Оценка качества воды

Прежде всего, надо помнить, что биологическое исследование изучает не воду, а водоем в целом как единую экосистему. Н. С. Строганов определил водную токсикологию как науку о токсичности среды обитания гидробионтов на всех уровнях органи­зации живого, которая изучает все реакции гидробионтов на за­грязнение любого происхождения.

Для того чтобы оценить уровень токсического загрязнения вод­ного объекта промышленными или иными стоками, нужно отве­тить на вопросы: токсична ли исходная вода, поступающая в во­доем со сточными водами; какова степень ее токсичности; на каком расстоянии от источника загрязнения токсичность снижается до минимального значения.

Для биологической индикации качества вод могут быть исполь­зованы практически все группы организмов, населяющие водо­емы: планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие, водоросли, макрофиты, бактерии и рыбы. Каждая из них, высту­пая в роли биологического индикатора, имеет свои преимуще­ства и недостатки, которые определяют границы ее использова­ния при решении задач биоиндикации, так как все эти группы играют ведущую роль в общем круговороте веществ в водоеме. Орга­низмы, которые обычно используют в качестве биоиндикаторов, ответственны за самоочищение водоема, участвуют в создании первичной продукции, осуществляют трансформацию веществ и энергии в водных экосистемах. Всякое заключение по результатам биологического исследования строится на основании совокупно­сти всех полученных данных, а не на основании единичных нахо­док индикаторных организмов. Как при выполнении исследования, так и при оценке полученных результатов необходимо иметь в виду возможность случайных, местных загрязнений в точке на­блюдения. Например, разлагающиеся растительные остатки, труп лягушки или рыбы могут вызывать местные изменения в характе­ре населения водоема.

Высшие водные растения среди групп орга­низмов-индикаторов являются наименее изученным звеном, хотя имеют ряд преимуществ. Они представляют собой видимый нево­оруженным глазом и поэтому весьма удобный для наблюдения объект, а также дают возможность при рекогносцировочном гид­робиологическом осмотре водоемов в первом приближении визу­ально оценить их экологическое состояние. Макрофиты позволя­ют определить трофические свойства воды, а иногда и специфику ее химизма, что имеет существенное значение при биоиндикации чистых вод.

Диагностика почв

В основе принципа биологической диагностики почв лежит представление о том, что почва как среда обитания составляет единую систему с населяющими ее популяциями разных организ­мов.

Лучше других разработаны ботанические методы фито-индикации и диагностики почв. Например, путем анализа состава и струк­туры растительных сообществ, распространения растений-индикаторов или определенных индикационных признаков у отдель­ных видов растений можно установить тип почвы, степень ее гидроморфизма, развитие процессов заболачивания, соленакопления и т.д. Среди растений обнаружены индикаторы на тот или иной механический и химический состав почв, степень обогащенности питательными элементами, на кислотность или щелочность, глу­бину протаивания мерзлотных почв или уровень грунтовых вод.

Теоретической предпосылкой применения почвенно-зоологического метода для целей диагностики почв является сформули­рованное М.С.Гиляровым в 1949 г. представление об «экологи­ческом стандарте» вида — потребности вида в определенном ком­плексе условий среды. Каждый вид в пределах своего ареала встре­чается только в тех местообитаниях, которые обеспечивают пол­ный комплекс необходимых для проявления жизнедеятельности условий. Амплитуда варьирования отдельных факторов среды ха­рактеризует экологическую пластичность вида. Эврибионты мало пригодны для индикационных целей, тогда как стенобионты слу­жат хорошими индикаторами определенных условий среды и свойств субстрата. Это положение представляет собой общий тео­ретический принцип в биологической диагностике. Однако ис­пользование для индикации одного вида не дает полной уверен­ности в правильности выводов (здесь имеет место «правило сме­ны местообитаний» и как следствие смена экологических харак­теристик вида). Лучше исследовать весь комплекс организмов, из которых одни могут быть индикаторами на влажность, другие — на температуру, третьи — на химический или механический со­став. Чем больше общих видов почвенных животных встречается на сравниваемых участках, тем с большей долей вероятности можно судить о сходстве их режимов, а следовательно, о единстве почво­образовательного процесса. Менее других полезны микроскопи­ческие формы — простейшие и микроартроподы (клещи, ногохвостки). Их представители отличаются космополитизмом в силу того, что почва для них не выступает как единая среда обитания: они живут в системе пор, капилляров, полостей, которые можно найти в любой почве. Из микроартропод наиболее хорошо изуче­ны индикаторные свойства панцирных клещей. Состав их комп­лексов сообществ зависит не только от почвенных условий, но и от характера и флористического состава растительности, поэтому данный объект перспективно использовать для индикации повреж­дающих воздействий на почву.

Особенно ценны и удобны для индикационных работ сооб­щества крупных беспозвоночных (дождевые черви, многонож­ки, личинки насекомых). Так, стафилиниды рода Bledius и чер­нотелки рода Belopus показательны для солончаково-солонцовых почв, многоножки-кивсяки, некоторые мокрецы и легочные моллюски служат индикаторами содержания в почве извести. Дождевые черви и некоторые виды проволочников являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах.

Интерес представляет почвенно-альгологическая диагностика, в основе которой лежит положение о том, что зональности почв и растительности соответствует зональность водорослевых группировок. Она проявляется в общем видовом составе и комплексе доминантных видов водорослей, наличии специфических видов, характере распространения по почвенному профилю, преобладании определенных жизненных форм.

Микробиологическая и биохимическая характеристика почв – наиболее сложные разделы почвенной биодиагностики. Микроорганизмы – очень чуткие индикаторы, резко реагирующие на различные изменения в среде. Отсюда необычайная динамичность микробиологических показателей. Почва характеризуется не только составом и численностью разных групп биоты, но и их суммарной активностью, а также активностью биохимических процессов. Показателями биологической активности почв, применяемых в биоиндикации, могут служить количественные характеристики численности и биомассы разных групп почвенной биоты, их общая продуктивность, некоторые энергетические данные, активность основных процессов, связанных с круговоротом элементов, ферментативная активность почв, а также количество и скорость накопления некоторых продуктов жизнедеятельности почвообитающих организмов.

Для определения размеров микробной массы и продуктивности используют не только прямые подсчеты числа клеток, но и косвенные методы – биохимические и физиологические. Например, биомассу водорослей предложено определять по количеству хлорофилла, бактерий – по специфической для прокариот мурамовой кислоте, грибов – по хитину, который входит в состав их клеточной стенки. Микробную активность в почве определяют по уровню АТФ и полифосфатов, содержанию ДНК, РНК и аминокислот.

Наиболее общими являются методы, позволяющие оценить суммарные биологические процессы по исходным и конечным продуктам: методы определения дыхания почвы по поглощению О₂ или выделению СО₂; учет активности азотфиксации по восстановлению ацетилена; микрокалориметрические измерения для установления уровня термостойкости; методы с применением специальных материалов (целлюлозы, хроматографической бумаги, целлофана) для оценки скорости и степени их разложения и накопления продуктов метаболизма, например, аминокисот.