Применение биоиндикации в современной системе мониторинга и охраны окружающей среды

Биоиндикация — это оценка качества природной среды по состоянию её биоты. Биоиндикация основана на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов. Для учета изменения окружающей среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.

Мониторинг окружающей среды — это комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений

состояния окружающей среды.

Анатомо-морфологические, цитологические методы в биоиндикации. Методы биоиндикации, основанные на визуальном отличии организмов от нормальных, «идеальных» особей того же вида, остаются актуальными до сих пор, и каждый год у растений и животных выявляются новые признаки, по которым можно судить о состоянии атмосферы или водных объектов.

• Некрозы на листьях и хвое (указывает на загрязненность атмосферы).

• Уменьшение площади, ксерофитизация, снижение возраста хвои у хвойных пород.

• Длина усиков у мух и брюхоногих моллюсков (повышенное количество тяжелых металлов).

• Определение числа и размеров устьиц на поверхности листьев.

• Длина хвои.

• Количество перифитона (токсичные элементы в воде, биозагрянение).

Такие методы используются и в Беларуси, как для обучения в вузах, так и для полноценных исследований. Например, широко распространена лехноиндикация (состояние атмосферы по лишайникам), обращается внимание на площадь ствола, покрытую лишайниками и само их распространение, и биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха по состоянию хвои сосны, когда измеряется длина хвои.

ДНК-баркодинг.

Используется для идентификации вида организма, говоря о биоиндикации используется для определения водной биоты.

Этим методом можно за короткое время по генетическим маркерам в ДНК определить принадлежность миллионов микроорганизмов к определённой группе.

Из организмов считываются комбинации определенных генов и затем сравниваются с комбинациями в специальных базах данных (напр. BOLD), чтобы определить вид организма по совпадению генов.

В дальнейшем опираясь на данные о разнообразии микроорганизмов в воде делаются выводы об экологическом ее состоянии.

Многие страны включая Беларусь и работают над европейским проектом COST «Разработка новых генетических методов для биологической оценки водных экосистем в Европе» по продвижению применения ДНК-технологий для биоиндикации и их включения в стандартизированную экологическую оценку водных экосистем.

Ведется работа по пополнению эталонной библиотеки видов микроорганизмов и рыб Беларуси для проведения биоиндикации рек. Эта библиотека – часть международной базы ДНК-баркодов, при международном консорциуме «Штрихкод жизни» (iBOL), в котором Беларусь –полноправный член с 2018 г.

Фенологические методы фитоиндикации загрязнения воздуха.

Многие исследователи отмечают при загрязнении воздуха нарушение феноритмов роста и развития растений и ускорение процессов старения организмов. Начальные фазы распускания почек, облиствения побегов древесных растений и начало цветения (липа), а также пожелтение листьев при загрязнении воздуха до 12 — 17 ПДК ускоряются, продолжительность вегетации сокращается, но полный листопад заканчивается в близкие сроки, как и в чистой среде.

Указанные нарушения феноритмов и развития растений вызваны изменением микроклимата: на загрязненных территориях раньше и быстрее происходит снеготаяние, и среднесуточная температура воздуха достигает +5 °С. Такая температура необходима для распускания почек.

Вместе с тем фенологические методы биоиндикации применимы для оценки достаточно высоких уровней загрязнения воздуха (10 ПДК и более).

Имеются сведения, что под влиянием некоторых газов может изменяться окраска генеративных органов и листьев (гесперис женский, барбарис обыкновенный), ослабление осенней раскраски листьев перед листопадом .

Морфо- и биометрические методы фитоиндикации загрязнения воздуха

Промышленные газы в определенном диапазоне концентраций (от 1 ПДК и выше) вызывают у растений появление некрозов (ожогов) на листьях и хвое, уменьшение линейного роста побегов, количества и размеров ассимиляционных органов на годичных побегах (древесные растения) или на стебле (травянистые растения), уменьшение площади листовой пластинки, сырого и сухого веса листьев годичного побега (ксерофитизация), снижение возраста хвои у хвойных пород, ускорение усыхания нижних ветвей в насаждениях (ель, пихта), сокращение сроков жизни деревьев.

У хвойных пород более интенсивно идет снижение охвоенности (количество хвои на 1 см побега) годичных отрезков побегов. Перечисленные нарушения заметно раньше проявляются у хвойных пород с большой длительностью жизни хвои (ель), несколько позднее — у сосны. У лиственных пород, ежегодно сбрасывающих в умеренно континентальном климате листву, эти же нарушения проявляются при относительно большем уровне загрязнения воздуха (7 — 10 ПДК и более).

Мониторинг загрязнения природных вод биогенными элементами

Загрязнение водоёмов биогенными элементами стимулирует развитие тех или иных групп гидробионтов, в результате этого нарушается экологическое равновесие и происходит вторичное загрязнение продуктами жизнедеятельности этих организмов и их остатками. Такое загрязнение называется эвтрофицирующим. Эвтрофикация приводит к быстрому снижению качества воды в водоёмах и его самоочищающей способности.

В число основных гидробиологических показателей при контроле состояния водных объектов входят следующие экологические группы водных организмов: фитопланктон, зоопланктон, зообентос, перифитон (совокупность организмов, поселяющихся на различных подводных объектах и макрофиты.

Оценка качества воды по группам и видам гидробионтов позволяет установить степень загрязнения водоёма, зоны загрязнения, экологические последствия, а также прогнозировать приближение загрязнённых зон по расположению зон сапробности на водоёме