Почвенные организмы-биоиндикаторы: методы оценки состояния почвы и экологических рисков

Введение в биоиндикацию почвы. Почвенные организмы выступают ключевыми посредниками в большинстве биологических процессов. Благодаря высокой чувствительности к стрессовым факторам, они активно применяются в качестве биоиндикаторов для комплексной оценки качества почв. Определенные группы мезофауны и макрофауны, такие как коллемболы (ногохвостки), дождевые черви и почвенные клещи (Acari), служат надежными индикаторами биоразнообразия при мониторинге изменений в подземных экосистемах. Их эффективность подтверждена многочисленными программами мониторинга, где они фиксируют изменения, вызванные антропогенным воздействием или сменой землепользования.

Эталонный подход в мониторинге. Основу подобных программ составляет подход, базирующийся на эталонных (фоновых) условиях. Данный принцип предполагает сравнение сообщества на исследуемом участке с сообществом на эталонном участке в том же регионе со схожими почвенными, климатическими и ландшафтными характеристиками. Этот метод является центральным для многих национальных систем биоиндикации, оценивающих состояние почвы через динамику сообществ почвенной фауны. Такой подход обеспечивает высокую экологическую значимость и привязку оценок к конкретной местности.

Триадный подход в оценке экологического риска. Аналогичная методология применяется в схемах оценки экологического риска для конкретных территорий. Здесь изменения в видовом богатстве и составе сообществ на загрязненных участках сравниваются с эталонными данными. Это формирует экологическую линию доказательств (ЭЛД, ELoE), одну из трех составляющих в рамках комплексного триадного подхода. Триада интегрирует ЭЛД с химической линией доказательств (ХЛД, ChLoE) и экотоксикологической линией доказательств (ЭкЛД, EcLoE) для всесторонней оценки рисков.

Чувствительность к загрязнению и экотоксикологические тесты. Высокая чувствительность почвенной фауны к химическому загрязнению делает её превосходным экологическим индикатором. Такие организмы, как коллемболы, дождевые черви, энхитреиды, клещи и жуки, используются для оценки экотоксикологического потенциала загрязненных почв, включая риски от пестицидов, промышленных химикатов и отходов. Стандартизированные экотоксикологические тесты измеряют воздействие на особи, популяции или целые сообщества. Часть этих тестов является юридически обязательной, например, в рамках процедур регистрации химических веществ в Европейском союзе.

Вертикальная стратификация организмов и оценка риска. Почвенные организмы распределены по различным вертикальным слоям, что критически важно для точной оценки риска. В то время как многие представители мезофауны обитают в верхних 5 см, эндогейные дождевые черви активны в слое до 20 см, а анецические дождевые черви населяют глубокие галереи до 2 метров. Определение экологически значимых сценариев воздействия для этих горизонтов необходимо для корректной оценки рисков, например, от пестицидов. Данные о вертикальном распределении также легли в основу разработки карты почвенных экорегионов Европы, учитывающей свойства почв, климат, землепользование и потенциальный функциональный состав сообществ.

Приложение 1: Индикаторы биоразнообразия и программы мониторинга. Истощение почвенного биоразнообразия представляет серьёзную угрозу качеству почв и экосистемным услугам в ЕС. Поэтому разработка оперативных индикаторов является приоритетной задачей. В рамках проекта ENVASSO был разработан набор готовых к использованию индикаторов биоразнообразия почв для программ мониторинга. Их отбор проводился по трём критериям: наличие стандартизированной методологии, взаимодополняемость с другими показателями и простота интерпретации результатов как для научного, так и для политического сообщества.

Приложение 2: Система BISQ (Биологический индикатор качества почвы). В Нидерландах в рамках национальной сети мониторинга используется система BISQ (Biological Indicator for Soil Quality). В ней применяются 25 интегрированных параметров, включая биотические (сообщества нематод и дождевых червей), функциональные (например, микробное дыхание) и абиотические показатели. Ключевой принцип — сравнение измеренных значений на объекте с референтными значениями для ненарушенных участков. Результаты интегрируются в радиальную диаграмму (радарную гистограмму), где отклонения от 100% наглядно демонстрируют степень нарушения, обеспечивая комплексную оценку здоровья почвы.

Приложение 3: Триадный подход к оценке рисков. Методология Triad объединяет три независимых линии доказательств. Химическая линия доказательств (ChLoE) сопоставляет концентрации загрязняющих веществ с нормативными значениями. Экотоксикологическая линия доказательств (EcLoE) включает лабораторные тесты на токсичность для почвенной фауны с использованием образцов с места. Экологическая линия доказательств (ELoE) основывается на полевых данных о видовом богатстве и составе сообществ. В рамках многоуровневого подхода оценка начинается с простых скрининговых тестов (например, на выживаемость червей) и переходит к детальным исследованиям (тесты на размножение, полные учеты фауны) при получении противоречивых результатов.

Приложение 4: Методологии экотоксикологического тестирования. Методы экотоксикологического тестирования с использованием почвенной фауны постоянно развиваются. Стандартные лабораторные тесты традиционно используют искусственный субстрат (почва ОЭСР), однако в современных исследованиях предпочтение отдаётся естественным почвам для повышения экологической релевантности. Тесты оценивают воздействие на уровне особи (выживание, рост) или популяции (размножение). Более сложные полевые исследования, такие как мезокосмные эксперименты, проводятся на природных почвах для оценки воздействия на уровне сообщества, например, изменения видового состава, что обеспечивает реалистичную основу для окончательной характеристики экологического риска.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante.

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity.

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.