Биоиндикация. 
Нормирование и снижение загрязнения окружающей среды

Согласно Методическим рекомендациям по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ, утвержденным распоряжением Росэкологии от 16.10.2003 № 460-р, степень отклонения среды от нормы определяется по состоянию населяющих ее живых организмов, которое, в свою очередь, определяется по нарушению стабильности развития наиболее массовых (фоновых) видов и оценивается по пятибалльной шкале.

Стабильность развития как способность организма к нормальному развитию (без нарушений и ошибок) является чувствительным индикатором состояния природных популяций и позволяет оценивать суммарную величину антропогенной нагрузки.

Методика основана на выявлении, учете и сравнительном анализе асимметрии у разных видов живых организмов по определенным признакам (табл. 9.6).

Оценка качества среды предполагает анализ наиболее обычных фоновых видов (модельных объектов) разных групп животных и растений.

Рекомендуются следующие критерии отбора модельных объектов: выбор представителей различных систематических групп, занимающих разное место в экосистемах;

— выбор видов, обычные миграции которых не выходят за пределы исследуемых территорий;

выбор относительно крупных организмов, которые в меньшей степени зависят от микробиотопических условий в пределах исследуемых местообитаний и пригодны для характеристики исследуемой территории в целом;

• — выбор фоновых видов для общей характеристики местообитания и возможности сбора необходимого материала на всех исследуемых участках в течение ограниченного промежутка времени;
• — выбор объектов для экстраполяции получаемых данных на человека.

Для оценки состояния наземных экосистем чаще всего используются следующие виды:

• — древесные растения — береза повислая, а также другие виды берез, произрастающие на территории РФ;
• — массовые виды мелких млекопитающих в большинстве местообитаний представлены рыжей полевкой или малой мышью, в условиях с большой антропогенной нагрузкой — полевой мышью.

Для характеристики водных экосистем:

• — наиболее обычные, массовые виды рыб — плотва, окунь, лещ;
• — земноводных — прудовая или озерная лягушка.

Таблица 9.6

Балльные оценки качества среды, но стабильности развития живых организмов

Минимальное необходимое и достаточное количество объектов для проведения оценки качества среды — по одному виду от каждой исследуемой группы наземных и водных организмов (растений, млекопитающих и т. д.).

Для этих объектов были разработаны шкалы балльных оценок состояния организма, но уровню стабильности развития (один из примеров — в табл. 9.7).

Таблица 9.7

Образец таблицы для обработки данных по оценке стабильности развития с использованием мерных признаков (промеры листа)

При исследовании выполняют следующие операции. Для измерения лист березы помещают перед собой брюшной (внутренней) стороной вверх. Брюшной стороной листа называют сторону листа, обращенную к верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Схема морфологических признаков, использованных для оценки стабильности развития березы повислой (Betula pendula):

• 1 — ширина левой и правой половинок листа. Для измерения лист складывают пополам, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки. Потом разгибают лист и по образовавшейся складке измеряется расстояние от границы центральной жилки до края листа; 2 — длина жилки второго порядка, второй от основания листа; 3 — расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;
• 4 — расстояние между концами этих же жилок; 5 — угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка

Затем следует расчет интегрального показателя флуктуирующей асимметрии в выборке. Затем по пятибалльной шкале оцениваются отклонения состояния организма от условной нормы (табл. 9.8).

Таблица 9.8

Оценка отклонения состояния организма от условной нормы.

Затем проводятся сравнение модельных площадок, выделенных на территориях с разной степенью антропогенного воздействия; сравнение выборок с одной и той же площадки, собранных в разное время для выявления возможного ухудшения или улучшения состояния организма. На этой основе делается вывод о качестве среды.

К основным индикаторам состояния окружающей среды относят следующие показатели состояния организмов (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Анализируемые показатели биотестов при биомониторинге.

Использование организмов-биоиндикаторов для контроля качества среды имеет целый ряд преимуществ:

• — выявление более широкого круга загрязняющих веществ;
• — возможность определения совместного действия на живые организмы различных загрязнителей;

возможность оценить последствия прежних воздействий на компоненты окружающей среды;

• — оценка мутагенности и биологической активности загрязняющих веществ;
• — контроль интегрального воздействия всей среды на тест-организмы;
• — определение скорости и направления неблагоприятных изменений в природных системах;
• — методы биомониторинга при правильной организации эффективны с экономической точки зрения и не требуют больших затрат на приобретение аппаратуры, а необходимая информация может быть получена довольно просто и оперативно.

Выбор объектов-биоиндикаторов проводят с учетом возможных типов воздействия (кратковременный залповый выброс, постоянные или переменные утечки нефти, нефтепродуктов, растворов солей, пожары) и типов реакции биологических систем на эти воздействия (гибель организмов, быстрые и значительные отклонения проявлений жизнедеятельности от нормы, «накопление» воздействий с последующим отложенным проявлением реакции).

Индикаторы разделяют на две группы: чувствительные («индикаторы активного мониторинга») используются для наблюдений в живой природе; индикаторы аккумуляции позволяют характеризовать химический состав окружающей среды.

В качестве объектов биологического мониторинга могут использоваться организмы с разными диапазонами толерантности (устойчивости к воздействиям). В зависимости от диапазона толерантности организмов изменяется видовой состав экосистемы: при незначительной устойчивости организмов в случае негативного воздействия численность их сокращается.

Объекты биомониторинга выбираются на разных уровнях организации живой материи (биохимический и физиологический, морфологический и поведенческий; популяционный; экосистемный). При этом объекты низших уровней используются в качестве специфических индикаторов, а более высоких уровней — как неспецифические. При выборе объектов должны выполняться требования относительной быстроты сбора информации, получения достоверных и воспроизводимых результатов. Кроме того, объекты должны находиться в достаточном количестве и с однородными свойствами, а погрешность получаемой информации должна быть незначительной.

Выбор объектов-индикаторов основан на анализе структурных и функциональных признаков. Структурные признаки включают: число видов растений и животных (либо абсолютное на учетных площадях и маршрутах, либо относительное в локальных флорах и фаунах), биомассу (относительная, на единицу площади или объема для фитопланктона); представительность и частоту встречаемости в разных биоценозах. К функциональным признакам относят: динамику накопления токсикантов; время жизни; биопродуктивность. Должны быть выбраны звенья трофической цепи, наиболее чувствительные к изменениям концентраций загрязняющих веществ. При выборе индикаторов предпочтение отдается не уязвимым организмам, а организмам, способным реагировать на изменение концентраций загрязняющих веществ.

Для биологических индикаторов накопления важнейшими факторами являются время жизни и период, в течение которого они находятся в данной среде: предпочтение отдается организмам с более короткой продолжительностью жизни (следовательно, более интенсивно протекающими обменными процессами и менее длительным периодом накопления). К таким индикаторам относят однолетние травы, грибы, мхи, отдельные виды насекомых, их личинки, моллюски. Кроме того, могут анализироваться отдельные ткани и органы птиц и млекопитающих (перья птиц, волосы млекопитающих). Виды со значительным временем жизни могут использоваться в качестве биоиндикаторов при необходимости оценки длительных воздействий. Возможен также контроль состояния биологических объектов, находящихся на определенной стадии развития (например, личинки) или в течение определенного сезона (для мигрирующих животных).

В целом к биоиндикаторам предъявляются следующие требования^х

— доступность на большом спектре местообитаний на протяжении всего года;

нахождение на небольшой территории и отсутствие способности к сильной миграции;

• — питание в загрязненной системе и высокий уровень метаболизма;
• — быстрое чередование генераций;
• — легкое выведение в лабораторных условиях (для проведения контроля).

Так, для биомониторинговых исследований очень удобно ценологическое изучение почвенной фауны.