Многообразие реакций водных организмов на воздействия загрязняющих веществ послужило основой создания различных вариантов биологических методов оценки качества природных вод. Применяются два основных метода – биоиндикация и биотестирование.
Биоиндикация
Оценка степени загрязнения по показательным организмам (сапробиологический анализ )
Основана на различной чувствительности в реагировании гидробионтов на внешние воздействия.
Впервые это свойство использовали Кольквитц и Марссон. Оценка производится с использованием заранее разработанных систем индикаторных организмов.
Система Кольквитца-Марссона – наиболее детально разработанная система биологического анализа качества вод. Широко используются ее модификации: Пантле и Букка, Сладечека и др.
Главная трудность – недостаточная разработанность таксономии водной фауны и флоры. Списки видов – индикаторов, разработанные для Западной Европы, в климатических условиях нашей страны должны применяться с поправками.
Сложности возникают и при интерпретации данных. Сама система оценки сложна, требует высокой квалификации, затрат времени и усилий.
Часто эффект воздействия загрязняющих веществ маскирует влияние других сопутствующих факторов.
Оценка по видовому разнообразию
Теоретической основой данной оценки является положение об обязательном высоком видовом разнообразии как условии устойчивости экосистем.
Преимущество индексов видового разнообразия состоит в возможности их использования к любым видам загрязнений.
Но видовое разнообразие может изменяться и с изменением условий минерального питания или любого другого изменения среды обитания. Серьезные трудности возникают при экологической интерпретации индексов разнообразия.
Многие ученые указывают на некорректность использования индексов разнообразия для описания и сравнения структуры сообществ.
Смешанные системы оценок
Эти системы основаны на показательном значении организмов и видовом разнообразии.
Наибольшее распространение в нашей стране получила система Вудивисса, в которой найден компромисс между точностью полученных данных и оперативностью их получения. Результаты выражаются в численной форме. Значение полученного индекса хорошо коррелирует с величинами БПК5 и ХПК.
Но для использования в нашей стране необходим дополнительный подбор таксонов-индикаторов.
Во многих странах используют биологическую классификацию рек по бентосным макробеспозвоночным. Сущность классификации рек заключается в сравнении между поведением бентосных макробеспозвоночных в чистых условиях и в наблюдаемой среде.
В России пока не существует национальной классификации по этому признаку, поэтому согласно ИСО 8689–1 реки классифицируются по пяти классам, ИСО 8689–2 рекомендуют обозначение качества воды в реке цветными флажками (табл.3.3).
Таблица 3.3
Биологическая классификация рек
| Классификация качества по бентосным макробеспозвоночным | Характеристика | Цвет флажка |
| Высокое | Естественное поведение бентосных макробеспозвоночным | Голубой |
| Хорошее | Не пострадавшее биологическое сообщество | Зеленый |
| Посредственное | Несколько пострадавшее биологическое сообщество | Желтый |
| Бедное | Умеренно пострадавшее биологическое сообщество | Оранжевый |
| Плохое | Сильно пострадавшее биологическое сообщество – экстремальная реакция на антропогенное загрязнение | Красный |
Микробиологические показатели качества воды
Особенностью этих методов является характеристика качества воды только в момент взятия пробы, высокая чувствительность и тонкая индикация. В системе используется 1 показатель – коли-титр. Возможно дополнительное использование следующих показателей:
Ø количество гетеротрофов;
Ø общее количество микроорганизмов;
Ø количество сапрофитов.
Но эти дополнительные показатели могут дать представление только о санитарном состоянии водного объекта, а для характеристики водного объекта как экосистемы необходимо привлечение функциональных характеристик бактериопланктона.
При определении границ зон экологического бедствия и чрезвычайных экологических ситуаций также рассматриваются показатели по:
Ø бактериопланктону;
Ø фитопланктону;
Ø зоопланктону;
Ø ихтиофауне.
Биотестирование
Для определения степени токсичности воды применяется интегральный показатель — биотестирование на низших ракообразных.
В настоящее время для целей токсикологического контроля рекомендуются четыре методики:
· определение токсичности вод по ферментативной активности бактерий (фотоколориметрический метод);
· определение токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний;
· определение токсичности воды по смертности и изменению плодовитости цериодафний;
· определение токсичности воды по хемотаксической реакции инфузорий.
Критериями биотестирования и выбора тест-объекта являются:
Ø чувствительность метода (предел обнаружения токсического эффекта, т.е. установление возможной наименьшей концентрации вещества или наибольшего разбавления тестируемой воды, которые вызывают тест-реакцию);
Ø экспрессность (время проявления тест-реакции);
Ø воспроизводимость (степень близости результатов биотестирования, выполненного в одинаковых условиях различными исполнителями);
Ø возможность инструментализации и стандартизации.