Термины и определения

В нашей работе под термином «биомониторинг» понимается проводимый методами биоиндикации мониторинг здоровья (качества) окружающей среды, ее отклонения от экологически сбалансированного оптимума. По сути, настоящая работа является составной частью (одной из форм) экологического мониторинга – как мониторинга экологических параметров среды. Поскольку название «Биомониторинг» для обозначения проводимых работ более 15 лет назад введено МФ «Биотест» [2] мы, вследствие этого, тоже использовали его в нашей работе, хотя более строгим термином является «Мониторинг здоровья среды».

Мониторинг здоровья среды – это система наблюдений, анализа и моделирования качества среды с последующей оценкой и прогнозом ее состояния на основе биоиндикационных методов, а точнее – на основании анализа стабильности развития живых организмов.

Термин «здоровье среды» используется как ведущими учеными-экологами, так и экологами-практиками. В частности, представление о здоровье среды как комплексной интегральной характеристике ее состояния используется членом-корреспондентом РАН А.В.Яблоковым и активно внедряется в практику экологической деятельности членом-корреспондентом РАН В.М.Захаровым. В Москве наряду с Центром экологической политики России (ЦЭПР) создан центр «Здоровье среды» [17, 18, 19]. На базе Воронежского биосферного заповедника функционирует региональный Центр здоровья среды. В Латвии, уже несколько лет существует Национальный центр здоровья среды; в Костомукше при государственном заповеднике создана лаборатория здоровья среды. Программа «Мероприятия по оздоровлению окружающей среды Калужской области» была принята Калужским областным комитетом по охране окружающей среды еще в первые годы его существования, аналогичные программы существовали во многих областях СССР. В США по инициативе Американского конгресса в 1966 создан Национальный институт наук здоровья окружающей среды (NIEHS).

Под «здоровьем среды» [4, 6], в самом общем смысле, понимается ее состояние (качество), необходимое для обеспечения здоровья человека и других видов живых существ. Концепция здоровья среды все шире распространяется среди экологов всего мира. Это понятие становится одним из центральных и в экологической политике России. Основным индикатором устойчивого развития, в конечном итоге, является качество среды обитания [4, 6]. Обеспечение здоровья среды – по-видимому, единственно возможный путь поддержания баланса между интересами хозяйственной деятельности и обеспечением экологической безопасности населения. Добиться приоритетности обеспечения здоровья среды – одна из главных задач национальной экологической политики.

Биоиндикаторы (от гр. bios – жизнь и лат. indico – указываю, определяю), по общепринятому определению, – это организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды. В качестве биоиндикаторов могут быть использованы также сообщества организмов (биоценозы). Другими словами, под биологическими индикаторами в экологии понимаются живые системы (клетки, многоклеточные организмы, популяции, виды, сообщества организмов), которые позволяют судить о состоянии среды обитания. Суть в том, что биологический индикатор – это часть системы, состоянием которой интересуется человек.

Сама же биоиндикация, в рассматриваемом здесь аспекте, – это оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях.

Термин «мониторинг» появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде в 1972 г. Под мониторингом было решено понимать систему непрерывного наблюдения, измерения и оценки состояния окружающей среды. Основной функциональной задачей мониторинга является обеспечение наиболее эффективной информационной обратной связи от природной среды, которая подвергается антропогенному воздействию, к человеческому сообществу [7, 12, 13, 14]. В современной практике экологических обследований чрезвычайно редко встречаются случаи влияния на окружающую среду лишь одного действующего фактора (например, шума, или электромагнитного излучения, или только одного из химических веществ). В подавляющем большинстве случаев человеческой деятельности окружающая среда подвергается одновременному воздействию сразу нескольких таких факторов.

Мониторинг каждого химического вещества, ввиду их огромного количества и разнообразия, нереален: в настоящее время во всем мире, ориентировочно, производится около 80 тысяч видов химических продуктов (Экологическая химия, 1997), из них ежегодно производится около 30 тыс. видов химических веществ в количествах более 1 т/год каждое (Реймерс Н.Ф., 1990). Обычно используемые для оценки экологической ситуации методы основаны на определении концентраций загрязняющих веществ и их сравнении с ПДК. Вследствие этого они слишком трудоемки и дорогостоящи и не могут дать объективной картины состояния среды в целом, т.к.: далеко не для всех загрязнителей известны нормы ПДК; суммарные воздействия различных сочетаний веществ на организмы (синэргетный эффект) изучены в еще меньшей степени; нормы ПДК разработаны лишь для человека и не могут служить критерием воздействия на окружающую среду в целом, поскольку, например, влияние загрязняющих факторов на растения существенно сильнее, чем на человека [2, 4, 17, 19] в последние годы среди исследователей-биологов и экологов возрастает критика самого понятия ПДК, т.к. уже любое количество загрязнителя оказывает влияние на состояние организма.

Для объективного заключения о качестве среды необходима интегральная характеристика ее состояния – т.е. оценка всего комплекса воздействий всех факторов в их взаимодействии, взаимовлиянии и суммарном влиянии на природные объекты. Такую возможность дает только биологическая оценка [3], только живые организмы, находящейся под воздействием всего многообразия физических, химических и других факторов, несут наибольшее количество информации об окружающей их среде обитания. Ряд конкретных исследований подтверждают приоритетность и интегральность биологической индикации [4, 6, 10, 11, 16 ].

Именно сами живые организмы несут наибольшее количество информации об окружающей их среде обитания: живой организм, как биологическая система, замыкает на себя все процессы, протекающие в экосистеме. В нормальных условиях организм реагирует на воздействия среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов. Под давлением неблагоприятных внешних условий действие этих механизмов несколько (в пределах нормы реакции) угнетается, что приводит к отклонениям в развитии организма. Кроме этого, реакция живого организма позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания в показателях, имеющих биологический смысл. Следовательно, приоритетность биологической оценки качества среды определяется, кроме интегральности, получением непосредственной характеристики здоровья среды, ее пригодности для живых организмов, в том числе человека.

Метод оценки качества среды, используемый в Лаборатории Биоиндикации КГПУ, в конечном итоге опирается на состояние здоровья живых организмов так же, как и метод ПДК, но, в отличие от последнего: а) не опосредован проведением химических анализов и, соответственно, внесением дополнительных погрешностей; б) не замыкается на одно «пороговое» воздействие, а позволяет выявить любую степень влияния. Суть метода заключается в определении и анализе ответной реакции растений и мелких животных на условия существования; т.е. местообитание живых организмов (в том числе и людей) оценивается с точки зрения благоприятности для их жизни и развития.

В фундамент системы положен новый взгляд на оценку качества среды, разрабатываемый Институтом биологии развития Российской Академии Наук и рекомендуемый Центром экологической политики России (Председатель - член-корреспондент РАН А.В.Яблоков[17, 18].

Анализ ответов на вопрос «Как вы себя чувствуете?», адресованный разным видам живых существ, является базовым подходом оценки среды. Особенностью этой методологии является то, что главным предметом (объектом) мониторинга здоровья среды оказывается состояние живого организма, надежное определение которого может быть получено лишь на популяционном уровне, т.к. точкой приложения внешних воздействий оказывается прежде всего популяция [2, 4, 6 ].. Непосредственно определить воздействие неблагоприятных факторов данной местности на человека невозможно т.к. жизнь человека не ограничивается рамками одного района.

В используемом морфогенетическом подходе оценивается стабильность развития (гомеостаз). Снижение его эффективности приводит к появлению отклонений от нормального строения различных морфологических признаков, обусловленных нарушениями развития. Состояние природных популяций билатерально симметричных организмов оценивается на основе анализа флуктуирующей асимметрии, характеризующей мелкие ненаправленные нарушения гомеостаза развития и являющейся ответом организма на состояние окружающей среды (Захаров, 1987).

Для практической работы у живых организмов подобран ряд признаков, легко читаемых и достаточно четко отвечающих увеличением билатеральной асимметрии на изменение внешней среды. После замеров выбранных признаков на первичном биологическом материале рассчитываются коэффициенты флуктуирующей асимметрии.

При анализе флуктуирующей асимметрии оценивается величина математической дисперсии различий между сторонами от некоторого среднего различия между сторонами, имеющего место в рассматриваемой выборке. Величина дисперсии асимметрии не зависит от абсолютных размеров признака. При этом получается точная количественная оценка величины флуктуирующей асимметрии даже при наличии направленной асимметрии. Метод строг с математической точки зрения, что позволяет проводить анализ полученных результатов с использованием обычных статистических подходов.