Оценка экологического состояния вод Сестрорецкого водохранилища и реки Малая сестра по гидробиологическим показателям (стр. 4 из 8)
(6.4)где Ri – ранг станции по i-му показателю, Рi – "вес" этого показателя, k – число показателей.
Вначале все станции ранжируются по каждому показателю, причем, ранг 1 присваивается максимальным значениям N, B, Н и S. Если на нескольких станциях значения какого-либо показателя были одинаковыми, то они характеризовались одним средним рангом. В статье приводятся разные версии итоговой формулы (6.4) (подчеркнем, что в формулы входят не абсолютные значения показателей, а их ранги):
· КИСС= (2B + N + Н + S)/5,
где биомассе придан "вес", равный 2, поскольку с ней связана величина потока энергии, проходящей через сообщество, что чрезвычайно важно для оценки его состояния; (6.5)
· КИСС= (2СС + 1.5ОИП + 1.5B + N + Н + S)/8,
где считается, что с загрязнением наиболее тесно связана средняя сапробность. (6.6)
Чем меньше величина КИСС, тем лучше состояние сообщества.
Поскольку состояние сообщества зависит как от естественных факторов среды (глубины, грунта, течения и т.п.), так и от наличия, характера и интенсивности загрязнения, дополнительно рассчитывается комбинированный индекс загрязнения (КИЗ), включающий ранговые значения трех показателей:
КИЗ = (СС + ОИП + B)/3 . (6.7)
Ранжирование показателей здесь проводится в обратном порядке (от минимальных значений к максимальным)
КИСС и КИЗ – относительные индексы, ранжирующие станции по шкале, в которой наилучшее по выбранному набору показателей состояние сообщества характеризуется минимальными значениями индексов, наихудшее – максимальными. Кроме значений, характеризующих величины показателей на конкретной станции, рассчитывают их средние значения для всего набора станций. Варьирование величин индексов на отдельных станциях относительно среднего позволяет судить, хуже или лучше обстоят на них дела по сравнению с общей тенденцией.
Вычисление коэффициента ранговой корреляции по Спирмену между значениями КИСС и КИЗ показывает, насколько загрязнение влияет на состояние сообществ зообентоса. Если между значениями этих индексов существует достоверная положительная корреляция, то состояние сообществ донных животных в значительной степени определяется наличием загрязнений (в противном случае оно определяется естественными факторами среды). Индекс экологического состояния по Т.Д. Зинченко и Л.А. Выхристюк. Предложенный способ комплексной оценки речной системы на основе интегрального индекса экологического состояния экосистемы – ИИЭС, дает возможность оценить суммарный эффект воздействия загрязнения на сообщества гидробионтов и на экосистему в целом. Основной подход к построению индекса заключается в следующем:
· выделяется некоторое базовое подмножество измеряемых или рассчитываемых показателей гидрохимического (табл. 3) и биологического (табл. 4) мониторинга;
· каждый показатель делится на диапазоны (с использованием статистических методов или экспертных оценок);
· каждому выделенному диапазону ставится в соответствие оценка в баллах;
· для каждого тестируемого объекта (например, участка реки) индекс определяется как усредненная сумма всех показателей в баллах.
Таблица 3 Градации концентраций химических веществ для вычисления балльной оценки
| Показатели | Размерность | Баллы | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Пределы изменения концентраций | |||||
| Химическое потребление кислорода (ХПК) | мг О/л | > 60 | 31 - 60 | 20 - 30 | < 20 |
| Азот аммонийный N - NH4 | мг /л | > 2.5 | 0.51 - 2.5 | 0.20 - 0.5 | < 0.20 |
| Азот нитратный N - NO3 | мг /л | > 2.5 | 0.71 - 2.5 | 0.30 - 0.70 | < 0.30 |
| Азот нитритный N - NO2 | мг /л | > 0.1 | 0.021 - 0.1 | 0.005 - 0.02 | < 0.005 |
| Фосфаты P – PO4 | мг /л | > 0.3 | 0.101 - 0.3 | 0.03 - 0.1 | < 0.03 |
| Фенолы | мкг /л | > 10 | 1 - 10 | следы | 0 |
Таблица 4 Градации биологических показателей для вычисления балльной оценки
| Показатели | Размерность | Баллы | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Пределы изменения показателей | |||||
| Численность макрозообентоса N | экз./м2 | 0 – 500 | 501-1000 | 1001-10000 | > 10000 |
| Биомасса В | г/м2 | 1 - 5.0 | 5.1 - 10.0 | 10.1- 15.0 | > 15.0 |
| Количество видов S | экз. | 0 – 5 | 6 - 10 | 11 - 15 | > 15 |
| Индекс видового разнообразия Шеннона Н | бит/экз. | 0 - 1.0 | 1.1 - 2.0 | 2.1 - 3.0 | > 3.0 |
| Биотический индекс V | - | 0 - 2 | 2 - 4 | 4 - 6 | >6 |
| Индекс Пареле D | - | 0.81 –1.00 | 0.56 - 0.80 | 0.30 - 0.55 | < 0.30 |
ИИЭС учитывает обе основные составляющие качества пресноводной экосистемы (химическую и биологическую), выраженные в относительных единицах (баллах), и рассчитывается как
ИИЭС = ( Bi + Hi) / (Nb, + Nh) ,
где Bi – используемые биологические показатели; Hi – используемые гидрохимические показатели; Nh и Nb – количество показателей каждого класса, включенных в расчет.
При составлении списка гидрохимических показателей в основу формирования балльной системы была взята работа О.П. Оксиюк c соавторами. Однако достаточно скупой и специфический перечень принятых ими за основу ингредиентов заставляет задуматься, что авторы сильно недооценивают степень влияния минерализации, тяжелых металлов и др., которые традиционно считаются более опасными, чем предлагаемые показатели.
В число отобранных биологических характеристик включены наиболее широко употребляемые показатели, характеризующие состояние донных сообществ.
Численный пример использования ИИЭС для экологического районирования бассейна равнинной р. Чапаевка, представлен в табл. 5.
Были экспертно оценены числовые диапазоны ИИЭС, соответствующие каждой из зон, определенной нормативными документами:
| Категория водоема | Диапазон индекса ИИЭС |
| Зона экологического бедствия | < 2 |
| Зона экологического кризиса | 2 – 3 |
| Зона относительного экологического благополучия | > 3 |
Что касается техники расчета ИИЭС в смысле получения некой усредненной оценки, то вряд ли здесь можно добавить что-то новое. Например, нам представляется, что арифметическая операция усреднения баллов может быть безболезненно заменена их суммой, как это делает Е.В. Балушкина. Все границы диапазонов оценены на основании интуитивного опыта исследователей, без использования каких-либо статистических методов. Тем не менее, авторы впервые в практике оценки качества воды по всем категориям гидрохимических и гидробиологических показателей представили свою классификацию не как механический "сборник" отдельных частных классификаций, а как некоторый обобщенный результат.
Таблица 5 Интегральная оценка экологического состояния водоемов на примере р. Чапаевка (в столбцах таблицы: а – натуральное значение показателя, б – оценка в баллах)
| Показатели | Участки реки* | ||||||||||||||||
| I (cт. 1) | I (cт. 2) | II (cт. 3) | III (cт. 4) | III (cт. 5) | IV (cт. 6) | ||||||||||||
| а | б | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б | ||||||
| Оценка экологического состояния водоема по гидрохимическим показателям | |||||||||||||||||
| Химическое потребление кислорода (ХПК) | 43.7 | 2 | 36.6 | 2 | 39.5 | 2 | 143.7 | 1 | 83.9 | 1 | 51 | 2 | |||||
| Азот аммонийный N- (по NH4 +) | 0.23 | 3 | 0.13 | 4 | 0.77 | 2 | 2.42 | 2 | 0.85 | 2 | 0.79 | 2 | |||||
| Азот нитратный N-(по NO3 -) | 0.27 | 4 | 0.25 | 4 | 0.33 | 3 | 0.70 | 2 | 0.31 | 3 | 0.46 | 3 | |||||
| Азот нитритный N- (по NO2 -) | 0.002 | 4 | 0.008 | 3 | 0.056 | 2 | 0.266 | 1 | 0.152 | 1 | 0.070 | 2 | |||||
| Фосфаты P- (по PO4) | 0.023 | 4 | 0.054 | 2 | 0.021 | 4 | 0.250 | 2 | 0.129 | 2 | 0.150 | 2 | |||||
| Фенолы | 1 | 2 | 0 | 4 | 0 | 4 | 3 | 2 | 3 | 2 | 1 | 2 | |||||
| Сумма баллов | 19 | 19 | 17 | 10 | 11 | 13 | |||||||||||
| Средний балл | 3.2 | 3.2 | 2.8 | 1,7 | 1.8 | 2.2 | |||||||||||
| Оценка экологического состояния водоема по биологическим показателям | |||||||||||||||||
| Численность N, тыс. экз./м 2 | 16.0 | 4 | 6.5 | 2 | 0.53 | 2 | 0 | 1 | 0.16 | 1 | 0.92 | 2 | |||||
| Биомасса B, г/м2 | 24.3 | 4 | 19.2 | 4 | 5.1 | 2 | 0 | 1 | 0.14 | 1 | 6.3 | 2 | |||||
| Количество видов S | 11 | 3 | 20 | 4 | 6 | 2 | 0 | 1 | 1 | 1 | 6 | 2 | |||||
| Индекс разнообразия Шеннона H, бит/экз. | 1.77 | 2 | 2.61 | 3 | 1.59 | 2 | 0 | 1 | 0.1 | 1 | 2.14 | 3 | |||||
| Биотический индекс Вудивисса V | 5 | 3 | 4 - 5 | 3 | 2 | 1 | 0 | 1 | 0-1 | 1 | 3 | 2 | |||||
| Индекс Пареле D | 0.55 | 3 | 0.44 | 3 | 0.33 | 3 | 0 | 1 | 0.95 | 1 | 0.8 | 2 | |||||
| Сумма баллов | 19 | 19 | 12 | 6 | 6 | 13 | |||||||||||
| Средний балл | 3.2 | 3.2 | 2.0 | 1.0 | 1.0 | 2.2 | |||||||||||
| Значение ИИЭС | 3.2 | 3.2 | 2.4 | 1.3 | 1.4 | 2.2 | |||||||||||
| Категория водоема | Экологическое благополучие | Экологич. кризис | Экологическое бедствие | Экологич. кризис | |||||||||||||
4. Обоснование программ полевых исследований для расчета гидробиологических показателей и индексов качества воды