Биоиндикация загрязнений атмосферы и наземной среды

В основе биоиндикации лежит очевидная экологическая экстраполяция – наличие определённого видового состава свидетельствует об определённых условиях окружающей среды. Флористические и фаунистические методы основаны на изучении видового состава, структуры сообществ и комплексов доминирующих групп растений и животных.

Установлено, что хвойные породы деревьев чувствительнее прочих видов реагируют на присутствие в воздухе кислых газов, в первую очередь, сернистого ангидрида. К наиболее показательным группам, реагирующим на атмосферное загрязнение, относят также лишайники. Это чрезвычайно интересная группа организмов, сочетающих в себе достаточно противоречивые свойства. Сложнейшее взаимоотношение гриба и водоросли (симбиоз) привели к формированию особой группы организмов. Устойчивые ко многим видам воздействий (поедание животными, вытаптывание и пр.) лишайники в большинстве своём чрезвычайно чувствительны к различным антропогенным воздействиям. На них действуют прежде всего вещества, увеличивающие кислотность среды (SO₂, НF, НСl, NО_x, O₃). По показателям разнообразия и обилия лишайниковэпифитов (растущих на деревьях и других поднятых над поверхностью земли субстратах) разработаны специальные пятибалльные шкалы оценки качества среды, на основе которых выделяют пять зон: от 1 – загрязнения нет – до 5 – очень сильное загрязнение («лишайниковая пустыня»).

Мониторинг можно проводить по оценке состояния растительных сообществ в целом. Например, в районах действия крупных предприятий промышленности (Братск, Норильск, Мончегорск) чётко выделяются 3–5 зон уровней загрязнения воздуха и дегрессии насаждений. Здесь по зонам можно чётко проследить изменение уровня загрязнения воздуха и распада, гибели насаждений. Дендрологический метод биоиндикации загрязнения атмосферного воздуха позволяет изучать многолетнюю динамику изменения загрязнения атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах, т. к. подавление фотосинтетической деятельности древесных растений и ослабление насаждений интегрально отражаются на радиальном годичном приросте.

Разнообразие и структура популяций животных могут индицировать различные виды загрязнения:

ü промышленные газодымовые выбросы – клещи-орибатиды, обитатели лишайников; ряд бабочек; листоеды; тли; клопы-подкорники; моли-пестрянки; листовёртки; златки; короеды;

ü тяжёлые металлы – пауки; жужелицы; стафилиниды; долгоножки; падальные мухи и др. насекомые, а также многие виды позвоночных животных – земноводные, мелкие млекопитающие;

ü гербициды – тератогенные процессы у млекопитающих, среди насекомых – тли, гусеницы некоторых видов бабочек.

Анатомо-морфологические методы биоиндикации загрязнения воздуха основаны на выявлении у растений различных нарушений:

ü некрозы на листьях и хвое;

ü уменьшение линейного роста побегов, количества и размеров ассимиляционных органов на годичных кольцах (древесные растения) или на стеблях

(травянистые растения);

ü уменьшение площади, ксерофитизация, снижение возраста хвои у хвойных пород;

ü сокращение сроков жизни деревьев.

У животных для диагностики качества среды обычно используют:

ü изменение размеров тела и отдельных частей – длины, ширины, массы, пропорций и др. (например, длина усиков у мух и брюхоногих моллюсков под влиянием тяжёлых металлов);

ü изменение микроскульптуры поверхности тела или отдельных его областей (жужелицы, пчёлы);

ü изменение окраски тела или отдельных его частей (пример – индустриальный меланизм – потемнение светлых форм – у бабочек, божьих коровок и др.; появление альбиносов на городских территориях).

Анатомо-цитологические методы биоиндикации загрязнения воздуха:

ü определение числа и размеров устьиц на поверхности листьев;

ü определение дневной динамики апертуры устьиц;  определение размеров клеток эпидермиса и др.

Существуют также методы определения загрязнения атмосферы с помощью проведения палинологического (пыльцы растений) анализа; по уменьшению содержания хлорофилла; определению влажности листьев и их тургорного состояния; накоплению серы в листьях и коре; накоплению фенольных соединений; изменению цвета флавоноидных пигментов и др.

У животных учитываются физиологические изменения (общее физиологическое состояние организма, ферменты, форменные элементы крови и др.).