Су қоймаларның биоиндикациясы

1. 3 Суқоймалардың ластануын биологиялық индикациялау.

       Су қоймасы - суды тоқтатуға,  жинақтауға және сақтауға арналған, өзендер алаптарында түзілген, су тірегіш ғимараттармен бекемделген, едәуір сыйымдылықтағы жасанды су қоймалары.

      Әрбір табиғи су қойма  ұсақ  ағзалар өсімдіктер мен жануарлар түрлерінің жиынтығы өз алдына біртұтас биоценозды құрайды. Мұндай табиғи және басқа биосеноздар сияқты өздігінен реттеледі жєне жанадан пайда болады.

    Судағы тіршілікті  зерттеу ихтиология ғылымымен  байланысты. Ертеде грек ғалымы Аристотель “История животных” деген еңбегінде жануарларға сипаттама берген. Швед ғалымы Артеди балықтардың систематикалық жүйесін жасады. Орыс ғалымы К. Бэр, Н. Данилевский теңіздер мен көлдерді зерттеп – судағы тіршіліктің ерекшеліктерін сипаттап берді. Қазақстанда судағы тіршілікті 18 ғасырда Паллас деген ғалым зерттеді. Арал мен Каспий теңіздерін мекен ететін тірі жүйеге сипаттама берді. Печюлене,1959; Маловицкая,1962; Ляхнович,1964; Савина, 1964; Штейнфельд, Неведомская,1964; Brooks, Dadson, 1965; Лине,1966 еңбектерінде зоопланктон планктофаг балықтардың және басқада өндірістік маңызды түрлердің қорегі, ал бұл дегеннің балық шаруашылығындағы ең негізгі фактордың бірі болып саналады делінген.

     Қазақстан  су қоймаларындағы гидробиологиялық  зерттеулер 70 жылға жуық жүргізіліп келе жатыр. Қазіргі таңда түрлік құрамы, саны, өнімділігі және балық шаруашылығындағы маңызы бойынша көптеген фактілі материалдар Малиновская, 1969; Диканская, 1972; Киселева, 1997; Шарапова, 2002; Трошина, 2007; Стуге, 2008 еңбектерінде жинақталған [4]. Ірі су қоймаларындағы судың толған кезінен бастап гидроценоздың қалыптасу ерекшелігі Малиновская, Тэн, 1983 еңбектерінде сипатталса,  ал Доброхотова, 1979 еңбегінде ескек аяқтылар фаунасы бойынша, Ибрашева, Смирнова, 1983  бұталы мұрттыларға, Трошина, 2003 коловраткаға, Стуге, 1995 еңбегінде Солтүстік Қазақстандағы су қоймаларындағы зоопланктондарға, Стуге, Трошина, 2003 Балқаш көлінің зоопланктонына сипаттама берген.

      Қазақстан  аймағының су қоймаларындағы  гидробионт қауымдастығының құрылымдық қалыптасу заңдылығын анықтау ең маңызды проблема. Су ресурсының тапшылығы және судың құрамы көп компонентті ластаушы заттармен ластануы жағдайында бұл проблеманы шешудегі теориялық және практикалық мәні су экожүйесінің жағдайына баға беруші индикаторларды анықтау және зерттеу негізгі өзекті мәселе болып табылады. Қазіргі таңда «адам-қоршаған орта» қатынасындағы антропогенді проблема су қоймаларының ластаушы заттармен ластануы, нәтижесінде су қоймасының табиғи өзін-өзі тазалау мүмкіндігінің жойылуы, экожүйенің тұрақсыз жағдайға ауысуы толықтай деградацияға әкеледі [6]. 

       Су қоймаларының  ластаушы заттармен  ластану деңгейі  бойынша жіктелу Л.П. Брагинский, 1985 еңбегінде берілген [7].   

      Кез  келген су қоймаларында тіршілік  ететін жануарлар, өсімдіктер біркелкі таралмаған. Олардың  жеке  түрлері өздеріне қолайлы жерлерде тіршілік етеді. 
Су жағалауы әрқашан ағзалардың тіршілігі үшін қолайлы болып келеді. Өйткені ондай жерлерде жылы әрі күн сәулесі де мол түседі және су жағалауында әр түрлі оттегі де басқа жерлермен салыстырғанда көп болады. Күн сәулесі мол түсетіндіктен су жағалауында әр түрлі көптеген жоғары сатыда қолайлы жағдай туғызады.

      Су қоймаларының өсімдіктер мен жануарлар әлемі өте әр алуан болып келеді. Өсімдіктердің Жер бетінде тіршілік етіп жатқан 33 класының ішінен 18-інің өкілдері суда тіршілік етеді. Ғаламшардың жануарлар әлемі  өзіне 63 класты қосады, ал суда 60 кластың өкілдері мекендейді. Дүниежүзілік мұхиттың тұрғындары, әсіресе, алуан түрлі. Тұщы су тоғандарының тұрғындары біршама жұтаңдау. Көптеген тұщы судағы гидробионттар екінші жер бетіндегі  түрлерден алып келе жатқан организмдерге жатады.

      Ашық  су қоймаларында микроорганизмдердің сандық байланыстары әр түрлі шектерде өзгеріп отырады: 1мл–де бiрнеше он шақты, жүздеген, миллионға дейін болады, бірақ ол оның ластануының дәрежесi, метеорологиялық шарттардың ауысымына, суқұбырдың түрлеріне, маусым және тағы басқаларына байланысты болады. 
     Су қоймаларының барлық микрофлорасын экологиялық тұрғыда екi топқа бөлуге болады: 
1. аутохтонды (немесе сулы) 
2. аллохтонды , әр түрлі көздерден ластану кезінде 
      Аутохтонды флора - суда өмiр сүретін және көбейетiн микроорганизмдер. Судың микробтарын топырақтың микрофлорасының құрамын бейнелеп көрсеткендіктен,  топырақта өте көп таралған микробтар табылады. Суда өмір сүруге бейімделген микроорганизмдер кұрамында тұрақты болатын микроорганизмдерді судың арнайы флорасы деп атайды.. Оларға аэробты кокктар жатады: Micrococcus candicans, Micrococcus roseus, Sarcina lutea Pseudomonas fluorescens, Proteus, Leptospira өкiлдерi. Таза ластанбаған су қоймаларында оттегiні қажетсінбейтін бактерия аз. Көбінесе Serratia marcescens, Bacillus cereus, Bacillus mycoides, Chromobacterium violaceum, Clostridium және басқалары болады. 
      Су түбінде және жағалаудағы аймақта микробтар саны көп болады, себебі жаңбыр суы және жағажайдың топырағынан бактериялардың көптеп түсуінен болады. 
     Судың микроорганизмдері табиғаттағы заттар айналымында түбегейлi рөл ойнайды. Су қоймаларындағы биологиялық белсенділік жазғы-күзгi мерзiмде ең жоғары дәрежеде болады.

 Қауымдастық немесе  биоценоздар құра отырып, судағы  организмдер қоршаған ортамен, бір-бірімен  тығыз байланыста тіршілік етеді. Дажоның анықтамасы бойынша, биоценоз-оларға  сыртқы ортаның әртүрлі факторлары  әсерін тигізетін тартылыспен  біріккен жанды организмдердің топтасуы; бұл топтасу белгілі бір түрлік құраммен және өзара тәуелділіктің болуымен сипатталады; биоценоз биотоп деп аталатын кеңістікті алып жатады. Дәл сол бір биоценозға жататын және белгілі бір кеңістікті мекендеген бір түр особьтарының немесе қауымдастықтың барлық особьтарының  экожүйеге, су тоғанына, көлем немесе бет бірлігіне жатқызылатын жиынтық салмағы биоценоз популяциясын және .т.с биосалмағы деп аталады.

  Су тоғандарының биоценозының  тіршілігіне: су тоғанының түбінің  рельефіне судың физикалық-химиялық құрамы және басқа да факторлар әсер етеді. Организмдер осы факторлардан тысқары тіршілік ете алмайды және олардан қол үзіп зерттелмеуге тиіс. Қоршаған ортамен бірге организмдер тұтас экожүйе биоценоздан және биотоптан құралады. Осылайша, экожүйе биоценоздан және биотоптан құралады.

  Экожүйенің ішінде  оның құрамдас бөліктерінің арасында  көптеген және әр алуан байланыстар  бар, зат пен қуаты қарқынды  алмасу жүріп жатады. Экожүйе  түсінігі өзіне экожүйенің жекелеген  қүрамдас бөліктерінің өзара  қатынастарын, оның ішінде биоценоздағы қоректік тізбектерді  қосады.

 Экожүйенің сыртқы  байланыстары су тоғанына күн  қуатынының, атмосфера газдарының, судың минералды заттарының топырақтың келіп түсуі және экожүйеден жылудың сумен тасымалданатын оттегінің және басқа да газдардың, органикалық және минералды заттардың бөлінуі түрінде жүзеге асырылады.

 Экожүйелер әдетте  ұзаққа созылған эволюцияның  нәтежиесінде қалыптасады және  тұрақты дамуда тұрады. Олардың  барлығы өзінің реттеу қасиеттеріне  ие және қандай да бір дәрежеге дейін қоршаған ортаның өзгерістеріне қарсы тұруға қабілетті.

 Жекелей алғанда, биоценоздың  түрлік құрамы және популяциядағы  особьтардың саны тіршілік ету  жағдайларына байланысты орнығады. Бір биоценоздың мүшелері көпшілік  бөлігінде ортаның ұқсас физикалық-химиялық жағдайларында тіршілік етуге бейімделген, бірақ бір-бірінен қорекке, азыққа деген мұқтаждықтарымен ерекшеленеді. Қауымдастықтың бір мүшесінің бөліп шығарған өнімдері көбінесе басқа мүшесіне қорек болып қызмет етеді. Мысалы, өсімдіктер жануарларды және микроорганизмдерді оттегімен қамтамасыз етеді, қоректенулері үшін органикалық заттарды жеткізіп отырады. Бактериялар, органикалық затты минералдандыра отырып, өсімдіктерді минералдық қоректену элементтерімен жабдықтап отырады. Бактериялар, органикалық затты минералдандыра отырып, өсімдіктерді минералдық қоректену элементтерімен жабдықтап отырады және т.с.с. Биоценоздың ішінде заттар  айналымы шағын айналым деген жасалады.

         Су қоймасының түбінде айқұлақтың, бунақденелілердің дернәсілдері, құрттардың біраз түрлері т.б. жануарлар мекендейді. Су қоймасының терең қабатында ағзалар таралады. Өйткені ондай жерлерге күн сәулесі нашар түседі. Мұндай су қоймаларының терең қабаттарында фотосинтез процесі жүретін өсімдіктер мүлдем өспейді, нашар жылынады және оттегіде аз болады. Сондықтан мұндай жерлер тіршілік үшін қолайсыз аймақ болып саналады. Су қоймасының ашық айдындары жақсы жылынады және онда жарық мол түседі. Сондықтан су өсімдіктері мен жануарлары тіршілік етеді. 
      Су қабаты пелагиальда тіршілік планктон мен нектон, қатты негізде – бентос пен перефитон, бенталь мен пелагиальдің түйіскен жерінде – пелагобентос, судың беткі қабатында нейстон мен плейстондар берілген.  
      Планктондық организмдер қимыл қозғалыстары судың бағытына да төтеп бере алмайды. Қалыпты суда планктондар активті қозғалысқа түседі. Планктоннның анық қозғалысын анықтау үшін – Рейнольд сандарын пайдалану қажет болады. Көлеміне қарай – мегало, макро, микро, мезо, нанно және пикопланктондар деп бөліп аламыз. Олардың көлемі – 5 см, 5 мм, 0,5 мм, 50 мкм және 5 мкм болуы мүмкін. Су қоймаларының қалыңдығына және бірігіп өсуіне қарай голопланктондар және меропланктондар деп бөлеміз. Голопланктонға жататындар өмірін осы судың қалыңдығында өткізеді. Меропланктондар өмірінің активті кезеңін осы судың қалың жерлерінде өткізеді. Криопланктон деген организмдер мұздардың еріген суларында және қардың қуыс жерлерінде кездеседі. Сондықтан олар қарға қызыл түс беретін организмдер болып табылады.  
       Актив және пассив қозғалыстары тіршілік жүйесіне тікелей байланысты болады. Планктон мен нектонның пелогиялдық тіршілік ету орнына бейімделуі оларды суда қалқып өмір сүруге үйретеді. Неғұрлым дененің көлемі үлкен болса, суға соғұрлым үйкеліс арқылы ене береді. Дененің көлемі кішкентай болса, су қалыңдығына ену жылдамдығы жеңілдей түседі. Су қоймаларының тұздылығы және температура көтерілсе суда қалқып тіршілік ету жолы төмендейді. Мысалы: Балхаш көлінің суының тұздылығы көтерілсе дафний деген жәндіктердің басы домаланады, ал тұздылық төмендесе басының көлемі ұлғаяды. Планктондық организмдер су сапасының аз ғана өзгерісін  сезеді. Ал фитоплантондық организмдердің (балдырлар, көк-жасыл бактериялар) ауыр металдарға жеткілікті сезімталдылығы болмайды. Зооплантондар су қоймасындағы азот және фосфор қосылыстарының концентрациясына әлсіз жауап береді. Бентостық организмдер ластану деңгейінің өзгерісіне тез жауап береді.

      Су қоймаларының тығыздылығы t0 төмендеуінен көтеріледі. Соған байланысты планктонның тығыздылығы да реттеледі. Ол судың тығыздылығына теңеледі. Егерде гидробионттар вертикальді миграция жасаса не болмаса су тығыздылығы басқа аймаққа ауысса жануарлар өз дене тығыздылығын өзгертеді және дененің құрамын өзгертіп отырады. Ағзадағы белоктың сүйек ұлпасының мөлшерін азайтады, не болмаса майдың сақтану мөлшерін көбейтеді. Кеңінен таралған әдістердің бірі қалдық массаны төмендету үшін – денедегі су мөлшерін көбейту. Кейбір медуза түрлері осы әдісті қолданады. Миграция – планктон мен нектонның популяциясына жыл сайын тобымен бір орыннан екінші орынға ауысуы болады. Ол қозғалыс вертикальді жерге горизантальды болып отырады. Вертикальді миграция – соның ішінде тәуліктік, маусымдық және жас ерекшелік миграциясына тән келеді. Су қоймаларында ұсақ балдырлар және қарапайым жәндіктерден кірпікшелі кебісше және талшықтылар, қарапайым жәндіктер шаян тәрізділер кездеседі. Осындай су ағынымен бірге тіршілік ететін ұсақ ағзалар планктон деп аталады. Су қоймаларындағы тіршілік тізбегінде және ондағы зат айналымында планктонның маңызы зор. Планктонды ағзалардың мөлшері бірнеше микрометрден бірнеше метірге жетеді. Тоған биоценозындағы ағзалардың тізбегі тұрақты әрі бірнеше сатыдан тұрады. Мысалы: суда өсетін өсімдік қалдықтарын бактериялар пайдаланады. Ал олар қарапайымдыларға қорек болады. Өз кезегінде қарапайымдылар мен ұсақ шаян тәрізділер кездеседі. Оларды балықтар да қорек етеді, балықтарды құстар және суда тіршілік ететін басқа жануарлар қоректенуі мүмкін. 
       Су биогенеценозында бастапқы энергия көзі болады. Сол арқылы судағы өсімдіктер органикалық заттарды синтездейді. Су қоймаларының барлық жануарлардың биомассасы су өсімдіктерінің биологиялық төзімділігіне тікелей байланысты болады. Табиғи су қоймаларында өсетін су өсімдігінің өнімділігінің аз болуын автотрофты өсімдіктердің өсуімен минералды заттардың жетіспеуі немесе судағы шылқылдақ ортаның қолайсыздығы тікелей әсер етеді.

       Табиғаттағы судың құрамында әртүрлі еріген заттар бар, олар: тұздар, қышқылдар, сілтілер, газдар (көмірқышқыл, азот, оттегі, күкірттісутек), ерімейтін шығу тегі минеральды және органикалық тұрмыстық қалдықтар. Судың құрамы және сапасы осы түскен заттардың концентрациясына байланысты.

        Сулардың көп дәрежеде улы  заттармен ластану концентрациялары  табиғи ортаға, ондағы гидробионттарға, балық шаруашылығына, адам өміріне және экосистеманың құрылымын бұзуда.  
     Су қоймаларының су мөлшерлерінің бұзылуына ауылшаруашылық өнімдеріне және өнеркәсіп жұмыстарына шектен қолдану нәтижесінде су құрамындағы гидробионттарға әсер тигізуде.  
     Қазіргі таңда адамзат қатаң түрде табиғи ортаны қорғауға кірісіп отыр. Биосфераны қорғау олардың өмірін сақтап қалу екенін түсініп біліп отыр. Осыған байланысты дүние жүзілік глобальды мониторингтер қабылдануда. Биогидросфераның көрсеткіштерін реттеу қабылданған мониторингтердің жоспарларындағы заңдармен қорғалуы қажет. Ластанған су қоймаларының биологиялық индикациясы негізгі екі жолмен көрсетіледі:  
1. таза судың гигиеналық тазалығын ластанудан сақтау.

2. деградациясын сақтау  жолдары. 

      Бірінші  ретте гигиенистер, ал екінші  ретте гидробиологтар нәтижелері негізінде ортаның ластануын қадағалау туралы шешімдері бірлесіп шешіледі. Ортаның гидробиологиялық индикациясын анықтауға физико – химиялық әдістерді қолданады. Бұл әдістерді қолдану өз қиындықтарын туғызып отырады. Сондықтан биологиялық индикацияларды анықтау жұмыстары жинақталып қорытылады. Алынған нәтижелер әртүрлі әдістермен яғни организмді, популяциялық және биоценотикалық жолмен зерттеліп беріледі. Организмді су ортасының ластануы тірі жүйенің морфологиялық және физиологиялық түр ерекшеліктерінен көруге болады. Популяциялық жолмен сулардың ластану дәрежелері популяция ішілік структураларының өзгерістері нәтижесінде жүреді. Мұнда жас гидробионттардың қырылу дәрежелері көбейе түседі олар су құрамының ластануына өте сезімтел келеді. Биоценотикалық ластану индекациясы трофикалық және түрлер анализінен пайда болады

       Сонымен өнеркәсіптің қарқынды дамуы, ауыл шаруашылығының, адамзаттың өсуі, осы өндірістік, ауылшаруашылық және тұрмыстық қалдықтарының су қоймасына құйылуы су қоймасын ластаудың негізгі себебі. Атмосфералық жауын-шашындармен ауадан мыңдаған тонна ДДТ су қоймасына түсіп, осы улы пестицид суда жиналып гидробионттар мен адам организміне түседі. Тағы бір түрі антропогендік ластану су қоймасының эвтрофикациялануы. Судың энтрофикациясы деп–судың биогенді элементтерімен, әсіресе азотпен, фосформен немесе құрамында осы элементтер бар заттармен баюын атаймыз. Эвтрофикация ( грек тілінен аударғанда эу – жақсы , трофе – қоректену ) – судың бай қоректенуі.  
      Эвтрофикацияның нәтижесі – балдырлар мен басқа өсімдіктердің қарқынды өсуі, су қоймасында органикалық заттармен басқа да ағзалардың шіру өнімдерінің жиналуы болады. Бұл өлген органикалық затпен қоректенетін, оны бастапқы минералдық элементтер мен көмірқышқыл газына дейін ыдырататын рецудент – ағзалардың санының артуына әкеледі. Сонымен, су қоймасына антропогенді көздерден органикалық заттардың түсуінен судың эвтрофикация процесі қарқынды жүре бастайды, яғни судың биогенді элементтермен, әсіресе азотпен, фосформен немесе құрамында осы элементтер бар заттармен баюы байқалады. Нәтижесінде балдырлар мен басқа өсімдіктерді қарқынды өсуі, су қоймасында органикалық заттар мен басқа да ағзалардың шіру өнімдерінің жиналуы болады. Бұл өлген органикалық затпен қоректенетін, оны бастапқы минералдық элементтер мен көмірқышқыл газына дейін ыдырататын редуцент-ағзалардың санының артуына әкеледі. Редуценттер тіршілік процесінде өлген органикалық заттарды интенсивті түрде  сіңіреді. Мұндай құбылыстың нәтижесі-су ортасының оттексізденуі мен аэробты процестердің анаэробтыға өтуі болып табылады. Анаэробты процестердің нәтижесінде қоршаған ортаға күкіртсутек, метан және басқа да улы ластандырушы заттар шығарылады. Сулы ортады аталған әсер судың маңызды қасиеті-тазалығының нашарлауына әкеледі. Эвтрофикацияның қолайсыз әсері олардың жылулық ластануы кезінде артады. Жылулық ластану судың оттегімен кедейленуін жылдамдатады, себебі, температура артқан сайын оттегінің ерігіштігі және биохимиялық процестердің интенсивтілігі әсерінен кемиді. Эвтрофтанған суларды өсімдіктердің биогенді элементтерді тікелей қоршаған су қолайлы жағдай жасалады. Бұл судың жоғарғы қабатында фитопланктонның интенсивті жиналуына және су түбіндегі өсімдіктердің оттегі жетіспеуінен жойылуына әкеліп соқтырады. Мұнда оны өлген планктонның органикалық затын өңдейтін редуцент-ағзалар сіңіреді. Эвтрофикация кезінде тек судың химизмі ғана емес, сондай-ақ ағзалардың түрлік құрамы да өзгереді. Нәтижесінде судың терең қабаттары да оттегіне кедейленіп, аэробты процестер анаэробты процестермен алмасады да, су улы заттармен ластанады.