Биологический мониторинг

Под биологическим мониторингом следует понимать систему наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения.

Основной объект наблюдения данного вида мониторинга - отклики биологических систем разного уровня и факторы среды, воздействующие на них. Первоочередная задача - наблюдение за уровнем загрязнения биоты, при которой отклики или биологические последствия, связанные с воздействием загрязнений, регистрируются в рамках специальных подпрограмм.

Биологами накоплен большой объем информации о функционировании биологических систем как в норме, так и в случае отрицательного воздействия антропогенных факторов. Структура программы биологического мониторинга состоит из отдельных подпрограмм, составленных на основе уровней организации биологических систем. Так, субклеточному уровню организации биоты соответствует генетический мониторинг, клеточному - биохимический, организменному - физиологический, популяционному и биоценологическому (сообщества) - экологический биомониторинг. Кроме перечисленных, существуют подпрограммы мониторинга загрязнения биоты, продуктивности биосферы, исчезающих или находящихся на грани исчезновения видов.

Для каждой подпрограммы биомониторинга разрабатывается своя методика наблюдений и устанавливается определенный набор функциональных характеристик. Например, в программах биомониторинга на организменном уровне используются такие показатели как питание, дыхание, выделение и азотный баланс, рост, воспроизводство, состав крови, показатели поведения организмов. В программах биомониторинга на популяционном уровне - это ростовые показатели, воспроизводство, распределение и обилие видов, структура популяции.

Параметры популяционного уровня широко используются для мониторинга летальных и сублетальных концентраций загрязняющих веществ в зависимости от целей программ мониторинга и специфики контролируемых систем. При этом выбранные для наблюдения популяции должны быть частью систем, подвергающихся наибольшему воздействию со стороны загрязняющих веществ.

Отбор видов для данного вида мониторинга является сложной задачей, поскольку для отбора видов необходимы подробные данные о биоте изучаемого района. Объектом наблюдения может быть любая группа организмов: от микрофлоры до мегафауны и морских птиц. Предпочтение отдается видам, чувствительным к потенциальным загрязнениям (даже если они имеют ограниченное экологическое и промысловое значение), представляющим различные трофические уровни, а также ключевым видам, если их роль в сообществе известна. Трудности отбора связаны с особенностями поведения организмов в зависимости от сезона, возраста и миграции во время приливов. При отборе видов учитывают их пространственное распределение и подвижность. Подвижность выбранного вида должна быть невысокой, чтобы иммиграция и эмиграция не влияли на конечные результаты. Предпочтительны виды, ведущие оседлый образ жизни, так как если подвижность вида высокая, данные о структуре популяции и росте будут малоценными, поскольку продолжительность воздействия загрязняющего вещества на них окажется неизвестной из-за возможного избегания мест загрязнения. Виды бентосных систем используются чаще, так как они с пространственной и временной точек зрения менее изменчивы.

Биомониторинг на уровне сообщества. Напомним, что под сообществом обычно понимают ассоциацию популяций, которые взаимодействуют как между собой, так и с окружающей средой. В качестве показателей биомониторинга сообществ выступают биомасса, обилие, видовое разнообразие, число высших таксонов, трофическая структура, а также результаты сравнения сообществ.

В качестве критериев оценки экологического состояния популяций и сообществ выступают структурные и функциональные показатели, характеризующие состояние растительного и животного населения. Под структурными показателями в мониторинге сообществ являются число особей и список видов в сообществе, их изменчивость в пространстве и во времени. Функциональная характеристика сообщества включает качество и количество энергии, протекающей через сообщество.

Оценка воздействия загрязяющих веществ на экосистемном уровне сводится к использованию данных, полученных для уровней популяции или сообществ, из которых оно состоит. Однако эта оценка может оказаться неполной, так как при таком подходе могут отсутствовать данные об изменении важных переменных, характеризующих состояние экосистемы как самостоятельной субъединицы иерархической структуры живого.

Структурной основой экосистемы являются неорганические и органические вещества, факторы среды (температура, свет, ветер и др.), продуценты, консументы и редуценты. Сложные взаимозависимые процессы функционирования экосистемы осуществляется за счет потока энергии, пищевых цепей, круговорота питательных веществ, изменения разнообразия, развития и эволюции во времени и пространстве.

При мониторинге экосистем необходимо выявить чувствительные звенья экосистемы, по которым можно было бы судить о его состоянии. Другим не менее важным подходом является создание имитационных моделей экосистем.

Контроль за изменением популяций и биоценозов и их функционированием под влиянием разных видов антропогенного воздействия проводится в стационарах как на эталонных участках, так и на территориях, подверженных антропогенному воздействию. Особый интерес представляют наблюдения за аккумуляцией растениями и животными химических веществ, выделяемых в процессе промышленного производства, при аварийных выбросах или применяемые в сельском и лесном хозяйстве. Прослеживается их миграция по цепям питания и распределением по трофическим уровням в биоценозах, расположенных в различных природных зонах.

С точки зрения информативности, все подпрограммы биологического мониторинга одинаково ценны и не имеют преимуществ друг перед другом, однако в настоящее время больше внимания уделяется экологическому мониторингу.

Важными функциями биомониторинга является разработка систем раннего оповещения, диагностика и прогнозирование изменения биологических сообществ.

При разработке систем раннего оповещения необходим отбор подходящих организмов и создание автоматизированных устройств, позволяющих достаточно четко выявлять реакцию биоты на антропогенные изменения окружающей природной среды. Такие устройства могут быть использованы для определения качества воды в водоемах и получения оперативной информации о возникновении опасной токсикологической ситуации.

Диагностический блок мониторинга предполагает обнаружение, идентификацию и определение концентрации загрязняющих веществ в биотической составляющей на основе широкого использования организмов-мониторов.

Данные диагноза служат информационной базой для прогнозирования эволюции живых организмов. Прогнозирование позволяет установить скорости накопления загрязняющих веществ, пути их миграции по цепям питания и в конечном итоге определить будущее состояние биологических объектов и среды их обитания.