Тема 10

БІОІНДИКАЦІЯ, БІОТЕСТУВАННЯ, БІОМОНІТОРИНГ

Відхилення стану екосистем від природного стану під антропогенним впливом відслідковує екомоніторинг. Його складовою частиною є біомоніторинг, що розподіляється на біоіндикацію і біотестування.

Надчуттєві прилади і пристрої організмів досить досконалі: вони аналізують склад і конфігурацію молекул, електромагнітні поля, сейсмічну і сонячну активність, багато чого іншого. Такі властивості обумовлені особливостями будівлі біополімерів – головними чуттєвими субстанціям живих істот і рослин. Їхню дію в більшості випадків координують ферменти: у кожнім випадку вони різні по спрямованості і механізмові.

1. Біоіндикація середовищ

Сутність методу біоіндикації полягає в тім, що деякі види рослин і тварин (звичайно комахи, птахи, істоти, що плазують) під впливом фізичних або хімічних характеристик здатні змінювати зовнішність, розвиток і чисельність.

Переваги біоіндикації - у вимірі сумарного ефекту впливу техногенних забруднень на рослини і тварин, визначенні цього впливу в просторі і часі, що дає можливість розробити профілактичні заходи для цілей прогнозу і керування.

Специфічна біоіндикація має місце, якщо відбувається реакція індикатора на зміну фактора середовища, тобто виявляється специфіка дії середовища на індикатор. При неможливості однозначних висновків маємо неспецифічну біоіндикацію, цінність якої нижче, ніж специфічна.

Оскільки біоіндикація базується на кореляціях характеристик біологічного об'єкта з факторами довкілля, для оцінки значимості ефектів, що спостерігаються, необхідні еталонні стандарти. Їх підрозділяють на абсолютні і відносні. Абсолютні еталонні стандарти:

• Властивості об'єктів, що не знаходяться під впливом зовнішніх умов;

• Експериментальне виключення впливу фактора;

• Порівняння з історичними стандартами;

Відносні еталонні стандарти містять у собі:

• Кореляцію властивості об'єкта з просторовим і/або тимчасовим градієнтом фактора навколишнього середовища;

• Виявлення об'єкта зі слабким впливом (у малозмінному стані).

Необхідно також враховувати взаємовплив як факторів довкілля, так і різних організаційних рівнів біологічних систем. Окремі рівні по-різному оцінюють антропогенний вплив на довкілля, наприклад:

• Молекулярно-біологічний і біохімічний рівень. Зміст РНК особливих злаків під впливом гербіцидів змінюється, оскільки цей вплив викликає підвищення активності ферменту пероксидази;

• На екофізиологічному рівні звичайно визначають деякі характеристики процесів обміну речовин (як параметри фотосинтезу визначається кількість хлорофілу або вуглеводнів). В інших випадках контролюють кількість хлорофілу і/або протеїну в листах або втечах при впливі гербіциду;

• На популяційно-екологічному рівні оцінюють зміну щільності й області поширення популяції, коефіцієнт розмноження і смертності, зміну кількості біомаси в залежності від параметрів довкілля.

Контроль стану довкілля сучасними інструментальними аналітичними прийомами дозволяє визначити стан повітря, води або ґрунту, але тільки в момент відбору проб. Для оцінки сумарної кількості потрібен постійний відбір проб, аналіз і обробка результатів визначень.

Оцінка стану забруднення довкілля за допомогою організмів має перевагу в тім, що рослини або тварини відчувають на собі техногенні фактори й у такий спосіб визначають сумарний ефект. Однозначно визначити, що організм реагує саме на досліджувану речовину поки не можливо.

Різноманітність властивостей рослин-індикаторів дозволяє збільшити обсяг інформації про стан довкілля. При цьому розрізняють статичну і динамічну ознаки. Наприклад, присутність будь-якого виду індикатора, його форма - це статичні ознаки, а швидкість його росту або інших змін, що відбуваються, відносять до динамічних ознак.

Розподіл водоростей служить показником забруднення і санітарного стану вод у морях, річках і озерах. Біоіндикатором може бути фітопланктон. Його надмірний розвиток викликає евтрофікацію вод, що приводить до загибелі риби. Це походить від того, що у воді знаходиться деякий надлишок азоту і фосфору, що різко прискорюють розвиток рослин.

Деякі види водоростей зникають в міру наближення до забруднюючих джерел, а інші види, як наприклад ulva lactica поширена в умовах підвищеного забруднення вод. В устях стічних вод залишається лише бідна флора полісапробіонтних водоростей, що витримують значну концентрацію органічних речовин у воді і служать індикаторами сильно забруднених вод. Водорості бентосу є також індикаторами санітарного стану морських вод. У бухтах Чорного моря в чистих водах живуть десятки видів діатомей, що випадають в осад в міру забруднення води.

Лишайники здатні накопичувати радіоактивні елементи і мікроелементи. Вміст радіонуклідів у лишайниках може бути в 10 разів вище, ніж у трав'янистих рослин. У дніпровській воді в районі м. Дніпропетровська виявлені черепашки, що раніш водилися тільки на Чорноморському узбережжі. Це свідчить про підвищення змісту солей у дніпровській воді за останні час.

Постійними індикаторами ґрунтів, збагачених азотом, є рослини-нітрофіли, що рідко зустрічаються на ґрунтах зі зниженим змістом азоту. Рослини-галофіти (на Україні це «солерос») виростають на солончаках, морському узбережжі, регіонах із сухим кліматом.

Відомо, що при збільшенні забруднення повітря з початку засихають хвойні породи, потім деякі листяні. Дуже чуттєвий до забруднення атмосфери кедр сибірський. Лишайники при наявності в повітрі навіть невеликої кількості домішок технічних газів зникають. Біологічним показником забруднення повітря сірчистим димом в округах мідеплавильних заводів є відмирання внаслідок отруєння деревинно-чагарникової і мезофітной трав'янистої рослинності.

Отже, вивчення складу і стану рослинності дає можливість оцінити ступінь забруднення води, ґрунту і повітря в промислових регіонах. Інші достоїнства методів біоіндикації полягають у тому, що вони

• підсумовують біологічно важливі дані відносно довкілля;

• здатні реагувати на короткочасні викиди забруднювачів;

• реагують на швидкість змін, що відбуваються в довкіллі;

• вказують на місця нагромадження забруднювачів і шляхи їхньої міграції;

• дають можливість розробляти оцінки шкідливого впливу токсикантів і припустиме навантаження на екосистеми.

До недоліків методу біоіндикації відносять не можливість одержання інформації про об'єктивні, фізико-хімічні особливості стресора, що діє; вони звичайно мають потребу в більшій повторюваності для одержання статистично достовірних результатів.