10.8 КОНТАКТНІ МЕТОДИ: БІОЛОГІЧНІ МЕТОДИ
БІОІНДИКАЦІЯ
Біологічні методи моніторингу довкілля – ґрунтуються на визначенні екологічних та фізіолого-біохімічних параметрів живих організмів з метою характеристики параметрів навколишнього середовища, в якому вони мешкають. Відрізняють три методи: біоіндикації, біомоніторингу та біотестування.
На відміну від інших контактних методів, вони дозволяють отримати інтегральну (комплексну) характеристику довкілля. Безліч екологічних факторів можуть визначати умови середовища, його безпечність. Визначити інструментальними методами всі ці фактори складно і непотрібно. Реакція живого організму на вплив довкілля є реакцією на вплив всіх діючих чинників довкілля (згадайте закони факторіальної екології). Саме методи біологічного моніторингу відносять до власне екологічних методів дослідження довкілля.
Біоіндикація – комплексний метод оцінки якості навколишнього середовища або параметрів його окремих компонентів за наявністю або відсутністю певних видів живих організмів (їх угруповань). Такі живі організми є слугують своєрідними індикаторами умов довкілля. Біологічний індикатор (біоіндикатор) – організм (його популяція), який своєю присутністю або відсутністю вказують на наявність певного критичного фактору (явища) навколишнього середовища. Чутливість біоіндикатору залежить від ступеню стенобіонтності за конкретним фактором. Кращими біонідикаторами є види-стенобіонти за певним екологічним фактором.
Біоіндикатори вказують на наявність певних умов по аналогії з якісними реакціями в аналітичній хімії на певний іон. Наприклад, лакмусовий папірець змінює колір з синього на рожевий при зниженні водневого показника рН < 7, або роданід амонію забарвлює розчин у червоний колір при наявності іонів заліз (ІІІ).
Кожний може пересвідчитися, що рослини чутливо реагують своєю присутністю на хімічний склад грунту, зокрема – його кислотність.
1. Ацидофільні рослини
Сфагнум, хвощ польовий, щавель малий, молочай, волошка, подорожник
рН = 3,0-4,5
Хвощ польовий
Щавель малий
Подорожник великий
2. Нейтрофільні рослини
Яглиця, лисохвіст луговий, конюшина лугова, сапонарія, цикорій, мятлик луговий.
рН = 6,0-7,3
Яглиця
Конюшина лугова
Цикорій
Єдиним законодавчо регламентованим методом біоіндикації, що використовується у практиці екологічного моніторингу, є система сапробності.
Сапробність – комплекс фізіолого-біохімічних властивостей гідробіонтів, які визначають їх здатність мешкати у воді з певним вмістом розчинених нестійких органічних речовин. Водні організми, для яких визначені такі властивості, називаються сапробіонтами.
Всі сапробіонти розділені на три групи:
Полісапроби – мешканці вод, сильно забруднених органічними речовинами, практично позбавлені розчиненого кисню. Як результат, створюються анаеробні умови з переважанням відновлювальних біохімічних процесів.
Мезосапроби – вода повинна містити незначну кількість кисню. Відновлювальні процеси поступаються окислювальним.
Олігосапроби – мешкають в умовах насиченої киснем води та практичної відсутності розчинених органічних речовин.
Для поширених видів гідробіонтів (переважно планктон та бентос) розраховано коефіцієнти, які використовуються у розрахунках індексу сапробності, величина якого вказує на ступінь забруднення води органічними сполуками.
Приклад розрахунку індексу сапробності за методом Пантле-Бука
де S – індекс сапробності; Sí – показник сапробності індикаторного виду гідробіонту; hí – відносна представленість виду в біоценозі; n – число індикаторних видів.
Іноді в науковій та популярній літературі підкреслюють сучасність та прогресивність системи сапробності, підкреслюючи її інтегральний характер (виявляє забруднення як таке) та дешевизну, у порівнянні з інструментальними хіміко-аналітичними методами. Слід нагадати, що насправді зазначений метод був розроблений у 1902 р. німецькими біологами Р. Кольквицем та М. Марсоном. У той час інтенсивний промисловий розвиток Німеччини призвів до надзвичайного забруднення водойм, що це стало загрозою для людини. Розвиток аналітичної хімії не дозволяв визначати окремі компоненти забруднення та його інтенсивність. Тому запропонований метод біоіндикації насправді з’явився як відповідь на безвихідь. В даний момент фізико-хімічні методи дозволяють визначити будь-який забруднювач у найменшій концентрації. Для визначення видового складу гідробіонтів необхідне залучення великої групи фахівців, що не є дешевим. Тому систему сапробності (а також всю біоіндикацію) вважати точним та сучасним методом немає жодних підстав.
БІОМОНІТОРИНГ
Біомоніторинг – метод оцінки параметрів навколишнього середовища або його окремих компонентів за змінами властивостей та параметрів певного виду організму у природних умовах. Ступінь таких змін дозволяє кількісно оцінити наявність забруднення середовища або вплив іншого стресового фактору.
На відміну від біоіндикації, видами-моніторами можуть слугувати лише види з широкою толерантністю до досліджуваного фактору (еврибіонти). Зміни біохімічного складу живих організмів-біомоніторів дозволяють виявити та оцінити інтенсивність негативного впливу довкілля. Часто здатність накопичувати стійкі забруднювачі у тканинах біомоніторів (важкі метали, нафтопродукти, ДДТ, радіонукліди), допомагає визначити ступінь забруднення середовища та біологічну доступність забруднювачів для живих організмів (а отже, і їх небезпеку).
Наприклад, визначення рівня накопичення молюсками забруднювачів використовують у наступних випадках.
Концентрація у воді нижче чутливості інструментальних методів
Забруднення є непостійним у часі - залповий викид
Визначення ступеня забруднення повітря за показниками фітопатології рослин.
Ступінь пошкодження хвої сосни звичайної в залежності від інтенсивності забруднення атмосфери (перш за все – сірчаним газом)
БІОТЕСТУВАННЯ
Біотестування – встановлення токсичності середовища за допомогою лабораторних тест-об'єктів, які своїми тест-функціями (морфо-фізіологічними реакціями) сигналізують щодо небезпеки середовища. Як біотести використовують:
– види-індикатори (які фактом своєї загибелі вказують на наявність небезпечного фактору);
– види-монітори (ступінь змін морфо-фізіологічних параметрів вказують на інтенсивність впливу чинників середовища).
У дослідженні використовують спеціальні лабораторні культури тест-організмів, а під час експерименту по біотестуванню зразка компонента середовища контролюють основні фізико-хімічні параметри довкілля (температура, освітлення, концентрація кисню тощо). Це дозволяє отримувати більш точні та відтворювані результати.
Наприклад, після розміщення генетично однорідних цибулин цибулі звичайної у розчини досліджуваної речовини, її токсичність можна оцінити за величиною приросту коренів рослин.
Параметри виживання/смертності та життєздатності новонароджених гіллястовусих ракоподібних дафній, які є дуже чутливими до токсичних речовин у водному середовищі, дозволяє визначати небезпеку питної води для людини.
