Сапробная система

Сапробная система — это инструмент для измерения качества воды, и в частности она касается способности водоема к саморегулированию и деградации органического вещества. Сапробная система происходит от так называемых сапробов — организмов, которые процветают за счет деградации органического вещества, что называется сапротрофным питанием .

Сапробная система основана на обследовании индикаторных организмов. Например, оценивается численность водяных улиток Lymnaea stagnalis и других организмов, а с помощью формулы перечисленные сапробные и толерантные значения организмов позволяют рассчитать степень качества воды — индекс сапробности.

Качество сапробной воды выражается четырьмя классами от I до IV; и тремя промежуточными степенями (I-II, II-III и III-IV). Водоемы класса I являются самыми чистыми и наивысшего качества. Неотъемлемым недостатком сапробных систем как меры качества воды является то, что они учитывают только биоразлагаемые органические материалы и поэтому игнорируют другие факторы, такие как загрязнение тяжелыми металлами . Хотя присутствие определенных организмов может исключить присутствие токсичных веществ, включение таких организмов будет отклоняться от концепции сапробной системы.

В этом разделе объясняется, как рассчитывается индекс сапробности водоема по методу Зелинки и Марвана; без учета нескольких сопутствующих факторов. ^[1]

В первой итерации численность A каждого индикаторного вида подсчитывается и преобразуется в категории от 1 до 7. Численность 1 означает, что было обнаружено только одно или два животных, тогда как класс 7 означает более 1000 особей во время обследования. Существуют различные классы численности — например, некоторые методы используют классы, где следующий по величине класс содержит примерно вдвое больше особей. Следующая таблица соответствует стандарту DIN 38410-1 (2008), используемому в Германии, где следующий по величине класс примерно в три раза больше предыдущего.

Сапробное значение s обозначает, сколько органического вещества должно присутствовать для процветания водного вида. Животное с сапробным значением 1 может выживать только в воде с небольшим содержанием органического вещества, в то время как для животного со значением 4 требуются водоемы с большим содержанием органического вещества. Упомянутый выше пример, улитка Lymnaea stagnalis , имеет сапробное значение 2,0. Кольчатый червь Tubifex tubifex нуждается в большом количестве органического вещества и имеет значение s 3,6.

Весовой коэффициент g имеет значение 1, 2, 4, 8 или 16 и обозначает диапазон толерантности. Если вид может выживать как в незагрязненной, так и в сильно загрязненной воде, g очень мал, поскольку обнаружение вида в исследовании имеет небольшую прогностическую ценность. На практике используются только индикаторные виды с весовым коэффициентом g ≥ 4. Например, ручейник Agapetus fuscipes имеет значение ag, равное 16, тогда как у дрейссены значение g = 4.

Сапробный индекс водоема – качество воды – окончательно рассчитывается по следующей формуле:

${\displaystyle S={\frac {\sum _{i=1}^{n}A\cdot s\cdot g}{\sum _{i=1}^{n}A\cdot g}}}$

Качество водоема, выраженное римскими цифрами, представляет собой округленное значение S.

Источник ^[2]

Виды, используемые в Германии для измерения сапробного качества воды, как правило, группируются вокруг s = 2, в то время как другие страны, такие как Австрия и Чешская Республика, используют более разнообразный список организмов. ^[4]

Более ранний метод Pantle & Buck (1955) использует те же самые значения сапробности s каждого вида, но не весовой коэффициент g . Индекс сапробности Pantle-Buck S , варьирующийся от 0 до 4, рассчитывается следующим образом:

${\displaystyle S={\frac {\sum _{i=1}^{n}A\cdot s}{\sum _{i=1}^{n}A}}}$

где обилие A выражается как одна из девяти субъективных категорий, от «очень редко» до «массового развития». Это не требует подсчета организмов — что может сэкономить много времени — но поднимает вопросы надежности внутри и между экспертами . ^[1]

Индекс сапробности считается достоверной оценкой только в том случае, если сумма классов обилия составляет не менее 20. Например, если в ходе обследования было обнаружено всего 500 особей любого вида, выборка все равно будет достоверной, даже если в ходе обследования было обнаружено четыре вида по 125 особей каждый (класс обилия 5).

Аналогично, один и тот же водный объект необходимо обследовать несколько раз в разные месяцы, чтобы учесть колебания.

За время своей истории было введено несколько корректирующих факторов. Например, они связаны со скоростью течения реки (быстротекущие водоемы изначально лучше насыщены кислородом, что ускоряет деградацию органических веществ), закислением воды и антропогенными изменениями в водоеме. Аналогичным образом, поправки должны применяться с учетом высоты экосистемы (низменные реки естественным образом переносят больше органических веществ, чем горные, где производство биомассы ниже), а также с разным размером водосборных площадей . ^[4]

Сапробная система никогда не была разработана для точного указания качества воды, если исследуется только выборка организмов. Отклонения могут быть значительными, если исследование изучает только инфузорий и членов макрозообентоса ( бентосных животных размером более 1 миллиметра), поскольку на обилие последних может легко влиять уровень кислорода, а не наличие органического вещества. ^[5]

Сапробная система имеет долгую историю в немецкоязычных странах. Идея сапроб для оценки качества воды была предвосхищена работами Артура Хилла Хассаля (1850) и Фердинанда Юлиуса Кона (1853). В серии публикаций немецкие ботаники Рихард Кольквиц и Максимилиан Марссон (1902, 1908, 1909) разработали сапробную систему для оценки качества воды. ^[4] Они составили список из около 300 видов растений и 500 видов животных (исключая рыб) и оценили сапробные значения для них. ^{[ необходима цитата ]}

В 1955 году Х. Кнёпп ввел классы обилия, а расчет индекса качества воды был установлен в 1950-х и 1960-х годах (Пантл и Бак, 1955; Зелинка и Марван, 1961; Марван, 1969). ^[4]

В 2000 году метод Pantle & Buck подвергся критике, поскольку он требует, чтобы исследуемые организмы были идентифицированы по роду , чему редко обучают экологов пресной воды. Кроме того, он фокусируется на водных организмах, которые распространены в Западной Европе, что затрудняет анализы качества воды в Восточной Европе и Азии. ^[6]

Процедура, используемая в Германии для оценки индекса сапробности, стандартизирована в DIN 38410. ^[7]

• Фьердингстад, Э. (1971). «Микробные критерии качества окружающей среды». Annual Review of Microbiology . 25 : 563–582. doi :10.1146/annurev.mi.25.100171.003023. PMID  4949039.Рассматриваются некоторые исторические моменты и проблемы сапробиотичесой системы.
• Wilhm, Jerry (1972). «Графический и математический анализ биотических сообществ в загрязненных ручьях». Annual Review of Entomology . 17 : 223–252. doi :10.1146/annurev.en.17.010172.001255.Содержит краткое введение в индекс сапробности и сравнивает метод Пантеля и Бака с более сложным методом Зелинки и Марвана.
• Knoben, RAE; Roos, C.; van Oirschot, MCM (1995). Методы биологической оценки водотоков (PDF) . Целевая группа ЕЭК ООН по мониторингу и оценке. ISBN 9036945763.
• Ролауффс, Петер; Штубауэр, Ильза; Захрадкова, Светлана; Брабец, Карел; Муг, Отто (2004). «Интеграция системы сапробиотика в Рамочную директиву Европейского союза по воде». Комплексная оценка текущих вод в Европе . стр. 285–298. doi :10.1007/978-94-007-0993-5_17. ISBN 978-94-010-3761-7. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )

немецкий

• Пантле, Р; Бак, Х. (1955). «Die biologische Überwachung der Gewässer und die Darstellung der Ergebnisse» [Биологический надзор за водными объектами и представление результатов]. Gas- & Wasserfach (на немецком языке). 96 (18): 604–620.
• Зелинка, М; Марван, П. (1961). «Zur Präzisierung der biologischen Klassifikation der Reinheit fliessender Gewässer» [Точнее изложить биологическую классификацию чистоты проточных водоёмов]. Archiv für Hydrobiologie (на немецком языке).
• Фридрих, Гюнтер; Хербст, Волкхард (2004). "Eine erneute Revision des Saprobiensystems - weshalb und wozu?" «Новый пересмотр сапробной системы – зачем и зачем?». Acta Hydrochimica et Hydrobiologica . 32 : 61–74. дои : 10.1002/aheh.200300518.