3 Биологический мониторинг как часть мониторинга состояния окружающей среды

Под биологическим мониторингом следует понимать систему наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения. Но если иметь в виду общепризнанный в последнее время факт, что на земном шаре практически нет участков, не подвергающихся прямо или косвенно воздействию антропогенной деятельности, то становится очевидным, что биологический мониторинг должен, охватывать наблюдением всю биоту нашей планеты.

Следует признать, что биологами накоплен значительный объем информации о функционировании живых систем на разных уровнях организации, как в норме, так и в случае отрицательного воздействия антропогенных факторов, который может быть использован при создании программ мониторинга. На практике реализация всего комплекса мероприятий по внедрению службы биологического мониторинга в масштабах отдельно взятой страны означает создание системы наблюдения и контроля за состоянием биоты наземных и водных экосистем по регионам, число которых определяется общегосударственной службой мониторинга окружающей среды. Предполагается, что в рамках информационной структуры биологического мониторинга наблюдение и контроль должны проводиться на основе единых методов сбора, хранения и выдачи данных полевых и лабораторных исследований. Не исключено, что унификация всех видов деятельности, связанных со сбором, хранением и выдачей данных о состоянии биотической компоненты биосферы охватит не только службу биологического мониторинга, но и большую часть полевых и некоторых лабораторных биологических исследований. В этом случае, наблюдение за природными объектами в рамках служб биологического мониторинга должно проводиться унифицированными методами и с определенной периодичностью.

Разработаны и начинают внедряться национальные проекты программ наблюдения за состоянием окружающей среды, в которых определенная роль отводится биологическому мониторингу.

Структура биологического мониторинга, состоящая из отдельных подпрограмм, стро­ится исходя из принципа, основанного на уровнях организации биологических систем. При таком подходе можно выделить субклеточный уровень организации, которому будет соответствовать генетический мониторинг, клеточному уровню соответствует биохимический мониторинг, организменному – физиологический мониторинг, популяционному и биоценологическому уровням – экологический мониторинг (рис. 5).

Рис. 5. Структура биологического мониторинга

Каждому уровню соответствует свой специфический набор биологических переменных. С точки зрения информативности, перечисленные подпрограммы биологического мониторинга наряду с мониторингами загрязнения биоты, продуктивности биосферы, мониторингом исчезающих и находящихся на грани исчезновения видов животных и растений и мониторингом важнейших видов, популяций, сообществ и экосистем одинаково ценны и не имеют преимуществ друг перед другом при решении вопроса об очередности их внедрения.

3.1 Структура мониторинга загрязнения биоты

Установление норм, а тем более стандартов качества окру­жающей среды по социальным, эстетическим и другим пока­зателям является сложной самостоятельной проблемой. Мы предлагаем оценивать качество окружающей среды по наиболее важным показателям, характеризующим состояние нормы абиотической или биотической составляющей биосферы. Одним из таких показателей состояния нормы может служить количественное содержание веществ антропогенного происхождения в биотической и абиотической составляющих биосферы.

В естественных условиях можно выделить не менее четырех качественно отличающихся состояний окружающей среды. Здесь «А» и «Б» – соответственно абиотическая и биотическая составляющие биосферы, знак «+» соответствует состоянию принятой нормы, а знак «–» – отклонению от нее.

За определенный отрезок времени в конкретных условиях может быть реализовано несколько вариантов переходов из одного состояния в качественно другое.

1. Непрерывное поступление загрязнения в окружающую среду (1–3–6). Стрелка 6 указывает на переход в состояние де­градации системы (качественно новое состояние абиоты и биоты, которое со временем может быть принято за «норму»).

2. Прекращение поступления загрязнения или регулируемое поступление (1-3-5-4).

3. Кратковременное поступление, например, разовый сброс (1-2-4).

Наблюдение за миграцией и временем пребывания загрязняющих веществ в абиотической составляющей биосферы осуществляется, как подчеркивалось ранее, в рамках геохимического и геофизического мониторингов.

Мониторинг загрязнения биоты состоит в наблюдении за уровнем загрязнения биотической составляющей, движением по цепям питания, временем накопления и выведения загрязняющих веществ. Мониторинг загрязнения биоты в зависимости от среды обитания подразделяется на мониторинг загрязнения биоты пресных вод, мониторинг загрязнения биоты морской среды и мониторинг загрязнения биоты суши (см. рис. 6). Фоновый мониторинг загрязнения уже проводится в рамках мониторинга загрязнения биосферных заповедников.

Рис. 6. Структура мониторинга загрязнения биоты

Главной целью экологического мониторинга является наблюдение, оценка и прогноз состояния абиотической составляющей биосферы (в том числе изменения уровней загрязнения природной среды), ответной реакции экосистем на эти изменения и антропогенных изменений в экосистемах.

Основной объект наблюдения биологического мониторинга- отклики биологических систем разного уровня (от молекулярного до экосистем) и факторы среды, воздействующие на них. Мо­ниторинг загрязнения биотической составляющей биосферы является частью не биологического мониторинга, а геохимического и геофизического мониторингов. В предлагаемом нами подходе контроль за состоянием биоты в любом аспекте, в том числе определение содержания загрязня­ющих веществ в биоте, входит в круг задач биологического мониторинга. Сравнение и анализ данных о содержании загрязня­ющих веществ в разных средах осуществляются на более высо­ких уровнях структуры мониторинга окружающей среды. Это позволяет разгрузить от избыточной информации одни программы и сделать более целенаправленными другие. Первоочередная задача биологического мониторинга заключается в наблюдении за уровнем загрязнения биоты, а отклики или биологические последствия, связанные с воздействием загрязнений, регистрируются в рамках специальных подпрограмм.

Конечно, в ряде случаев не всегда легко провести резкую границу между перечисленными видами мониторинга, так как сопоставление и обмен получаемой информации уже на оперативных этапах работы резко усиливают их зависимость друг от друга.

В одной из первых отечественных публикаций по теории биологического мониторинга В. Д. Федоров писал, что пока не существует программы биологического мониторинга для биологических явлений, хотя потребность в ней остро ощуща­ется. В этой же работе подчеркивалось, что объектом биологи­ческого мониторинга являются не загрязнения и не их действие на среду обитания, а биологические системы и их отклики на эти воздействия, позволяющие судить об отклонениях от нор­мы. Вместе с тем автор считает, что контроль за воздействующими факторами необходим и должен охватывать наблюдения за судьбой загрязняющих веществ в пищевых цепях. Исходя из этого, делается вывод о необходимости включения в систему биологического мониторинга наблюдения за факторами окружающей среды и содержанием в ней и в самих организмах наи­более распространенных загрязнителей.

По мнению академика И. П. Герасимова, исходной ступенью общего мониторинга является «биоэкологический», или «санитарно-гигиенический», мониторинг, основной задачей которого является наблюдение за состоянием окружающей среды с точки зрения ее влияния прежде всего на здоровье человека и населения, так как именно этот показатель отражает качест­во окружающей среды. Для проведения экологического монито­ринга состояния морской среды была разработана система био­логических показателей, которая включала данные, соответствующие организменному и популяционному уровням, а также биотестирование и генетический контроль.

В работах зарубежных исследователей преобладает, точка зрения, согласно которой главной целью и задачей биологичес­кого мониторинга являются разработка и внедрение разнооб­разных биологических методов и способов оценки качества окружающей среды с помощью организмов. Основное внимание при этом уделяется созданию авто­матических систем оповещения, в которых используется, регистрируемая реакция биологического отклика организма на появление токсических веществ в системе. Отмечая большую важность этого направления в си­стеме знаний о биологическом мониторинге, следует иметь в виду, что биологический мониторинг призван прежде всего расширять и углублять систему знаний и методов о наблюде­нии, оценки и прогноза состояния биотической составляющей биосферы в целях создания основы для управления качеством окружающей среды. В состав биологического мониторинга, независимо от степени разработанности конкретных программ должны входить три вида деятельности: разработка систем ран­него оповещения, диагностика и прогнозирование. Главными этапами деятельности при разработке систем раннего оповещения являются отбор подходящих организмов и создание автоматизированных систем, способных с достаточно большой точностью выделить сигнал «отклика» на фоне «шума». Диагностический мониторинг предполагает обнаружение, идентификацию и опре­деление концентрации загрязняющих веществ в биотической составляющей на основе широкого использования организмов-мониторов. Наряду с диагностическими работами должны проводиться, исследования, направленные на получение прогноза состояния биотической составляющей окружающей среды. Оно может идти по двум направлениям в зависимости от поставленной задачи и особенностей объекта исследования. Одно из них- биотестирование, другое- экотоксикология.