Виды и методы биоиндикации

По современным представлениям биоиндикаторы - организмы, при­сутствие, количество или особенности развития которых служат показа­телями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. (Биоиндикация - метод, который позволяет судить о со­стоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов.

Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объ­ектами биоиндикации. Ими могут быть как определенные типы природ­ных объектов (почва, вода, воздух), так и различные свойства этих объек­тов (механический, химический состав и др.) и определенные процессы, протекающие в окружающей среде (эрозия, дефляция, заболачивание и т. п.), в том числе происходящие под влиянием человека. При выборе биоиндикаторов один из крупнейших американских экологов Ю. Одум предлагает учитывать следующие соображения. 1. Стенотопные виды (то есть виды, приспособленные к существова­нию в строго определенных условиях), более редкие в сообществах, как правило, являются лучшими индикаторами, нежели эвритопные (широко распространенные, обладающие широким диапазоном экологической вы­носливости).

2. Более крупные виды являются обычно лучшими индикаторами, чем мелкие, так как скорость оборота последних в биоценозах выше и они могут не попасть в пробу в момент исследований (при наблюдениях с дли­тельной периодичностью).

3. При выделении вида (или группы видов), используемого в качестве индикатора воздействия того или иного фактора, необходимо иметь поле­вые и экспериментальные сведения о лимитирующих значениях данного фактора с учетом возможных компенсаторных реакций организма и толе­рантности вида (группы видов),

4. Численное соотношение разных видов (популяций или сообществ) более показательно и является более надежным индикатором, нежели чис­ленность одного вида («...целое лучше, чем часть отражает общую сум­му условий»).

Биоиндикационные исследования подразделяются на два уровня: ви­довой и биоценотический. Видовой уровень включает в себя констатацию присутствия организма, учет частоты его встречаемости, изучение его анатомо-морфологических, физиолого-биохимических свойств. При биоценотическом мониторинге учитываются различные показатели разнооб­разия видов, продуктивность данного сообщества.

Существуют различные виды биоиндикации. Если одна и та же реакция вызывается различными факторами, то говорят о неспецифической био­индикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только с одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации. Например, лишайники и хвойные деревья могут характеризовать чистоту воздуха и наличие промышленных загрязнений в местах их произраста­ния. Видовой состав животных и низших растений, обитающих в почвах, является специфическим для различных почвенных комплексов, поэтому изменения этих группировок и численности видов в них могут сви­детельствовать о загрязнении почв химическими веществами или изме­нении структуры почв под влиянием хозяйственной деятельности.

Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции. Регистрирующая биоин­дикация позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свой­ство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пище­вой цепочки, может достигать 100-300 ПДК). В соответствии с этими ме­тодами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы.

Регистрирующие биоиндикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждени­ем тканей, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью), изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками. В качестве примера регистрирующих биоиндикаторов можно назвать лишай­ники, хвою деревьев (хлороз, некроз) и их суховершинность. Однако с по­мощью регистрирующих биоиндикаторов не всегда возможно установить причины изменений, то есть факторы, определившие численность, распро­странение, конечный облик или форму биоиндикатора. Это один из основ­ных недостатков биоиндикации, поскольку наблюдаемый эффект может порождаться разными причинами или их комплексом.

Накапливающие индикаторы концентрируют загрязняющие вещества в своих тканях, определенных органах и частях тела, которые в последую­щем используются для выяснения степени загрязнения окружающей сре­ды при помощи химического анализа. Примером подобных индикаторов могут служить хитиновые панцири ракообразных и личинок насекомых, обитающих в воде, мозг, почки, селезенка, печень млекопитающих, рако­вины моллюсков, мхи.

Какой бы современной ни была аппаратура для контроля загрязнения и определения вредных примесей в окружающей среде, она не может срав­ниться со сложно устроенным «живым прибором». Правда, у живых прибо­ров есть серьезный недостаток - они не могут установить концентрацию какого-либо вещества в многокомпонентной смеси, реагируя сразу на весь комплекс веществ. В то же время физические и химические методы дают количественные и качественные характеристики фактора, но позволяют лишь косвенно судить о его биологическом действии. С помощью биоиндикато­ров можно получить информацию о биологических последствиях и сделать только косвенные выводы об особенностях самого фактора.

Мониторинг с применением накапливающих биоиндикаторов зачастую требует применения сложных и дорогостоящих приборов, оборудования, трудоемких методик, что под силу только специальным лабораториям. Но в основном методы биоиндикации не требуют значительных затрат труда, сложного и дорогостоящего оборудования, а поэтому могут широко использоваться в школьном экомониторинге.

Наиболее конструктивно использовать биоиндикаторы одновременно с инструментальным контролем за состоянием окружающей природной среды, применяемым при локальном мониторинге источников или объек­тов загрязнения.

Методы биоиндикации, позволяющие изучать влияние техногенных загрязнителей на растительные и животные организмы, на неживую при­роду, являются наиболее доступными для школьников. В главах 5-7 дан­ной книги описаны некоторые методики исследований, включенных в про­грамму школьного экологического мониторинга, с использованием биоин­дикаторов состояния окружающей среды.