Биоиндикация в различных средах

Как и в случае физико-химических методов экоаналитического контроля, при биоиндикации существуют определенные ее особенности в зависимости от исследуемой среды.

Биоиндикация в наземно-воздушной среде с помощью растений

Фитоиндикация - использование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название - индикационная геоботаника.

Индикация на уровне видов

Индикатом называют определяемое свойство или фактор среды, а индикатором - вид растений, с помощью которого определяют свойство среды.

Индикация свойств почв:

- оглеенность - черника, таволга вязолистная, вербейник обыкновенный;

- запас питательных элементов в почве (трофность):

- олиготрофы (сфагновые мхи и лишайники; из цветковых - виды с микоризой: черника, брусника, вереск, клюква, багульник; растения песчаных почв: кошачья лапка, ястребинка волосистая);

- мезотрофы (зеленые мхи, земляника, грушанка, вероника дубравная, иван-да-марья, душица);

- эвтрофы (мох мниум, папоротник страусово перо, малина, таволга вязолистная, крапива двудомная, иван-чай, медуница);

- содержание азота:

- нитрофилы (недотрога, крапива двудомная, хмель, малина, иван-чай, звездчатка дубравная, лопух, пустырник);

- нитрофобы (дрок красильный);

- кислотность (рН) почвы:

- крайние ацидофилы (рН 3-4,5): сфагнум, гилокомиум, дикранум. плауны, водяника, марьянник луговой, ожина волосистая, пушица влагалищная, щучка, белоус, вереск;

- умеренные ацидофилы (рН 4,5-6): черника, брусника, багульник, сушеница, кошачья лапка, толокнянка;

- нейтральные (рН 6-7,3): растения дубрав - сныть, клубника зеленая, таволга шестилепестная;

- базофилы (рН>7,8): бузина, вяз, бересклет, крушина, крапива двудомная, хмель, недотрога, гравилаты.

Для количественной оценки индикаторов разработаны шкалы значимости и достоверности (табл.4).

4. Шкала достоверности индикаторов (100% - число участков с индикатором)

% площадок, на которых индикат и индикатор сопрягаются	Степень достоверности	Оценка индикатора
	Наивысшая	Абсолютный
>90	Высокая	Верный
75-90	Достаточная	Удовлетворительный
60-75	Низкая	Сомнительный
<60	Ничтожная	Индикация невозможна

 

Важно и то, насколько часто встречается индикатор в пределах площади, на которой присутствует индикат. Это оценивает значимость индикатора (табл.5).

 

5. Шкала значимости индиката (за 100% принято число участков индиката)

Частота встреч индикатора в пределах площади, занятой индикатом	Значимость
90-100	Отличная
75-90	Хорошая
50-75	Нормальная
10-50	Низкая
<10	Ничтожная

Биоиндикация в водной среде

Основные задачи, которые решаются при оценке качества воды, могут быть объединены в три группы:

• угроза инфекционных заболеваний;

• токсичность;

• эвтрофикация.

Решение первой задачи достигается при мониторинге загрязнения водоемов сточными водами. Именно канализационные стоки могут содержать патогенные микроорганизмы - основной источник инфекций, передаваемых через воду. Поскольку патогенных микроорганизмов много, каждый выявлять трудоемко и нецелесообразно, разработан тест на кишечную палочку (Escherichia coli). Эта бактерия обитает в огромных количествах в толстой кишке человека и отсутствует во внешней среде. E.coli не патогенна и даже необходима человеку, но ее присутствие во внешней среде — индикатор неочищенных канализационных стоков, в которых могут быть и патогенные микробы.

Для анализа берут пробы воды объемом 100 мл и подсчитывают содержание в них E.coli. Результаты оценивают по табл.6.

 

6. Категорирование загрязнения воды по содержанию кишечной палочки

Содержание E.coli в 100 мл воды	Категория загрязнения волы
	Безопасна для питья
100-200	Безопасна для плавания
>200	Опасна для плавания

Оценка токсичности

Подавляющее большинство тестов токсичности воды в биоиндикации использует какой-либо один вид организмов: рачки дафния (Daphnia magna) и артемия (Anemia salina), инфузория-туфелька, красные (Champia parvula) и бурые водоросли (Laminaria saccharina), валлиснерия (Vallisneria americana), ряска.

У тест-организмов оценивают выживание, дыхательную активность и другие показатели. Например, с помощью ряски можно обнаружить присутствие ионов тяжелых металлов двумя способами:

• по нарушению движения хлоропластов, которые не концентрируются в клетке со стороны источника света, а перемещаются хаотически;

• по отмиранию клеток листа, что можно обнаружить, используя специальный краситель, легко проникающий в мертвые клетки, но неспособный окрасить живые. Количество мертвых клеток пропорционально концентрации ионов тяжелых металлов в воде.

Эвтрофикация

По содержанию в воде биогенов различают следующие трофические типы водоемов: олиготрофный (бедный биогенами), эвтрофный (богатый биогенами) и промежуточный мезотрофный. В олиготрофных водоемах недостаток биогенов не допускает развития фитопланктона (одноклеточных водорослей в толще воды), но хорошо развивается бентосная растительность. Такие экосистемы включают много видов, они разнообразны и устойчивы. В эвтрофных водоемах обилие биогенов сопровождается массовым развитием фитопланктона, помутнением воды, обеднением бентосной растительности из-за недостатка света, дефицитом кислорода на глубине, что ограничивает биоразнообразие. Экосистема утрачивает многие виды, упрощается, становится неустойчивой.

Определить трофность водоемов можно с помощью биоиндикаторов. В эвтрофных водоемах обильны и разнообразны черви-коловратки и ветвистоусые рачки-дафнии, в олиготрофных — веслоногие рачки-циклопы.

Другая характеристика водоемов - это степень их органического загрязнения или сапробность. По мере поступления сточных вод образуются следующие зоны загрязнения: полисапробная, а-мезосапробная, в-мезосапробная и олигосапробная. Первыми предложили определять степень загрязнения водоемов по живым организмам Кольквитц и Марсон (1908). Списки индикаторных организмов постоянно уточняются.

Для полисапробных водоемов характерны те же организмы, что и для эвтрофных, а также водоросль кладофора, колиформные бактерии, черви-трубочники, а из рыб - карпы. Олигосапробные водоемы отличают виды, свойственные олиготрофным водоемам, а также личинки насекомых: поденок, веснянок и ручейников.

Разработаны и количественные способы оценки водоемов:

• массовое развитие олигохет — индикатор спуска бытовых отходов. Предложено уровень загрязнения оценивать по плотности этих червей: слабое загрязнение - 100-999 экз./м², среднее – 1000-5000 экз./м²; сильное >5000 экз./м²;

 

Биоиндикация в почве

Биоиндикация применяется в случаях:

• установления таксона почвы и ее происхождения;

• выяснения отдельных свойств почвы и почвенных процессов;

• оценки антропогенного вмешательства (рекреация, загрязнение, эвтрофикация почв).

Развитие методов биоиндикации применительно к почве связано с работами основателя отечественной почвенной зоологии М.С. Гилярова и его школы. Эта работа дала мощный импульс подобным исследованиям не только в нашей стране, но и за ее пределами.