آزمایش بیولوژی آب

آزمایش بیولوژی آب بمنظور تشخیص ساختار توده بیولوژیکی موجود در منابع آب دریاها ، منایع ذخیره آب آشامیدنی ، آب های سطحی و دریا ها مورد استفاده قرار می گیرد. این آزمون ها شامل شمارش و اندازه گیری فیتوپلانکتون ها و زئوپلانکتون ها می باشد.  پلانکتون ها به موجودات زنده ی ریز و معلق در اقیانوس ها ، دریا ها و منابع آب شیرین گفته می شود که قادر به مقاومت در مقابل جریان آب  و شنا کردن نیستند و جا به جایی افقی  آنها توسط جریان آب صورت می گیرد.  اندازه پلانکتون ها  از کمتر از 1 میکرو متر  تا بیش از 20 سانتی متر متغیر است.

پارامتر های آزمایش بیولوژی آب

شاخص هایی که در آزمون بیولوژیک آب مورد بررسی قرار می گیرد  شامل موارد زیر است :

1. فیتوپلاکتون ها (گیادروایان)
2. زئوپلانکتون ها (جانوردرویان)
3. باکتریوپلانکتون ها (باکتری دروایان)
4. میکوپلانکتون ها (قارچ دروایان)

فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) بخش خود پرورد پلانکتون ها (دروایان) عمدتا شامل جلبک های معلق  هستند که معمولا  نزدیک سطح آب  در منطقه نور زی زندگی می کنند. زئوپلانکتون ها (جانوردرویان) بخش دگرپروردگی پلانکتون ها عمدتا شامل تک یاختگان و پریاختگان کوچک معلق اند. باکتری ها دروایان ، باکتری های و باکتری ها و پیش زیان با زندگی دروایی هستند. قارچ دروایان را قارچ ها  و موجودات شبه قارچ تشکیل می دهند.

فیتوپلانکتون ها

فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) بخش خودپرورد پلانکتون هاو عمدتا شامل جلبک های معلق  اند که معمولا نزدیک سطح آب در منطقه نور زی زندگی می کنند.  گیاهان آب رست(macrophyte) به حالت های  : سرافراز(emergent plant) ، غوطه ور ،شناور و شناور آزاد رشد می کنند. گیاه سرافراز ، در بستر ریشه دارد ، ولی اکثر سبزینه آن خارج از آب است. گیاه غوطه ور ، در بستر ریشه دارد و کاملا در آب غوطه ور است. در حالی که ریشه گیاه شناور آزاد در آب غوطه ور است. در اکوسیستم های آبی ، فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) از نظر زیست شناختی فعال تر و از نظر کیفیت  آب تاثیر گذار تر از گیاهان آب رست هستند.

فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) معمولا نورخود پرورند که انرژی شان را از طریق فرآیند فتوسنتر  کسب می کنند. و به همین دلیل  مجبورند در منطقه نور زی زندگی کنند. طبق تعریف منطقه نورزی ، از سطح سترون آب شروع می شود و تا عمقی از آب که در آن بیش از 1 درصد شدت نور تابشی خورشید حضور داشته باشد. به بیان دیگر در منطقه نورزی کمتر از 99 درصد شدت نور تابشی خورشید جذب می شود.

فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) تمام میکروب های نورخود پرورد معلق را در برمی گیرند و از نظر تعداد مهم ترین گروه های آنها را سیانوباکتری ها (جلبک های آب- سبز) ، دیاتومه ها  و دینوفلاجیلات ها (dinoflagellate) تشکیل می دهند.

نمونه نتایج آزمایش بیولوژی آب

گاهی جمعیت جلبک های سبز ، جلبک های قهوه ای ،جلبک های طلایی و جلبک های زرد- سبز نیز قابل توجه است.

فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) برای رشد در منابع آب نیاز به نور خورشید دارند و در تاریکی رشد آنها متوقف می شود. هر عاملی که مانع نفوذ نور در آب شود(مثل کدورت آب) باعث کاهش رشد فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) می شود. دمای آب نیز روی رشد فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) تاثیر گذار است.به طوری که آهنگ رشدفیتوپلاکتون ها (گیادروایان) در بهار و تابستان افزایش و در فصول سرد کاهش می یابد.

در اکوسیستم های آبی ، معمولا غلظت برخی از منابع آبی برای رشد آبزیان کافی نیست که به آنها مغذی های محدود کننده گفته می شود. برای مثال  معمولا فسفر و نیتروژن ، محدود کننده رشد فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) و کنترل کننده جمعیت آنها در دریاچه ها هستند. معمولا فسفر و نیتروژن  از مسببین اصلی  بیش پرورش (یوتریفیکاسیون) در دریاچه ها محسوب می شود.

تاثیر فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) بر کیفیت آب

در منابع آب سطحی، گیادروایان به طور قابل ملاحظه ای بر pH ، غلظت اکسیژن محلول و غلظت دی اکسید کربن تاثیر گذارند. فوتوسنتز گیادروایان باعث مصرف CO₂ و تولید اکسیژن می­ شود. البته موجودات هوازی نیز، در نتیجه تنفس هوازی، اکسیژن مصرف و Co₂ تولید می ­کنند. در مجموع، در طول روز، معمولا تولید اکسیژن بیش از مصرف آن و مصرف CO₂ بیش از تولید آن است؛ در نتیجه، pH افزایش می­ یابد. در طول شب، فوتوسنتز متوقف می ­شود، ولی تنفس ادامه می ­یابد؛ در نتیجه، غلظت DO کاهش، غلظت CO₂ افزایش و pH کاهش می ­یابد. میزان نوسانات pH، غلظت DO و غلظت CO₂ ، در طول شبانه روز به جمعیت گیادروایان بستگی دارد.

دسترسی به نور با افزایش عمق کاهش می­یابد، در نتیجه، آهنگ فتوسنتز گیادروایان نیز با افزایش عمق کند می­شود؛ بدین دلیل، در بعد از ظهرها، غلظت DO و pH در لایه سطحی آب بیشتر از اعماق، و برعکس، غلظت CO₂ در اعماق بیشتر از سطح آب است.

گاهی در مواقع جلبک شکفی، گیادروایان، به طور ناگهانی می ­میرند که این موضوع باعث کاهش جدی غلظت DO می­ شود، زیرا، DO به مصرف باکتری­ های تجزیه گر بقایای گیادروایان مرده می­ رسند. در چنین مواقعی، غلظت DO ممکن است آن قدر کاهش یابد که موجب مرگ ماهیان شود. علت مرگ ناگهان گیادروایان دقیقا مشخص نیست، ولی مشاهده شده است که این پدیده معمولا در طول روز که غلظت DO و pH بالا و غلظت CO₂ پایین است، رخ می ­دهد.

وضعیت هوا به طور قابل ملاحظه­ ای بر غلظت DO تاثیر گذار است. در روزهای آفتابی، به دلیل وجود نور کافی، آهنگ فتوسنتز بیشتر از روزهای ابری است و بدین علت است که در غروب روزهای آفتابی غلظت DO به بیشترین مقدار خود می ­رسد. احتمال کمبود اکسیژن محلول آب در شب ­های متعاقب روزهای ابری، بیشتر از روزهای متعاقب روزهای آفتابی است.

از دیگر تاثیرات گیادروایان بر کیفیت آب، کاهش غلظت مواد مغذی و افزایش محتوای آلی است. مشاهده شده است که در دریاچه­ ها، در مواقع رشد سریع گیادروایان، غلظت فسفر و نیتروژن کمتر و غلظت مواد آلی بیشتر از مواقعی است که رشد گیادروایان کند است.

برخی از گونه­ های جلبکی برای جانوران و حتی برای انسان و دام سمی­ اند. تعدادی از سیانوباکتری­ ها باعث واکنش­ های آلرژی زا، مثل خارش پوستی می­ شوند. تعدادی از جلبک­ ها نیز ترکیبات بوزا، همچون ژنوسمین و 2 – متیل ایسوبورنتول تولید می ­کنند. جذب ترکیبات بوزا توسط آبزیان، اثر نامطلوبی بر کیفیت گوشت و در نتیجه تجارت آنها می ­گذارد. هر پدیده جلبک شکفی که از طرق مختلف، همچون تولید سموم، آسیب مکانیکی، کاهش غلظت DO و غیره اثرات منفی بر دیگر موجودات زنده بگذارد را جلبک شکفی پرزبان (HAB) می ­نامند. تعادی از اثرات منفی جلبک شکفی پرزبان عبارتند از: کشتار جانواران اقیانوسی، کشتار وسیع ماهیان و متعاقب آن کاهش ظرفیت ماهیگیری، کشتار پرندگان و حیات وحش مناطق ساحلی در اثر آشامیدن آب سمی، مسمومیت مستقیم انسان، زی انباشت سموم در زنجیره غذایی و مسمومیت غیر مستقیم انسان از طریق مصرف آبزیان آلوده.

اندازه گیری  فیتوپلاکتون ها (گیادروایان)

فراوانی گیادروایان در آب با روش­های زیر می­ توان برآورد کرد:

1. شمارش میکروسکوپی: با میکروسکوپ، تعداد گیادروایان در واحد حجم آب شمارش می ­شود.
2. تعیین غلظت کلروفیل a : کلروفیل a رنگدانه آبی سبز در موجودات فتوسنتزی است که موثرترین جذب را در محدوده ­های 400 تا   nm450 و 600تا nm 700 دارد. کلروفیل a در تمام گیاهان سبز وجود دارد و تقریبا یک تا دو درصد وزن خشک جلبک­های دارویی را تشکیل می ­دهد. تعیین غلظت کلروفیل a متداول­ترین روش برای برآورد فراوانی گیادروایان است.
3. تعیین اختلاق غلظت ­های DO در بطری ­های تاریک- روشن: از اختلاف غلظت­ های DO در دو بطری از نمونه با شرایط یکسان، یکی در تاریکی و دیگری در معرض تابش نور، میزان فتوسنتز گیادروایان برآورد می ­شود.
4. تعیین غلظت کل مواد جامد فرار (TVS) یا غلظت اکسیژن خواهی (BOD یا COD) یا غلظت کل کربن آلی (TOC): چون پخش عمده مواد آلی آب­های طبیعی را گیادروایان تشکیل می­ دهند اندازه گیری یکی از دو پارامترهای COD, BOD, TVS یا TOC می ­تواند نشانگر تقریبی برای برآورد فراوانی در گیادرویان باشد.
5. تعیین دید دیسک سکی: کاهش دید دیسک سکی می­ تواند نشانگر تقریبی برای افزایش فراوانی گیادروایان باشد، البته آزمایشگر باید سهم گیادروایان را از کل ذرات کدورت زا بداند تا بتواند سهم گیادروایان را روی مقدار دید دیسک سکی مشخص کند.

در منابع آب های سطحی ، فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) به طور قابل ملاحظه ای بر روی پی اچ ، اکسیژن محلول و کربن دی اکسید تاثیر دارند. در طول روز ، فتوسنتز فیتوپلاکتون ها (گیادروایان) باعث مصرف کربن دی اکسید  تولید اکسیژن می شود. البته موجودات هوازی نیز ، در نتیجه تنفس هوازی ، اکسیژن مصرف و  کربن دی اکسید تولید می کنند.

در سال ۱۹۰۸ میلادی سیستم پایروبی ارائه شد ، در این سیستم برای اولین بار از گیاهان و جانوران آبزی به عنوان شاخص های بیولوژیکی استفاده شد. امروزه تغییرات زیادی در این سیستم به وجود آمده است. از جمله منابع مورد استفاده شد. امروزه تغییرات زیادی در این سیستم  به وجود آمده است.

از شرایط اصلی اجرای آزمایش بیولوژی آب ،استفاده از ارگانیزم های شاخصی است که کاملا در محیط غالب بوده  و در محیط های مجاور موجود نبوده و یا به صورت بسیار محدود وجود دارند. بنابراین به طور معمول  ارگانیزم هایی انتخاب می شوند که:

1. به راحتی قابل شناسایی باشند.
2. جزو گیاهان و جانورانی باشند که در سطح جهان یافت می شود (به دلیل قابلیت تطبیق با شرایط محیطی متنوع در نقاط مختلف جهان)
3. سرعت تکثیر آنها نسبتا زیاد باشد.
4. در محیط به سادگی تکثیر و پروش یابد.

برای درجه بندی ساپروبی ، پروتوزئو ها ،به خصوص سیلیاته به عنوان نشانگر بیولوژیکی بسیار مناسب می باشند. این ارگانیزم ها به دلیل سطح زیاد سلول و حجم کم آن، در برابر شرایط محیطی بسیار عکس العمل نشان می دهند. به همین دلیل در کنار این ارگانیزم ها ، از جانوران تکامل یافته تر به عنوان مثل لارو حشرات، خرچنگ های ریز، صدف ها و ماهی ها نیز استفاده می شود. باید توجه داشت که استفاده از روتیفر ها کمتر توصیه شده است.

ارگانیزم ها در رودخانه ها به دلیل جریان آب حرکت کرده و در نقطه دیگری ساکن می شوند ، بنابراین ترکیب این توده های بیولوژیکی  ممکن است از نظر انواع گونه های موجود ، تعداد و همچنین تراکم نسبتا متفاوت بوده و تا زمانی که استاندارد در این زمینه منتشر نشده بود، روش  تقسیم چهار دسته ای ارگانیزم های نشانگر مورد استفاده قرار می گرفت و به هر ارگانیزم عدد ساپروبی S مربوط به خود تعلق می گرفت.