Насекомые как объект биоиндикации

p align="justify">     биоиндикаторов почвенной среды.

     Основными целями биоиндикации почвы являются:    

• выяснение отдельных свойств почвы и почвенных процессов,     
• оценка антропогенного вмешательства  (рекреация, загрязнение,  эвтрофикация почв)
• прогнозирование экологического состояния почвенной среды. 

     Начальным этапом биоиндикации является выбор вида-биоиндикатора.      При этом следует придерживаться следующих важных критериев выбора биоиндикатора: 

• быстрый ответ;
• надежность  (ошибка  <20%);
• простота;
• мониторинговые возможности  (постоянно присутствующий в природе объект).

     Биоиндикаторы принято описывать с помощью двух характеристик: специфичность и  чувствительность. При низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы, при высокой – только на один. При низкой чувствительности биоиндикатор отвечает  только на сильные отклонения фактора от нормы, при высокой – на незначительные. К  таким тест-организмам в почвенном сообществе относятся многие группы беспозвоночных,  и в первую очередь, насекомые. На определенное состояние среды зачастую может указать лишь присутствие тех или иных видов- биоиндикаторов в почве.

     В связи с этим, на следующем этапе практической работы происходит определение и описание отдельных свойств почвы по наличию или отсутствию различных беспозвоночных организмов. К таким характеристикам почвы относятся: механический состав, тип гумуса, степень гумификации органических остатков,  кислотность  (рH), содержание кальция, а также гидротермический режим почвы.

     Грубый  тип  гумуса диагностируют многоножки-геофилиды,  мягкий гумус –  личинки комаров-долгоножек.

     Степень созревания компостов можно также  определить по преобладанию разных групп беспозвоночных (в зрелых компостах много среди коллембол преобладают белые почвенные формы).

     Разные  стадии разложения древесины осуществляются при участии разных групп организмов, которые могут служить индикаторами. Так,  первую стадию маркируют жуки-усачи и короеды,  вторую  – ферментативная активность грибов,  третью  – муравьи и четвертую – дождевые черви.

     Высокое содержание кальция определяется по обилию в почве особых групп организмов - калькофилов. К ним относятся многоножки- диплоподы. И, наконец,  показателем глубокого залегания грунтовых вод является, например, присутствие личинок майского хруща в почве.

     Последующий этап индикации состояния почвы представляет собой оценку антропогенного вмешательства. На сильное воздействие антропогенного фактора указывают различные изменения животных в нарушенной среде,       затрагивающие их морфологию, физиологию и поведенческие реакции.

     Наиболее  доступными для изучения являются морфологические изменения организмов – особенности размеров, пропорций, покровов, окраски, уродства.

     На загрязненном корме обычно уменьшаются размеры личинок и имаго насекомых (может меняться ширина головы, длина бедра и голени, усиков и т.п.), а также отличается их окраска (у коллембол).

     Под действием ксенобиотиков (дизельного топлива, ДДТидр.) возникают нарушения  формообразующих процессов в онтогенезе насекомых.

     Уязвимы к антропогенному воздействию размножение  и развитие организмов. Так, на участках,  загрязненных тяжелыми металлами, плодовитость насекомых обычно падает,  но иногда, как у некоторых коллембол,    повышается.  При этом,  у коллембол наблюдается сокращение сроков развития.

     Антропогенные факторы воздействуют также на количественные показатели популяций организмов.  В связи с этим особое внимание в работе уделяется определению плотности популяций видов-индикаторов. Для биоиндикации важен выход этого показателя за пределы нормы.

     Среди почвенных насекомых по реакции на прямое, либо опосредованное воздействие техногенного фактора выделены три группы

• чувствительные, положительно реагирующие на умеренные дозы техногенного вещества -  диплоподы.
• чувствительные, испытывающие негативное влияние - литобиоморфные многоножки и герпетобионтные насекомые.
• индифферентные, не имеющие индикационного значения для данного типа загрязнения - большинство насекомых, развитие которых протекает в почве.

     Заключительный  этап биоиндикации почвы с помощью насекомых представляет собой составление общей характеристики экологического состояния почвы и ее обитателей, которая включает описание доминирующей линии развития объектов исследования, выявление основных факторов фона и критериев для оценки пороговых уровней возможных изменений,   подтвержденных количественными данными. При этом устанавливается логическая последовательность событий, показывающая изменения, которые претерпевают объекты исследований в данных экологических условиях, и представляется прогноз экологического состояния почвы в данном регионе.

     Таким образом,   использование насекомых в качестве биоиндикаторов позволяет оценить,  в целом,   состояние почвенной среды,    а именно ее токсичность, эвтрофикацию,  содержание определенных элементов и даже угрозу различных заболеваний.

     Также насекомые используются для диагностики элементарных почвенных процессов.

     Существует 14 элементарных почвенных процессов (ЭПП), в том числе оглеение, олуговение, образование лесной подстилки, остепнение, засоление и др. Для диагностики  этих процессов могут быть использованы экогруппы беспозвоночных, объединения видов со сходным пространственным распределением. Особенно наглядно выделяются экогруппы по катене - ландшафтному профилю, проходящему от местной депрессии к местному водоразделу. Так, для степной катены Барабинской низменности Мордкович выделил 8 экогрупп имаго жужелиц: пойменно-болотная, болотная, солончаковая, лесная, лугово-лесная, солонцовая, луговая и степная.

     То, что виды предпочитают одну и ту же часть катены, говорит об их адаптированности к какому-то одному интегральному фактору, который является ведущим в данном типе почв. Таким фактором можно считать ЭПП, который влияет на жужелиц через изменение экологической обстановки. В таком случае пойменно - болотная экогруппа жужелиц четко диагностирует место и интенсивность глеевого процесса в верхней части почвы, болотная - торфообразование, солончаковая - солончаковый процесс (галобионты), луговая - лесная - осолодение, солонцовая - осолонцевание (мелкие плоские жужелицы, обитающие в трещинах), луговая - луговое гумусонакопление, степная - степной почвообразовательный процесс, лесная - процесс образования лесной подстилки.

     Далее проводится диагностика типов почв по спектрам экогрупп. Тип почв характеризуется определенным сочетание ЭПП. А так как каждому ЭПП соответствует определенная, то типы почв отвечает определенный спектр экогрупп. Например: обыкновенный чернозем отличается доминированием жужелиц степной экогруппы (74%), что указывает на определяющую роль степного гумусонакопления в процессе формирования чернозема. Наличие 15% луговых видов маркирует проявление процесса олуговения во влажные сезоны. Небольшая доля участия других экогрупп (болотной, лугово - лесной, солонцовой и лесной) свидетельствует о былом гидроморфизе чернозема и его возможной облесенности в прошлом. 

     4 Насекомые как  биоиндикаторы водной  среды 

     При оценке качества воды необходимо помнить, что проведение соответствующих  измерений требует соблюдения определенных принципов.

     При первых визитах к реке или другому  водоему мы, как правило, задаем описательные вопросы: что, каким образом и  где. Функциональные вопросы (почему?) возникают позднее. Эти вопросы  гораздо труднее, для ответа на них  уже требуется не только измерительная работа, но и работа с литературой и мыслительные усилия.

     При интерпретации результатов измерений  качества воды надо иметь в виду, что результаты измерений верны  только по отношению к определенному  времени. Днем позднее или ранее  результаты измерений могут существенно отличаться. Например, вы можете отметить очень низкую концентрацию нитратов в ручейке или речке в один из дней. Однако, придя на другой день, вы можете отметить чрезвычайно высокое содержание нитратов, так как находящееся неподалеку сельскохозяйственное предприятие вывалило навоз в реку. Таким образом, физико-химические измерения позволяют оценить качество воды только на данный момент.

     Присутствие индикаторных видов растений или  животных позволяет более глубоко  судить о качестве воды в водоеме.

     Оценка  качества воды водоемов и водотоков  может быть проведена с использованием физико-химических и биологических  методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному  населению водоема.

     Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет  сложную систему подвижных биологических  связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно.

     Оценка  степени загрязнения водоема  по составу живых организмов позволяет  быстро установить:

• санитарное состояние,
• определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, 
• дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.

     Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов  исследования, необходимо отметить, что  биоиндикация предусматривает выявление  уже состоявшегося или происходящего  загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений.

     Таким образом, видовой состав живых организмов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

     В холодное время года системы биологической  индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.

     Каждая  группа организмов в качестве биологического индикатора имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при  решении задач биоиндикации.

     Зоопланктон достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Составной частью зоопланктона являются также разнообразные личинки насекомых.

     Зообентос - совокупность животных, обитающих  на дне и в придонных слоях  воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

     Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.

     Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут  повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких  водоемах.

     Это обстоятельство заставляет при исследовании рек обращать внимание на быстрые места их течения - перекаты, плотины и т. д. Если мы хотим получить представление об общем состоянии реки, то станции необходимо выбирать именно здесь. Если же нас интересуют разовые или местные загрязнения необходимо исследовать обитателей дна в местах со слабым течением - в заводях, бочагах и т.п. После впадения в реку тех или иных загрязненных стоков последние сносятся течением вниз по реке и откладываются в более глубоких местах реки с замедленным течением.