Биоиндикация экосистем

Введение

Биологический контроль окружающей среды включает две основные группы методов: биоиндексацию и биотестирование.
Методы биоиндексации и биотестирования определяют присутствие определенного загрязнителя в окружающей среде на основе присутствия или состояния определенных организмов, которые наиболее чувствительны к изменению условий окружающей среды. Обнаружение и идентификация биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов и их сообществ. Таким образом, использование биологических методов для оценки окружающей среды включает выделение видов животных или растений, чувствительных к определенным воздействиям. Методом биоиндексации с использованием соответствующих индикаторных организмов при определенных условиях можно качественно и количественно оценить влияние антропогенного и природного воздействия на окружающую среду (без определения степени загрязнения).
Проблема сохранения окружающей среды в настоящее время концентрирует внимание исследователей во всем мире. Быстрый рост населения, увеличение площадей орошаемого земледелия, урбанизация и индустриализация привели к беспрецедентному использованию природных ресурсов.
В последние годы увеличилось количество загрязнений, попадающих в водоемы из-за сельского хозяйства - отходов животноводства, птицеводства, предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственное сырье и т. д. В связи с возрастающей антропогенной нагрузкой, испытываемой природными комплексами, существует необходимость в разработке методов оценки экологического состояния природной антропогенной среды. Таким образом, проблема разработки различных подходов к мониторингу в системе экологического контроля и управления качеством окружающей среды на сегодняшний день является наиболее актуальной.
Поскольку все компоненты природы тесно и неразрывно связаны друг с другом, нарушения одного компонента приводят к изменениям в состоянии других. Оценивая чье-то состояние, вы также можете предполагать изменения других. Наиболее острые изменения в природной среде отражаются на биотических компонентах [9].
К сожалению, не всегда удается провести обширные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях могут использоваться методы биоиндексации, которые в последнее время получили широкое распространение. Важно не только оценить биоразнообразие и устойчивость природных биоценозов, но и привлечь внимание муниципальных властей к этой проблеме, что особенно важно в случае дальнейшего ухудшения экологической ситуации.
Актуальность этого исследования косвенно подтверждается тем фактом, что на сегодняшний день количество методов количественной биоиндексации все еще невелико. Все это привело к изучению ряда фундаментальных теоретических подходов, которые первоначально использовались в исследованиях фитоиндикаций [10].
Цель исследования: рассмотреть общие принципы биоиндикации экосистем.
Для достижения цели определены следующие задачи:
1.Основываясь на научной литературе, чтобы дать определение биоиндикации.
2. Рассмотрим виды и методы биоиндикации.
3. Рассмотрим особенности использования растений, животных и микроорганизмов в качестве биоиндикаторов.
Методы исследования: сбор, анализ, синтез, сравнение и обобщение литературы по теме исследования.
 
1 Общие принципы биоиндикации

1.1 История возникновения биоиндикации

Использование живых организмов, чувствительных к загрязнению окружающей среды, восходит к древним временам. Первые наблюдения были сделаны еще древними учеными: именно они обратили внимание на взаимосвязь внешнего вида растений с условиями их произрастания. M. Теофраст, живший в 327-287 годах, написал широко известный труд «Природа растений», в котором содержится множество советов о том, как судить о характеристиках почв по характеру растительности. Аналогичная информация была получена от римлянина Катона. Его можно найти в трудах Плиния.
На Руси в XV и XVI веках уже упоминались такие понятия, как «возделываемый лес» и «невозделываемый лес», то есть участки леса пригодны для возделывания и непригодны.
Основоположником использования биоиндикаций растений в нашей стране, бесспорно, считается оценка свойств почв и подстилающих пород в соответствии с особенностями развития растений и составом растительности.
А.П. Карпинский писал о возможности биоиндикации растений и использовал природу распространения растений для создания геологических карт. Например, почвенные микроорганизмы и индикаторные растения служат для поиска различных минералов. Также в трудах М.В. Ломоносова и А.Н. Радищева упоминаются растения-указатели на особенности почв, горных пород, грунтовых вод [14].
Растения являются очень информативным показателем уровня доступных форм химических элементов в окружающей среде и являются их основным источником для человека и животных. В этом контексте представляется большой интерес как эффективные средства экологического мониторинга загрязнения окружающей среды.
Использование растений в качестве индикаторов загрязнения окружающей среды было продемонстрировано У.Д. Мэнингом и У.A. Федером. Они определили индикаторное растение как «растение, которое проявляет признаки повреждения при воздействии фитотоксической концентрации одного загрязнителя или смеси таких веществ» [7, c. 55]. Индикатором также могут быть растения, которые накапливают загрязняющие вещества или продукты обмена веществ в тканях в результате взаимодействия растения и загрязняющего вещества. Роль растений как объектов генетических исследований может, но не может быть оценена, поскольку только благодаря им были установлены основные принципы и положения генетики и цитогенетики.
Но наибольший вклад в развитие биоиндикации внес российский почвовед В. В. Докучаев. По комплексам почвенных животных можно определить типы почв и их изменения под воздействием деятельности человека [14].
Самое быстрое развитие биоиндикации началось в XIX столетии. Сейчас целесообразно остановиться не только на наличии или отсутствии того или иного фактора, но и на степени его влияния на природный комплекс. Разная степень воздействия на окружающую среду. Это позволяет ввести шкалу воздействия (например, отсутствие воздействия - слабое - сильное). Эта шкала факторов окружающей среды позволяет более точно оценить исследуемую территорию. В этом случае следует сказать, что существует метод измерения влияния экологического фактора на окружающую природную среду.
С помощью биоиндикации можно определить, есть ли в субстрате витамины, антибиотики, гормоны и т. д. Определяется содержание биологически активных веществ, а также определяет плотность различных химических веществ (pH, содержание соли и т. д.), физические факторы (радиоактивность) и другие среды и так далее, в соответствии с составом флоры и фауны вод. Численно о составе отдельных его представителей судят по степени и характеру загрязнения, пригодности питьевой воды и экономические цели, а также эффективность очистных сооружений [1].
На современном этапе наиболее важные задачи для биовизуализации и биомониторинга заключаются в разработке теоретических основ и методологии анализ реакции биологических систем на многофакторные эффекты с учетом дифференциальных различий патогенные агенты, факторы риска, патотропные состояния и патологические явления, связанные с окружающей средой, популяций отдельных экосистем [12].
В России в 2001 году в Сыктывкаре на базе Института биологии Коми НЦ УРО РАН провели XI международный симпозиум под названием «Современные проблемы биоиндикация и биомониторинга». В нем приняли участие 500 представителей 102 организации из 25 стран мира. Более 300 ученых, присланных в начале симпозиума, опубликовали свои сообщения. Это стало важным этапом в разработке концептуальных подходов к решению проблемы взаимоотношений человек и природа. Практически с этого момента мы можем говорить о научно доказанных фактах в нашей стране в концепции биомониторинга. Предыдущие десять симпозиумов были в основном посвящены разработке критериев и методы оценки качества окружающей среды. Также обсуждалось помимо традиционных вопросов биоиндикации новые методы, включая дистанционное зондирование, и новые подходы, охватывающие обширные методы визуализации - от традиционной биогеохимии до создания геоинформационных систем [1].
Таким образом, можно констатировать, что под биоиндикацией понимается оценка качества среды обитания и её отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов — биоиндикаторов.

1.2 Понятие, виды и методы биоиндикации

Биоиндикация - это оценка качества и индивидуальных особенностей среды обитания по некоторым показателям биоты в природных условиях. В качестве биоиндикаторов выступают отдельные таксоны, экологические группы (например, в водной среде - фитопланктон, зоопланктон, бентос, перифитон), физиологически похожие организмы (например, имеющие один и тот же тип питательных веществ), размерные группы. Отклонение индикаторной биотической характеристики от определенной нормы указывает на превышение допустимых уровней воздействия абиотических факторов [9].
Бионирование - это метод, используемый для обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы с помощью биологических систем.