Глава 9. Принципы оценки состояния урбоэкосистем

Основным средством контроля качества и состояния городской среды является система мониторинга (непрерывного или планомерного слежения за основными показателями среды). Теоретические основы мониторинга и его практическая организация развиваются с 70-х годов ХХ в. Комплексный мониторинг охватывает сбор количественных и качественных показателей атмосферы, пресных и морских вод, почв, организмов, их сообществ и экосистем. При этом целью является обобщение информации, ранжирование изменений, диагностика и экологический прогноз состояния среды. Особенно важно проводить такие наблюдения в городе и в окружающих его природных экосистемах.

На территории Российской Федерации эта система основана главным образом на концепции предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ или предельно допустимых уровней (ПДУ) антропогенных воздействий. Предельно допустимыми считают такие концентрации или уровни воздействия каждого загрязнителя в отдельности, которые не являются повреждающими для тестовых организмов или популяций. Определение токсичности водной и почвенной сред традиционно основывают на химико-аналитических и бактериологических методах определения отдельных поллютантов. Такой подход недостаточен. По реакции живых организмов (биоиндикаторов или биотестов) или сообществ гидро- и эдафобионтов более адекватно определяется комплексное действие множества различных загрязнителей (поллютантов). Живые организмы способны реагировать на весьма низкие концентрации поллютантов, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами. Необходимо иметь в виду, что интегральное действие комплекса загрязнителей (химических и физических воздействий) может вызвать иную реакцию живой системы, нежели каждый из агентов по отдельности. Кроме того, живым организмам и сообществам свойствен кумулятивный эффект, который приводит к резкому изменению состояния в результате накопления эффектов слабых воздействий.

Все более активным в последние годы становится поиск интегральных показателей «экологического качества среды обитания человека», характеризующих природную среду как фактор обеспечения здоровья людей. Поскольку человек адаптирован к современному биологическому окружению, понятие «качество среды» подразумевает сохранение экологического равновесия, т.е. относительной устойчивости видовой структуры экосистем и химико-биологического состава почвенной, водной и наземной среды.

На протяжении ряда последних лет сформировалось самостоятельное направление биологического контроля состояния среды путем биоиндикации и биотестирования [Захаров, 1993; Шуберт (ред.), 1988; Мелехова и др., 1988, 2000; Смуров, 2000]. Биоиндикаторами называют организмы, присутствие, количество или особенности поведения которых служат показателями природных процессов или антропогенных изменений среды их обитания. Многие организмы чувствительны и избирательны по отношению к отдельным факторам среды. Например, по комплексам почвенных животных можно определить типы почв и их изменения под влиянием хозяйственной деятельности человека. Совокупность почвенных микроорганизмов и некоторые растения служат биоиндикаторами при поиске полезных ископаемых. По составу флоры и фауны вод, численному соотношению видов судят о степени и характере загрязнения и пригодности воды для употребления человеком, об эффективности очистных мероприятий. Лишайники и некоторые хвойные растения позволяют судить о чистоте воздуха.

Методы биотестирования основаны на оценке физиологического состояния и адаптационного стресса организмов, адаптированных к чистой среде и на время эксперимента помещенных в испытуемую среду. Эти методы также дают информацию об интегральном экологическом качестве среды. Стратегической задачей биоиндикации и биотестирования является экологический прогноз. Цели прогноза обычно связаны с экстраполяцией результатов опытов на качество жизни человека и на изменения показателей биоразнообразия в экосистемах. Оценка среды по системе биотестирования и биоиндикации в каждой точке территории должна базироваться на анализе комплекса видов. Для наземных экосистем – это травянистые и древесные растения, беспозвоночные животные (например, моллюски и членистоногие) и позвоночные животные (земноводные, рептилии, птицы, млекопитающие). Оценка состояния каждого вида базируется на результатах использования системы методов: морфологических (например, регистрации признаков асимметрии внешнего строения), генетических (тесты на мутагенную активность), физиологических (тесты на интенсивность энергетиче­ского обмена), биохимических (оценка окислительного стресса у животных и фотосинтеза у растений), иммунологических (тесты на иммунную потенцию).

Также в последнее время развиваются методы экологической диагностики, нормирования и прогноза, основанные на количественной оценке изменений в видовой структуре экосистем в результате различных воздействий. Исследуются изменения обилия видов, трофических группировок, и других подобных показателей. Для каждой системы определяются пределы толерантности – амплитуда значений абиотических факторов, внутри которой экосистема сохраняет свои основные свойства. Таким образом, предполагается постоянное слежение за состоянием экосистемы не по химическим, а по биологическим показателям [Левич, Федоров, 1978; Максимов, 1991; Максимов и др., 2000].