Биологический мониторинг

Под экологическим мониторингом следует понимать регулярно выполняемые по заданной программе наблюдения за состоянием природных сред, природных ресурсов, здоровья населения, позволяющие выявить происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности.

Наблюдение и исследование состояния природных сред можно производить различными способами, в том числе с помощью живых организмов, по реакции которых можно, в большинстве случаев, определить характер и степень загрязнения той или иной среды. Исследование состояния воздушной, почвенной и водной сред с помощью живых организмов называется биологическим мониторингом или биотестированием (биоиндикацией).

Учение о растительных индикаторах находится в тесной взаимосвязи с развитием ряда смежных наук, особенно с экологией почв и географией растений. Впервые экологическую характеристику условий произрастания растений дали античные авторы. Подобные сведения можно встретить в сочинениях Феофраста (327-287 гг. до н. э.), Катона (234-149 гг. до н. э.), Плиния Старшего (79-23 гг. до н. э.). Значение растительных указателей почв подчеркивал Колумелла (I век н. э.). Он писал, что «рачительному хозяину подобает по листве деревьев, по травам или по уже поспевшим плодам иметь возможность здраво судить о свойствах почвы и знать, что может хорошо на ней расти». Уяснение взаимосвязей «почва – растение», наверное, самое первое утилитарное понятие сути индикации, усвоенное первыми земледельцами. По мере развития наук, расширения кругозора, разработки методов исследований характер взаимосвязей принял облик научно обоснованных закономерностей, законов. С ростом цивилизации и, особенно, интенсификацией сельскохозяйственного производства роль биоиндикатирования резко возросла.

Изучение экологии и географии растений в XVII – XVIII вв. приносит новые научные сведения об экологической приуроченности растительности (Трагус, Кордус в Германии, Ломоносов в России, европейские путешественники в разных странах).

Основоположником учения о растительных индикаторах почв можно считать Ф.И. Рупрехта (1866), который в своем геоботаническом исследовании писал, что «свойство растительного слоя зависит от рода его покрова».

Дальнейшее развитие учения о растительных индикаторах было подготовлено крупными географическими исследованиями конца XIX века. Разработанные В.В. Докучаевым принципы «естественно-исторической эволюции почв» (1898) явились теоретической и практической основой широкого развития учения об индикаторных свойствах растительности.

Наиболее фундаментальным и выдающимся трудом явилась работа Ф. Клементса (Clements, 1920), положенная в основу учения о растительных индикаторах как одного из направлений ботанической географии. Более современные сводки по растительным индикаторам почв дают труды Л.Г. Раменского (1938, 1956), Г. Элленберга (Ellenberg, 1950, 1952), А.А Крюденера (Kruedener, 1951), И.В. Ларина (1953). Вопросы общей систематизации в теории растительных индикаторов рассматриваются в работах Ткалича С.М. (1952), Викторова С.В. (1953), Виноградова Б.В. (1957), Петрова В.С.(1960).

В начале нового тысячелетия, когда естественная природная обстановка трансформируется в новом витке эволюции – антропогенезе, что сопровождается изменением эколого-геохимического состояния почв и биохимического – растений, проблема индикации, оценки сопряженного изменения этих объектов природной среды особенно актуальна.

Метод фитоиндикации может быть применим на всех стадиях мониторинга окружающей среды (таблица 1).

Таблица 1 – Система наземного мониторинга окружающей среды (И.П. Герасимов, с изменениями)

Индикатор (лат. Indico – указываю, определяю) – указатель. По Н.Ф. Реймерсу, биоиндикатор – это:

1) группа особей одного вида организмов или сообщество, по наличию или состоянию которых, а также поведению судят о биоэкотопических изменениях в среде, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей;

2) вид или сообщество, присутствие которых указывает на геохимические особенности среды, обусловленные наличием полезных ископаемых.

Таким образом, индикатор условий внешней среды – термин, относящийся, главным образом, к живым организмам-биоиндикаторам или индикаторным сообществам как показателям общего состояния окружающей среды, включающим физические, химические, биологические и иные факторы, их интенсивность, соотношение между собой, скорость и степень изменения.

Прямыми индикаторами называются такие, присутствие которых непосредственно определяется наличием данного объекта индикации и зависит от него.

Косвенные индикаторы не имеют прямой связи с объектом индикации, но приурочены к какому-либо промежуточному условию, которое сопряжено с объектом индикации.

К индикаторным признакам относятся: флористические (различия в видовом составе); физиолого – биохимические (характеристики химического состава, обмена веществ, их аномалии, особенности состава пигментов, определяющих цвет растений); эколого – физиологические, в частности, отношение к воде, засолению почв, характеру субстрата и т.д. (выявление ксерофитов, мезофитов, галофитов, петрофитов и др.); морфологические (размеры, особенности внешнего и внутреннего строения растений, в частности, ветвления, искривлений и других отклонений, ширина годичных колец и др.); эколого-морфологические (особенности жизненных форм); онтогенетические признаки (особенности фенологии, длительность развития); ассоциированность видов; структура сообществ (особенности сложения ярусов, микрогруппировок, микро-фитоценозов); взаимоотношения и динамика сообществ в пространстве и во времени (экологодинамические, эколого-генетические ряды, сукцессии) и др.