Методы биоиндикации и биотестирования среды обитания

Оценка устойчивости природных экосистем к различным видам загрязняющих веществ проводится методами биотестирования и биоиндикации (Беккер, 1989; Дикарев, 1999; Акимова, 2001; Дьяченко, 2003 и др.). По мнению С.С. Тимофеевой (2002), биотестирование – это экспериментальная оценка влияния загрязнителей на живой организм из фоновых чистых районов. Г.И. Дьяченко (2003) дает следующее определение понятию биотестирование как оценка качества среды обитания при активном вмешательстве в природные процессы путем постановки эксперимента в природных или лабораторных условиях. Суть биотестирования сводится к определению последствий взаимодействия подопытных организмов (тест-объектов) с испытываемой средой. О степени вредного воздействия среды судят, сопоставляя изменения характеристики тест-объектов при различной продолжительности опыта в изучаемых средах. Например, для водной среды.

Наиболее перспективным в биологическом мониторинге водной среды является использование гидробионтов для целей оценки ее качества. При этом в процессе биотестирования дается экспериментальная оценка влияния воды, содержащей загрязнения, на стандартную культуру гидробионтов или организм из чистого района.

В настоящее время состояние биоиндикации характеризуется следующими важнейшими особенностями:

• признание важности использования биоиндикаторов на всех уровнях организации живого;

• предпочтение интегрированных показателей состояния биологических систем;

• рост шкал исследования из-за понимания, что локальная угроза может стать региональной и биосферной;

• переход от точки зрения, что оптимальным является состояние природы до вмешательства человека, к распознаванию многих «приемлемых» состояний под влиянием человека;

• понимание необходимости распознавать ранние симптомы нарушения, пока расходы на восстановление не стали слишком велики.

Метод оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем часто называют биоиндикацией.

Биоиндикация – это обнаружение и определение антропогенных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ. В соответствии с этим организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называются биоиндикаторами. Они позволяют определять скорость происходящих изменений, пути и места скопления в экосистемах различных токсикантов, делать выводы о степени опасности для человека и биоты конкретных веществ или их сочетаний.

Биоиндикация может осуществляться на различных уровнях организации живого организма (клетка, орган, организм, популяция, биоценоз). Обычно с повышением уровня организации биологических систем возрастает и их сложность, так как одновременно все более усложняются их взаимосвязи с факторами местообитания.

Значительное место среди тест-объектов, которые нашли широкое применение с целью биологической индикации, по праву принадлежит растениям. Не имея возможности перемещаться в пространстве и тем самым уклоняться от влияния окружающей среды, они беспрерывно попадают под влияния неблагоприятных факторов, в связи с чем и могут быть использованы в качестве интегральных тест-систем, которые отображают суммарное воздействие экологических токсикантов (Паушева, 1988; Горовая, и др.и др., 1996, 2003 и др.). На основании полученных результатов можно рассчитать УПП (условный показатель повреждаемости) биопараметра, который вызван неблагоприятными техногенными факторами.

Таким образом, биоиндикация – это оценка качества среды по состоянию тех или иных представителей биоты, осуществляемая путем наблюдения за ними. Объектами таких наблюдений (биоиндикаторами) могут служить биосистемы любого уровня организации. Оценка качества среды производится по биоиндикаторным признакам – тем характеристикам наблюдаемых биосистем, которые наиболее полно и точно отражают степень их благополучия.

По мнению А.И. Федоровой, А.Н. Никольской (2001), выделяются три уровня биоиндикации:

1. Биохимические и физиологические реакции (изменение различных процессов и накопление определенных токсикантов в органах);

2. Анатомические, морфологические, биоритмические, поведенческие реакции;

3. Флористические, фаунистические изменения.

При биоиндикации и биотестировании с целью количественного изучения и нормирования реакций биосистем на факторы окружающей среды используются следующие основные понятия:

1. Пространство лимитирующих экологических факторов;

2. Функция отклика биосистемы на экологические факторы.

3. Функция благополучия биосистемы от экологических факторов.

4. Изобола (от греческого – равное изменение). Изобола характеризует совокупность всех сочетаний значений факторов, оказывающих на биосистему равносильное воздействие, т.е. обуславливающих определенное постоянное значение функций благополучия. Актуальность биоиндикации обусловлена также простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды. Например, при засолении почвы в городе листья липы по краям желтеют еще до наступления осени.

Выявить такие участки можно, просто осматривая деревья. В таких случаях биоиндикация позволяет быстро обнаружить наиболее загрязненные местообитания.