Assessment of the stability of aquatic ecosystems development on the basis of indicators of the macrophytes fluctuating asymmetry

Abstract

In order to implement the provisions of the EU Water Framework Directive 2000/60/EU, the theoretical and methodological principles of applying the method of instantaneous biomonitoring of the stability of aquatic ecosystems development on the basis of evaluation of macrophyte fluctuating asymmetry indicators were proposed. The research found that the violation of the stable development of ecosystems, including the influence of anthropogenic factors, causes deviation in the morphological parameters of higher aquatic plants. Violations of the symmetry of individual parts, namely morphogenetic changes in macrophytes, are closely related to the coefficients of ecological stabilization of landscapes and the water quality categories. The qualitative assessment of the environment in terms of fluctuating asymmetry of indicator plants is justified in relation to salt composition, trophoscopic and toxicity indices. The particular sensitivity of this method has been found in relation to the content of heavy metals in the mules and coastal soils at concentrations below the established maximum permissible concentrations (MPC). The regularities of the distribution of the integral fluctuating asymmetry indices are determined and a three-dimensional model of the asymmetry formation in a leaf of Potamogeton perfoliatus is established, depending on the stability of the landscapes and water quality. They represent the basic short-term component of the integrated system of biomonitoring of sustainable development of aquatic ecosystems and allow clarifying, correcting and generalizing the existing methods for environmental assessment of water quality. The proposed technique allows strengthening the role of the biological component in conducting an environmental assessment of the quality of surface water and ensures the implementation of the EU Water Framework Directive 2000/60/EU on the territory of Eastern Europe.

З метою реалізації положень Водної Рамкової Директиви (ВРД) ЄС 2000/60/ЄС було запропоновано теоретичні та методологічні засади застосування методу миттєвого біомоніторингу стабільності розвитку водних екосистем на основі оцінки показників флуктуаційної асиметрії макрофітів. Дослідженнями встановлено, що порушення стабільного розвитку екосистем, в тому числі і за впливу антропогенних чинників, викликає відхилення у морфологічних показниках вищих водних рослин. Порушення симетрії окремих частин, а саме морфогенетичні зміни у макрофітів, тісно пов’язані з коефіцієнтами екологічної стабілізації ландшафтів та категоріями якості води. Оцінка якості середовища за показниками флуктуаційної асиметрії рослин-індикаторів є обґрунтованою по відношенню до сольового складу, трофосапробологічних та токсичних показників. Особливу чутливість даний метод виявив по відношенню до вмісту важких металів у мулі та прибережних ґрунтах та дозволяє виявляти їх у концентраціях, що нижчі за встановлені гранично допустимі концентрації (ГДК). Визначені закономірності розподілу індексів інтегральної флуктуаційної асиметрії та побудована тривимірна модель формування асиметрії у листі рдесника пронизанолистого в залежності від стабільності ландшафтів та якості води. Вони представляють собою базисну короткострокову компоненту інтегрованої системи біомоніторингу сталого розвитку водних екосистем та дозволяють уточнити, скоригувати і узагальнити існуючі методики щодо екологічної оцінки якості води. Запропонована методика дозволяє посилити роль біологічної компоненти при проведенні екологічної оцінки якості поверхневих вод та забезпечує реалізацію ВРД ЄС 2000/60/ЄС на території Східної Європи.

В целях реализации положений Водной рамочной директивы ЕС 2000/60/ЕС были предложены теоретические и методологические принципы применения метода мгновенного биомониторинга устойчивости развития водных экосистем на основе оценки индикаторов флуктуирующей асимметрии макрофитов. Исследование показало, что нарушение устойчивого развития экосистем, в том числе влияние антропогенных факторов, вызывает отклонение в морфологических параметрах более высоких водных растений. Нарушения симметрии отдельных частей, а именно морфогенетические изменения в макрофитах, тесно связаны с коэффициентами экологической стабилизации ландшафтов и категорий качества воды. Качественная оценка окружающей среды с точки зрения флуктуирующей асимметрии индикаторных растений оправдана по отношению к солевому составу, трофоскопическим показателям и показателям токсичности. Особая чувствительность этого метода была обнаружена в отношении содержания тяжелых металлов в мулах и прибрежных почвах при концентрациях ниже установленных предельно допустимых концентраций (ПДК). Определены закономерности распределения интегральных флуктуирующих индексов асимметрии и определена трехмерная модель формирования асимметрии в листе Potamogeton perfoliatus в зависимости от устойчивости ландшафтов и качества воды. Они представляют собой основной краткосрочный компонент интегрированной системы биомониторинга устойчивого развития водных экосистем и позволяют уточнять, корректировать и обобщать существующие методы экологической оценки качества воды. Предлагаемая методика позволяет усилить роль биологического компонента в проведении экологической оценки качества поверхностных вод и обеспечить реализацию Рамочной директивы ЕС 2000/60/ЕС по водным ресурсам на территории Восточной Европы.