Биоиндикация — метод оценки состояния среды¶

Биоиндикация — метод оценки состояния окружающей среды, основанный на использовании живых организмов (биоиндикаторов) как индикаторов качества среды. В отличие от химического анализа, который фиксирует концентрации загрязняющих веществ в конкретный момент, биоиндикация отражает совокупное воздействие факторов среды за определённый период, поскольку организмы накапливают и «записывают» информацию о состоянии экосистемы в своём физиологическом, морфологическом и генетическом состоянии.

¶Основные понятия

Биоиндикатор — организм, вид или сообщество, наличие, отсутствие, численность или состояние которого даёт информацию о качестве среды. Организм-индикатор реагирует на загрязнение изменением выживаемости, репродуктивной способности, морфологии, биохимических показателей или накоплением определённых веществ в тканях.

Различают три близких метода:

• Биоиндикация — оценка состояния среды по реакции организмов на естественное загрязнение без искусственного вмешательства.
• Биотестирование — определение токсичности среды в контролируемых лабораторных условиях с помощью тест-объектов.
• Биомониторинг — длительное систематическое наблюдение за изменениями среды по биологическим показателям.

¶Принципы метода

Биоиндикация опирается на несколько положений:

1. Индикаторный принцип. Реакция организмов на факторы среды количественно или качественно связана с интенсивностью воздействия.
2. Интегративность. Живой организм реагирует на суммарный эффект всех факторов, включая синергические и антагонистические взаимодействия загрязнителей, что недоступно приборному анализу.
3. Разная чувствительность видов. Сообщество содержит виды с широким диапазоном толерантности, что позволяет оценивать как слабое, так и сильное загрязнение.
4. Пространственная привязка. Организмы-индикаторы локализованы в месте обитания, поэтому отражают именно локальное состояние среды.

¶Объекты биоиндикации

В качестве индикаторов используют организмы разных систематических групп:

Лишайники и мхи традиционно используются для оценки загрязнения атмосферы: они лишены устьиц и кутикулы, впитывают влагу и растворённые вещества всей поверхностью, накапливают тяжёлые металлы в концентрациях, многократно превышающих фоновые. Дождевые черви — индикатор состояния почв: их численность и видовой состав резко меняются при химическом загрязнении. Гидробионтами (дафниями, личинками комаров-звонцов, водорослями) оценивают качество пресных вод.

¶Показатели

По организмам-индикаторам измеряют:

• Физиологические — выживаемость, репродуктивная способность, скорость роста, ферментативная активность.
• Биохимические — активность ферментов (холинэстеразы, каталазы), содержание белков, липидопероксидация.
• Морфологические — наличие уродств, изменение размеров, повреждения покровов.
• Популяционные — численность, плотность, возрастная структура, соотношение полов.
• Генетические — частота мутаций, хромосомные аберрации, микронуклеусы (микронуклеусный тест).
• Накопление веществ — концентрация тяжёлых металлов, пестицидов, радионуклидов в тканях (биоаккумуляция).

¶Применение

Биоиндикация применяется в следующих областях:

• Оценка загрязнения атмосферы. Картографирование загрязнения по лишайниковым сообществам (лишайниковая индикация) используется в лесной патологии и городской экологии.
• Мониторинг водных экосистем. Индекс Saprobity (Saprobindex) оценивает органическое загрязнение рек и озёр по составу беспозвоночных и водорослей. В России методика широко применяется при санитарно-гигиеническом надзоре за водными объектами.
• Оценка почв. Червячные индексы (по численности и разнообразию дождевых червей) используются в сельском хозяйстве и при рекультивации.
• Геохимический поиск месторождений. Накопление редких элементов растениями и микроорганизмами помогает выявлять аномалии полезных ископаемых.
• Оценка последствий аварий. После Чернобыльской катастрофы (1986) биоиндикация применялась для картирования радиоактивного загрязнения по накоплению радионуклидов в лишайниках, мхах, грибах и мясе оленей.
• Горное дело и промышленность. Оценка воздействия хвостохранилищ, шламохранилищ и выбросов металлургических производств.

¶Преимущества и ограничения

Преимущества:

• Интегральная оценка суммарного воздействия всех факторов.
• Относительная дешевизна по сравнению с приборным мониторингом.
• Возможность оценить ретроспективное воздействие (по накопленным веществам в тканях и годичным кольцам деревьев).
• Пространственная привязка к точке обитания.

Ограничения:

• Задержка реакции: организмы реагируют медленнее, чем приборы, поэтому метод не подходит для оперативного контроля аварийных выбросов.
• Влияние естественных факторов (климат, почва, конкуренция) затрудняет разделение антропогенного и природного воздействия.
• Трудность стандартизации: реакция видов варьирует в зависимости от региона и условий.
• Необходимость таксономической экспертизы.

¶История

Идея использования организмов как индикаторов загрязнения возникла в XIX веке: в 1860-е годы в Великобритании отмечали исчезновение лишайников и мхов на стволах деревьев вблизи промышленных городов, что связали с выбросами сернистого газа. В 1892 году немецкий ботаник Якоб Леттсом ввёл понятие «индикаторных видов». В СССР и России метод развивался в работах по геоботанике, гидробиологии и санитарной охране природы; в 1970–1980-е годы были разработаны стандартные методики индикации загрязнения воздуха, воды и почв, включая индекс Сапробности и систему лесопатологического мониторинга.

¶Исторические источники

• Реймерс Н. Ф. Экология: теории, законы, правила, принципы и гипотезы. — М.: Россия молодая, 1994.
• Патерсон С., Сандерс Д. Биоиндикация в наземных экосистемах. — М.: Мир, 1980.
• Индикаторы природной среды / под ред. Н. Ф. Реймерса. — М.: Мысль, 1988.
• Сапробиологический мониторинг пресных вод / под ред. В. А. Ясевич. — М.: Наука, 1989.