РД 52.24.620-2000
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
Методические указания
Охрана природы. Гидросфера
Организация и функционирование подсистемы мониторинга антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем
РД 52.24.620-2000
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
Методические указания
Охрана природы. Гидросфера
Организация и функционирование подсистемы мониторинга антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем
РД 52.24.620-2000
3 Термины и определения
В настоящих методических указаниях применяются следующие термины.
Водный объект - сосредоточение природных вод на поверхности сущи либо в горных породах, имеющее характерные формы распространения и черты режима (ГОСТ 19179).
Поверхностные воды - воды, находящиеся на поверхности суши в виде различных водных объектов (ГОСТ 19179).
Водоток - водный объект, характеризующийся движением воды в направлении уклона в углубленной поверхности (ГОСТ 19179).
Водоем - водный объект в углублении суши, характеризующийся замедленным движением воды или полным его отсутствием. Различают естественные водоемы, представляющие собой природные скопления воды во впадинах, и искусственные водоемы - специально созданные скопления воды в искусственных или естественных углублениях земной поверхности (ГОСТ 19179).
Водохранилище - искусственный водоем, образованный водонапорным сооружением на водотоке с целью хранения воды и регулирования стока (ГОСТ 19179).
Пункт наблюдений за состоянием поверхностных вод суши - место на водоеме или водотоке, в котором производят комплекс работ для получения данных о качестве воды и развитии биоценоза, предназначенных для последующего обобщения во времени и пространстве и представления обобщенной систематической информации заинтересованным организациям (РД 52,24.508-96).
Сеть пунктов наблюдений - совокупность пунктов наблюдений конкретного вида, построенная по научно обоснованному принципу (РД 52,24.508-96).
Загрязненность вод - содержание в воде загрязняющих веществ, микроорганизмов и тепла, вызывающих нарушение требований к качеству воды (ГОСТ 27065).
Загрязненность водных экосистем - эффект совокупного воздействия загрязняющих веществ на водные организмы, выраженный набором по-
2
РД 52.24.620-2000
казателей, характеризующих уровень и направление (прогресс, регресс) развития отдельных сообществ.
Состояние водного объекта - характеристика водного объекта по совокупности его количественных и качественных показателей применительно к видам водопользования.
Примечание -К количественным и качественным показателям относятся: расход воды, скорость течения, глубина водного объекта, температура воды, pH, БПК5 и другие гидрохимические и гидробиологические показатели (ГОСТ 17.1.1.01).
Эвтрофирование вод - повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов (ГОСТ 17.1.1.01).
Антропогенное эвтрофирование - ускорение повышения биологической продуктивности водных объектов в результате хозяйственной деятельности, приводящее к серьезным структурным преобразованиям водных сообществ, усилению развития фотосинтезирующих организмов, что может нередко вызывать «цветение» воды и ухудшение ее качества [1].
Антропогенное экологическое напряжение - состояние биоценоза, выражающееся в увеличении разнообразия биоценоза, в частности в увеличении общего числа видов, в усложнении межвидовых отношений, в увеличении пространственно-временной гетерогенности, в усложнении временной структуры, в усложнении пищевой цепи и т. д. (РД 52,24.564-96).
Антропогенный экологический регресс - состояние биоценоза, характеризующееся уменьшением разнообразия и пространственно-временной гетерогенности, упрощением межвидовых отношений, временной структуры, трофических цепей (РД 52.24.564-96).
Антропогенный метаболический регресс - состояние биоценоза, характеризующееся снижением активности биоценоза по сумме всех процессов образования и разрушения органического вещества, включая процессы первичного продуцирования водорослями микрофитов, перифитона и планктона, продукцию хемосинтетиков, а также вторичную продукцию бактерий и зоонаселения водоема (РД 52.24.564-96).
3
РД 52.24.620-2000
Динамические ряды (временные ряды) - ряды показателей, характеризующих величину явления по состоянию на определенные моменты времени (моментальные ряды) или за определенные периоды (интервальные ряды) (РД 52.24.564-96).
Вариационный ряд - совокупность значений варьирующего признака (РД 52.24.564-96).
Вариация - колеблемость признака, изменчивость значения признака (РД 52.24.564-96).
Мода Мо - среднее значение модального интервала в данном вариационном ряду (РД 52.24.564-96).
Величина интервала (интервальная разность) К - разность между верхней и нижней границами интервала (РД 52.24.564-96).
Частота w - доля того или иного интервала в сумме всех частот, % (РД 52.24.564-96).
Относительная плотность вариационного ряда или плотность распределения По - отношение частоты w к величине интервала К (РД 52.24.564-96).
Модальный интервал - интервал наиболее часто встречающихся значений в данном вариационном ряду (РД 52.24.564—96).
4 Общие положения
4.1 Подсистема мониторинга антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем (ПМАЭПЭ) входит в качестве специального вида в состав системы мониторинга поверхностных вод суши.
4.2 Для оценки уровня антропогенного эвтрофирования необходимо иметь большие ряды комплексных наблюдений (статистически достоверные многолетние данные) за изменением специфических показателей, характеризующих направление и скорость природных модификаций биоценозов с учетом региональных особенностей экосистем. Подобные исследования частично осуществляются последние 15-20 лет силами сетевых и научных подразделений Росгидромета по единой программе с использованием унифицированных методов постановки и проведения ком-
4
РД 52.24.620-2000
плексных гидролого-гидрохимических и гидробиологических наблюдений на водных объектах. Поэтому изучение процессов эвтрофирования водных объектов целесообразно рассматривать как один из видов специальных режимных наблюдений в мониторинге поверхностных вод ГСН (наряду с такими, как системы специальных наблюдений за загрязнением поверхностных вод пестицидами [10], состоянием поверхностных вод в районах разработки месторождений нефти и газа [8], состоянием трансграничных поверхностных вод суши [9]).
4.3 Задачей ПМАЭПЭ является обеспечение наблюдений и оценка:
- совокупного эффекта эвтрофирования при антропогенном воздействии на экосистемы;
- природного экологического состояния водоемов и водотоков и возможных его изменений при антропогенном эвтрофировании;
- направлений изменений структурной организации сообщества водных организмов в условиях внешнего кратковременного или хронического воздействия.
4.4 При организации подсистемы необходимо учитывать то, что эв-трофирующиеся экосистемы делятся не только по категориям в зависимости от их ценности и путей использования, но и по своим особенностям приспособления к усиливающимся процессам эвтрофирования.
Особенности экосистемы, обеспечивающие устойчивость каждого конкретного водного объекта, складываются в результате индивидуальной истории данной экосистемы и отражают ее индивидуальные свойства. Поэтому неизбежна их типизация, требующая умения отличить типовые свойства экосистем от индивидуальных.
4.5 ПМАЭПЭ в России создается впервые. Первая очередь этой подсистемы организована исходя из возможностей действующей в настоящее время гидрохимической и гидробиологической сети ГСН. В ее состав вошли пункты действующей сети, на которых обеспечен длительный ряд наблюдений по комплексу гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателей, и по результатам наблюдений на которых уже в настоящее время можно оценить последствия антропогенного воздействия путем:
- сопоставления по пунктам и срокам приоритетных гидрохимических и гидробиологических показателей;
5
РД 52.24.620-2000
- оценки их пространственно-временной изменчивости;
- выявления специфических особенностей в развитии сообществ водных организмов при усилении антропогенного воздействия;
- ранжирование участков реки по уровню загрязненности с эвтрофи-рующим и регрессирующим эффектами антропогенного воздействия.
Первая очередь формирования ПМАЭПЭ не требует дополнительного финансирования. При необходимости должны быть внесены лишь изменения в программу наблюдений действующей сети. Во второй очереди ПМАЭПЭ предусмотрено открытие новых пунктов наблюдений, в том числе и на новых водных объектах, что необходимо для оценки уровня и масштабов процесса антропогенного эвтрофирования на территории России.
Реализация этого этапа формирования подсистемы мониторинга требует дополнительного финансирования.
4.6 Поскольку в современных условиях одной из основных причин усиления процесса эвтрофирования чаще всего является фактор накопления в водной среде биогенных веществ, то режим биогенных элементов рассматривался как исходный показатель потенциального эвтрофирования, а характер развития фитопланктонного сообщества - как следствие последнего. В связи с вышесказанным при разработке программы наблюдений предпочтение было отдано показателям, характеризующим особенности в развитии альгофлоры во взаимосвязи с изменениями запаса в водной среде минеральных форм азота и фосфора.
4.7 В качестве основы для интегральной оценки последствий антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем рекомендуется использовать сравнительный метод, основанный на сопоставлении результатов обобщения многолетней гидробиологической информации, полученной на пунктах режимных наблюдений с разным уровнем антропогенного воздействия, в том числе и на условно «фоновом».
4.8 В качестве основы количественной оценки уровня антропогенного эвтрофирования предлагается использовать приоритетные показатели природных модификаций структурной организации фитопланктонных сообществ. [11].
6
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Гидрохимическим институтом Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.
2 РАЗРАБОТЧИКИ канд, хим. наук В. А. Брызгало, канд. хим. наук Л. П. Соколова.
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ 22 ноября 2000 г.
4 ЗАРЕГИСТРИРОВАН ЦКБ ГМП за номером РД 52.24.620-2000 от 5.12.2000.
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.
II
РД 52.24.620-2000
Содержание
1 Область применения........................................ 1
2 Нормативные ссылки....................................... 1
3 Термины и определения..................................... 2
4 Общие положения.......................................... 4
5 Формирование сети и программы наблюдений.................. 8
5.1 Формирование сети наблюдений............................ 8
5.2 Программа наблюдений................................... 10
5.3 Частота и сроки отбора проб................................ 11
6 Проведение наблюдений.................................... 12
7 Основные принципы оценки уровня антропогенного эвтрофирова-
ния пресноводных экосистем.................................. 13
Приложение А Примеры выполнения наблюдений за антропогенным
эвтрофированием на Цимлянском и Куйбышевском
водохранилищах............................... 18
Приложение Б Пример оценки уровня антропогенного эвтрофирова-
ния пресноводных экосистем..................... 30
Приложение В Библиография.................................. 37
III
РД 52.24.620-2000
Введение
Основанием для разработки стандарта явилась необходимость регламентировать деятельность оперативно-производственных подразделений Росгидромета по организации и функционированию специального вида наблюдений подсистемы мониторинга антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем (ПМАЭПЭ).
В современных условиях процессы развития и преобразования водных экосистем протекают значительно быстрее, чем раньше, поскольку они обусловлены не столько естественными факторами, действующими в масштабе геологического времени, сколько антропогенными. К числу глобальных процессов, резкое возрастание скорости которых отмечено в последние десятилетия, можно отнести процесс антропогенного эвтрофирования, охвативший многие водные объекты мира и вызвавший ухудшение качества поверхностных вод [1-3].
Одним из серьезных затруднений при оценке последствий антропогенного эвтрофирования водоемов и водотоков является то, что благодаря механизмам гомеостаза изменения в функционировании экосистем оказываются на первом этапе незаметными. Чаще такие нарушения сложно отличить от природных вариаций в развитии экосистем. К последним могут быть отнесены сезонные, межгодовые колебания гидродинамических процессов, климатические изменения, циклы развития биоты и другие.
Оценки последствий антропогенного эвтрофирования и выявление его масштабов на фоне естественной изменчивости могут быть определены только на базе результатов режимных наблюдений за особенностями функционирования отдельных сообществ водных организмов в условиях антропогенного эвтрофирования [4]. Причем для получения достаточно достоверного результата необходимы наблюдения за ряд лет и даже десятилетий. В последние 10-15 лет в Государственной службе наблюдений (ГСН) стал накапливаться фактический материал по внутри- и межгодовой пространственно-временной изменчивости качественных и количественных показателей развития планктонных и бентосных сообществ таких эвтрофирующихся водных объектов России, как:
IV
РД 52.24.620-2000
- водохранилища - Иваньковское, Угличское, Рыбинское, Чебоксарское, Горьковское, Куйбышевское, Саратовское, Волгоградское, Цимлянское ит. д.;
- реки - Нижняя Волга, Нижний Дон, Северский Донец, Москва, Клязьма, Ока, Пахра, Самара, Ить, Сить, Которосль, Санихта и т. д.;
- озера - Ладожское, Чудско-Псковское и т. д.
В развитии биоценозов этих пресноводных экосистем отмечены в последние годы заметные природные модификации, к числу которых следует отнести:
а) для фитопланктона:
- увеличение общей численности фитопланктона за счет усиления развития в первую очередь группы синезеленых, вплоть до их «цветения»,
- обеднение видового состава водорослей с тенденцией выхода на доминирующее положение одного-двух видов,
- выход синезеленых водорослей на доминирующее положение даже в весенний период,
- снижение относительной численности группы зеленых водорослей и нарушение сезонного хода в развитии сообщества в целом,
- усиление развития а-сапробных организмов из рр. Oscillatoria и Nitzschia, которые способны вегетировать даже в условиях нарушения в водоемах кислородного режима;
б) для зоопланктона:
- усиление количественного развития сообщества с различными перестройками группового и видового состава,
- повышение частоты встречаемости аномально высоких значений общей численности,
- уменьшение числа видов за счет выпадения олиго- и мезосапробов,
- увеличение численности высокотолерантных видов;
в) для зообентоса:
- повышение биомассы сообщества, его неровная экологическая структура с выраженной доминантностью отдельных видов,
- уменьшение видового разнообразия за счет гибели организмов -представителей чистых вод,
- постоянное или периодическое повышение относительной численности олигохет, усиление развития которых происходит при заиливании дна;
V
РД 52.24.620-2000
г) для фитоперифитона:
- обеднение видового разнообразия и усиление развития сине-зеленых водорослей,
- увеличение частоты встречаемости р- и а-сапробных организмов, в первую очередь таких, как Nitzschia рака, Oscillatoria subtilissima, Zoo-glea ramigera,
- угнетение развития зеленых нитчатых водорослей.
Столь серьезные структурные преобразования сообществ происходят за счет усиления и ускорения процесса антропогенного эвтрофирования и периодического токсического воздействия на биоту многих загрязняющих веществ, поступление которых в водоемы и водотоки остается по-прежнему высоким. Причем эффект токсического воздействия может проявляться как при прямом поступлении в водоемы токсичных веществ, так и на определенных стадиях процесса антропогенного эвтрофирования. Кроме того, для большинства водных экосистем в настоящее время характерны заметные различия в развитии сообществ водной толщи и дна, что обусловлено уже не столько гидрологическими особенностями объекта и характером длительного антропогенного воздействия, сколько снижением стабильности экосистемы при переходе ее в новое трофическое состояние при усилении процессов эвтрофирования в водной толще.
Несмотря на то что обогащение поверхностных вод биогенными веществами вызывает усиление развития всех фотосинтезирующих организмов, прямым следствием процесса антропогенного эвтрофирования может быть либо «цветение» воды, либо усиление развития высшей водной растительности, и последнее будет определяться в первую очередь типом водного объекта. Практически во всех водохранилищах процесс их эвтрофирования начинался по типу фитопланктонного.
Характерными чертами водоемов с фитопланктонным типом эвтрофирования являются:
- всегда положительный биотический баланс хотя бы верхней части трофогенного слоя летом;
- заметные изменения в течение лета интенсивности фотосинтеза, содержания кислорода, свободной углекислоты, карбонатов, активной реакции воды.
Уже на ранней стадии процесса антропогенного эвтрофирования проявляются следующие общие для всех водоемов природные модификации в развитии фитопланктона:
VI
РД 52.24.620-2000
- изменение видового состава доминирующего комплекса;
- изменение значимости отдельных видов в составе доминирующего комплекса и целых систематических групп в общей численности и биомассе фитопланктона;
- нарастание абсолютных значений численности всех основных групп;
- снижение относительной численности диатомовых в общей численности фитопланктона;
- сдвиг баланса крупно- и мелкоклеточных видов, особенно на ранней стадии эвтрофирования, в сторону мелкоклеточных.
Наиболее острые конкурентные отношения складываются в летний период. Подавляющее большинство диатомовых водорослей из числа летних доминантов олиготрофных водоемов вытесняется в весенний и осенний планктон, летом же массовыми оказываются синезеленые, зеленые, желтозеленые и пиррофитовые водоросли. К числу наиболее наглядных проявлений последствий фитопланктонного эвтрофирования водных объектов может быть отнесено «цветение» воды, возникающее как результат нарушения процессов саморегуляции в экосистеме и выхода на доминирующее положение в биоценозе одного или нескольких наиболее приспособленных видов водорослей [4 - 6].
Наиболее широкую известность приобрело «цветение» воды в результате массового размножения отдельных видов синезеленых водорослей.
Особого внимания заслуживает тот факт, что «цветение» воды возникает в результате антропогенного воздействия на экосистему и является ответной приспособительной реакцией последней и может рассматриваться как новый этап ее существования в изменившихся условиях среды. Как показывают многолетние исследования [1], обильному «цветению» синезеленых водорослей благоприятствует ослабленное течение, высокая прозрачность, большое содержание подвижных форм растворенного органического вещества, усиленное поступление биогенных элементов. Не менее важную роль в стимуляции развития водорослей играет увеличение степени восстановленности среды и снижение уровня кислородного насыщения.
«Цветение» является косвенным показателем ухудшения общего санитарного состояния водоема. С другой стороны, оно само является источником биологического загрязнения водоемов со всеми вытекающими
VII
РД 52.24.620-2000
отсюда отрицательными гигиеническими, а порой и эпидемиологическими последствиями.
Интенсивно нарастающий процесс антропогенного эвтрофирования водоемов и водотоков, а также своеобразие этого процесса предъявляют особые требования к выбору путей и методов контроля и защиты водных экосистем.
Назрела необходимость создания в рамках ГСН подсистемы контроля за антропогенным эвтрофированием.
Как показал анализ многолетней гидробиологической информации, отсутствие длительных рядов наблюдений гидробиологической сети ГСН, неудовлетворительное пространственно-временное разрешение, не всегда достаточный комплекс контролируемых параметров не позволяют точно оценить скорость и масштаб процесса эвтрофирования [4].
Ряды наблюдений за динамикой развития сообществ водных организмов вследствие необеспеченности необходимой частотой контроля зачастую не отражают экстремумы в развитии гидробионтов, и в первую очередь фитопланктона. Нередки случаи отсутствия в программе наблюдений показателей его развития.
Специфика процесса антропогенного эвтрофирования, принципиальные различия между процессами эвтрофирования и загрязнения требуют особых подходов к расположению створов, срокам отбора проб и перечню определяемых показателей, и особенно к разработке систем оценки уровня эвтрофирования экосистем.
В настоящих методических указаниях изложены положения, относящиеся к специфике наблюдений за антропогенным эвтрофированием водоемов и водотоков России. Наиболее общие положения организации и проведения режимных наблюдений взяты из общепринятых рекомендаций [7-10]. В работе были использованы данные многолетних наблюдений, проводимых гидробиологической и гидрохимической подсистемами Г осу дарственной службы наблюдений за загрязнением природной среды Росгидромета и результаты экспедиционных исследований, проводимых Гидрохимическим институтом на водохранилищах рек Волга, Дон и озерах Ладожское, Онежское, Чудско-Псковское, Имандра.
VIII
РД 52.24.620-2000
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Охрана природы. Гидросфера
Организация и функционирование подсистемы мониторинга антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем
Дата введения 2001-01-04
1 Область применения
Настоящие методические указания устанавливают порядок организации и функционирования подсистемы мониторинга антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем. Методические указания подлежат применению оперативно-производственными подразделениями Росгидромета, осуществляющими наблюдения за химико-биологическим состоянием поверхностных вод суши в рамках Государственной службы наблюдений за загрязнением природной среды, подразделениями соответствующих министерств, осуществляющих природоохранную деятельность в районах повышенного риска усиления «цветения» водоемов и водотоков, а также научно-исследовательскими организациями, занимающимися вопросами оценки и прогнозирования последствий антропогенного эвтрофирования пресноводных экосистем.
2 Нормативные ссылки
В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 17.1.1.01-77 Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения.
ГОСТ 17.1.5.05-85 Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.
ГОСТ 19179-73 Гидрология суши. Термины и определения.
ГОСТ 19185-73 Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения.
ГОСТ 27065-86 (СТ СЭВ 5184-85) Качество вод. Термины и определения.
1
