Методы биоиндикации с использованием донных беспозвоночных животных

В. В. Скворцов

МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ 

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОННЫХ 
БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

Методическое руководство 

к учебной практике по дисциплине 

«Экология»

Санкт-Петербург

Издательство РГПУ им. А. И. Герцена

2017

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ  им.  А. И. ГЕРЦЕНА

© В. В. Скворцов, 2017
© Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2017
© Л. Б. Смилга, оформление обложки, 2017
ISBN  978-5-8064-2433-5

ББК 28.080.1+28.680я73

 С42

Скворцов В. В.

С42
Методы биоиндикации с использованием донных бес позвоночных животных: методическое руководство к учебной 
практике по дисциплине «Экология». — СПб.: Изд­во РГПУ 
им. А. И. Гер цена, 2017. — 32 с. 

ISBN  978­5­8064­2433­5
В методическом руководстве излагаются теоретические основы биоиндикации, в частности биоиндикации экологического состояния водных объектов 
(рек и ручьев) с использованием донных беспозвоночных животных. Дается 
подробное описание методов отбора проб организмов макрозообентоса и 
первичной обработки собранного материала. Приводится описание некоторых 
широко распространенных биоиндикационных методов, которые  отличаются 
простотой выполнения и надежностью получаемых оценок. Для удобства студентов в руководстве помещен краткий иллюстрированный определитель 
донных беспозвоночных животных, обычных для местной водной фауны.

Для студентов­биологов, проходящих учебную практику по дисциплине 

«Экология».

ББК 28.080.1+28.680я73

ВСТУПЛЕНИЕ

Для того чтобы надежно оценить качество воды загрязняемых 

ручьев и рек, требуются различные данные о свойствах изучаемого 
водного объекта. Одним из источников таких данных является биомониторинг — слежение за состоянием сообществ живых организмов 
и их реакцией на изменение условий окружающей среды. Биомониторинг применяется, для того чтобы оценить экологическое состояние природного объекта (реки, ручья, водоема), и позволяет обнаружить нарушения сообществ гидробионтов и оценить их серьезность. 
Если удается выявить какие­либо нарушения, то появляется возможность с привлечением дополнительных данных, получаемых при 
гидрохимических исследованиях, обследованиях русла реки, ее берегов и водосбора, определить причины этого явления и наметить 
соответ ствующие меры для смягчения ситуации. Биомониторинг 
является также важным средством контроля эффективности мероприятий по восстановлению водного объекта [1]. Биологический 
мониторинг обладает несколькими преимуществами по сравнению 
с другими формами про ведения слежения за экологическим состоянием рек:

● Биологические сообщества отражают целостность экосистемы, 

которая включает также химические и физические факторы;

● Биологические сообщества интегрируют эффекты негативных 

воздействий;

● Биологические сообщества интегрируют в себе действия различных факторов в течение длительного времени и, таким образом, 
свидетельствуют о долговременной ситуации в водоеме;

● Проведение биологического мониторинга не требует особых финансовых затрат по сравнению химическими и токсикологическими анализами;

● Часто слежение за биологическими сообществами может быть 

единственным средством оценки деградации природной среды, 
особенно если источник загрязнения является рассеянным и не 
имеет точной локализации.

Методы биологического мониторинга обычно включают в себя 

анализ сообществ перифитона, донных беспозвоночных и рыб, которые в равной мере дают информацию об экологическом состоянии 
реки или ручья. Вместе с тем в рамках проведения экологического 
мониторинга мы рекомендуем проводить биологическую индикацию, 
основываясь на изучении донной фауны, поскольку этот метод  имеет 
ряд преимуществ. 

● Поскольку большинство донных животных довольно тесно связаны с донным субстратом и их миграции сравнительно недалеки, 
они являются хорошими индикаторами локальных условий;

● Донные беспозвоночные интегрируют влияние краткосрочных 

изменений факторов среды. Большинство видов имеют долгий 
жизненный цикл (один год и более), в течение которого развиваются различные возрастные стадии. Наиболее чувствительные 
стадии будут реагировать на стресс очень быстро, но сообщество 
в целом будет откликаться на воздействие медленнее;

● Макробеспозвоночные могут быть сравнительно легко определены до семейства; многие чувствительные к загрязнению группы 
(индикаторные) могут быть с легкостью определены и до родов 
и даже до видов;

● Сообщества донных беспозвоночных включают в себя различные 

виды, которые представляют широкий спектр трофических уровней и устойчивости к загрязнению. Это позволяет по составу 
сообщества судить о совокупном воздействии загрязнителей;

● Сбор проб относительно легок, оборудование для их обработки 

и анализа довольно просто и дешево. Кроме того, ущерб, наносимый биологическим сообществам, минимален; 

● Сообщества донных беспозвоночных обильны практически во всех 

ручьях.

МЕТОДЫ ОТБОРА И ОБРАБОТКИ ПРОБ 

ДОННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

Организмы зообентоса занимают в водоеме, 

как правило, два местообитания: грунт и растительность. Поэтому методы сбора организмов, обитающих в разных биотопах, различаются. Для сбора материала на грунтах используют 
дночерпатели различных систем. На мягких 
илистых грунтах применяется коробочный дночерпатель Экмана — Берджа (рис. 1). В реках 
на песчаных грунтах отбор производится дночерпателем Петерсена с малой площадью захвата (рис. 2).

Во многих странах (Скандинавские страны, 

США, Австралия) для учета донных беспозвоночных, обитающих в реках и ручьях, применяется так называемый kick-sampling метод 
(от английского kick — удар ногой, пинок)
(рис. 3). Для того чтобы взять пробу зообентоса этим методом, исследователь должен встать 
на дно ручья или реки лицом вниз по течению, 
поставить перед собой сачок или сетку и в течение нескольких минут энергично потопывать 
ногами, взмучивая грунт. При этом донные 
животные отрываются от дна и течением приносятся на сито. Применяя этот метод, следует 
также собрать крупные камни со дна и счистить 
щеткой всех беспозвоночных животных, которые могут к ним прикрепляться. 

Выбор метода отбора проб донных беспозвоночных зависит в значительной мере от типа 
ручья, который предстоит исследовать в рамках программы общественного мониторинга.

Рис. 1. Дночерпатель 

Экмана — Берджа

Рис. 2. Дночерпатель 

Петерсена

Методы отбора проб в ручье с каменистым дном

Ручей с каменистым дном можно определить как ручей, где дно 

выложено галькой, булыжником и валунами в различных комбинациях. В таких ручьях обязательно будут присутствовать пороги — 
участки, где вода насыщена кислородом и поэтому являющиеся прекрасным местом для обитания донных беспозвоночных. 

Для получения достоверной оценки состояния ручья в каком­либо 

пункте, следует собрать по три пробы в каждом из них, а затем смешать их вместе, чтобы получить одну большую пробу. Каждый пункт, 
который предстоит обследовать, представляет собой 100­метровый 

отрезок ручья, на котором могут присутствовать пороги, зоны с галькой 
или булыжниками. Первая проба 
должна быть взята ниже по течению 
второй и третьей. Для сбора донных 
беспозвоночных в таких ручьях следует использовать специальное сито 
с ячеей 0,5 мм площадью примерно в 
1 м2, натянутое на два шеста длиной 
1 м. Такую сетку надо поставить на 
дно ручья, тщательно прижав ее нижнюю часть, наклонив ее примерно на 
45° к поверхности воды, ниже по теРис. 3. Взятие пробы бентоса по методу kick-sampling

Рис. 4. Отбор проб бентоса в ручье 
с каменистым дном при помощи сетки

чению того участка, который предполагается обследовать (рис. 4). 
Помощник должен наметить участок дна площадью примерно 1 м2
и тщательно «перемешать» его ногами в течение трех минут. При 
этом донные беспозвоночные отрываются от дна и течением приносятся на сито, где и задерживаются. Для полноты учета беспозвоночных нужно собрать в обследуемой зоне несколько крупных кам ней 
и тщательно смыть или счистить с них щеткой прикрепленных животных в ведро, наполненное водой. После того как отбор пробы 
закончен, надо осторожно вынуть сеть из ручья, свернуть ее в виде 
цилиндра и поставить вертикально в ведро, частично заполненное 
водой. Затем смыть водой всех беспозвоночных, застрявших на сите, 
в ведро. Таким же образом отбираются вторая и третья пробы и помещаются в то же ведро. По завершении процедуры отбора проб 
содержимое ведра следует процедить через сито, чтобы сконцентрировать отловленных животных.

Методы отбора проб в ручье с илистым дном

В ручьях, в которых отсутствуют пороги, а дно покрыто илом или 

песком, течение воды обычно замедленное. В них беспозвоночные 
прикрепляются к растениям, бревнам и поселяются в тех местах, где 
концентрируется органический материал. Для отбора проб зообентоса применяется несколько иной метод. В ручьях с илистым дном 
также следует обследовать наиболее продуктивные участки, чтобы 
получить наиболее полное представление о составе донной фауны. 
К таким участкам относятся растительность вдоль берегов, заросшие 
заводи, коряги и бревна и субстрат с илом, песком или галькой. Пробы донных беспозвоночных отбираются сачком. На обследуемом 
участке ручья следует произвести 20 обловов по возможности во всех 
наиболее продуктивных зонах. После отбора проб следует дальнейшая обработка, аналогичная той, что была описана выше.

Обычно можно выделить четыре местообитания. Лучше всего 

отбор проб беспозвоночных производить в наиболее продуктивных местообитаниях. Это позволит быть уверенным, что ваши сборы 
в полной мере отражают разнообразие живущих в ручье организмов. 
Далеко не во всяком ручье присутствуют все из возможных типов 
местообитаний (биотопов), или они выражены не очень отчетливо.

● Заросшие края берегов. Этот биотоп состоит из воздушно­водных 

растений, таких как тростник, рогоз, камыш и т. д., растущих вдоль 
берегов, и их корневой системы. По краю берегов в воде может 
также находиться полуразложенный листовой опад. Этот биотоп 
является высокопродуктивным, в нем обычно развивается обильная и разнообразная фауна.

● Коряги и бревна. Это местообитание состоит из лежащих в воде 

древесных остатков — упавших деревьев, веток, корней, между 
которыми накапливаются опавшие листья. Этот биотоп также 
яв ляется весьма продуктивным.

● Заросли водной погруженной и плавающей растительности и разлагающееся органическое вещество. Этот биотоп может быть 
столь же продуктивным, как и первые два из перечисленных.

● Дно ручья, которое может быть покрыто илом, песком или гравием. На дне могут также находиться крупные камни,  обросшие 
водорослями. Из всех четырех биотопов, возможных в ручье с илистым дном, этот является наименее продук тивным.

● Сбор беспозвоночных следует проводить при помощи сачка. Для того чтобы сборы были репрезентативными, то есть в полной мере отражали видовое богатство и обилие животных, следует произвести 
примерно 20 «укосов» сачком. При этом наибольшее усилие по сбору нужно прилагать при обследовании наиболее продуктивных биотопов (в первую очередь — пояс растительности вдоль уреза берега).

Методы первичной обработки проб

Независимо от того, каким из орудий лова были собраны пробы 

бентоса, процедура их первичной обработки одинакова. 
● Пробу осторожно извлекают из дночерпателя (или сачка) и помещают в таз, кювету или ведро;

● Затем грунт с содержащимися в нем животными порциями переносят в специальные промывалки, в которых с помощью воды 
производят отмывку грунта. Промывалка представляет собой 
мешок из мельничного газа № 23 на металлическом обруче. Если 
для сбора макробеспозвоночных животных используется сачок, 
то его можно использовать также в качестве промывалки;

● Далее следует процедура сортировки пойманных животных. 

Подготовленную пробу малыми порциями помещают в широкую 

и мелкую посуду с белым дном (в фотографическую кювету, 
например) и с помощью пинцета выбирают все жи вые организмы. Следует тщательно осматривать попавшие в пробу растительные остатки, веточки, щепки и камешки, чтобы не упустить 
ни одного животного. Похожие животные на этапе предварительной сортировки помещаются в одну емкость;

● Важно отметить, что из пробы должны быть извлечены все замеченные беспозвоночные животные, размер которых превышает 5 мм;

● Для того чтобы собранный материал был достоверен, численность 

живот ных, извлеченных из одной пробы, не должна быть меньше 
100 экземпляров.
Животные, обитающие в зарослях растительности, используют 

ее либо в качестве субстрата, либо в качестве пищи. В зарослях погруженной в воду растительности отлов животных производят сачками, причем в реках эти орудия заводятся против течения и вынимаются из воды после каждого облова, так как материал может быть 
смыт течением. Полупогруженную и надводную растительность 
трудно облавливать сачком, поэтому обычно растения вырывают с 
корнем. Затем растение помещают в таз с водой и тщательно промывают. Далее корневую систему внимательно осматривают, чтобы 
не пропустить крепко прикрепленные формы. Дальнейшая обработка пробы совпадает с описанной выше. 

Особенность работы с пробами зообентоса заключается в том, 

что вся первичная обработка производится на живом материале. 
Исследователь должен в течение нескольких часов пробы разобрать, 
то есть рассортировать всех животных по группам, и если это необходимо — измерить, взвесить и произвести фиксацию проб. В каче стве фиксаторов используют 4%­ный раствор формалина или 
70%­ный этиловый спирт. В каждую пробу вносится этикетка с 
указанием даты, станции, характера грунта, орудия лова, количества 
взятого материала. 

Дальнейшая обработка собранного материала состоит в определении беспозвоночных животных. В ряде случаев вполне допустимой считается точность определения до класса или отряда, 
но обычно следует проводить идентификацию животных до более низких сис тематических уровней. Для этой цели можно использовать опре делитель, помещенный в настоящем руководстве, 
либо пользоваться изданиями для профессиональных гидробиологов [2]. 

РАСЧЕТЫ БИОТИЧЕСКИХ ИНДЕКСОВ

Мониторинг качества природных вод служит для выяснения их 

пригодности для питьевого и промышленного водоснабжения, для 
рыбохозяйственных и рекреационных целей. Оценка экологического состояния водного объекта может проводиться с помощью химического, бактериологического и гидробиологического методов. Под 
гидробиологическим методом понимается оценка качества воды по 
растительному и животному населению водоема. В основу этого 
метода положено то обстоятельство, что в природе существуют виды, 
которые могут обитать только в сравнительно узком диапазоне какого­либо экологического фактора (так называемые стенобионтные 
виды), и виды, существующие в достаточно широком диапазоне 
экологических условий (эврибионтные виды). Из этого следует, что 
присутствие стенобионтных видов или их отсутствие в ручье или 
реке может многое сказать об их экологическом состоянии. Такие 
виды называют индикаторными. Биологическое равновесие природных водных экосистем поддерживается многочисленными связями 
популяций организмов между собой и с окружающей неживой материей. При загрязнении водоемов органическими веществами это 
равновесие нарушается, что отражается на их видовом составе — 
 могут исчезать стенобионтные виды, уступая свое место эврибионтным, и при этом может сокращаться видовое богатство, то есть количество видов, обитающих в данном водоеме. 

 Существующие в настоящее время системы биоиндикации экологического состояния вод позволяют специалистам достаточно надежно оценивать уровень загрязнения ограниченным числом терминов или баллов. Большинство из применяемых систем учитывают 
индикаторное значение конкретных видов организмов или более 
крупных систематических групп более высокого порядка (семейства 
или отряды, например) и степень биологического разнообразия. 

 В настоящем руководстве описываются три наиболее употребительных и сравнительно простых индекса — индекс Майера и биотический индекс Вудивисса [3, 4], основанные на изучении донных 
беспозвоночных животных.