2 Основы применения биоиндикации в оценке состояния объектов окружающей среды

2.1. Экологические основы биоиндикации

Все биологические системы - будь то организмы, популяции или биоценозы – в ходе своего развития приспособились к комплексу факторов местообитания. Они завладели внутри биосферы определенной областью, экологической нишей, в которой находят подходящие условия существования и могут нормально питаться и размножаться. Каждый организм обладает в отношении любого действующего на него фактора генетически детерминированным, генетически приобретенным, уникальным физиологическим диапазоном толерантности, в пределах которого этот фактор является для него переносимым. Если фактор отличается слишком высокой или слишком низкой интенсивностью, то организм находится в физиологическом пессимуме. За преде­лами некоторого минимального и максимального значения фак­тора дальнейшая жизнь невозможна. В ограниченной области интенсивности фактора, особо благоприятной для данной особи, организм существует в условиях физиологического оптимума. Физиологический диапазон толерантности обычно неодинаков для разных стадий развития организма и для всех особей дан­ных популяции.

При широкой амплитуде толерантности организмы называются эврипотентными, при узкой – стенопотентными.

Нередко развитие организма зависит от фактора, интенсив­ность которого близка к крайним переносимым значениям, т. е. соответствует физиологическому пессимуму. Поэтому изме­нение его значений в сторону оптимума вызывает наибольшие экологические воздействия. Правда, и в этом случае общее раз­витие всегда определяется взаимодействием всех воздействую­щих факторов.

Будучи взаимозависимыми, отдельные факторы могут до известной степени взаимозаменяться. Различные сочетания факторов вызывают сходные эффекты, хотя их полной взаимозамещаемости не происходит. Поэтому в природе существуют отличающиеся по присутствию и по размерам от физиологиче­ских (потенциальных) диапазонов толерантности экологические диапазоны присутствия (экологические потенции), отражающие фактическую реакцию организма при воздействии всех факторов среды рис. 1. Физиологическая толе­рантность и экологическая потенция организма определяют его индикаторную ценность. В результате каждая биологическая система (организм, популяция, биоценоз) характеризует зави­сящее от времени воздействие на нее факторов среды – природ­ных, измененных человеком или антропогенных. Метод оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем часто назы­вают биоиндикацией (лат. – indicare – указывать).

III IV

Типы экологического присутствия (------) по сравнению с потенциальной физиологической толерантностью (––)

Рис. 1. - Физиологическая толерантность и экологическая потенция

В соответствии с этим организмы или сообщества организ­мов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с оп­ределенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называются биоиндикаторами. Это емкое определение относится и к индикации природных условий местообитания в целом, осуществляемой, например, в сельском и лесном хозяй­стве по присутствию растений, характерных для определенного экотопа.

Однако часто понятие биоиндикации, включающее условия сравнения результатов, применяется исключительно для зависящей от времени оценки антропогенных или испытывающих антропогенное влияние факторов среды на основе изменения количественных характеристик биологических объектов и сис­тем.

Поскольку, с одной стороны, антропогенные изменения и за­грязнение ландшафта и природных условий воздействуют на живые существа аналогично естественным факторам, а с дру­гой – большая часть природных факторов антропогенно изме­нена, экологические различия между широким и узким опреде­лениями биоиндикации не являются принципиальными.

Нами будет рассмотрена только био­индикация в узком смысле, относящаяся к антропогенным или антропогенно модифицированным факторам среды. Речь идет преимущественно не об оценке присут­ствия, концентрации или интенсивности какого-то параметра среды, а о реакции биологических систем, т. е. рассматривается биологическое воздействие фактора среды.

Антропогенные воздействия, с одной стороны, представляют собой новые параметры среды, с другой – обусловливают ант­ропогенную модификацию уже имевшихся природных факторов и тем самым изменение свойств биологической системы. Если эти новые параметры значительно отклоняются от соответству­ющих исходных величин, то возможна биоиндикация (рис. 2).

Не подвергавшийся воздействию входной параметр x(t) через биологический элемент z(t) приводит к возникновению выходного параметра y(t)

Антропогенный входной параметр s(t) через измененный биологический элемент z’(t) приводит к возникновению измененного выходного параметра y’(t)

Биоиндикация при антропо­генно модифицированных входных параметрах

Рис. 2. Изменение параметров состояния или выходных параметров биоло­гических систем как основа биоиндикации