При обосновании требований к параметрам биосферы необходимо знать оценку разных факторов и состояние элементов окружающей среды до и после вредного воздействия. При этом большое значение имеют методы и организационные формы проведения экологического контроля (мониторинга) в стране и на местах. Важнейшей составной частью экологического мониторинга окружающей природной среды является биомониторинг — система наблюдений, оценки и прогноза различных изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения.
Методами биоиндикации и биотестирования определяется присутствие в окружающей среде того или иного загрязнителя по наличию или состоянию определенных организмов, наиболее чувствительных к изменению экологической обстановки, т.е. обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов и их сообществ. Таким образом, применение биологических методов для оценки среды подразумевает выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип воздействия. Методом биоиндикации с использованием подходящих индикаторных организмов в определенных условиях может осуществляться качественная и количественная оценка (без определения степени загрязнения) эффекта антропогенного и естественного влияния на окружающую среду.
Биондикация – это метод обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы при помощи биологических систем. Возможно выделение следующих уровней биоиндикации:
1) Биохимические и физиологические реакции (изменение различных процессов и накопление определенных токсикантов в органах).
2) Анатомические, морфологические, биоритмические и поведенческие реакции.
3) Флористические, фаунистические изменения.
4) Ценотический.
5) Биогеоценотический.
6) Ладшафтный.
Биоиндикация может проводиться на уровне макромолекул, клетки, организма, популяции, сообщества и экосистемы. Она подразделяется на специфическую (реакция только на один фактор) и неспецифическую (одна и та же реакция на многие факторы). Чувствительными биоиндикаторами могут служить как отдельные процессы в клетке и организме (изменение ферментативной активности, изменение в пигментном комплексе), так и морфологические изменения (изменения формы и размера листовой пластинки, уменьшение продолжительности жизни хвои).
Существует два основных метод биоиндикации: пассивный и активный. В первом случае исследуют видимые или незаметные повреждения и отклонения от нармы, являющиеся признаками неблагоприятного воздействия, во втором используют ответную реакцию наиболее чувствительных к данному фактору организмов – биотестирование.
Под биотестированием обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест - объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест – объектов. В роли тест – объектов выступают организмы, используемые при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др. Тест - объекты, по определению Л.П.Брагинского - "датчики" сигнальной информации о токсичности среды и заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) среды. К чувствительным биоиндикаторам относятся лишайники, мхи, почвенные и водные микроорганизмы (водоросли, бактерии, микрогрибы). В роли биоиндикаторов могут быть использованы пыльца растений, хвоя сосны обыкновенной и др. Среди животных также выделяются группы организмов, положительно или отрицательно реагирующие на различные формы антропогенной трансформации среды (ракообразные, хирономиды, моллюски, личинки ручейников, поденок, веснянок и др.).
используемые виды биоиндикаторы должны удовлетворять следующим требованиям:
· это должны быть виды характерные для природной зоны, где располагается данный объект;
· организмы-мониторы должны быть распространены на всей изучаемой территории повсеместно;
· они должны иметь четко выраженную количественную и качественную реакцию на отклонение свойств среды обитания от экологической нормы;
· биология данных видов-индикаторов должна быть хорошо изучена.
С помощью биоиндикаторов принципиально возможно:
· обнаруживать места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений;
· проследить скорость происходящих в окружающей среде изменений;
· только по биоиндикаторам можно судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы;
· прогнозировать дальнейшее развитие экосистемы.
Преимуществом методов биоиндикации и биотестирования перед физико-химическими методами является интегральный характер ответных реакций организмов, которые:
· суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом;
· выявляют наличие в окружающей природной среде комплекса загрязнителей;
· в условиях хронической антропогенной нагрузки биоиндикаторы могут реагировать на очень слабые воздействия в силу аккумуляции дозы;
· фиксируют скорость происходящих в окружающей среде изменений;
· указывают пути и места скоплений различного рода загрязнений в экологических системах и возможные пути попадания этих веществ в организм человека;
Особую значимость имеет то обстоятельство, что биоиндикаторы отражают степень опасности соответствующего состояния окружающей среды для всех живых организмов, в том числе и для человека. Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов.
Наиболее эффективно оценка окружающей среды может производиться в сочетании абиотических и биотических параметров. Это прием все шире входит в практику. Особенностью экологического мониторинга является то, что эффекты воздействия на экосистемы, малозаметные при изучении отдельных организмов, выявляются пи рассмотрении системы в целом.
Прогноз и оценка прогнозируемого состояния экосистемы и биосферы опираются на результаты мониторинга в прошлом и настоящем, изучение информационных рядов наблюдений и анализ тенденций изменений окружающей природной среды.
На начальном этапе необходимо прогнозировать изменение интенсивности источника воздействий и загрязнений, осуществлять прогноз степени их влияния: прогнозировать, например, количество загрязняющих веществ в различных средах, на распределение в пространстве, изменения их свойств и концентраций во времени.