Биоиндикация

И.В. ©

расплывчатой областью экологии является некоторая совокупность методов,
называемая “биоиндикацией” (Шитиков

с соавт., 2003).

Биоиндикация – совокупность методов и критериев оценки качества среды обитания на основе реакций живых организмов и их сообществ в естественных условиях.

Биоиндикация – определение и обнаружение биологически значимых антропогенных нагрузок на основании реакции на них живых организмов непосредственно в среде их обитания.

Биоиндикация – метод обнаружения и оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем.

Биоиндикация - оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях.

Биоиндикация – метод определения качества среды обитания организмов по видовому составу и показателям количественного развития видов биоиндикаторов и структуре образуемых ими сообществ.

Биоиндикация – это оценка качества среды по состоянию тех или иных представителей ее населения – биоты, осуществляемая путем наблюдения
за ними, без активного (экспериментального) вмешательства в природные
процессы.

среды обитания и Факторы среды обитания



В качестве оценочного параметра используется

Реакция живых организмов



Оценка реальной ситуации, а не эксперимент*

* - активная биоиндикация

законы
Экосистема / окружающая среда
Биоиндикатор - особь-группа особей одного вида или

сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде

Информация об объекте системы
Информация о системе

Экология
Общая теория систем,
Системная экология/биология

реакции
Многообразие естественных факторов
Многообразие анторопогенных факторов
Разнообразие критериев качества среды
Проблемы биоиндикации

комплекса измеренных переменных, не позволяющей выделить в чистом виде функциональную

связь двух индивидуальных показателей F(y,x);

нестационарностью большей части информации об объектах и среде;

трудоемкостью проведения всего комплекса измерений в единых координатах пространства и времени, в результате чего обрабатываемые данные имеют обширные пропуски.

Задача биоиндикации – плохо формализуемая, по причине

сформированы банки многолетних данных по наблюдениям за природными экосистемами;

разработан и апробирован ряд методов и математических моделей интегральной оценки состояния сложных систем различного типа, позволяющих, по терминологии А.П. Левича и А.Т.Терехина [1997], осуществлять “поиск детерминации и распознавание образов в многомерном пространстве экологических факторов для выделения границ между областями нормального и патологического функционирования экосистем”;

развиваются аппаратные и программные информационные компьютерные технологии, позволяющие анализировать необходимые массивы экологических данных;

существует огромный объем неформальных знаний высококвалифицированных специалистов, частично сконцентрированный в методических разработках [Экологический мониторинг.., 1995; Мокров, Гелашвили, 1999].

Пути решения

общей экологии. Биоиндикаторы как дешевый аналог аналитического прибора. Внимание на

факторах антропогенной природы не акцентируется.

…Белка низко гнездо строит - быть морозной зиме, высоко -жди теплой погоды…

…Если рано утром пчелы дружно отправляются на медосбор - будет ясный день, сидят на прилетных досках - быть дождю…

объекта, с нечеткой привязкой к факторам антропогенной природы. В качестве

меры сравнения часто используется фон.

Образцы отбирались в пределах г. Красноярска с четырёх пробных площадок (ПП), разных по уровню атмосферного загрязнения, три из которых являются территориями, подверженными группам загрязнителей достаточно специфичных, ввиду расположения на них промышленных предприятий: р-н. КрасТЭЦ (зона сильного промышленного загрязнения), Свердловский р-н, прилежащая территория завода медицинских препаратов «КрасФарма» (интенсивные выбросы биологических загрязнителей) и р-н Предмостной площади (интенсивные выбросы выхлопных газов автомобильного транспорта). В качестве чистого (контрольного) района взята территория парка «Роев ручей».

Таким образом, введение расчетного параметра А позволяет количественно
оценить сравнительный уровень загрязнения атмосферы в разных районах города,
что позволяет эффективно использовать метод регистрации термоиндуцированных
изменений нулевого уровня флуоресценции для биоиндикации.

биологической переменной и фактором / факторами
Выделение одного или нескольких факторов

среды
Сбор полевых данных биоты в широком диапазоне варьирования исследуемого фактора
Оценка индикаторной значимости вида или группы видов

Биоиндикация

Изучение взаимосвязи – доза-эффект

Возможность моделирования,
Возможность оценки доза-эффект,
Отсутствие экологического
реализма

Сложности в формализации,
Сложности оценки доза-эффект,
Полный экологический
реализм

ПДК

ЭДУ (экологически
допустимые уровни воздействия)

Биоиндикация НЕ является недорогой заменой физ.хим методам контроля!

на основе априорных суждений или/и выявленной взаимосвязи между факторами и

реакцией биоиндикаторов.

Пятое направление работ по биоиндикации – оценка качества среды по разработанным нормативам

"Правила контроля качества воды водосливов и водотоков" [ГОСТ 17.1.3.07–82]

в постановки задачи и интерпретации результатов мониторинга

Получение результатов в четких

количественных единицах

Высокая точность измерения показателей

Возможность автоматизации процесса получения данных

Возможность оценки воздействия неизученных, трудно-обнаружимых веществ или веществ, в данный момент не присутствующих в биоте.

Возможность оценки крайне малых доз веществ

Возможность оценки эффектов синергизма и антагонизма, комплекса факторов

Относительная дешевизна методов

или по состоянию которых, а также по их поведению судят

о естественных и антропогенных изменениях в среде (чувствительные и кумулятивные).

Биологические переменные – любой признак, свойство или функция организма (биоиндикатора), популяции, экосистемы

Чем ниже ранг биологической переменной, используемой в качестве биоиндикатора, тем более частными и специфичными могут быть выводы о воздействиях факторов среды, и наоборот.

Организм и суборганизменные структуры

 химический состав клеток;

 состав, структура

и степень функциональной активности ферментов;

 структурно-функциональные характеристики клеточных органоидов;

 размеры клеток, их морфологические характеристики, уровень
активности;

 гистологические показатели;

 концентрации поллютантов в тканях и органах
(кумулятивные биоиндикаторы);

 частота и характер мутаций, канцерогенеза, уродств;

 физиологические и анатомические показатели организма

Иммунологическая
Фоновый мониторинг


Локальный мониторинг
Оценка стабильности морфологического развития
(наиболее простой и оперативный подход)
Определение

частоты появления
фенодевиантов – отклонений в развитии

Определение величины флюктуирующей
асимметрии билатеральных морфологических
признаков (Захаров и др., 2000).

популяционной плотности
Скорость абсолютного изменения биомассы популяции

Скорость относительного изменения

популяционной плотности rN = 

, где

Скорость относительного изменения популяционной биомассы rB = 

, где

Удельная рождаемость b = Nb

Удельная смертность d = Nd

Реализуемая доля «биотического потенциала» вида

Скорость продуцирования популяции

Статические характеристики (в момент времени t)

статические
Функциональные,
динамические

Показатели обилия (численность и биомасса);

Соотношение суммарных показателей

обилия:

 видов (видовое разнообразие) или более крупных таксонов;
 представителей разных стратегий питания (трофическая структура);
 особей с разными размерами, массой (размерно-весовая структура);
 видов с различными ценотическими стратегиями (например, r- и К-стратегов; виолентов, патиентов и эксплерентов);
 видов с разной чувствительностью к воздействиям (эври- и стенобионтов);
 видов с разным поведением.

Структурные и статические показатели сообщества

статической характеристики X
(плотности, биомассы сообщества, индексов разнообразия)
ΔXΔt = X2 –

X1 за изучаемый период времени Δt = t2 – t1;

 скорость абсолютного изменения значений статической
характеристики dX/dt ≈ (X2 – X1)Δt 1 в момент времени t;

 скорость относительного изменения значений
статической характеристики rX = (dX/dt)

Траты на обмен сообщества (или экосистемы)

R = 

Первичная продукция

Вторичная продукция

Соотношения продукции,
деструкции и биомассы

P/B и P/R-коэффициенты