Тема 6. Биомониторинг. Биоиндикация. Формы биоиндикации.

Биомониторинг как часть системы экологического мониторинга. Критерии качества окружающей среды контролируемые с помощью биомониторига. Критерии необходимости применения биоиндикационных методов. Критерии выбора и типы биондикаторов. Биоиндикация на разных уровнях живого.

Краткий конспект лекций

Лекция №7.

БИОМОНИТРИНГ.

Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга - слежения за состоянием окружающей среды по физическим, химическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.

Лучше других отработана система биомониторинга водной среды. Росгидромет использует классификатор качества вод, включающий шесть классов. Оценивают показатели донных беспозвоночных, перифитона (обитатели водных растений), фито-, зоо- и бактериопланктона.

В 1990 г. экономическая комиссия Европы под эгидой ООН приняла программу интегрированного мониторинга окружающей среды по следующим группам показателей (в скобках указано их количество): общая метеорология (6), химизм воздуха (3), химизм почвенных и подземных вод (4), химизм поверхностных вод (4), почва (6), биологические показатели (11).

Среди отслеживаемых показателей видное место заняли биологические индикаторы: эпифитные лишайники, напочвенная растительность, кустарниковая и древесная растительность, проективное покрытие деревьев, биомасса деревьев, химический состав хвойных игл, микроэлементы в хвое, почвенные ферменты, микориза, скорость разложения растительных остатков и один из прочих методов биомониторинга по выбору.

Наиболее развиты системы регионального мониторинга в Германии и в Нидерландах. Так по одной из применяемых систем мониторига предлагается оценка следующих показателей:

• степени дефолиации (преждевременной потери листвы) бука, ели и пихты;

• состава поллютантов в листьях и хвое;

• сукцессии (закономерной смены) травянистой растительности;

• жизненности травостоя и содержания в нем поллютантов;

• площади покрытия эпифитных лишайников;

• численности коллембол (мелких почвенных членистоногих) и наземных моллюсков;

• аккумуляции поллютантов в дождевых червях.

Результаты мониторинга представляют в виде таблиц и графиков. К числу удачных способов относится метод «Амебы». Рисуют круг, который делят линиями на равные секторы по числу измеряемых показателей. Линия окружности означает их нормальные значения. Показатели могут быть химическими (содержание тяжелых металлов, фосфора и т.д.), физическими (уровень фунтовых вод, мутность и пр.) и биологическими (численность, разнообразие и другие характеристики биоиндикаторов). Далее в каждом секторе закрашивают площадь, пропорциональную значениям соответствующего показателя. Линии могут выходить за пределы круга, если значения «зашкаливают», тогда у «Амебы» появляются «выросты-ложноножки». Результаты мониторинга, представленные в виде ряда таких рисунков, наглядно выявляют направление «движения Амебы» и, соответственно, направление изменений в экосистеме.

Биоиндикация - это оценка состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы) - это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может проводиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и тд), так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ).

Существуют, по крайней мере, три случая, когда биоиндикация становится незаменимой:

1. Фактор не может быть измерен.

2. Фактор трудно измерить.

3. Фактор легко измерить, но трудно интерпретировать

Физические и химические методы дают качественные и количественные характеристики фактора, но лишь косвенно судят о его биологическом действии. Биоиндикация, наоборот, позволяет получить информацию о биологических последствиях изменения среды и сделать лишь косвенные выводы об особенностях самого фактора. Таким образом, при оценке состояния среды желательно сочетать физико-химические методы с биологическими. Актуальность биоиндикации обусловлена также простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды.

Биоиндикация может быть специфической и неспецифической. В первом случае изменения живой системы можно связать только с одним фактором среды, например, высокая концентрация в воздухе озона вызывает появление на листьях табака серебристых некорозных пятен. Во втором случае различные факторы среды вызывают одну и ту же реакцию. Например, снижение численности почвенных беспозвоночных может происходить и при различных видах загрязнения почвы, и при вытаптывании, и в период засухи и по другим причинам.

При другом подходе различают прямую и косвенную биоиндикацию. О прямой биоиндикации говорят, когда фактор среды действует на биологический объект непосредственно. При косвенной биоиндикации фактор действует через изменение других (абиотических или биотических) факторов среды.

Биоиндикаторы - это биологические объекты (от клеток и биологических макромолекул до экосистем и биосферы), используемые для оценки состояния среды. Когда хотят подчеркнуть то, что биоиндикаторы могут принадлежать к разным уровням организации живого, употребляют термин «биоиндикаторные системы»

Критерии выбора биоиндикатора

• быстрый ответ,

• надежность (ошибка <20%),

• простота,

• мониторинговые возможности (постоянно присутствующий в природе объект)

Типы биоиндикаторов:

1. Чувствительный. Быстро реагирует значительным отклонением показателей от нормы

2. Аккумулятивный. Накапливает воздействия без проявляющихся нарушений.

Биоиндикаторы принято описывать с помощью двух характеристик специфичность и чувствительность

При низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы, при высокой - только на один. При низкой чувствительности биоиндикатор отвечает только на сильные отклонения фактора от нормы, при высокой - на незначительные

Тест-организмы - это биоиндикаторы (растения и животные), которых используют для оценки качества воздуха, воды или почвы в лабораторных опытах. Одно из основных требований к тест-организмам - это возможность получения культур из генетически однородных организмов. В таком случае отличия между опытом и контролем с большей вероятностью могут быть отнесены на счет нарушающего фактора, а не индивидуальных различий между особями.

Отклонение характеристик биоиндикатора в нарушенной среде необходимо сравнить с нормой или «контролем» В зависимости от ситуации используют разные подходы.

1. Сравнение с характеристиками объекта вне зоны воздействия..

2. Сравнение с результатами эксперимента.

3. Сравнение с характеристиками объектов в прошлом до воздействия человека (исторические стандарты)..

Биоиндикация может осуществляться на всех уровнях организации живого биологических макромолекул, клеток, тканей и органов, организмов, популяций (пространственная группировка особей одного вида), сообществ, экосистем и биосферы в целом.

На низших уровнях биоиндикации возможны прямые и специфические формы биоиндикации, на высших - лишь косвенные и неспецифические. Однако именно последние дают комплексную оценку влияния антропогенных воздействий на природу в целом.

Литература: 1, 5, 7, 11, 12.