BIOLOGIA- 8 i 9 LABORKI

1. SAMOOCZYSZCZANIE WÓD POWIERZCHNIOWYCH (PROCESY)

Samooczyszczanie wód naturalnych to całokształt procesów hydrologicznych, chemicznych i biologicznych, przebiegających w zanieczyszczonych obiektach wodnych przywracających pierwotne właściwości i skład wody. Samooczyszczanie  jest uwarunkowane różnymi czynnikami, do których zalicza się: procesy hydrodynamiczne i biochemiczne, promieniowanie słoneczne, działanie organizmów roślinnych oraz zwierzęcych i in. Procesy samooczyszczania nasilają się latem, a maleją zimą i zależą od stopnia zanieczyszczenia ścieków.

Samooczyszczanie wód powierzchniowych to proces fizyczno-biochemiczny polegający na samoistnym zmniejszaniu się stopnia zanieczyszczenia wód; występuje w wodach płynących i stojących, jednak z różną intensywnością. Głównie dotyczy on rzek, z powodu intensywnej wymiany wody.

Organizmy, żyjące w wodach powierzchniowych mają duże znaczenie dla procesów samooczyszczania. Pobierają tlen i substancje odżywcze, a następnie wydalają produkty przemiany materii, czym pomagają likwidować zanieczyszczenia, a tym samym przywracać naturalną postać wody.

Zjawisko samooczyszczania się wód to proces fizyko-chemiczny. Polega on na eliminowaniu zanieczyszczeń przez samą naturę, a bez ingerencji człowieka. Dotyczy to zarówno rzek, jak i jezior i innych zbiorników stojących. Jednak w różnych typach wód zachodzi on z różną intensywnością. Najczęściej bada się samooczyszczanie w wodach płynących.

PROCESY:

1. Rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie

2. Sedymentacja zawiesin

3. Adsorpcja

4. Biologiczne usuwanie zanieczyszczeń:

a) biosorpcja

b) mineralizacja

c) bioakumulacja

d) immobilizacja

1. Rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie

Procesy te odgrywają bardzo ważną rolę. Poprzez rozcieńczenie zanieczyszczonej wody wodą z odbiornika obniża się stężenie szkodliwych substancji w niej zawartych. Tego rodzaju zjawisko najczęściej ma miejsce w wodach płynących. Jednak nie zachodzi w nich równomiernie. Czynnikiem regulującym to zjawisko jest proces mieszania wody w rzece, które z kolei zależy od prędkości przepływu rzeki w korycie i od cyrkulacji wody na całym przekroju poprzecznym koryta. Dzięki ciągłemu przepływowi i mieszaniu się wody proces natleniania wody jest intensywniejszy, równocześnie dochodzi do wypychania z wody, na drodze dyfuzji, produktów przemiany materii w postaci lotnej (dwutlenku węgla i azotu). Dzięki tym procesom same organizmy mają zapewniony lepszy kontakt z substratami krążącymi w wodzie. Mieszanie i rozcieńczania są bardzo ważnymi procesami, niestety występują tylko w rzekach. Jeziora i stawy ulegają minimalnemu mieszaniu pod wpływem różnicy temperatur warstw wody, lecz jest to proces minimalny w stosunku do wędrówki wody w korycie rzecznym.

1. Sedymentacja zawiesin

Pomaga w likwidacji zanieczyszczeń organicznych, równocześnie zwiększając przejrzystość wody (spada mętność). Zachodzi wszędzie, gdzie prędkość przepływu spada, mogą to być zbiorniki zaporowe, zatoki, czy rozlewiska. Sedymentacja polega na opadaniu cząstek substancji szkodliwych, zawieszonych w toni wodnej na dno. Zjawisko zależne jest od prędkości płynącej wody . W małych, nizinnych rzekach przepływ ten jest równy 0,1-1m/s; w rzekach górskich 1,5-2,5m/s. Przykładowo w środkowym biegu rzeki Wisły przepływ jest równy około 1m/s, a w zbiorniku Włocławek mieści się w granicy od 0,1m/s w miejscu zapory, do 0,8m/s na jego początku.

Z silną sedymentacją mamy do czynienia, gdy do rzeki odprowadzane są nieczyszczone ścieki, zawierające dużo zawiesiny. Gdy doprowadzane ścieki są oczyszczone sedymentacja raczej nie zachodzi. Jest to możliwe tylko w przypadku, gdy rzeka płynie wolniej, niż wypływający z oczyszczalni ściek, lub gdy ściek jest nieprawidłowo oczyszczony. Ściek w osadnikach wtórnych oczyszczalni ścieków osiąga przepływ równy 0,01-0,05 m/s.

Należy pamiętać, że nagromadzone na dnie zanieczyszczenia stanowią swego rodzaju bombę z opóźnionym zapłonem. Gdy sedymentacja jest zbyt intensywna, może dojść do wtórnego zanieczyszczenia. Może dojść do anaerobowego rozkładu się substancji organicznych skumulowanych w osadach zalegających na dnie, wymycia z osadu części nieorganicznej oraz uniesienie osadów dennych w całości, co z kolei wiąże się z powrotem zanieczyszczeń do wody. Tak więc nagromadzenie się w osadach dennych zbyt dużej ilości zanieczyszczeń jest niekorzystne.

Również niekorzystnym jest, jeśli w osadach zbiera się za dużo substancji organicznych. Występuje tam środowisko beztlenowe i dochodzi do beztlenowego rozkładu związków organicznych. Towarzyszy temu charakterystyczne wydzielanie się gazów. W 14% jest to dwutlenek węgla (CO₂), w 17% metan (CH₄) i w 69% azot (N₂), może powstać również siarkowodór (H₂S). Niekiedy wydzielające się gazy mogą wynosić razem z sobą cząstki osadów dennych. Zarówno gazy, jak i wynoszony osad z dna przyczyniają się do zmniejszenia ilości tlenu w wodzie. częste deficyty tlenu notuje się właśnie w miejscach o wolnym przepływie wody.

1. Adsorpcja

Zjawisko, którego skuteczne działanie opiera się na odkładaniu się zanieczyszczeń na powierzchni dna rzeki , jej brzegów, na elementach zatopionych w rzece, czy obiektach hydrotechnicznych. Proces oczyszczania przebiega podobnie jak w złożach zanurzonych, mianowicie tworzę się błonki biologiczne, w środku których zachodzi proces oczyszczania. Tego rodzaju oczyszczaniu mogą podlegać głównie organiczne typy zanieczyszczeń; z nieorganicznych są to tylko nieliczne metale ciężkie. Metale te mogą ulegać adsorpcji również na cząstkach zawiesin. Adsorpcja jest bardzo pomocnym dla samooczyszczania zjawiskiem, jednak podobnie jak w przypadku sedymentacji może dojść do wtórnego zanieczyszczenia wody, tzw. desorpcji. Wtedy wszystkie nagromadzone substancje przechodzą z powrotem do wody.

1. Biologiczne usuwanie zanieczyszczeń

1. Biosorpcja

Jest procesem wstępnym do rozkładu substratu. Na powierzchni komórki dochodzi do zjawiska wymiany składników na drodze dyfuzji. Część z nich przenika do wnętrza komórki, natomiast produkty przemiany materii i ektoenzymy przenikają w kierunku przeciwnym. W przypadku biosorpcji, związki chemiczne na powierzchni komórki zatrzymują się na dużo krótszy okres, niż przykładowo podczas adsorpcji. Warunkiem zajścia adsorpcji jest właśnie stała regeneracja powierzchni, która wymaga ciągłej wymiany pomiędzy wewnętrznym, a zewnętrznym środowiskiem komórki.

Niekiedy dochodzi do gromadzenia się pewnych związków na powierzchni mikroorganizmów. Tymi związkami są tlenki oraz wodorotlenki żelaza, a także manganu. Zjawisko to nie zostało ostatecznie wyjaśnione. Nie wiadomo, czy istnieje jakaś przyczyna gromadzenia się tych związków (z powodu fizjologicznego), czy też gromadzą się one biernie. Zjawisko to również zaliczamy do biosorpcji.

1. Mineralizacja

Polega na enzymatycznym rozkładzie związków organicznych przez drobnoustroje, wykorzystaniu energii i pierwiastków biogennych oraz wydaleniu prostych produktów mineralnych (CO2, H2O, NO3- ,PO4-, -SO4 ).Całość przemian zachodzi w warunkach tlenowych.

Mineralizacja może być procesem dwuetapowym. W pierwszym etapie następuje

biodegradacja, czyli rozkład związku organicznego i powstanie produktów mineralnych, w drugim - dalsze utlenienie produktów nieorganicznych. Przykładem może tu być mineralizacja białek. Ich biodegradacja polega na hydrolizie i dezaminacji aminokwasów oraz utlenieniu reszty kwasu organicznego, jaki powstaje po wydzieleniu amoniaku. Drugi etap to dalsze utlenianie amoniaku do azotanów w procesie nitryfikacji. Wszystkie procesy składające się na mineralizację katalizowane są przez odpowiednie enzymy. W mineralizowaniu zanieczyszczeń organicznych biorą udział przede wszystkim bakterie, a także promieniowce, grzyby miksotroficzne glony, jak np. sinice. Rozkład cząsteczek organicznych zachodzi na ogół wewnątrz komórki. Tylko związki wielocząsteczkowe ( białka, celuloza oraz inne naturalne i syntetyczne polimery) są hydrolizowane poza komórką, a dopiero produkty tego dyfundują do wnętrza ustroju i tam są utleniane.
Mineralizacja jest procesem tlenowym. Gdy zachodzi ona intensywnie, może nastąpić poważny deficyt tlenu w odbiorniku luba nawet całkowite jego wyczerpanie.

W warunkach anaerobowych rozkład materii organicznej prowadzić mogą tylko

bakterie należące do względnych beztlenowców lub bezwzględnych beztlenowców. Na

rozkład ten składa się gnicie lub fermentacja. Produktami końcowymi są kwasy

organiczne, aminy, amoniak, metan, siarkowodór, indol i skatol itp. Niektóre z

wymienionych związków mają przykry zapach ( indol, skatol, siarkowodór), inne są

szkodliwe, a nawet trujące ( amoniak, siarkowodór).

1. Biokumulacja

Proces pobierania z wody pewnych związków lub jonów i gromadzenia ich w komórce w coraz większych ilościach. Kumulacji podlegają związki niepodatne na rozkład biologiczny bądź jony, których komórka metabolizować nie potrafi. Do takich należą niektóre pestycydy, zwłaszcza węglowodory chlorowane i sole metali ciężkich. Gromadzą się one w różnych częściach komórki doprowadzając do niekorzystnych zmian np. wakuolizacji cytoplazmy, obniżenia aktywności enzymatycznej, wydłużania czasu generacji, zaniku chlorofilu u glonów itp. Na przykład miedź i ołów odkładają się początkowo w ścianie komórkowej, a następnie w cytoplazmie.

Po śmierci komórki zakumulowane związki są ponownie uwalniane do wody. Biokumulacja jest więc procesem zezwalającym tylko na okresowe usunięcie z wody zanieczyszczenia i zatrzymanie go przez jakiś czas w obrębie komórki.

1. Immobilizacja

Czyli tzw. unieruchomienie. Jest zjawiskiem odwrotnym do mineralizacji, polegającym na przekształcaniu pierwiastków nieorganicznych w twory organiczne, a następnie wbudowaniu ich w komórkę.

1. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SAMOOCZYSZCZANIE

Czynniki:

a) prędkość przepływu

b) temperatura

c) rozpuszczony tlen

d) odczyn

e) obecność związków toksycznych

b) Temperatura

W naszych warunkach klimatycznych temperatura wody w zbiornikach powierzchniowych waha się w granicach o 0 do około 220C. Wiadomo, że temperatura około 00C zwalnia procesy rozmnażania u bakterii oraz podstawowe funkcje fizjologiczne u wielu organizmów wodnych. Z tego też powodu procesy mineralizacji przebiegają w zimnie znacznie wolniej. Niektóre bakterie wodne ustępują już z biocenozy w temperaturze +40C, np. Sphaerotilus natans. Również bakterie nitryfikacyjne i metanowe wykazują w tej temperaturze osłabione procesy metaboliczne.

Temperatura ma bezpośredni i pośredni udział w procesach biochemicznych w wodzie. Podwyższenie temperatury wpływa przyspieszająco na procesy rozmnażania, a przede wszystkim skraca czas generacji u bakterii. Może też wpłynąć na odmienne formowanie się zespołów biocenotycznych, jeżeli tylko nowa, wyższa temperatura będzie odpowiadała optimum rozwojowemu określonego gatunku, który z kolei może okazać się bardzo korzystny dla procesu samooczyszczania. W nowych warunkach termicznych może też nastąpić dominacja form uciążliwych dla niektórych rodzajów użytkowania wody.

Podgrzanie wód powierzchniowych przedłuża na jesień, zimę i wiosnę okres mineralizacji osadów dennych, gdyż normalnie trwa on tylko w okresie wegetacyjnym, tj. w lecie. Natomiast w lecie w zbiornikach podgrzanych sytuacja jest zwykle odwrotna, szczególnie przy niskich stanach wód i długotrwałych okresach upalnej, suchej pogody. Podgrzanie wody pogarsza wówczas warunki tlenowe, a przyspieszenie procesów metabolicznych wymaga równocześnie dostarcza zwiększonych ilości tlenu.
Powstaje w ten sposób poważa kolizja, która doprowadza często do ostrych deficytów tlenowych w wodzie i również poważnych zaburzeń w procesach samooczyszczania.

4. Odczyn

Mikroorganizmy wodne wymagają w zasadzie środowiska o odczynie obojętnym, znoszą jednak wahania w kierunku odczynu słabo zasadowego lub słabo kwaśnego. Wyjątek stanowią grzyby, które rosną w wodzie o odczynie kwaśnym. Gwałtowna zmiana pH wody uniemożliwia funkcje większości enzymów i niszczy wrażliwe komórki.

Gwałtowne zmiany odczynu wód powierzchniowych spowodowane są odprowadzeniem niektórych ścieków przemysłowych bez ich wstępnej neutralizacji.
Odczyn może ulegać zmianom również na skutek zachodzących w wodzie procesów biochemicznych. W pewnych warunkach, można obserwować nagromadzenie się zasadowych produktów metabolizmu np. amoniaku lub produktów o charakterze kwasów (zwłaszcza podczas beztlenowego rozkładu materii organicznej.

1. ROZMIESZCZENIE ORGANIZMÓW W WODACH POWIERZCHNIOWYCH

BENTOS – są to organizmy związane ze środowiskiem dennym zbiorników wodnych. Organizmy te mogą być zanurzone w mule, przytwierdzone do kamieni, innych przedmiotów znajdujących się w wodzie lub mogą poruszać się między nimi.

Największa różnorodność bentosu występuje w środowiskach płytkich, ze względu na największą rozmaitość i zmienność warunków środowiskowych oraz zwykle korzystne dla życia warunki (np. rzadkie występowanie deficytów tlenowych). Fauna litoralu jezior obejmuje setki gatunków. W wodach bieżących występują te same grupy fauny co w litoralu, ale w znacznej mierze inne gatunki. Organizmy bentosowe są przystosowane do życia na dnie. Odznaczają się znacznym ciężarem właściwym. Często ich ciała obciążone są różnymi substancjami mineralnymi, z których zbudowane są szkielety zewnętrzne (np. muszle małży i ślimaków zbudowane z węglanu wapnia, domki chruścików składające się z ziarenek piasku, gałązek). Częstym zjawiskiem wymagającym specjalnych przystosowań bywa niedostatek lub brak tlenu. Dlatego też organizmy posiadają we krwi hemoglobinę – barwnik wiążący tlen i zapewniający organizmowi dostateczną jego ilość, mimo niskiego stężenia w środowisku.

   

PLANKTON – jest to zespół organizmów unoszących się w toni wodnej i nie mogących się przeciwstawić ruchom mas wodnych (ich zdolności lokomocyjne nie pozwalają im na przeciwstawienie się ruchom wody). Najbardziej ogólny podział to: plankton zwierzęcy – zooplankton, plankton roślinny – fitoplankton. Na fitoplankton składają się glony i sinice. Zooplankton wód słodkich tworzą głównie: pierwotniaki (wiciowce i orzęski), wrotki i skorupiaki (wioślarki, widłonogi). Okresowo w jego skład mogą wchodzić larwy owadów, między innymi larwy wodzienia, wodopójki, wczesne stadia larwalne ryb.

Rola planktonu w ekosystemie: fitoplankton jest jednym z głównych źródeł substancji organicznej w ekosystemie. Substancja organiczna wyprodukowana przez fitoplankton służy za pokarm konsumentom (głównie wrotkom i skorupiakom) oraz destruentom (bakteriom i grzybom). Zwierzęta planktonowe nie drapieżne służą jako pokarm drapieżnym wrotkom i skorupiakom. Zooplankton nie drapieżny i drapieżny jest wyżerany przez ryby planktonożerne (stynka, sieja, sielawa, tołpyga, peluga, ukleja) oraz stadia młodociane wszystkich gatunków ryb.

PERYFITON – są to drobne glony, pierwotniaki, czasem wrotki, nicienie, drobne skorupiaki i inne organizmy osiadłe na roślinach, palach, gałęziach wystających ponad dno zbiornika. Pojęcie to nie jest jednoznacznie określone, w związku z tym w badaniach ekologicznych jest obecnie pomijane lub zastępowane określeniem „organizmy osiadłe”.

1. SYSTEM SAPROBOWY

Jest to najstarsza metoda oceny jakości wód (gr. sapros- gnilny). Termin „saprobia” oznacza zależność organizmu od rozkładanych związków organicznych. Saprobowość jest sumą wszystkich procesów rozkładu dostarczających wolnej energii drobnoustrojom. Saprobowość można ocenić na podstawie dynamiki procesów biodegradacji. System ten określa stopień zanieczyszczenia wody bazując na tolerancji na zanieczyszczenia różnych gatunków wskaźnikowych pochodzących z wielu grup systematycznych m. in. bakterii, glonów, mchów, grzybów, pierwotniaków, wrotków, skorupiaków, owadów i mięczaków. Jakość wody można sklasyfikować do odpowiedniej kategorii powiązanej takimi zależnościami jak: ogólna liczba bakterii, BZT₅ czy stężenie O₂ i H₂S. Pierwszy system saprobowy opublikowany został przez niemieckich naukowców Kolkwitza i Marssona w 1902 roku, a u jego podstawy legły obserwacje, że wody zanieczyszczone są zasiedlane przez specyficzne zespoły organizmów. Początkowo autorzy wydzielili w rzekach trzy główne strefy:

• polisprobową – najbardziej zanieczyszczoną

• mezosaprobową – strefę wód nieznacznie zanieczyszczonych

• oligosaprobową – strefę wody czystej

Każdej z tych stref odpowiadają właściwe im organizmy wskaźnikowe. System

ten był przez dziesięciolecia udoskonalany, oprócz zmian w listach gatunków wskaźnikowych przypisanych kolejnym strefom zostało dodanych także kilka nowych stref m.in.

strefa katarobowa – wód najczystszych

strefa koprozoiczna- zawierająca substancje pochodzenia kałowego

strefa hipersaprobowa- wód silnie zanieczyszczonych, w której są w stanie przetrwać tylko określone gatunki grzybów, bakterii, bezbarwnych wiciowców i orzęsków.

Metoda saprobowa została zaadoptowana do warunków polskich przez Turoboyskiego w 1979 roku.

Uważa się, ze systemy ocen jakości wód oparte na systemie saprobów należą do najlepiej opracowanych metod biologicznych. Zaletą tego systemu jest fakt, że został on opracowany w oparciu o szereg zależności pomiędzy stopniem zanieczyszczenia organicznego wody, liczebnością i różnorodnością organizmów wodnych a także zawartością tlenu rozpuszczonego w wodzie i dwutlenku węgla. Dzięki tym solidnym podstawom system ten stosowany jest do dziś. Istnieje jednak szereg wad, które cechują tą metodę.

Największą jest chyba konieczność poznania ogromnej liczby organizmów wskaźnikowych, których taksonomia jest bardzo trudna. Może to doprowadzić do błędów w oznaczaniu okazów do rangi gatunku, a w konsekwencji do wyciągnięcia niewłaściwych wniosków. Ponadto, pomimo znacznej liczby bioindykatorów wchodzących w skład tego sytemu mało jest gatunków charakterystycznych tylko dla jednej strefy czystości wody. Zazwyczaj

występują one w co najmniej dwóch sąsiadujących strefach. Często także sama interpretacja wartości indeksu sprawia duże problemy, zwłaszcza gdy porównuje się rożne typy rzek: górskie i nizinne oraz różne typy zanieczyszczeń: przemysłowe czy organiczne.

Z tego względu większość krajów europejskich odeszła od tego sytemu koncentrując się na metodach indeksów biotycznych i różnorodności biologicznej.

1. ANALIZA HYDROBIOLOGICZNA WODY

2. SYSTEM BIOTYCZNY KONTROLI BIOCENOZY

Systemy te opierają się na założeniu, że do oceny jakości wód szczególnie dobrze nadają się makrobezkęgowce bentosowe zamieszkujące osady denne. Szacuje się, że aż dwie trzecie systemów kontroli jakości wody opiera się na zoobentosie, wynika stąd, że większa część wchodząca w jego skład gatunków spełnia kryteria idealnego organizmu wskaźnikowego. Metody indeksów biotycznych łączą w sobie ilościowe pomiary różnorodności gatunkowej z jakościową informacją o ekologicznej tolerancji poszczególnych taksonów- to swoiste połączenie koncepcji saporobów i bioróżnorodnosci. Ocena jakości rzek oparta na stosowaniu indeksu biotycznego wydaje się być jedną z lepszych do celów monitoringu. Zalety metody:

• łatwość oznaczania organizmów do rzędów lub rodzin, w przeciwieństwie do metody saprobów, gdzie wymagana jest identyfikacja do poziomu gatunku,

• wiele makrobezkręgowców prowadzi osiadły tryb życia (w ten sposób unika się błędów związanych z przypadkowym zawleczeniem gatunku),

• makrobezkręgowce umożliwiają wymierną lokalizację skutków zanieczyszczeń,

• do wielu grup istnieją dobre klucze do oznaczania,

• użyteczność przy określeniu kumulacji skutków zanieczyszczeń, szczególnie jeśli makrobezkręgowce posiadają długi cykl życiowy. Wskazane jest wtedy próbkowanie okresowe,

• łatwość ilościowego poboru prób; do połowu i identyfikacji wymagany jest prosty sprzęt laboratoryjny,

• możliwość zastosowania metod numerycznych w opracowywaniu danych (wskaźniki różnorodności gatunkowej), ze względu na szeroki wybór form i siedlisk – środowisko jako całość wydaje się być czułym wskaźnikiem.

Poniżej wymienione zostały wady jakie posiada metoda makrobezkręgowców:

• wiele gatunków dryfuje (szczególnie nocą) w dół cieku i może być przez to odławiana w miejscach, gdzie nie mogłyby żyć,

• Chironomidae (larwy Muchówek z rodziny Ochotkowatych) i Oligochaeta (Skąposzczety, jedna z gromad Pierścienic) są dosyć powszechne w zanieczyszczonych nizinnych środowiskach, oraz są trudno identyfikowalne,

• dla kilku grup brakuje odpowiednich kluczy do oznaczania,

• brak organizmów niektórych gatunków może świadczyć o normalnym przebiegu cyklu życiowego np. Trichoptera (larwy chruścików),

• trudny jakościowy pobór prób.

Według definicji Tolkampa (1985) system biotyczny to taki system, który łączy różnorodność konkretnych grup taksonomicznych w jeden indeks lub punktację. Podstawowa różnica pomiędzy indeksem biotycznym a punktacją polega na uwzględnianiu liczebności. Punktacja uwzględnia liczebność organizmów w próbie podczas gdy przy obliczaniu indeksu liczebność ta jest pomijana. Systemy punktacji wymagają dokładniejszej identyfikacji przez co są mniej praktyczne w użyciu, ale w zamian dostarczają o wiele więcej informacji na temat jakości biocenozy rzeki.

Pierwszym indeksem biotycznym stosownym w ocenie stanu jakości wód rzecznych był Indeks Biotyczny Trent (Woodiwiss 1964), został on opracowany dla obszaru zlewni rzeki Trent w Angli. TBI (z ang. Trent Biotic Index) bazuje na wrażliwości kluczowych grup taksonomicznych na zanieczyszczenia oraz uwzględnia ilość grup obecnych w próbce.

Organizmy z danej próby identyfikowane są do poziomu rodziny, rodzaju lub gatunku, w zależności od typu organizmu. Organizmy te nie są zliczane. Czystym strumieniom przypisuje się wartość 10 i liczba ta maleje wraz ze zwiększającym się zanieczyszczeniem. Jedną z głównych wad tego wskaźnika to nieuwzględnienie zagęszczenia organizmów. Dlatego nawet przypadkowe pojawienie się organizmu w próbce (spowodowane np. dryfem) może znacząco wpłynąć na wartość wskaźnika. Jednakże, na bazie indeksu TBI powstały inne indeksy stosowane po dziś dzień w niektórych krajach Europy.

Kilka lat później pojawiły się pierwsze modyfikacje indeksu, polegające głównie na rozszerzeniu listy gatunków wskaźnikowych, zmianie poziomu identyfikacji taksonomicznej itp. Taką modyfikacją TBI jest Punktacja Jakości Wody Chandlera (Chandler Biotic Score) inaczej zwany systemem punktacji Chandlera. System ten został pierwotnie stworzony dla systemu górskich rzek Szkocji (w 1970 roku). Punktacja ta, w odróżnieniu od TBI bierze pod uwagę względne zagęszczenia poszczególnych organizmów oraz bazuje na obszerniejszej liście makrobezkręgowców. Wynik konkretnego stanowiska determinowany jest przez identyfikację obecnych organizmów, określenie liczebności każdej z grup organizmów. Punkty wszystkich grup sumują się i w ten sposób otrzymujemy wynik dla stanowiska. Wraz ze wzrostem liczebności gatunków wrażliwych zebrane punkty rosną, natomiast, co należy podkreślić, maleją wraz ze wzrostem liczebności grup odpornych, gdyż ich liczna obecność w próbie świadczy o dużym zanieczyszczeniu wody. Istnieje korelacja punktacji z typowymi zmiennymi związanymi z zanieczyszczeniem związkami organicznymi tzn. BZT₅ czy miano Coli.

W Wielkiej Brytanii dużą popularność zdobył inny typ punktacji biotycznej, a mianowicie Sumaryczny Wskaźniki Jakości Wody zwany inaczej Systemem Punktacji BMWP (Tabela 1). Grupa Robocza Monitoringu Biologicznego BMWP (z ang. Biological Monitoring Working Party), założona w 1976 roku, skorzystała z systemu Chandlera jako podstawy do opracowania standardowego systemu biotycznego do oceny jakości rzek Walii, Szkocji i Anglii. Punktacja oparta jest o analizę występowania 80 taksonów makrobezkręgowców, którym w zależności od ich wrażliwości na zanieczyszczenia przypisuje się punkty od 0 do 10. Wartość punktacji stanowi sumę poszczególnych punktów przypisanych taksonom znalezionym w próbie standartowej. Zależy ona od liczby stwierdzonych taksonów czyli od wielkości próby oraz sposobu i dokładności poboru próby.

Członkowie grupy roboczej zaproponowali następujące poprawki:

• wszystkie organizmy identyfikowane są do rangi rodziny (celem było ujednolicenie taksonomii, zmniejszenie prawdopodobieństwa pomyłki przy określaniu gatunku, oraz szersza aplikacja systemu),

• wyeliminowano czynnik liczebności, uważany za zbyt czasochłonny, upraszczając w ten sposób system Chandlera.

Niektórzy badacze stosują połączenie punktacji Chandlera i BMWP, inaczej średnią punktację per taxon (z angielskiego ASPT: average score per taxon). Uzyskuje się go dzieląc wynik punktacji BMWP przez liczbę zidentyfikowanych taksonów.

Wersja z ASPT ma tę zaletę, że sprowadza wszystkie wartości do skali 1-10. Ponadto wartość tego indeksu jest niezależna od liczby zliczonych taksonów. System ASPT jest względnie niezależny od rozmiaru próbki, metody poboru prób oraz pory roku, posiada więc wiele z cech jakie powinien posiadać dobry wskaźnik jakości wody.

W wielu krajach na świecie opracowano własne modyfikacje sytemu biotycznego opierające się na brytyjskiej metodzie BMWP oraz na TBI i systemie Chandlera. Z uwagi na dużą ilość metod biotycznych wybranie najlepszego z nich do stosowania w Polsce okazało się niezwykle trudne. Próbę oceny przydatności różnych systemów do oceny jakości polskich rzek podjęto w naszym kraju w 1999 roku (Kownacki i inni 2003). Wskaźnikami, które według wymienionych autorów najlepiej sprawdzają się w polskich warunkach są BMWP oraz zmodyfikowany wskaźnik bioróżnorodności Margalefa. Na bazie BMWP utworzono polski system biotyczny BMWP – PL. Przy ocenie jakości wody autorzy proponują uwzględniać wartości obydwu wskaźników (BMWP i wskaźnik Margalefa), przy czym o ostatecznej klasyfikacji wody ma decydować wskaźnik sugerujący jej gorszą jakość.

Tabela 1 Modyfikowany system punktacji BMWP (Armitage et al., 1983)

Wyższa jednostka taksonomiczna, rodzina	Punkty
Larwy jętek (Ephemeroptera): rodziny: Siphlonuridae, Heptageniidae, Leptophlebiidae, Ephemerellidae Larwy widelnic (Plecoptera): Potamanthidae, Leuctridae, Capnidae Setipalpia: Perlodidae, Perlidae, Chloroperlidae Pluskwiaki różnoskrzydłe (Heteroptera): Aphelocheiridae Larwy chruścików (Trichoptera): Phryganeidae, Molannidae, Beraeidae, Odontoceridae, Leptoceridae, Goeridae, Lepidostomatidae, Brachycentridae, Sericostomatidae	10
Skorupiaki Crustacea, Decapoda (Raki): Astacidae Larwy ważek (Odonata): Lestidae, Agriidae, Gomphidae, Cordulegasteridae, Aeshnidae, Corduliidae, Libellulidae Larwy chruścików (Trichoptera): Psychomyiidae, Philopotamidae	8
Larwy jętek (Ephemeroptera): Caenidae Larwy widelnic (Plecoptera): Nemouridae Larwy chruścików (Trichoptera): Rhyacophilidae, Polycentropodidae, Limnephilidae	7
Mięczaki Mollusca, Gastropoda (ślimaki ): Neritidae, Viviparidae, Ancylidae Larwy chruścików (Trichoptera): Hydroptilidae Mięczaki Mollusca, Bivalvia (Małże): Unionidae Skorupiaki Crustacea, Amphipoda (Obunogi): Corophiidae, Gammaridae (kiełżowate) Larwy ważek (Odonata): Platycnemididae Coenagriidae	6
Pluskwiaki różnoskrzydłe (Heteroptera): Mesoveliidae, Hydrometridae, Gerridae, Nepidae, Naucoridae, Notonectidae, Pleidae, Corixidae Larwy i dorosłe chrząszcze (Coleoptera): Halipilidae, Hygrobiidae, Dytiscidae, Gyrinidae, Hydrophilidae, Clambidae, Helodidae, Dryopidae, Elminthidae, Chrysomelidae, Curculionidae Larwy chruścików (Trichoptera): Hydropsychidae Larwy muchówek (Diptera): Tipulidae (komarnicowate), Simuliidae Płazińce (Plathelminthes): Planariidae, Dendrocoelidae	5
Larwy chruścików (Trichoptera): Baetidae Larwy wielkoskrzydłych (Megaloptera): Sialidae Pierścienice, Pijawki (Hirudinea): Piscicolidae	4
Mięczaki Mollusca, Gastropoda (ślimaki ): Valvatidae, Hydrobiidae, Lymnaeidae, Hysidae, Planorbidae, Sphaeriidae Pierścienice, Pijawki (Hirudinea): Glossiphoniidae, Hirudidae, Erpobdellidae Skorupiaki Crustacea, Isopoda (Równonogi): Asellidae (ośliczki)	3
Larwy muchówek (Diptera): Chironomidae (Ochotkowate)	2
Pierścienice, Skąposzczety (Oligochaeta): (cała grupa)	1

1. BIOCENOZY GLEBOWE (EDAFON)

Zamieszkujące glebę (w powierzchniowych wartwach gleby) drobne organizmy roślinne i zwierzęce biorące  udział w procesach samooczyszczania gleby. Wpływają na jej strukturę, żyzność oraz skład chemiczny. Zamieszkują one glebę do głębokości 1m, największa ich liczba żyje jednak w bogatej w pożywienie warstwie ornej. Bez edafonu gleba nie byłaby zdolna do podtrzymania produkcji roślinnej. Jego rozwój zależy od wielu czynników, m.in. od rodzaju gleby, jej wilgotności, temperatury, odczynu oraz dostatku pożywienia.

W skład edafonu wchodzą mikroorganizmy

• roślinne: glony, porosty, grzyby, promieniowce

• zwierzęce czyli zoo edafon:
  - skąposzczetów
  - skorupiaki równonogie
  - wije

- roztocza
- owady (skoczogonki, termity, turkuć podjadek, larwy wielu chrząszczy i muchówek)
- ślimaki
- płazy (grzebiuszka czyli huczek ziemny, marszczelec pierścieniowaty)
- gady (ślepucha robakowata, obrączkowce)
- ssaki (kret, ślepiec pontyjski, karczownik, golec, kret workowaty)

Skład edafonu i jego biomasa mogą być bardzo różne - zależnie od warunków. Edafon odgrywa podstawową rolę we wszystkich procesach glebotwórczych, przyśpieszając mineralizację związków organicznych, rozkład skal, nadając glebie budowę gruzełkowatą i przewiewną itp. decyduje o jej żyzności.

Dobrym przykładem wyspecjalizowanego zwierzęcia glebowego jest znany wszystkim kret. Cała jego anatomia- od grzebnych, zamienionych w łopaty, przednich kończyn począwszy, poprzez gęstą, układającą się swobodnie we wszystkie strony sierść, na mocno zredukowanych oczkach skończywszy - jest przystosowanie do podziemnego trybu życia.

Niektórzy ekolodzy, dzieląc zwierzęta glebowe, biorą pod uwagę ich wielkość, stąd też mamy

- mikrofaunę (0,002 do 0,2 mm),

- mezofaunę (0,2 do 2,0 mm — drobne bezkręgowe: nicienie, wazonkowce, roztocza i in.),

- makrofaunę (2,0 do 20,0 mm — większe owady, dżdżownice, ssaki, jak krety, ślepce)

- megafaunę (gatunki o długości ciała powyżej 20,0 mm).