Экология / Рефераты

RSS-лента | Поиск | О проекте | Обратная связь
Экология, всё об экологии
— Вернуться на главную страницу | — Вернуться к списку рефератов

 Биодиагностика и контроль за состоянием наземных и водных экосистем в условиях антропогенного воздействия

Авторы: Е.П. Бессолицына, И.А. Бессолицына

Многообразие форм усиливающегося воздействия на биосферу определяет сложность и многогранность проблемы создания единой системы методов выявления, качественной оценки и слежения за экологическими и социально-экономическими последствиями антропогенных изменений окружающей среды.
Существует значительное количество неадекватных определений мониторинга с выделением на разной основе его блоков, звеньев, уровней, направлений и объектов. Геосистемный (геоэкологический) мониторинг, содержание которого – слежение за поведением природных и природно-технических систем регионального ранга, должен развиваться и действовать в тесной связи с двумя другими – биолого-экологическим (локальным) и биосферным (глобальным) блоками [3]. В последнее время наблюдается трансформация понятия "мониторинг", связанная с развитием представлений об экологии человека и разными подходами к природоохранной деятельности – переориентацией проблемы охраны окружающей среды на решение задач обеспечения экологической безопасности населения.
Развернутое понятие геосистемного (геоэкологического) мониторинга предусматривает комплексную систему контрольных наблюдений с целью получения и накопления определенной информации, необходимой для рационального использования естественных ресурсов, эффективного конструирования и обеспечения стабильного существования, а также сохранения эталонных природных экосистем. Его методическая и целевая ориентация должны быть связаны с регистрацией и прогнозом изменений объектов живой природы естественных и нарушенных экосистем наряду с абиотическими компонентами.
В связи с тем, что геоэкологический мониторинг включает достаточно сложный комплекс наблюдений, возникает ряд методологических проблем, касающихся, во-первых, выделения регионов и экологических зон, где такие наблюдения необходимы и наиболее эффективны, и, во-вторых, – выбора объектов и процессов, чувствительных к антропогенному воздействию.
С точки зрения выбора наиболее репрезентативных показателей для мониторинга определенный интерес представляют многолетние комплексные исследования, проводимые на географических стационарах. Использование ландшафтно-экологических полигонов и специальных ключевых или тестовых площадей в различных типах природной среды в качестве базы для экологического мониторинга позволяет осуществлять сравнение результатов метеорологических, геохимических и других исследований с состоянием биологических объектов.
Проведение экологической оценки (диагностики) состояния окружающей среды, осуществляемой по схеме "воздействие–изменения–последствия", предполагает наличие следующих этапов: 1) анализ спектра экосистем по физико-географическим параметрам и выявление форм и степени антропогенного воздействия; 2) выбор ключевых участков, охватывающих основные типы экосистем (или полигонов по градиенту воздействия), и природных аналогов, расположенных вне сферы влияния данного антропогенного фактора; 3) выбор показателей и критериев биодиагностики и оценочных шкал в конкретных экологических условиях; 4) сравнительный анализ полученных характеристик и интеграция отдельных показателей в соответствии с нормами и оценочными шкалами; 5) обобщение информации в виде сводных матриц или картографических произведений.
Требования, предъявляемые к биомониторам, то есть биологическим тест организмам, –достаточно высокая встречаемость в контролируемых экосистемах, определенная степень сопряженности с объектом индикации, толерантность к индицируемому фактору и относительная устойчивость к временным колебаниям экологических параметров [4].
Педобионты, благодаря тесной связи с почвой и наличию ответной реакции на изменения среды обитания, представляют перспективный тест-объект, позволяющий на разных стадиях антропогенной трансформации обнаружить отклонения в функционировании почвенного блока и природного комплекса в целом. Контроль за биотой может осуществляться на видовом, популяционном и ценотическом уровнях с использованием организмов различных таксономических рангов. Некоторая сложность определяется тем, что реагирование почвенных организмов и их сообществ на присутствие токсического или загрязняющего ингредиента может происходить одновременно на всех уровнях организации биологических систем – от субклеточного до экосистемного. Возникает сложная мозаика прямых и опосредованных эффектов действия антропогенных факторов на фоне естественной изменчивости продукционных и структурных характеристик сообществ.
В зависимости от целей и возможности применяемых методов объектами экологического мониторинга могут быть общая численность и биомасса обитающих в почве беспозвоночных на 1 м2, таксономический состав сообществ, трофическая структура зооценоза, численность и биомасса доминирующих видов на 1 м2. В целом для экологического контроля в определенной степени могут использоваться те же оценочные критерии, что и для биодиагностики состояния природных комплексов. Чтобы ограничить число наблюдений и объем анализируемого материала, необходимо из общего набора показателей вычленить ведущие или "индикаторные" параметры. Для повышения оперативности в отдельных случаях можно ограничиться анализом характеристик только доминирующих групп или герпетобионтного комплекса.
Выбор биоиндикаторов и характеристик для слежения за состоянием природной среды должен осуществляться дифференцированно для различных природных зон и высотных поясов в зависимости от структурно-функциональной организации экосистем в сфере антропогенного воздействия. При использовании биологических объектов для целей мониторинга важным аспектом является установление изменчивости показателей во времени. Особенностью динамики зооценозов почв в течение вегетационного периода является регистрация максимальных значений биомассы доминирующих групп в июле – во время "биотического зенита".
Одним из направлений экологического мониторинга является контроль за уровнем загрязнения биотической компоненты биосферы, т.е. за накоплением контаминантов, проникающих через покровы тела и пищеварительный тракт беспозвоночных в зонах промышленных аномалий. Являясь сорбентами природных и синтезируемых или привнесенных человеком токсических соединений, педобионты выполняют активную роль в трансформации и перераспределении поступающих в почву веществ. Определение корреляционных зависимостей между содержанием загрязняющих веществ в почвах, растениях и тканях животных может использоваться для оперативного и прогнозного биотестирования.
Осуществляя контроль в зонах техногенных аномалий, особое внимание необходимо уделять критериям, характеризующим процессы деградации биогеоценозов: в растительном покрове – фитоценотической перестройке сообществ, снижению продуктивности; в почвенно-биотическом блоке – изменению структуры зооценозов, дестабилизации уровня численности фоновых видов, сокращению таксономического разнообразия, снижению биологической активности почвы. Для определения токсичности техногенных эмиссий и особенностей распределения и миграции отдельных элементов целесообразны наблюдения за их аккумуляцией в звеньях трофической цепи в зоне сильного воздействия и за ее пределами. Здесь могут быть использованы почвенные и наземные беспозвоночные, а также мелкие млекопитающие, связанные с химизмом среды через пищевые объекты.
Характер трансформации биотических сообществ в зонах техногенного воздействия зависит от его типа: позитивные ответные реакции отдельных элементов зооценозов в начальный период контаминации наблюдаются в условиях "мягкого (щелочного)" типа, негативные изменения проявляются при "жестком (фторовом кислом)" типе. Среди почвенных беспозвоночных по реакции на прямое либо опосредованное воздействие техногенного фактора выделены три группы: 1 – чувствительные, положительно реагирующие на умеренные дозы техногенного вещества (люмбрициды, немикроскопические энхитреиды, моллюски и диплоподы); 2 – чувствительные, испытывающие негативное влияние (литобиоморфные многоножки и герпетобионтные насекомые); 3 – индифферентные, не имеющие индикационного значения для данного типа загрязнения (большинство насекомых, развитие которых протекает в почве) [1].
В результате изучения миграционных комплексов бентосных амфипод озера Байкал – в зоне интенсивного воздействия водного транспорта в районе действующего пирса и за пределами зоны – получены многолетние данные по видовому составу, структуре популяций доминирующих видов, плотности скоплений бокоплавов и их суточной и сезонной динамике [2]. Сравнительный анализ этих материалов показал, что миграционный комплекс является достаточно представительной частью бентоценоза, перешедшей в ночное время в пелагиаль. Это позволяет рассматривать его характеристики как информационную матрицу, объективно отражающую состояние донного сообщества и его изменения под воздействием экологических факторов.
В качестве количественных критериев для оценки состояния бентоценоза и экологического мониторинга могут быть использованы различные показатели: 1) индекс видового разнообразия и сходства сравниваемых комплексов; 2) частота встречаемости видов в составе миграционных комплексов (% от общего количества проб); 3) общая численность мигрирующих особей (экз. над 1 м2 или экз./м3). Все три показателя снижаются при увеличении загрязнения и степени трансформации бентоценоза, то есть при усилении воздействия на водную экосистему. Индекс доминирования – изменение числа и соотношения доминантов индицирует степень деградации местообитания (4); половая и возрастная структура популяций, доминирующих в составе миграционных комплексов видов (5) – сильные нарушения в соотношении возрастных групп или отсутствие отдельных звеньев свидетельствует о дестабилизации репродуктивных процессов и экологическом стрессе (аномальная экологическая ситуация).
При оценке степени антропогенной нарушенности как наземных, так и водных экосистем предлагается применение пятибалльной оценочной шкалы, широко используемой в биоиндикации, где I степень соответствует очень слабому ухудшению среды обитания, а отклонение индикационных показателей от фоновых характеристик составляет не более 20 %; II – слабая степень с отклонением от 21 до 40 %; III – средняя степень (от 41 до 60 %); IV – сильная (от 61 до 80 %); V – очень сильная степень нарушенности (от 81 до 100 %).
Изменения биоты наземных экосистем могут прослеживаться на двух уровнях – видовом или ценотическом, когда происходит сокращение биологического разнообразия за счет выпадения отдельных таксонов, и ландшафтном, когда под воздействием антропогенных факторов наблюдается нивелирование различий между отдельными биогеоценозами или полная деградация некоторых из них. Вероятность проявления нежелательных последствий увеличивается адекватно росту степени воздействия, преломляясь через экологические параметры среды.
Решение одной из основных методологических задач – вычленение минимальной совокупности территорий, наиболее полно отражающей региональное многообразие ландшафтной структуры, а, следовательно, и биологических явлений, – может осуществляться на основе ландшафтно-экологических карт.
Методы оценки и слежения за состоянием экосистем с использованием живых организмов имеет ряд преимуществ. По сравнению с физическими и химическими методами использование биологических показателей является более информативным и технически менее сложным, так как дает возможность получения оперативной и менее дорогостоящей информации о состоянии экосистем в зонах, наиболее подверженных антропогенному воздействию.
Индикационные возможности биоты представляют интерес не только для диагностики степени нарушенности. Они могут быть использованы и для оценки чувствительности и устойчивости природных комплексов к антропогенным нагрузкам, для определения которых можно ограничиться показателями резистентности отдельных таксономических групп к изменению гидротермического режима или физико-химических свойств среды обитания, являющихся ведущими механизмами трансформации экосистем под влиянием человеческой деятельности.
Экологические исследования животного населения расширяют и обогащают информационную базу прогнозирования изменений природных комплексов, а также представляют значительный интерес для разработки методов диагностики их состояния и регламентации неблагоприятных воздействий в целях предотвращения деградации биотических сообществ и сохранения социально-экологических функций ландшафта.
Наличие индикационных связей, простота методики учета и возможность использования беспозвоночных для интегрированной оценки токсичности химического прессинга и прогнозного биотестирования дают основание для включения наблюдений за состоянием биотических сообществ в систему режимного экологического мониторинга в зонах антропогенного воздействия.
Сравнительный анализ закономерностей изменения достаточно информативного биотического блока в пределах широкого диапазона экологических ситуаций может служить методологической основой для оптимизации системы мониторинга: с одной стороны при выборе ключевых участков и тестовых полигонов, с другой – репрезентативных элементов биоты в качестве объектов наблюдений, что позволяет уменьшить объем учитываемых показателей.
Литература
1. Бессолицына Е.П. Ландшафтно-экологический анализ структуры зооценозов почв юга Сибири. – Иркутск, 2001. – 166 с.
2. Бессолицына И.А. Ночные вертикальные миграции бентосных амфипод озера Байкал. – Иркутск: Изд-во ИГ СО РАН, 2002. – 160 с.
3. Герасимов И.П. Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей географии мира. – М.: Наука, 1985. – 247 с.
4. Phillips D.J.H. The use of biological indicator organisms to monitor trace metal pollution in marine and estuarine environments – a review // Environ. Pollut. – 1977. – Vol. 13. – P. 317–381.

Источник:
Научные основы экологического мониторинга водохранилищ: Материалы всероссийской научно-практической конференции (Хабаровск, 28 февраля–3 марта 2005 г.) // Дружининские чтения. – Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН, 2005. – Вып. 2. – С. 75–78.

Другие статьи, рефераты