Способ оценки качества поверхностных вод по показателям макрозообентоса

(51) 01 33/24 (2006.01) 01 33/18 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ от таксонов индикаторов чистых вод до толерантных к умеренному и сильному загрязнению. Известный таксономический состав дополнен и откорректирован представителями региональной гидрофауны(на основании многолетних исследований с 1991 - 2007 гг. макрозообентоса водотоков с различной антропогенной нагрузкой). В ранжировании учитывалась степень доминирования таксонов по численности. Разработка эталонных створов позволила создать смесь аттестованную и производить расчеты при минимальном наборе таксонов. Способ может быть использован как экспресс-метод, т.к. обладает кратковременностью сборов, малой стоимостью. При невозможности проведения гидрохимических исследований может прогнозировать наличие различного рода поллютантов. Отличительной особенностью данного изобретения является четкая ориентация на региональный таксономический состав макрозообентоса и изменение шкалы классности по гидробиологическим показателям. Данный способ впервые в Казахстане использует понятия эталонного створа и смеси аттестованной, что позволяет внедрить в практику гидробиологических исследований качества поверхностных вод мировые стандарты(72) Кушникова Людмила Борисовна Евсеева Анна Александровна Сайров Серик Бияхметович(73) Дочернее государственное предприятие Восточно-Казахстанский центр гидрометеорологии Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Казгидромет Министерства охраны окружающей среды Республики Казахстан(56) Абакумова В.А. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем, Гидрометеоиздат, Санкт-Петербург,1992, с. 89-90 Абакумова В.А. Государственный Комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды, Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных води донных отложений, Гидрометеоиздат, Ленинград,1983, с. 20, 35-36(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ МАКРОЗООБЕНТОСА(57) Изобретение относится к экологии и может быть использовано при проведении экспертных рекогносцировочных и мониторинговых работ для определения загрязненности водоемов. В качестве биоиндикатора используются макробеспозвоночные. В зависимости от степени отношения различных таксонов к загрязнению они размещаются в определенной последовательности 22307 Изобретение относится к экологии и может быть использовано при проведении экспертных рекогносцировочных и мониторинговых работ для определения загрязненности водоемов. В качестве биоиндикатора используются макро-беспозвоночные. В зависимости от степени отношения различных таксонов к загрязнению они размещаются в определенной последовательности от таксонов индикаторов чистых вод до толерантных к умеренному и сильному загрязнению. Известен способ оценки загрязненности водоемов, включающий отбор проб фитопланктона из исследуемого водоема, оценки количества живых и мертвых клеток, расчете индекса видового разнообразия Шеннона для живых и мертвых клеток по отдельности и затем сравнении полученных данных с контрольными (Патент 2024017,0133/18, Бюл.22, 30.11.94). Недостатком этого способа является недостаточная чувствительность и информативность. Известен способ биоиндикации среды, включающий выбор группы индикаторов, формирование эталонной среды с разбивкой ее по классам качества,определение видов индикаторов,способных существовать в диапазоне классов качества эталонной среды, извлечение из среды всех возможных видов из группы индикаторов,установление по каждому классу качества среды видов индикаторов, способных существовать в диапазоне классов качества эталонной среды,определение качества среды по максимальному значению суммарной классовой значимости индикаторов, осуществление оценки возможности самоочищения среды путем дополнительных извлечений индикаторов из среды и определения суммарной классовой значимости индикаторов и наибольшего после него значения в соседних областях классности качества среды, а о возможности самоочищения судят при расположении наибольшего значения относительно максимального в области понижения классности среды (Патент 2213350, 0133/24,0133/18, опубликовано 27.09.2003). Недостатком данного способа биоиндикации является некорректное использование одних и тех же индикаторных организмов для оценки качества различных сред обитания, отсутствие корреляции с другими биотическими и абиотическими метриками оценки качества природных сред. Неучитываемая особенность биологических циклов развития беспозвоночных и многокомпонентность воздействия абиотических факторов затрудняют заявленную ретроспективность и проспективность анализа. Недостатком способа является его сложность и трудоемкость, некорректное использование одних и тех же индикаторных организмов для оценки качества различных сред обитания. Особенность биологических циклов развития беспозвоночных и многокомпонентность проспективность анализа,также в данном способе отсутствует корреляция с другими биотическими и абиотическими метриками оценки качества природных средств 2 Известен способ оценки качества вод по биотическому индексу Вудивисса, включающий в себя отбор проб макрозообентоса из водоема,извлечение из них макробеспозвоночных,определение ключевых таксонов (видов индикаторов) и сопутствующих видов, подсчет их количества,определение биотического индекса (по таблице 1) и класса качества поверхностных вод (по таблице 2)(/под ред. В.А. Абакумова, Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем,Гидрометеоиздат,Санкт-Петербург,1992 г., с. 89-90). (Государственный Комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений под редакцией В.А. Абакумова, Ленинград,Гидрометеоиздат, 1983, с. 20, 35-36) Недостатком известного способа является то,что, будучи разработан для малых рек Англии, он применим далеко не ко всем типам водоемов и регионам. Необходима его модификация с учетом региональных особенностей донной фауны. Недостатком является небольшая разрешающая способность индекса в пределах чистая - слабо загрязненная вода, четко разграниченные значения индекса делают систему нечувствительной к умеренным загрязнениям качества воды. Классификатор качества воды по биотическому индексу не соответствует гидрохимическому классификатору качества воды. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является разработка способа оценки качества поверхностных вод,обладающего следующими характеристиками- возможностью производить расчеты при минимальном наборе таксонов- точностью анализа за счет расчета погрешности- оперативностью получения заключения об экологическом статусе водного объекта. Техническим результатом от использования изобретения является возможность оперативно и точно определять качество поверхностных вод(экологическая экспертиза). При осуществлении мониторинговых исследований возможно прогнозировать изменения качества поверхностных вод и рекомендация мероприятий по предотвращению негативных воздействий. Технический результат обеспечивается, вопервых, за счет учета региональной гидрофауны и выбора из таксономического состава групп индикаторов различной степени загрязнения. Вовторых, созданием смеси аттестованной на базе эталонных створов, что повышает точность и объективность определения биотического индекса. В-третьих, расширение шкалы классности по гидробиологическим показателям до уровня шкалы классности по гидрохимическим показателям, что позволит увеличить процент сходимости результатов и прогнозировать специфику 22307 химического загрязнения по гидробиологическим показателям. Сущность заявляемого способа оценки качества поверхностных вод по показателям макрозообентоса заключается в том, что в отличие от известного способа-прототипа, включающего отбор проб,определение таксономического состава, определение индекса по шкале с известным списком,согласно изобретению биотический индекс определяют по шкале ориентированной на региональный таксономический состав макрозообентоса, класс качества определяют по классификатору, скореллированному с гидрохимическим. Также согласно изобретению при определении качества воды используют разработанную систему эталонного створа и смесь аттестованную Модель сообщества макрозообентоса эталонного створа для стандартизации исследований и оценки погрешности. Значение биотического индекса находим из таблицы 3. Значение биотического индекса получаем при совмещении граф Показательные организмы и Число присутствующих групп,учитывая количество видов (1 вид или больше 1 вида). Движение вниз по столбцу Показательные организмы зависит от присутствия в пробе индикаторных организмов. Класс качества определяем по значению биотического индекса из таблицы 4. После того как рассчитаны биотический индекс и определен класс качества для створа исследования необходимо определить статус водоема. Отнесение исследуемого створа к определенному экологическому статусу производится на основе индекса экологического статуса (ИЭС). Группа Веснянка Веснянка Веснянка Веснянка Поденка Поденка Поденка Поденка Поденка Поденка Ручейник Ручейник Ручейник Гаммарус Жук Жук Моллюски Двукрылые Двукрылые Двукрылые Двукрылые Клещ ИЭС - это величина отклонения тестируемого показателя от эталонных условий, находится по формуле ИЭСпоказатель исследуемого створа / показатель АС эталонного створа. Для расчета ИЭС могут быть использованы такие показатели как биотический индекс, число таксонов макробеспозвоночных. Границы для величин ИЭС указаны в таблице 5. При контроле погрешности результатов измерений используем аттестованную смесь (АС). АС Модель сообщества макрозообентоса эталонного створа представляют собой перечень таксонов макрозообентоса. Аттестованные значения характеристик погрешности АС-1 АС-4 при доверительной вероятности 0,95 приведены в таблице 6. Примеры. Биотический индекс определяется по таблице, в верхней части которой находятся группы бентосных беспозвоночных, требовательных к качеству воды - веснянки, поденки, ручейники, а в нижней части - группы, более устойчивые к загрязнению гаммарусы, моллюски, пиявки, водные клещи, личинки хирономид и других двукрылых,олигохеты. Слева направо в таблице идет(возрастает) общее число обнаруженных в пробе видов. Значение биотического индекса определяется в соответствии с наличием видов тех или иных групп, по-разному реагирующих на загрязнение, и с общим количеством отловленных видов. Пример 1. В пробе макрозообентоса р. Брекса на фоновом створе выше сбросов было определен следующий таксономический состав В пробе обнаружено 22 таксона макробеспозвоночных, из них веснянок - 4 вида, поденокКоличество экземпляров 2 2 2 1 5 3 2 1 2 3 14 5 8 13 6 2 3 1 2 1 3 2 22307 таблице 1 Модифицированная рабочая шкала для определения биотического индекса находим в столбце Показательные организмы ячейку с надписью Личинки ручейников. Далее в правой половине таблицы 1 в столбце Биотический индекс по наличию общего числа присутствующих групп находим ячейку с надписью 16 и более, т.к. общее число присутствующих групп 22. Далее экстраполируем ячейки 16 и более и Личинки поденок и (или) веснянок, больше 1 вида, на пересечении находим значение биотического индекса 10. По таблице 4 Классификатор качества вод суши по гидробиологическим показателям находим, что биотический индекс 10 соответствуетклассу качества - воды очень чистые. Пример 2. В пробе макрозообентоса р. Брекса на створе, расположенном ниже сбросов было определен следующий таксономический состав В пробе обнаружено 4 таксонов макробеспозвоночных, из них ручейников - 1 вида,личинок двукрылых - 2, клопы - 1 вид. В таблице 1 Модифицированная рабочая шкала для определения биотического индекса находим в столбце Показательные организмы ячейку с надписью Личинки ручейников. Далее в правой половине таблицы 1 в столбце Биотический индекс по наличию общего числа присутствующих групп находим ячейку с надписью 2-5, т.к. общее число присутствующих групп 4. Далее экстраполируем ячейки 2-5 и Личинки ручейников, на пересечении находим значение биотического индекса 5. По таблице 4 Классификатор качества вод суши по гидробиологическим показателям находим, что биотический индекс 5 соответствуетклассу качества - воды загрязненные. Определение статуса водотока. Для определения статуса водотока рассчитываем ИЭС. Для этого делим показатель исследуемого створа, Количество экземпляров 1 1 5 14 расположенного ниже сбросов на показатель фонового (эталонного) створа, расположенного выше сбросов и определяем по таблице 4 экологический статус водоема. Расчет индекса экологического статуса. На фоновом (эталонном) створе р. Брекса, расположенном выше сбросов было определено 22 таксона, доминируют оксиреофильные виды, биотический индекс 10. Смотрим таблицу 6 Метрологические характеристики АС и сравниваем показатели макрозообентоса на исследуемом створе и АС. По вышеперечисленным параметрам исследуемый створ является эталонным. Далее рассчитываем ИЭС. 1. ИЭС по биотическому индексу 5/100,50 - средний статус 2. ИЭС по таксономическому составу 4 / 220,18- низкий статус 3. Находим среднее значение ИЭС Рабочая шкала для определения биотического индекса Показательные организмы Больше 1 вида Только 1 вид Больше 1 вида (1) Только 1 вид(1) Больше 1 вида (2) Только 1 вид (2) Все выше названные виды отсутствуют То же Все выше названные виды отсутствуют Личинки поденок Личинки ручейников Гаммарусы Водяной ослик Тубифициды и (или)(красные) личинки хирономид Все выше названные группы отсутствуют Могут присутствовать некоторые виды,нетребовательные к кислороду Исключая. Включая в этот раздел. Биотический индекс по наличию общего числа присутствующих групп 0-1 2-5 6-10 11-15 16 и более 7 8 9 10 6 7 8 9 6 7 8 9 5 6 7 8 5 6 7 8 4 5 6 7 3 4 5 6 7 2 1 22307 Таблица 2 Классификатор качества вод суши по гидробиологическим показателям Класс вод Воды Очень чистые Чистые Умеренно загрязненные Загрязненные Грязные Очень грязные Биотический индекс 10 7-9 5-6 4 2-3 0-1 Макрозообентос может отсутствовать Таблица 3 Модифицированная рабочая шкала для определения биотического индекса Показательные организмы(красные) личинки хирономид Макрозообентос отсутствует Биотический индекс по наличию общего числа присутствующих групп 0-1 2-5 6-10 11-15 16 и более 7 8 9 10 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 3 4 5 6 7 2 3 4 5 6 Все выше названные виды отсутствуют Все выше названные виды отсутствуют Классификатор качества вод суши по гидробиологическим показателям Класс вод Воды Очень чистые Чистые Умеренно загрязненные Загрязненные Грязные Очень грязные Чрезвычайно грязные Таблица для определения экологического статуса водоема величина ИЭС 1,00 0,80-0,99 0,66 - 0,79 0,40-0,65 0,10-0,39 0,10 статус очень высокий высокий хороший средний низкий очень низкий 22307 Таблица 6 Метрологические характеристики АС Состав, кол-во таксонов,личинки веснянок 3 4 5 4 4,0 40 личинки поденок 5 5 7 6 5,8 60 личинки ручейников 5 4 5 5 4,8 30 личинки двукрылых 2 4 4 3 3,3 60 пиявки 1 1 1,0 0 моллюски 1 1 1,0 0 ракообразные 1 1 1 2 1,3 30 клопы 1 2 1,5 33 жуки 1 1 1 2 1,3 30 олигохеты 1 1 1 1,0 0 всего видов 20 24 24 23 22,8 11- в абсолютных единицах определяется целым числом таксонов в соответствии с правилами округления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ биоиндикации поверхностных вод,включающий отбор проб на створе исследования,определение таксономического состава макрозообентоса в пробе, определение наличия в пробе индикаторных таксонов, соотнесение их с рабочей шкалой для определения биотического индекса,и расчт биотического индекса,отличающийся тем, что отбор проб проводят на эталонном створе и на створе исследования, расчт биотического индекса осуществляют по рабочей шкале,ориентированной на региональный таксономический состав, оценку качества воды проводят по классификатору, скоррелированному по степени загрязнения с гидрохимическим классификатором качества воды, и системе эталонного створа и смеси аттестованной Модель сообщества макрозообентоса эталонного створа.