Биосферный уровень.

Некоторые примеры индикаторов глобальных изменений среды:

– «ползучая эвтрофикация». Присутствие в морской воде сточных вод все чаще индицируют красные и бурые приливы. Они возникают из-за вспышек численности одноклеточных водорослей: токсичных динофлагеллят (красные) и диатомовых (бурые);

– глобальное потепление климата. Обычным явлением становится «красный снег». Появляется в горах при повышенной инсоляции благодаря росту численности одноклеточных водорослей (в основном гемококков);

– фоновое загрязнение среды. Даже на заповедных территориях за последние 40 лет снизилось разнообразие и численность животных. Регулярное и повсеместное применение пестицидов привело к снижению численности почвенных членистоногих на полях за последние 30 лет в несколько раз.

Метод комплексной биоиндикации

Оценка воздействия загрязняющих веществ на экосистемном уровне сводится к использо -ванию данных, полученых для уровней популяции или сообществ, из которых оно состоит. Струк­турной основой экосистемы являются неорганические и органические вещества, факторы среды (температура, свет, ветер и др.), продуценты, консументы и, редуценты. Сложные взаимозависи­мые процессы функционирования экосистемы осуществляются за счет потока энергии, пищевых цепей, круговорота питательных веществ, изменения разнообразия, развития и эволюции во вре­мени и пространстве, продуктивным оказалось предварительное выяснение чувствительных звеньев экосистем, по которым можно судить о состоянии экосистем.

Для оценки состояния окружающей среды используется метод комплексной биоиндикации. Он заключается в комбинации фито-и зооиндикаторов на разных системных уровнях.

Преимуществом этого метода является:

• возможность оценить состояние экосистемы как результат взаимодействия природных элементов экосистем и антропогенного воздействия,

• выявить степень устойчивости и реакцию экосистем на воздействие человека;

• использование биоиндикаторов, а именно их физиологических индикационных признаков, позволяет определить изменения в экосистемах на очень ранних стадиях, когда они еще не проявляются морфологическими и структурными изменениями и их нельзя выявить другими методами;

• возможность предвидеть нарушения экосистем и вовремя принимать меры, чтобы защитить экосистему от ущерба и тем самым не допустить больших народнохозяйственных потерь.

Методика имеет несколько последовательных этапов, на которых используются разные методы.

Во-первых: выявление структуры территории по физико-географическим и экономико-географическим факторам, выявление антропогенного воздействия и на основе этого - определение однородных географических единиц.

Во-вторых: определение сети ключевых участков и их характеристик. Для равных типов экосистем необходимо иметь несколько однотипных ключевых участков, которые отличаются лишь степенью антропогенного воздействия.

В - третьих: выбор индикаторов и биоиндикационные исследования выбранных индикато­ров, проводятся в течение трех лет три раза в год - весной, летом и осенью, чтобы выявить не только состояние индикаторов, но и динамику их изменений.

В-четвертых: сбор дополнительной информации о состоянии почвы, воды и хозяйственной деятельности человека.

В-пятых: оценка состояния окружающей среды, которое имеет два этапа:

1) выявление основных количественных соотношений между состоянием индикаторов и состоянием экосистем; построение оценочных шкал;

2) экстраполяция состояний экосистем на более крупные однородные географические еди­ницы. Построение карты состояния окружающей среды. Биоиндикационные наблюдения ведутся на двух системных уровнях - популяции и индивида. Для каждого уровня разработаны критерии для выбора индикаторов и индикационных признаков, которые сведены в таблицу.

Степень изменения экосистем отражается экологическими индексами этих родов. Особенно показателен индекс разнообразия сообщества Н' (индекс Шеннона), где высокое значение свидетельствует о высокой мере стабильности и саморегуляции экосистемы:

Также используется индекс доминантности С, где высокое значение индекса показывает нарушенные экосистемы:

При сравнениях изменений ряда экосистем одного типа с разной величиной антропогенной нагрузки целесообразно вычислять индекс сходства двух сообществ S, где высокое значение ин­декса показывает высокое сходство сообществ:

где А - количество видов первого сообщества; В - количество видов второго

сообщества; С - количество видов, встречаемых в обоих сообществах.

Биомасса сообществ оказалась лучшей характеристикой по сравнению с численностью, так как иногда освобожденную экологическую нишу после выпадения крупных малочисленных видов жуков занимают мелкие многочисленные виды.

На уровне индивида выбирают индикационные признаки по следующим критериям: тесная связь со значимыми для жизни реакциями организма; способность отражать постепенные измене­ния состояния организма, причем в ранних стадиях, пока они не проявляются в патологическом состоянии организма; способность отражать разную силу и качество фактора, возбуждающего из­менения, вернуться в первоначальное состояние в связи с адаптацией организма к фактору или с исчезновением фактора; стандартный и простой способ отбора проб и их сохранения, стандартные и простые методы анализа.

Последние два критерия особенно важны при физиологических наблюдениях, так как боль­шинство из них нуждаются в соблюдении точных экспериментальных условий.

Состояние экосистем мы определяли сопоставлением состояния индикаторов - отклонением их индикационных признаков от фонового (оптимального) состояния. Для построения оценочных шкал целесообразно выражать отклонение не в абсолютных величинах, а в процентах, где за 100 % берется величина фонового состояния. При оценке нельзя упускать из виду, в какую сторону идет отклонение от фона в экологическом и физиологическом смысле. В экстремальных случаях наблюдаемся отклонение и в положительную сторону. В конечном итоге получается набор вели­чин, количество и величина отклонений которых отражает состояние экосистемы. Чем больше от­личие от фона и чем выше отклонение, тем «хуже» состояние экосистем. В зависимости от рас­пределения отклонений по уровням индикаторов (популяций и индивидов) можно судить о степе­ни и характере изменеиий состояния экосистем.

Резкое отклонение физиологических индикационных признаков и почти фоновое значение экологических свидетельствуют о ранних стадиях нарушения экосистем. На стадии структурного нарушения экосистем экологические и физиологические признаки достигают почти одинаковых отклонений и они пропорциональны. О функциональном нарушении экосистем свидетельствует превышение отклонений экологических признаков над физиологическими. На этом этапе физио­логические признаки уже не меняются, более качественная оценка получается за счет экологиче­ских признаков.

Комбинацией разных фито- и эооиндикаторов на двух системных уровнях можно оценить постепенные и очень мелкие изменения в состоянии экосистем. И при четком наборе характерных для изучаемой территории ключевых участков можно оценить и более крупные географические единицы и составить карту состояния окружающей среды. На основе карты и оценочных шкал можно в будущем очень быстро оценить состояние любой экосистемы соответствующего типа данного региона или при наличии фоновых экосистем и других регионов и дать рекомендации об оптимальной хозяйственной деятельности на данной территории.