажник А.Ю., Дегтярева Н.Г., 2000).

Сезонная динамика состояния загрязненности морской среды обусловлена множеством факторов, влияющих на баланс загрязняющих веществ в северной части моря. Для весны важными являются два фактора. Во-первых, это поступление загрязняющих веществ с поверхностным стоком, зависящее от объема весеннего половодья. Во-вторых, это исходное, в начале весны состояние загрязненности, обусловленное интенсивностью процессов самоочищения в зимнюю пору.

Рис.2 Расположение участка “КНК” в Северной части Каспийского моря

В весенний сезон размах колебаний гидрохимических процессов на Северном Каспии достигает своего максимума. Увеличение притока солнечного тепла, фотосинтетически активной солнечной радиации, и вместе с тем и полых вод, несущих с собой необходимые для жизнедеятельности биологических сообществ минеральные соли и органические вещества, - все это способствует увеличению интенсивности процессов, происходящих в морской среде.

Потенциальными источниками загрязнения экосистемы Северного Каспия, которое носит комплексный характер, является зарегулирование речного стока, интенсивное судоходство и рыболовство. В свою очередь, вклад в загрязнение вносят поверхностный сток, атмосферные осадки, сбросы сточных вод с берега и с судов (Дмитров А.П., 2002).

Подъем уровня Каспийского моря, продолжавшийся с 1978 по 1995 год, привел к затоплению территории нефтяных месторождений на восточном побережье Северного Каспия, которые в настоящее время являются одним из основных источников нефтяного загрязнения. Исследования последних лет выявили также высокую самоочищающую способность Северного Каспия и важную роль природных факторов в регуляции обмена загрязняющих веществ, особенно, тяжелых металлов между морской водой и донными отложениями.