Значение гидробиологии для охраны чистоты вод

Важным стимулом развития гидробиологии помимо интересов рыбного хозяйства, а часто и в связи с ними была необходимость охраны вод от загрязнения и решения вопросов, связанных с водоснабжением. К концу XIX в. выяснилось, во‑первых, что состав водной флоры и фауны может служить для оценки качества вод и, во‑вторых, что процесс самоочищения идет главным образом биологическим путем, а его агентами выступают водные организмы. На этой основе возник «микроскопический анализ вод». Руководства под этим названием вышли в 1898 г. в Германии (К. Мец) и в 1899 г. в США (Дж. Уиппл).

Биологический анализ вод (с включением в число видов‑индикаторов качества воды макроскопических водных организмов) в начале XX в. был детально разработан альгологом Р. Кольквицем и зоологом М. Марсоном, создавшими учение о четырех классах «сапробности» вод. Эта система, первоначально разработанная применительно к загрязнению бытовыми сточными водами, применяется главным образом в странах Центральной Европы (ГДР, Чехословакия, ФРГ). Она неоднократно совершенствовалась многими авторами. Последний расширенный вариант списков видов‑индикаторов, изложение нового варианта системы сапробности и ее защиту от критики находим в книге В. Сладечка (1973).

Существует множество других вариантов применения гидробиологических методов для оценки качества вод, В последнее время появилась тенденция выражать результаты биологических исследований в этой области в виде индексов разнообразия, сходства или различия, вычисляемых по результатам гидробиологических проб с помощью формул. Загрязнение промышленными отходами и различного рода пестицидами привело к широкому применению биологических испытаний на токсичность и развитию методов водной токсикологии (Н.С. Строганов, Э.А. Веселов).

Вопрос о биологическом механизме самоочищения выходит за рамки «санитарной гидробиологии» и тесно смыкается с изучением «культурного евтрофирования» вод. В последние десятилетия накоплено огромное количество наблюдений, показывающих, что в густонаселенных, промышленно развитых странах в первую очередь повышается первичная продукция озер. При этом возникает или усиливается «цветение воды» за счет массового размножения колониальных синезеленых водорослей, вследствие чего увеличивается скорость потребления кислорода водой и донными отложениями. В результате в придонных слоях воды содержание его резко снижается. В таких условиях многие ценные виды рыб, например лососевые, исчезают из ихтиофауны. Далеко зашедшее евтрофирование вызывает и другие неблагоприятные последствия. Основной причиной евтрофирования служит повышенное поступление в озеро биогенных элементов, в первую очередь фосфора и азота, либо за счет их выноса с сильно удобренных сельскохозяйственных угодий, либо в результате спуска в озера очищенных стоков.

Изучение механизма и причин евтрофирования проводится в Швейцарии, ФРГ, Швеции, Канаде, США и других странах. Этот вопрос стал наиболее актуальной проблемой лимнологии. Он был основной темой XIX Международного лимнологического конгресса, состоявшегося в 1974 г. в Виннипеге (Канада). Данный вопрос возбуждает большой интерес не только гидробиологов пресных вод. Так, установление факта, что фосфор служит главной причиной евтрофирования Великих озер Северной Америки, сильно затронуло интересы промышленности, производящей фосфорсодержащие детергены (моющие средства), на долю которых приходится большая часть фосфора в городских сточных водах Канады и США. Существовало также мнение, что развитие фитопланктона в озерах лимитируется не фосфором, а углеродом. Возникла острая дискуссия. Вопрос решили специальные широкие исследования, проведенные Институтом пресных вод Канады под руководством Д. Шиндлера. В специально отведенные для экспериментов озера в течение нескольких лет в разных комбинациях вносили соединения фосфора, азота и углерода (глюкоза). В итоге было убедительно показано, что для возникновения цветения воды достаточно устранить недостаток фосфора и что необходимое для фотосинтеза количество углекислого газа поступает из атмосферы.

В последние годы накапливается все больше примеров «лечения» озер. Наибольшей известностью пользуется в этом отношении детально изученное У.Т. Эдмонсоном оз. Вашингтон (США). Благодаря относительно высокой проточности этого озера отведение от него стоков г. Сиэтла привело к устранению неблагоприятных последствий евтрофирования, к снижению биомассы фитопланктона, повышению прозрачности воды и т. д. В Швейцарии евтрофирование озер, например Цюрихского, успешно устраняется благодаря разработанной технологии удаления из очищенных стоков соединений фосфора. Практикуются и другие способы воздействия на биотический круговорот. Так, в ФРГ используются установки для аэрирования глубинных слоев воды водохранилищ без нарушения температурной стратификации воды. В изучении евтрофирования водоемов, требующем привлечения всей суммы знаний и методов современной гидробиологии пресных вод, с большой наглядностью проявляется взаимозависимость явлений, отражаемая общегидробиологическими и общелимнологическими закономерностями, и неразрывная связь познавательной ценности теории и эффективности ее применения в практике.