Практическое применение методологии биотестирования

Среди возможностей применения подходов биотестирования следует отметить их пригодность в мониторинге районов с интен­сивным развитием промышленности и сельского хозяйства. Кро­ме того, биотестирование позволяет провести беглое сканирова­ние больших пространств в целях ранней диагностики экологи­ческих нарушений. В данном случае достаточно ограничиться наи­более простыми, но эффективными методами, основанными, на­пример, на морфологических или физиологических показателях.

Обобщить результаты, полученные методами биотестирования, допустимо по всем методам в пределах каждого подхода; по всем подходам для каждого вида или группы видов живых организмов; для экосистемы в целом, что дает надежную суммарную оценку состояния среды и исключает ошибочное заключение, вполне возможное при использовании единичных показателей в отноше­нии отдельных видов. Итоговое заключение должно содержать ха­рактеристику качества среды в исследуемом районе (оценку сте­пени отклонения от нормы и фонового состояния; оконтурива-ние зоны ощутимых последствий воздействия) и оценку благо­приятности среды для человека.

Комплексная оценка качества среды обитания помимо исполь­зования разных подходов и тест-объектов биотестирования подразумевает организацию наблюдений за всеми природными сре­дами, в первую очередь за воздушной, водной и почвенной ком­понентами биосферы.

Организация наблюдений за загрязнением атмосферы.Такие наблюдения проводятся на стационарных, маршрутных и пере­движных (подфакельных) постах. Стационарные и маршрутные посты служат для проведения систематических наблюдений, пе­редвижные — для разовых наблюдений в зонах непосредственно­го влияния промышленных предприятий. Наблюдения под факе­лами дымовых труб предприятий проводятся с целью получения материалов по распределению вредных веществ от отдельных ис­точников выбросов в зависимости от метеоусловий и для получе­ния оценки их влияния на загрязнение атмосферы.

Согласно международным стандартам ИСО 14000 «Системы уп­равления охраны окружающей среды», отбор проб воздуха прово­дится по направлению ветра на расстояниях от источника выбро­сов 0,2 — 0,5; 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 15 и 20 км, на высоте 1,5 м от поверхности земли в течение 20—30 мин по специальным мето­дикам.

Организация наблюдений за загрязнением поверхностных вод.Для правильной оценки качества воды в водоеме, характеристики его химико-биологического состояния, степени загрязнения не­обходимо провести отбор репрезентативных проб воды из иссле­дуемого водоема. Под этим понимается их соответствие постав­ленной задаче по количеству, объему, выбранным точкам, вре­мени отбора, а также по технике отбора, предварительной обра­ботке, условиям хранения и транспортировки.

Различают простые и смешанные (усредненные) пробы. Про­стые пробы, т.е. отобранные в полном объеме в определенный момент времени, характеризуют качество воды в данном пункте водоема во время отбора. Смешанные пробы представляют собой объединенную по тому или иному принципу серию простых проб. Смешанные пробы характеризуют среднее содержание определен­ных компонентов или свойств за некоторый промежуток времени или среднее значение для некоторого участка водоема.

В зависимости от цели исследования отбор проб может быть разовым или регулярным. Место отбора выбирают в соответствии с целями анализа и на основании исследования местности.

Согласно ИСО 14000 «Системы управления охраны окружаю­щей среды», пробы отбирают с глубины 20 — 30 см от поверхно­сти. Объем проб может варьировать от 1—2 до 15—20 л и более. Для отбора проб используют специальные устройства — бато­метры.

Пробы воды для биологического анализа хранят не более суток в холодильнике при / +4°С в полиэтиленовой или стеклянной посуде.

Организация наблюдений за загрязнением почв.В связи с тем что в твердых средах (грунтах) токсиканты редко распределены равномерно, существуют определенные методики отбора проб, по­зволяющие нивелировать последствия мозаичности. Для определе­ния загрязнений промышленного происхождения отбор проб почвы производится один раз в год в летний период. Как правило, для контроля выбираются почвы, занятые культурными растениями.

Для определения точек отбора применяется азимутальный ме­тод. Каждый год пробы отбираются вокруг промышленных цент­ров по четырем румбам на расстоянии 1; 2; 3; 5 и 10 км. Один раз в пять лет обследование почвы проводят более подробно по всем 16 румбам и на расстояниях 0; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 8; 10; 20; 30; 50 км. Положение точек пробоотбора отмечается на карте.

Методика отбора почвенных образцов определяется поставлен­ными перед исследователем задачами. Во всех случаях образцы должны наиболее полно характеризовать исследуемую площадь. Анализируются индивидуальные и смешанные образцы. Для ха­рактеристики биологической активности почв на каждой стомет­ровой делянке берут пять смешанных образцов конвертным спо­собом. Каждый образец составляют из 5—7 индивидуальных проб. Если делянка меньше 100 м², достаточно брать три смешанных образца по диагонали, составленных из 3—5 индивидуальных проб. Все образцы анализируются отдельно.

Делают записи в дневнике с указанием района исследований, описанием выбранного места закладки разреза, участка или опыт­ного поля (рельеф, растительность, предшествующие культуры, агротехника, внесение удобрений) и подробной характеристикой почвы. Обязательно записывают время взятия образца.

Пробы грунта для биохимического анализа берут специальны­ми пробоотборниками. Обычно они представляют собой круглые трубки из прочного нейтрального материала — «нержавейка», пластмасса — диаметром 5 см с крышками. В открытом состоянии пробоотборник аккуратно вгоняют в грунт на максимально воз­можную глубину. После этого трубка плотно закрывается сверху крышкой и сразу (если позволяет грунт) снизу закрывается вто­рой крышкой. Если плотность грунта велика, то для закрытия взя­того керна* трубку необходимо очень аккуратно наклонить, ста­раясь не нарушить его внутри трубки, и затем закрыть нижнюю крышку. При отборе проб почвы буром смешанный образец со­ставляется из 20 кернов (уколов), отобранных через равные про­межутки по диагонали пробной площадки, примерно через 7 — 10 м. Все отобранные керны смешиваются в отдельной емкости (ведре или банке). Отсюда берется анализируемый впоследствии

* Керн — почвенная колонка с ненарушенной структурой и порядком поч­венных горизонтов, полученная пробоотборником путем бурения. образец и помещается в химически не активную емкость (чистая стеклянная банка, пластиковая емкость). Каждый образец снаб­жается этикеткой с указанием района взятия пробы, шифра и номера керна, даты, фамилии исследователя.

Мониторинг биоты

Для изучения животного мира, в практике работ, перспективными объектами биологических исследований могут выступать пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие.

Из рептилий наиболее интересным объектом исследования может быть прыткая или полосатая ящерицы по данным А.С. Баранова, В.И. Борисова, А.В. Валецкого и Н.П. Ждановой. Использование этого вида представляется удобным, в связи с его широким распространением. Кроме того, ящерицы имеют небольшой радиус индивидуальной активности, в связи с чем, могут отражать состояние локальной территории. Так как возрастные и половые у ящериц по уровню стабильности развития отсутствуют, выборка может быть суммарной. Однако необходимо учитывать, что полученные оценки стабильности развития по морфологическим признакам отражают ситуацию на момент формирования исследованных признаков (период пренатального онтогенеза) и не подвержены дальнейшим возрастным изменениям. Поэтому, при сравнении разных популяций лучше использовать особей из одновозрастных групп (сеголетки, молодые, взрослые). Учитывая дальнейшую статистическую обработку, объем выборки должен быть не меньше 20 особей. Материал не нуждается в предварительной подготовке. Непродолжительное время пойманных особей можно хранить в замороженном виде. Затем их лучше зафиксировать. Хранить материал нужно в 72-75 % этаноле. Для оценки стабильного развития можно использовать любые билатеральные признаки различных морфологических структур. Лучше выбирать признаки, которые легко учитываются. Наиболее удобными являются признаки фолидоза (чешуйчатого покрова). В настоящее время балльная шкала оценки отклонений стабильности развития от условной нормы находится в стадии разработки.

Птицы, как объекты для оценки здоровья среды, обладают рядом преимуществ: приуроченность развития птенцов к определенному локальному участку, большое экологическое разнообразие. По данным П.Д. Венгерова (Захаров и др., 2001), объекты исследования должны отвечать следующим требованиям: многочисленность, оседлость (при анализе взрослых особей), широкая распространенность, эвритопность, доступность изучения. Из воробьинообразных можно рекомендовать большую синицу, мухоловку-пеструшку, обыкновенного скворца, домового и полевого воробьев и др. Для оценки ситуации в текущем году на локальном участке оптимальным вариантом является использование гнездовых птенцов. Возможен также отлов ювенильных особей после вылета из гнезда до начала дальних кочевок. Взрослых птиц используют только у строго оседлых видов при сравнении каких-либо удаленных биотопов, например, естественных и урбанизированных территорий. Особей разных полов объединяют в одну выборку, поскольку по величине асимметрии они не различаются. Достаточный объем выборки – 30 особей. После осмотра птиц кольцуют и возвращают в природу. В большинстве случаев допустима только прижизненная обработка, что ограничивает набор признаков. Исследования связаны с метрическими признаками оперения (длина маховых и рулевых) и меристических признаков фолидоза ног (число роговых щитков). Предпочтительнее использовать последние. Они легко учитываются, проявляют индивидуальную изменчивость. У воробьиных птиц роговые щитки покрывают переднюю и заднюю части цевки и верхнюю сторону пальцев. Достаточно анализировать изменчивость числа щитков на втором, третьем и четвертом пальцах, как наиболее легко и безошибочно учитываемых. Подсчет щитков производится от проксимального к дистальному концам пальцев, при этом совокупность щитков, расположенных в месте причленения пальцев к цевке, не учитывается. Бальная шкала оценки отклонений стабильности развития от условий нормы находится в стадии разработки.

Млекопитающие, находясь на вершине пищевых цепей, являются важным объектом для характеристики рассматриваемой экосистемы. Данные А.С. Баранова, В.И. Борисова, А.В. Валецкого, полученные по представителям этой группы, в наибольшей степени пригодны для экстраполяции на человека. Использование фоновых, наиболее многочисленных для данного региона видов облегчает сбор материала и дает возможность получения выборок одного и того же вида во всех изучаемых точках. Можно использовать такие широко распространенные виды как рыжая и обыкновенная полевки, полевая и домовая мыши, обыкновенная бурозубка и др. Различия между животными разных возрастных групп обычно отсутствуют, поэтому возможно использование суммарной выборки. Если желательна оценка ситуации на текущий момент, необходимы выборки молодых особей этого года рождения. Для характеристики популяции необходимо использование репрезентативной выборки. Опыт свидетельствует, что адекватная оценка ситуации может быть получена уже при анализе 20 особей. При сборе материала предпочтительнее использование живоловок или ловчих канавок, т.к. другие орудия отлова могут повреждать материал, что особенно нежелательно при малой численности животных. При интерпретации результатов необходимо учитывать, что полученные оценки стабильности развития по хронологическим признакам отражают воздействие на момент формирования исследованных признаков (период пренатального онтогенеза и ранние этапы постнатального развития) и не подвержены дальнейшим возрастным изменениям. Материал до обработки лучше хранить в замороженном виде. При отсутствии такой возможности для фиксации можно использовать 70% этанол или 4% формалин. Для изучения асимметрии у мелких млекопитающих наиболее удобным представляется черепной материал. Мягкие ткани удаляются с костей черепа после вываривания. Качество очистки черепа желательно контролировать под бинокуляром. Костный материал требует особых условий хранения. Он может сохраняться длительное время. При изучении стабильности развития млекопитающих в большинстве случаев используются хронологические признаки, а именно число мелких отверстий для нервов и кровеносных сосудов на левой и правой сторонах черепа. Эти признаки, которые формируются на ранних стадиях онтогенеза и не подвержены, как правило, возрастным изменениям. Для оценки стабильности развития млекопитающих используется пятибалльная шкала.