1. 3 Мониторинг состояния окружающей среды

Для применения на практике экологических законов (оптимума, толерантности, минимума, других) для поддержания оптимальных условий жизнедеятельности организмов, в том числе и человека, рационального природопользования, необходимо располагать информацией о состоянии среды, степени ее загрязнения. Для сохранения экосистем и нормального их функционирования не следует превышать антропогенные нагрузки, которые могут привести к их деградации. Необходимы исследования, направленные на поиск биоиндикаторов - наиболее чувствительных звеньев в экосистемах, с помощью которых (по их ответным реакциям) можно определить состояние окружающей среды, степень ее загрязнения. Методами определения степени загрязнения окружающей среды и их разработкой занимался ряд исследователей (Гвоздев, Павлов, Хамитов, 1995; Черкес, Луганский, Родионов, 1964; Саноцкий, Коган, Красавский, Родионов, 1964; Саноцкий, Коган, Красавский 1986; Исидоров, Зенкевич, 1982; Ковальда, Языка, Штулик, 1990; Хмельницкий, Бродский, 1990; Будникова, Майстренко, Муринов, 1994; Kozlovski, 1985; Harrison, Carlson, Shirkhan Keimig, 1995; May, Brown, Chester, 1979; Suet, Wheotley, Padbury, Kaiser, 1994; Desideri, Heimler, 1984; Albro, Grummett, Dupuyet al, 1985; Соболева, Сайфер, Жильникова, 1995; Золотов, Кузьмин, 1982; Зенкевич, 1993). Изучением достоверности получаемых результатов мониторинга занимались Л.А. Грибова, А.К. Царькова, вопросами аккредитации аналитических лабораторий посвящены работы Л.К. Исаев, Ю.А. Карпов, В.И. Лахов, К. Дерфель, А.Б. Шаевич и др. (Грибов, 1989; Царьков, 1984; Исаев, Карпов, Лахов, 1994; Дерфель, 1994; Шаевич, 1987). Знание кумулятивных свойств вредных веществ, поступающих в окружающую среду, важно для понимания механизма их действия и реабилитации населения, что отмечается в работах В.Е. Шефтер, Л.П. Слуцковской, В.В. Худолия, В.А. Филова, V. Khudoley, G. Pliss, T. Schramm. Возникла необходимость в классификации согласно их природе и структуре – Г.Б. Плис, В.В. Худолей, И.Г. Майорова, Л.М. Шабад и др. (Шефтер, Слуцковская, 1985; Худолей, Филов, 1993; Khudoley, Pliss, Schramm, 1984; Плисс, 1989; Худолей, Майорова. 1988; Шабад, 1966).

Учеными по заданию ЮНЕП в 1973 – 1974 гг. разработана и сегодня функционирует Глобальная система мониторинга окружающей среды, основная задача которого является предоставление информации, необходимой для защиты здоровья и безопасности людей, рационального управления окружающей средой и использования природных ресурсов (Конюхов, Сергеева, Крапивко, 2003). Разработано значительное количество методов относительно точной оценки состояния экосистем (Вронский, 1996; Цветкова, Алексеев, Усанов, 1999; Платонов, 2002; Коробкин, Передельский, 2003). Целью биологического мониторинга является определение устойчивости природных систем к внешним воздействиям, а его основной метод - биоиндикация и биотестирование, обнаружение и определение степени загрязнения по ответным реакциям живых организмов и их сообществ. Эколого-аналитический мониторинг- мониторинг за содержанием загрязняющих веществ в воде, почве и воздухе с применением физических, химических и физико-химических методов анализа. Эколого-аналитический мониторинг позволяет обнаружить поступление загрязняющих веществ в окружающую среду, установить влияние антропогенных факторов и оптимизировать взаимодействие человека с природой. Химический мониторинг является частью эколого – аналитического мониторинга. Это система наблюдений за химическим составом атмосферы, осадков, поверхностных и подземных вод, почв, донных отложений, растительности и животных. Его задача определение фактического уровня загрязнения окружающей среды и определение источников загрязнения. Эколого-биохимический мониторинг позволяет следить за биологическим состоянием организмов еще на не загрязненных территориях и способствует выяснению патологий, возникающих под начальным влиянием антропогенного стресса (Столяренкова, Кукушкин, 1988; Черных, 1991; Шихова, 1997).

Несмотря на важность химических и физических методов оценки состояния окружающей среды, обеспечивающих получение базовой информации о концентрации известных загрязнителей и физических изменениях, биологическая оценка качества среды оказывается приоритетной (Золотухин, Любимов, Лукьянова, 1997). Во-первых, только она дает интегральную характеристику качества среды при всем многообразии воздействий, во-вторых, оценивает пригодность среды для человека, поэтому усилия ученых направлены на поиски надежных живых тест-систем, которые бы выявляли ранние изменения в экосистемах (Шурбет, 1988; Павлов, 1988; Гудериан, 1979).

В ограниченной области интенсивности фактора, особо благоприятной для данной особи, организм существует в условиях физиологического оптимума. Отдельные факторы могут частично взаимозаменяться (Любимов, 1999). Поэтому в природе существуют экологические диапазоны присутствия (экологические потенции), отражающие фактическую реакцию организма при воздействии всех факторов среды. Физиологическая толерантность и экологическая потенция организма определяют его индикаторную ценность.

Метод оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем называют биоиндикацией (Гиляров, 1986; Реймерс, 1980). Например, цветение у различных видов растений зависит не только от внутренних факторов, но и весьма чувствительно к внешним воздействиям, что может быть использовано при изучении состояния окружающей среды (Столяренкова, Кукушкин, 1988; Уоринг, Филипс, 1984; Бессонова, Лыженко, 1990).

Антропогенные воздействия, с одной стороны, представляют собой новые параметры среды, а с другой – обусловливают антропогенную модификацию уже имевшихся природных факторов и изменение свойств биологической системы. Если эти новые параметры значительно отклоняются от соответствующих исходных величин, то возможна биоиндикация. В этом основное различие между физическими или химическими измерениями антропогенных факторов среды и биоиндикацией. Если первые методы дают количественные и качественные характеристики фактора, но позволяют лишь косвенно судить о его биологическом действии, то с помощью второго можно получить информацию о биологических последствиях и сделать лишь косвенные выводы об особенностях фактора (Шурбет, 1988). Морфологические изменения растений требуют незначительных затрат труда при наблюдении. Выделяют макроскопические и микроскопические отклонения. Макроскопические изменения проявляются в изменении окраски листьев, в преждевременном увядании, дефолиации, изменении размеров органов, изменении формы роста и ветвления, изменение прироста и плодовитости (Десслер, 1981; Гудериан, 1979; Трешоу, 1988; Страд, Золотарева, Лисовский, 1991; Кряжева, Чистяков, Захаров, 1996; Здоровье среды: практика, 2000; Здоровье среды: методы, 2000; Шаталов, Кругляк, 1999; Ашихмина, 1996). В техногенно преобразованной городской среде у растительных организмов обнаруживаются отклонения от нормы процессов обмена веществ, формирования клеточных и тканевых структур, ассимиляционных органов (Илькун, 1971; Кулагин, 1974; Николаевский, 1979; Сарсенбаев, Полимбетова, 1986). Все это может использоваться для оценки качества среды и выявления внутренних резервов толерантности растений. Таким образом, получить точные количественные данные о динамике и величине стрессовых воздействий только лишь на основе морфологических изменений не представляется возможным, но можно точно определить их биологические последствия. При выборе индикаторов отдается предпочтение растительным сообществам как объектам, дающим более достоверную картину состояния среды (Одум, 1975). Труды многих исследователей посвящены разработке методов фитоиндикации (Второв, Дроздов, 2001; Василевич, 1992; Виноградов, 2000; Воронов и др., 1985; Горбунов и др., 1999; Криволуцкий, 1996, 1998; Лебедева и др., 1999, 1999; Левич, 1980; Миркин, 1989; Терещенко и др., 1994; Diamond, 1975; Gaston, 1998; Clements, 1920; Работнов, 1979, 1983, 1995; Раменский, 1971; Уиттекер, 1980). Мониторинг состояния флористического разнообразия является важнейшей составляющей общего биологического мониторинга, который позволяет оценивать и оптимизировать влияние человека на экосистемы (Мартыненко, Миркин, 2003). Сохранение и изучение флористического разнообразия – одна из важнейших проблем современной биологии. Ее значение подчеркивается в принятой Генеральной Ассамблеей ООН в 1994 г. Конвенции о биологическом разнообразии, а также в ряде работ (Биологическое разнообразие: подходы…, 1992; Соколов, 1997; Сохранение биологического разнообразия…, 1997; Shulze, 1994; Solbrig, 1991; Булохов, 2004).