книги / Основы экологии

большой, узколокальной территории (хутора) до суши и океана в целом.

Как невозможно перечислить все современные эколо­ гические проблемы, так же невозможно определить тер­ риторию, на которой существует конкретная проблема. В конечном счете действия такого рода проблем сводятся к глобальному экологическому ухудшению современной ойкумены. Территории Беларуси свойственны не только специфичные, связанные с функционированием ее народ­ нохозяйственного комплекса экологические проблемы, но и проблемы планетарного характера. Последние еще более угрожающи. От них невозможно отгородиться государ­ ственными границами. При решение внутренних проблем, возникших на территории Беларуси, следует использо­ вать как собственный, так и международный опыт в деле охраны природы.

Для более полного изучения экологических проблем антропогенного происхождения их можно подразделять по источникам загрязнения (кто загрязняет), загрязняю­ щим веществам (чем загрязняют) и по изменениям в биоте, связанным с использованием природных (клима­ тических, водных, почвенных, минерально-сырьевых и биологических) ресурсов. Экологические проблемы по масштабности проявления и источникам возникновения, а также по экономическим затратам на их решение чрез­ вычайно разнообразны. Важнейшая экологическая про­ блема современности — сохранение природного биораз­ нообразия.

Качество среды. В связи со сложившейся экологи­ ческой ситуацией одной из важнейших проблем приро­ допользования на современном этапе является улучше­ ние качества окружающей среды. Ориентация только на достижение количественных результатов в использова­ нии естественных ресурсов во многих случаях уже при­ вела к необратимой деградации природной среды. На­ глядным примером служит увеличение площади мелио­ рируемых земель для роста сельскохозяйственного про­ изводства. Качество природной среды в данном случае было принесено в жертву количественным результатам. За ухудшением качества среды последовало неизбежное снижение количественных показателей урожайности и валового сбора сельскохозяйственных культур. Подобная

При нарушении названных условий происходит тех­ ногенная трансформация данной экосистемы, а при кри­ тических условиях техногенного воздействия —ее разру­ шение (экологическая катастрофа).

Важнейшим критерием качества среды с антропоцентристских позиций служит состояние здоровья человека.

Биоиндикация. Определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ называется биоиндикацией. Фун­ кции индикатора выполняет тот вид, который имеет узкую амплитуду экологической толерантности по отношению к какому-либо фактору. Большей частью это растения —орга­ низмы, не способные к активному перемещению.

Индикация экологических условий проводится на ос­ нове оценки изменения как видового разнообразия орга­ низмов той или иной местности, так и их химического состава, который отражает присущую им способность накапливать элементы и соединения, поступающие из окружающей среды. Например, оценка состояния окру­ жающей среды по изменению количества видов связана с тем, что наиболее чувствительные к тем или иным загряз­ няющим веществам виды растений и животных исчезают из биоценоза (майский жук, лишайники в промышленных центрах) либо, наоборот, увеличивают свою численность (синезеленые водоросли при поступлении в водоемы заг­ рязняющих веществ с сельскохозяйственных угодий).

Биоиндикация является составной частью экологичес­ кого мониторинга (от лат. monitor — напоминающий, надзирающий) —системы наблюдения и контроля за со­ стоянием окружающей среды на определенной террито­ рии (от участка суши или водной поверхности до целого континента и всего Мирового океана) с целью рациональ­ ного использования природных ресурсов и охраны при­ роды. Экологический мониторинг включает наблюдение за состоянием окружающей среды и факторами воздей­ ствия на нее, оценку состояния и факторов воздействия, прогнозирование изменения окружающей среды и оцен­ ку ее будущего состояния. Его объектами также высту­ пают живые организмы и их сообщества.

Экологический мониторинг основывается прежде всего на определении содержания загрязняющих веществ в

воздушной, водной и субстратной средах. Составной частью экологического мониторинга является биологический, тестобъектами которого служат живые организмы иих сообщества.

Содержание загрязняющих веществ в средах обита­ ния организмов изменяется не только в результате их поступления от экологически опасных производств (энер­ гетики, промышленности и сельского хозяйства) и транс­ порта, но и в результате изменений физического состоя­ ния самих сред: температуры, направления и скорости ветра, течений в водоемах и др. Непосредственные изме­ рения, фиксирующие содержание загрязняющего вещества в конкретное время на конкретном месте, необ­ ходимы для экологического мониторинга, но они не всегда дают исчерпывающую информацию о состоянии природ­ ной среды, особенно на территориях, где происходит рассе­ ивание выбросов, поступивших в воздушный бассейн.

Растения, прежде всего многолетние, в этом отноше­ нии более полезны, так как в их состоянии отражена информация о воздействии на них вредных веществ за длительный отрезок времени.

Загрязнение воздушного бассейна сказывается в пер­ вую очередь на растительном покрове, так как растения осуществляют газообмен в десятки раз интенсивнее по сравнению с человеком и животными и обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответной реакции на действие различных внешних факторов.

Последствиями загрязнения атмосферного воздуха явля­ ются разъедание газами тканей, закупорка устьиц, нару­ шение газообмена и всех физиологических функций расти­ тельных организмов. В результате у растений снижается фотосинтез, нарушается согласованность ферментативных процессов, уменьшаются водоудерживающие силы биоколлоидов и устойчивость к неблагоприятным факторам -внешней среды. Все это приводит к нарушению формообразо­ вательных процессов, угнетению роста, цветения и плодоно­ шения. Степень восприимчивости растений к загрязнению воздушной среды зависит от их видовой принадлежности.

Биологический мониторинг более точно отражает эко­ логическую ситуацию, чем непосредственные измерения. При индикационных исследованиях влияние загрязнен­ ного воздуха на газочувствительные растения прослежи­ вается на расстоянии до нескольких сотен километров от экологически опасных промышленных объектов.

Различают две группы повреждений растений вред­ ными газами - видимые (внешние) и скрытые (невиди­ мые). К видимым признакам относятся: изменение разме­ ров, окраски и деформация листьев и хвои, их отмира­ ние (некроз), преждевременный листопад, недоразвитость побегов, образование уродливых выростов, “ведьминых метел” , суховершинность и полная гибель растения. На стадии видимых повреждений дальнейшая деградация древесной растительности, особенно хвойных лесов, не­ избежна.

В экологии существует проблема лимитирующего фак­ тора: одну и ту же реакцию организма могут вызвать несколько факторов, приближающихся к минимуму или максимуму. Видимые повреждения листьев, хвои, вер­ хушечных побегов, ветвей, цветов и плодов не всегда служат надежными признаками антропогенного негатив­ ного влияния на отдельно растущие растения или их со­ общества, особенно при низком содержании загрязните­ лей в воздухе. От определения внешних повреждений растений необходимо перейти к современным точным физиолого-биохимическим методам исследования скрытых повреждений. В качестве тест-индикатора мо­ гут выступать как высшие, так и низшие растения.

Растения целесообразнее всего использовать в качестве тест-индикаторов загрязнения природной среды выброса­ ми, содержащими серу и тяжелые металлы, которые на­ капливаются в ассимиляционных органах. В зависимости от технологических процессов на промышленных предпри­ ятиях, от которых зависит химический состав аэрозольных и газовых выбросов в воздушный бассейн, используют различные виды растений и применяют разнообразные методы исследования —от опытов в специальных камерах с заданным составом воздуха до химических анализов. Полезно также определение химического состава коры хвойных деревьев, которая является поглотителем приме­ сей, находящихся в воздухе.

В наибольшей степени чувствительны к атмосферно­ му загрязнению низшие растения, в частности лишайни­ ки. Их использование в экологическом мониторинге по­ лучило название лихеноиндикации. Хотя чувствитель­ ность лишайников к этому антропогенному фактору из­ вестна с середины XIX века по исследованиям в Велико­

британии, их широкое использование в качестве биоинди­ каторов началось во второй половине XX века. Исследова­ ния, выполненные в Великобритании, Канаде, Эстонии, Германии, Беларуси, России и в скандинавских странах, подтвердили связь состояния лишайников с уровнем заг­ рязнения воздушной среды сернистым газом.

В качестве причин, обусловливающих их малую устой­ чивость к загрязненному воздуху, называют следующие: высокую чувствительность водоросли Trebouxia (фитоком­ понент 80 % видов лишайников) и высокие требования к кислотности субстрата, изменение которой приводит к гибе­ ли лишайника. Среди многообразия лишайников встреча­ ются виды с разной чувствительностью к атмосферному загрязнению. Встречаются даже виды, хорошо развиваю­ щиеся в загрязненном воздухе. Большинство же видов от­ личается очень высокой чувствительностью к изменению химического состава воздуха, иногда в сотни раз превы­ шающей чувствительность человеческого организма.

Обычно при лихеноиндикационном мониторинге иссле­ дователи выделяют 4—5 групп различных по чувствитель­ ности лишайников, иногда для характеристики чувстви­ тельности конкретных видов лишайников применяются 10—12-балльные шкалы. Различная чувствительность от­ дельных видов лишайников предоставляет возможность выделения зон с разной степенью загрязнения атмосфер­ ного воздуха. Одним из подходов к изучению влияния заг­ рязненного воздуха на лихенофлору (лишайники) служит детальное нанесение на карту результатов периодического картирования встречаемости лишайников. Карты такого типа отмечают только присутствие или отсутствие вида в период исследования. Например, Parmelia caperata со свой­ ственной ей чувствительностью к атмосферным загрязни­ телям встречалась в определенной местности до 1960 г. Таким образом, делается вывод об увеличении зоны ин­ тенсивного загрязнения в результате роста промышленно­ го производства при той же технологии. Обеднение видо­ вого состава лихенофлоры вплоть до ее полного исчезнове­ ния можно наблюдать вокруг крупных промышленных центров и отдельных экологически опасных предприятий.

Полезно показывать на карте площадь распростране­ ния характерных для исследуемой территории видов ли­ шайников. В местах с высокой загрязненностью воздуха,

Различают две группы повреждений растений вред­ ными газами - видимые (внешние) и скрытые (невиди­ мые). К видимым признакам относятся: изменение разме­ ров, окраски и деформация листьев и хвои, их отмира­ ние (некроз), преждевременный листопад, недоразвитость побегов, образование уродливых выростов, “ведьминых метел” , суховершинность и полная гибель растения. На стадии видимых повреждений дальнейшая деградация древесной растительности, особенно хвойных лесов, не­ избежна.

Вэкологии существует проблема лимитирующего фак­ тора: одну и ту же реакцию организма могут вызвать несколько факторов, приближающихся к минимуму или максимуму. Видимые повреждения листьев, хвои, вер­ хушечных побегов, ветвей, цветов и плодов не всегда служат надежными признаками антропогенного негатив­ ного влияния на отдельно растущие растения или их со­ общества, особенно при низком содержании загрязните­ лей в воздухе. От определения внешних повреждений растений необходимо перейти к современным точным физиолого-биохимическим методам исследования скрытых повреждений. В качестве тест-индикатора мо­ гут выступать как высшие, так и низшие растения.

Растения целесообразнее всего использовать в качестве тест-индикаторов загрязнения природной среды выброса­ ми, содержащими серу и тяжелые металлы, которые на­ капливаются в ассимиляционных органах. В зависимости от технологических процессов на промышленных предпри­ ятиях, от которых зависит химический состав аэрозольных

игазовых выбросов в воздушный бассейн, используют различные виды растений и применяют разнообразные методы исследования —от опытов в специальных камерах с заданным составом воздуха до химических анализов. Полезно также определение химического состава коры хвойных деревьев, которая является поглотителем приме­ сей, находящихся в воздухе.

Внаибольшей степени чувствительны к атмосферно­ му загрязнению низшие растения, в частности лишайникц. Их использование в экологическом мониторинге по­ лучило название лихеноиндикации. Хотя чувствитель­ ность лишайников к этому антропогенному фактору из­ вестна с середины XIX века по исследованиям в Велико­

британии, их широкое использование в качестве биоинди­ каторов началось во второй половине XX века. Исследова­ ния, выполненные в Великобритании, Канаде, Эстонии, Германии, Беларуси, России и в скандинавских странах, подтвердили связь состояния лишайников с уровнем заг­ рязнения воздушной среды сернистым газом.

В качестве причин, обусловливающих их малую устой­ чивость к загрязненному воздуху, называют следующие: высокую чувствительность водоросли Trebouxia (фитоком­ понент 80 % видов лишайников) и высокие требования к кислотности субстрата, изменение которой приводит к гибе­ ли лишайника. Среди многообразия лишайников встреча­ ются виды с разной чувствительностью к атмосферному загрязнению. Встречаются даже виды, хорошо развиваю­ щиеся в загрязненном воздухе. Большинство же видов от­ личается очень высокой чувствительностью к изменению химического состава воздуха, иногда в сотни раз превы­ шающей чувствительность человеческого организма.

Обычно при лихеноиндикационном мониторинге иссле­ дователи выделяют 4—5 групп различных по чувствитель­ ности лишайников, иногда для характеристики чувстви­ тельности конкретных видов лишайников применяются 10—12-балльные шкалы. Различная чувствительность от­ дельных видов лишайников предоставляет возможность выделения зон с разной степенью загрязнения атмосфер­ ного воздуха. Одним из подходов к изучению влияния заг­ рязненного воздуха на лихенофлору (лишайники) служит детальное нанесение на карту результатов периодического картирования встречаемости лишайников. Карты такого типа отмечают только присутствие или отсутствие вида в период исследования. Например, Parmelia caperata со свой­ ственной ей чувствительностью к атмосферным загрязни­ телям встречалась в определенной местности до 1960 г. Таким образом, делается вывод об увеличении зоны ин­ тенсивного загрязнения в результате роста промышленно­ го производства при той же технологии. Обеднение видо­ вого состава лихенофлоры вплоть до ее полного исчезнове­ ния можно наблюдать вокруг крупных промышленных центров и отдельных экологически опасных предприятий.

Полезно показывать на карте площадь распростране­ ния характерных для исследуемой территории видов ли­ шайников. В местах с высокой загрязненностью воздуха,

в промышленных центрах образуются “лишайниковые пустыни” , с удалением от которых увеличивается разно­ образие лихенофлоры за счет увеличения доли наиболее чувствительных к загрязнению видов. Постепенное уве­ личение видового разнообразия и покрытия стволов дере­ вьев эпифитными лишайниками позволяет оценить со­ стояние атмосферного воздуха. С этой целью предложены специальные индексы загрязнения воздуха и шкалы ус­ тойчивости лишайников.

Из множества методов лихеноиндикации одним из наиболее перспективных является количественное опреде­ ление содержания загрязнителя в слоевище лишайника. Непосредственно из атмосферного воздуха в слоевище ли­ шайника проникает неорганическая сера (Stf3~S02), накап­ ливающаяся в виде сульфатов в клетках водоросли. Сле­ дует подчеркнуть, что сернистые соединения являются сей­ час наиболее распространенными из многочисленных заг­ рязнителей природной среды. В атмосфере всегда при­ сутствуют окислы серы, в том числе и сернистый газ.

В качестве теста на загрязнение атмосферного воздуха соединениями серы в экологическом мониторинге слу­ жит содержание сульфат-ионов (S04) в слоевище лишай­ ника. Обследование обширных территорий, на которых в намеченных пунктах отбираются образцы повсеместно распространенных видов лишайников для последующих аналитических работ, позволяет выявить участие местных источников в загрязнении природной среды.

Наибольшее внимание в таких исследованиях уделя­ ется эпифитному лишайнику гипогимнии вздутой (Hypogymnia physodes), широко распространенной в уме­ ренном климатическом поясе на стволах хвойных дере­ вьев. Ее отмирание наступает при содержании сернисто­ го газа в воздухе, незначительно превышающем средне­ суточную ПДК (0,05 мг/м3). Результатом такого лихеноиндикационного исследования, основанного на опреде­ лении количества наиболее распространенного загрязни­ теля в слоевище лишайника, является полная и досто­ верная информация о загрязнении природной среды се­ росодержащими выбросами (рис. 6.14). В более загряз­ ненной зоне содержание вредного вещества в фитоинди­ каторе возрастает в 2 раза по сравнению с менее загряз­ ненной (по Чубанову, Киселеву, Бойко, 1989).