Экологический мониторинг и биоиндикация

Знание тех или иных особенностей видов живых организмов, изменения параметров абиотических и биокосных компонентов экосистем и закономерностей функционирования последних позволяет использовать их для оценки тенденций изменения как отдельных экосистем, так и всей биосферы.

Эти знания лежат в основе экологического мониторинга, т. е. системы слежения и контроля за состоянием экосистем и их отдельных компонентов. Его задача — выяснение тенденций и закономерностей изменения экологических систем разного ранга, оценка переспектив их развития и разработка предложений по управлению экосистемами и популяциями. При наличии достаточно длинных временн* х рядов данных (в первую очередь — по толерантности отдельных видов, особенно эдификаторов, о строении и динамических особенностях экосистемы) возможно прогнозирование долгосрочных изменений.
Наблюдения за отдельными видами живых существ и состоянием некоторых сообществ — часто самый простой путь оценки изменений в экосистеме в целом. Изменение морфологии, численности, распределения нередко четко отражает перестройки на экосистемном уровне, в том числе в результате деятельности человека. Это так называемая биоиндикация.
Экологический мониторинг и индикация могут осуществляться на разных уровнях. Одним из них является глобальный, охватывающий всю Землю и все типы экосистем. В рамках Программы ООН по окружающей среде существует Глобальная система природоохранного мониторинга, в которой в компьютеризованном виде собираются различные данные, характеризующие состояние природы. Есть национальные и региональные системы экологического мониторинга, собирающие данные для какого-то конкретного участка земной поверхности.
Для получения данных используется специальное наземное и космическое оборудование. Передача данных осуществляется по быстродействующим линиям связи. Современные методы анализа информации позволяют оценить состояние экосистем и характер изменения загрязненности в различных районах.
Сейчас очень широкое применение находит дистанционное зондирование Земли с использованием спутниковых съемок. На хорошем снимке (т. е. снятом с высоким разрешением и в разных частях спектра) можно не только увидеть небольшие участки с различным почвенно-растительным покровом, но и определить их состояние. Если же есть данные наземных наблюдений для какого-то фрагмента, попавшего на снимок, то тогда можно дать подробную его расшифровку, т. е. выяснить точное соответствие того, что видно на снимке, и того, что есть на земной поверхности. Подобный подход позволяет после перевода расшифрованных снимков и их привязки к географическим координатам создавать компьютерные базы данных и цифровые карты. Их анализ, в свою очередь, дает возможость быстрого выявления тенденций перестройки экосистем на обширных пространствах. Например, можно получить не только оценки площадей, занимаемых теми или иными экосистемами, но и реальные для каждого участка изменения части солнечной радиации, используемой для фотосинтеза, и валовой первичной продукции или биомассы животных, принимающих участие в переработке растений и опада (рис. 70).
Важной частью мониторинга является уже упоминавшаяся биоиндикация, т. е. использование биологических объектов для оценки состояния экосистем. Дело в том, что многие физико-химические методы исследования экосистем достаточно трудоемки и дорогостоящи. Но если наблюдать за изменениями состояния многих животных и растений, а также их популяций и сообществ, можно установить как меняется их окружающая
Основой биоиндикации является то, что каждый вид имеет определенные пределы существования — область толерантности. Многие живые организмы способны существовать в пределах

Рис. 70. Распределение биомассы почвообитающих членистоногих (без микроскопических) на Западно-Сибирской равнине (в пределах Российской Федерации) [ориг.]

очень небольших колебаний какого-либо фактора, например солености.

Именно они наиболее удобны для биоиндикации.
Если брать популяционный уровень, то и здесь можно выявить индикационные признаки. Например, для ряда видов хорошо известна связь между определенным фенотипом и состоянием окружающей среды. Нарастание доли темных (часто черных) особей свидетельствует о повышении загрязнения местности.
Нередко чувствительным индикатором является и структура сообщества. Например, господство эврибионтов или видов, связанных с ранними стадиями сукцессий, часто свидетельствует о значительных нарушениях в экосистеме.
Среди конкретных методов биоиндикации есть инструментальные, когда отобранные образцы приходится анализировать теми или иными физическими либо химическими методами, и есть визуальные, когда воздействие определяется по изменению морфологических, рисуночно-окрасочных и других явных признаков объекта-индикатора.
Например, хлороз — бледная окраска листьев между жилками (рис. 71) — является результатом присутствия тяжелых металлов либо слабого воздействия газообразных выбросов промышленности. Нередко наблюдаются некрозы (отмирание части тканей) (рис. 72), опадение листвы, изменения типичных форм и размеров, а также плодовитости. Очень четко на загрязнение воздуха реагируют лишайники.
Упоминавшийся выше хлороз, а также другие изменения в окраске листьев высших растений являются типичными признаками, свидетельствующими о присутствии повышенных концентраций кислых газодымовых выбросов. Степень такого воздействия может быть оценена не только на глаз, но и с помощью некоторых химических методов (хроматография, спектрофотометрия), в частности, благодаря тому, что в результате загрязнения хлорофилл начинает превращаться в другие соединения и соответствующие спектральные характеристики изменяются. При загрязнении часто нарушается и обычное соотношение каратиноидов.
Сейчас есть специально отселектированные для биоиндикации формы живых существ. Так, сорт табака Bel W 3 очень восприимчив к содержанию озона. Даже при слабом его воздействии по всему листу образуются густые некротические серебристые пятна.

Рис. 71. Хлороз гортензии, вызванный высоким содержанием извести и недостатком железа в почве [по: Muller, из "Вредители и болезни
цветочно-декоративных растений", 1982]

Рис. 72. Некроз листьев бука после воздействия диоксида серы [Биоиндикация загрязнений наземных экосистем, 1988]:
а-в— листья разного возраста (а— молодые, б— развитые, в — старые)

Многие растения и животные избирательно накапливают редкие химические элементы. В результате такой аккумуляции можно выявить интенсивность загрязнения экосистем, например, тяжелыми металлами (в первую очередь — свинцом).
Во-первых, биоиндикация в разных формах может быть использована, для оценки характера загрязнения воздуха. Так, некрозы у некоторых сортов гладиолусов, тюльпанов, петрушки свидетельствуют о повышенной концентрации фтористого водорода, межжилковые некрозы и хлорозы у люцерны, гречихи, гороха, большого подорожника — о присутствии диоксида серы, деформация хлоропластов у фасоли и салата — хлора, отмирание цветочных почек петунии и закручивание листьев салата и томатов — о присутствии этилена.
Во-вторых, возможно широкое использование этого подхода для оценки загрязнения почвы. В этом случае особенно ценны виды, реагирующие на небольшие изменения химического и механического состава почвы, например, на засоление или вытаптывание. Так, на лугах появление пырея обыкновенного отражает разрушение дернины, а расселение на распаханных участках хвощей свидетельствует о повышенной увлаженности почв.

<< | >>

↑

Источник: Сергеев М. Г.. Основы экологии: Учеб. пособие. Ч. 2.. 2007

Еще по теме Экологический мониторинг и биоиндикация:

- Детская психология - Общая экология - Природопользование - Социальная экология - Экологический мониторинг - Экология города и региона - Экология человека -