Наземные методы получения исходной информации о состоянии окружающей среды

 

В настоящее время при проведении наземных мониторинговых наблюдений широко используются геохимические, геофизические индикационные методы.

3.2.1. Геохимические методы. Сущность этих методов состоит в изучении функционирования и развития природных и природно-антропогенных систем с помощью анализа распределения, миграции и концентрации химических элементов и их соединений в различных геосредах. В стационарных и полустационарных условиях изучается поступление химических элементов естественным путём и в результа­те хозяйственной деятельности человека, выявляется интенсивность их водной и воздушной миграции, сопоставляется состав растворенных веществ в ландшафтах различной степени антропогенной трансформа­ции, рассматривается биологический круговорот элементов и его из­менения под влиянием техногенеза. Анализ носит сопряжённый харак­тер и захватывает все компоненты природной среды: воздух и атмосферные осадки, поверхностные и подземные воды, горные породы и почвы, растения. Геохимические методы дают возможность определить закономерности изменения химического состава природных компонен­тов и комплексов, их устойчивость к различным веществам и способ­ность к самоочищению, выявить вероятность формирования техноген­ных аномалий, скорости распространения и пространственные масшта­бы загрязнения. Эта информация необходима для оценки современно­го состояния окружающей среды и решения задач прогнозного харак­тера.

Н.С. Касимов (Дьяконов и др., 1996) выделил три основных гео­химических метода, которые используются при мониторинге окру­жающей среды: 1) метод кларков; 2) изучение геохимической структу­ры ландшафтов; 3) метод биогеохимических циклов.

Метод кларков рассматривается как исследования, связанные с оценкой распространённости химических элементов в различных при­родных средах - от глобальных геосфер до локального уровня ланд­шафтов или экосистем. Напомним, что кларки характеризуют среднее содержание химических элементов в земной коре, литосфере, атмосфе­ре, гидросфере, живых организмах, Земле в целом. Различают гло­бальные, региональные и локальные кларки элементов. Получаемые в результате исследований данные о химическом составе почв, горных пород, вод, растений сравнивают чаще всего с глобальными и регио­нальными кларковыми величинами.

Содержание химических элементов в различных типах почв и горных пород, как правило, отличается от кларков литосферы. Сред­ние концентрации элементов, растворённых в водах рек, озёр и под­омных горизонтов, также лишь условно характеризуют кларки гидро­сферы. Химический состав растений зависит от двух главных факто­ров: а) ландшафтно-геохимического (экологического), определяющего Геохимическую обстановку произрастания растений (уровни содержа­ния элементов в питающей среде; формы их нахождения, в том числе подвижные, доступные для растений); б) генетического, определяющего биогеохимическую специализацию отдельных семейств, родов и видов растений в связи с их систематическим положением и особенностями происхождения. В техногенных ландшафтах с аномально высоким содержанием элементов в почвах, породах и водах концентрация элементов в растениях определяется главным образом первым фактором. В фоновых ландшафтах наряду с экологическими условия ми важное значение приобретает генетический фактор.

Кларки литосферы, гидросферы и живого вещества постоянно уточняются и детализируются для отдельных районов, типов горны пород и почв, классов вод и систематических групп растений. В настоящее время имеются данные о распределении в природных компонентах не только химических элементов, но и их различных соединений (например, таких загрязнителей, как пестициды, полихлорбифенилы, полициклические ароматические углеводороды и др.). Установлено, что в районах с интенсивным развитием промышленности и земледелия содержание названных загрязнителей в почвах может на один-два порядка превышать их концентрацию в фоновых ландшафтах.

Метод кларков имеет как достоинства, так и недостатки. Его достоинства - массовость наблюдений, сопоставимость зафиксированных результатов и др. Основные недостатки метода связаны с излиш­ней обобщённостью данных, полученных в ходе их статистические обработки, а главное - с отсутствием целостного подхода к таким сложным объектам, какими являются геоэкосистемы. Поэтому при проведении мониторинга данные, полученные с помощью метод кларков, должны сочетаться с выделением и изучением ландшафтно-геохимических систем и их геохимической структуры,

Изучение геохимической структуры ландшафтов (R, L - анализ) подразумевает исследование связей в элементарных геохимических ландшафтах и их сопряжённых рядах, которые называют катенами. При изучении ландшафтов в целом уже трудно оперировать понятием "геохимический фон" (т.е. среднее содержание какого-либо химического элемента). В связи с этим предложено понятие "фоновая геохимическая структура", под которой понимается соотношение между различными подсистемами ландшафта. Фоновая геохимическая структура складывается из радиальной и латеральной структур, характеризующих соответственно вертикальную и горизонтальную (склоновую) дифференциацию ландшафтов.

Выявление радиальной структуры (R-анализ) производится на основе геохимической дифференциации вертикального профиля различных элементарных ландшафтов. Ландшафты рассматриваются как системы, состоящие из радиально взаимодействующих подсистем типа "порода-почва", "почва-растения", "почва-воды" и "атмосфера-растения-почвы" и др. Для характеристики их структуры используются коэф­фициенты радиальной дифференциации R, представляющие собой от­ношение содержания (валового или подвижного) химического эле­мента в том или ином генетическом горизонте почвы к его содержа­нию в почвообразующей породе. В каждом горизонте профиля обычно имеются несколько групп элементов с различной радиальной диффе­ренциацией, например, сильного накопления (R>5), среднего накопле­ния (R=2-5), выноса (R<1) и т.д.

Выявление латеральной геохимической структуры (L-анализ) предполагает изучение катен - сопряжённых рядов элементарных ландшафтов или почв, располагающихся на одном склоне. В зависи­мости от сложности литогенного субстрата почвенно-геохимические катены делятся на монолитные и гетеролитные. Для характеристики первых из них используется коэффициент местной миграции К_м, представляющий собой отношение содержания элемента в почвах подчинённых ландшафтов к его содержанию в почвах и коре вывет­ривания автономных ландшафтов. При изучении гетеролитных катен приходится вводить поправку на литогеохимическую неоднородность, позволяющую определить контрастность геохимической породы (L).

Метод биогеохимических циклов заключается в сопоставлении химического состава живых организмов с составом других природных сред - горных пород, почв, вод, атмосферного воздуха. Это создаёт возможности для системного анализа биологического круговорота хи­мических элементов, биогеохимических циклов в ландшафтах и био­сфере в целом. Другой путь познания миграционных циклов элементов в природе - детальное изучение баланса химических элементов в системах различного уровня - локальных, региональных и глобальных. В настоящее время модели круговорота веществ лучше разработаны для первого (элементарные ландшафты, катены) и последнего уровней (биосферы).

3.2.2. Методы анализа состава компонентов окружающей сре­ды. Геоэкологический мониторинг подразумевает отбор проб (образ­цов) воздуха, воды, почв, горных пород, растений с целью определе­ния химического состава этих компонентов. Для ее достижения ис­пользуются различные методы аналитической химии и физики, позво­ляющие установить количественное соотношение элементов и соеди­нений, входящих в состав анализируемых веществ.

При выборе методов анализа учитываются следующие характе­ристики: а) специфичность (селективность), т.е. возможность обнару­жения искомого элемента в присутствии других; б) чувствительность, определяемая наименьшим содержанием элемента (до 1,0 мкг), кото­рое может быть обнаружено данным методом в капле раствора (0,01-0,03 см); в) точность, т.е. величина относительной ошибки оп­ределения. Точность и чувствительность в количественном анализе выражаются в процентах.

Методы, которые используются для определения состава компо­нентов окружающей среды, можно разделить на химические, физико-химические и физические (Косов и др., 1996 и др.).

К наиболее распространённым химическим методам анализа от­носится титрование или титрометрическнй анализ. Сущность этого метода заключается в измерении объёма раствора реактива с точно известной концентрацией (или реагента), который расходуется на ре­акцию с данным объёмом определяемого вещества. Прямое титрова­ние состоит в постепенном прибавлении контролируемого количества реагента (например, кислоты) к анализируемому раствору (например, щёлочи) до точки эквивалентности - момента, когда количество реа­гента эквивалентно объёму определяемого вещества в соответствии с химическим уравнением данной реакции. Конец титрования устанав­ливается визуально по изменению окраски вводимого индикатора или инструментально. Титрометрический анализ используется для опреде­ления содержания в воде кальция, магния, железа, меди и других элементов.

К группе физико-химических методов анализа относят электро­химические и хроматографические методы. Электрохимические мето­ды основаны на измерении величины электрического тока или раз­ности потенциалов, возникающих в растворах при протекании в них различного рода химических реакций. Среди последних наибольшее применение нашли потенциометрия, полярография, кондуктометрия, кулонометрия.

Потенциометрический метод заключается в измерении электро­движущей силы гальванического элемента с индикаторным электро­дом. Использование ионоселективных электродов позволяет определить активность более 25 ионов в растворах в широком диапазоне концен­траций. Хорошо известно применение потенциометрии для определе­ния реакции среды, т.е. измерения активности иона водорода (рН сре­ды).

Полярографический метод основан на восстановлении анализи­руемого соединения на ртутном капающем электроде и используется, как правило, при анализах следовых количеств веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях. Анализ производится на полярографах с чувствительностью определения органических и неорганичен соединений на уровне 0,05-1,0 мкг/мл пробы.

Сущность кондуктометрического метода состоит в измерении электропроводности анализируемого раствора, которая зависит от концентрации ионов в растворе и их подвижности. Разработанные на кондуктометрическом принципе газоанализаторы (приборы для выяв­ления состава газовой смеси) применяют для определения оксидов газов, серосодержащих соединений, галогенов, галогеноводородов.

Кулонометрический метод заключается в измерении количества электричества, которое расходуется при выделении на электроде того или иною вещества. Кулонометрические газоанализаторы широко ис­пользуются для определения в воздухе сернистого газа, фтористого водорода, хлора и других ингредиентов.

Электрохимические методы анализа имеют ряд достоинств. Они не требуют применения сложной аппаратуры и большого количества химических реактивов, обладают быстродействием и компактностью. К недостаткам этих методов следует отнести сложности, связанные с калибровкой, учётом взаимного влияния ионов, а также не всегда достаточно высокую точность определения содержания загрязнителей.

Хроматографические методы основаны на разделении смесей веществ на две фазы, одна из которых неподвижна (жидкость или твёрдое тело), а другая подвижна и протекает через неподвижную. В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают газовую и жидкостную хроматографию. Анализ производится с помощью хроматографа, в котором разделенные вещества попадают в установ­ленный на выходе детектор, регистрирующий их концентрацию. Современные газовые и жидкостные хроматографы позволяют анализи­ровать смеси веществ, состоящие из десятков и сотен компонентов, и, в частности, определять в воздухе и воде такие сложные органические загрязнители, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и пестициды. К недостаткам хроматографических методов следуетотнести высокую стоимость оборудования, наличие специально оснащённых лабораторий и высококвалифицированных операторов.

Среди физических методов, используемых для определения состава компонентов окружающей среды, можно выделить фотометрический анализ, атомно-абсорбционный спектральный анализ, спектраль­но-эмиссионный метод, рентгеновскую флуоресценцию (спектроско­пию) и др.

Фотометрический анализ - это группа методов, которые основаны на зависимости между концентрацией вещества в растворе или газе и поглощением света. Его сущность заключается в измерении колебания интенсивности излучения (видимого, ультрафиолетового и инфракрасного), прошедшего через раствор с анализируемым веществом. Метод анализа, в котором используется видимый свет, называют колометрическим. Метод, который заключается в измерении интенсивности монохроматического света (т.е. световых колебаний одной частоты), носит название спектрофотометрического. Эти методы широко применяются для выявления состава воздуха, воды и почв. В качестве примера можно привести определение ионов аммония, нитра­та, нитрита, фосфата в пробах воды и сернистого газа в воздухе. Чувствительность определения органических и неорганических соеди­нений с помощью названных методов находится на уровне 0,04-20,0 мкг/мл пробы (Беккер, Агаев, 1989).

Атомно-абсорбционный спектральный анализ основан на по­глощении монохроматического излучения атомами паров анализируе­мого вещества. Излучение данной длины волны может поглощаться только определёнными атомами. Этим объясняется высокая избира­тельность данного метода. Он отличается универсальностью, быстро­той проведения многоэлементарного анализа, высокой производитель­ностью. Современные атомно-абсорбционные спектрофотометры обес­печивают обнаружение загрязняющих элементов при концентрациях 0,1-0,01 мкг/л, что оказывается достаточным для многих наблюдаемых объектов. В настоящее время этим методом можно определить кон­центрации более 70 химических элементов в различных природных средах.

В основе спектрально-эмиссионною метода лежит излучение (испускание) световой энергии атомами, ионами, реже молекулами. Излучаемые атомами и ионами эмиссионные спектры не зависят от вида химических соединений, из которых состоит исследуемое веще­ство. Поэтому этот вид анализа применяется только для определения элементарного (атомного) состава проб воздуха, вод, почв, биологиче­ских объектов. При фотографической регистрации спектра названный метод даёт принципиальную возможность анализировать одновременно до 30 элементов в одной пробе. В пробах воды и почвы могут быть определены очень низкие концентрации многих элементов (10^-3 -10^-4 %).

Рентгеновская флуоресценция (спектроскопия) основана на измерении рентгеновского излучения, испускаемого при бомбардировке атомов исследуемого элемента частицами высокой энергии. Получен­ный спектр даёт качественную и количественную информацию: длина волны (или частота) испускаемого излучения может использоваться для идентификации элементов, а интенсивность - для измерения их количества. Рентгеновские спектры регистрируются с помощью спек­трометров путём измерения длины волны или энергии излучения. Этот метод особенно эффективен при изучении загрязнения атмо­сферного воздуха. Его преимущество состоит в возможности примене­ния как в лабораторных условиях, так и при проведении полевых исследований.

3.2.3. Геофизические методы. Сущность этих методов заключа­ется в изучении процессов поступления и превращении вещества и энергии в геосистемах и экосистемах на основе использования балансового подхода. Наблюдения производятся обычно в стационарных ус­ловиях на постоянных участках и профилях с применением специаль­ных измерительных приборов по определённой программе и методике. Программа включает инструментальное измерение элементов радиаци­онного, теплового и водного балансов, исследование тепло- и влагообмена между компонентами природной среды, водно-теплового ре­жима и ето влияния на продуктивность геосистем и экосистем. Срав­нение структуры балансов трансформированной и ненарушенной тер­риторий позволяет выявить направление и степень изменений, а также количественно оценить возможные последствия хозяйственной дея­тельности человека.

Радиационный баланс (R) деятельной поверхности, на которой происходит преобразование потока солнечной энергии, и радиацион­ный баланс элементарной геосистемы записывается в виде следующей формулы:

R=(S+q)(1 – A) – J_эф,

где S - прямая солнечная радиация; q- рассеянная радиация; А - аль­бедо (характеристика отражательной способности поверхности); j_эф - эффективное излучение (разность между длинноволновым излучением деятельной поверхности и излучением атмосферы к этой поверхности).

Для определения составляющих радиационного баланса исполь­зуются следующие приборы: актинометр (позволяет измерить интен­сивность прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность), альбедометр (регистрирует суммарную рассеянную и от­ражённую радиацию), балансомер (предназначен для измерения радиа­ционного баланса деятельной поверхности). Эффективное излучение определяется двумя способами: непосредственно при помощи специ­ального прибора - пиргеометра и расчётным путём по данным метео­рологических наблюдений. Все термоэлектрические приборы, предна­значенные для измерения составляющих радиационного баланса, рабо­тают в паре с гальванометром.

Тепловой баланс (Q) деятельной поверхности - алгебраическая сумма потоков тепла, приходящих на земную поверхность и уходя­щих от неё, может быть описан следующим уравнением:

где R - радиационный баланс; Р - турбулентный обмен теплом между земной поверхностью и атмосферой; В - обмен теплом между земной поверхностью и нижележащими слоями почвы; LЕ - затраты тепла на испарение (L - удельная теплота испарения, Е - величина испарения); показатель ± DQ характеризует изменение запасов тепла за сравнительно короткий промежуток времени (за многолетний период он равен нулю).

Среди составляющих теплового баланса наибольшую сложность представляет определение затрат тепла на испарение. В настоящее время используется несколько методов определения испарения: весовой, градиентный теплобалансовый, расчётный (по данным метеороло­гических наблюдений).

Весовой метод заключается во взвешивании через определённые промежутки времени монолитов почв, которые помещены в специальные приборы - испарители. При этом количество осадков, выпавших за период наблюдений, регистрируется почвенными дождемерами или осадкомерами Третьякова. Уникальные испарители сооружены на Вал­дайской экспериментальной станции Государственного гидрологического института. Они позволяют определить суммарное испарение весовым методом в естественных лесных геосистемах.

Градиентный теплобалансовый метод определения затрат на ис­парение разработан в Главной геофизической обсерватории имени А.И. Воейкова. Расчёт этих затрат производится по данным срочных наблюдений за температурой и абсолютной влажностью воздуха на двух высотах (для луга на высотах 50 см и 200 см от поверхности). Одновременно фиксируется значение радиационного баланса и опреде­ляется поток тепла в почву (см. ниже). В том случае, если (R -А) > 0,10 кал/см⁵ мин, Де>0,1мб и >С, суммарное испарение рассчитывается по формуле.

 

где Dе - разность абсолютной влажности воздуха на высотах 50 и 200 см от поверхности; ∆t - разность температуры воздуха для тех же вы­сот.

Среди расчётных методов определения суммарного испарения выделяется метод водного баланса, позволяющий рассчитать его вели­чину за календарный или гидрологический год. Испарение определяется как разница между количеством атмосферных осадков и суммар­ным годовым стоком. Преимущество этого метода связано с наличием массового материала Гидрометеослужбы по осадкам и стоку для бас­сейнов средних и малых рек. Это позволяет получить довольно точные данные по испарению для физико-географических зон, подзон провинций. Недостатки метода водного баланса - невозможность определения величин испарения за короткие промежутки времени (декады, месяцы, сезоны года) и для локальных территорий (за исключением бассейнов малых рек и озёр).

Разработаны расчётные способы, позволяющие определить сум­марное испарение на основе решения уравнений теплового и водного баланса (комплексный метод М.И. Будыко), по данным метеорологиче­ских наблюдений за температурой и влажностью воздуха (метод А.Р. Константинова) и др.

Затраты тепла на турбулентный обмен с атмосферой (Р) при определении теплового баланса можно вычислить, используя парамет­ры состояния приземного слоя воздуха, рассмотренные выше (R, А, ∆е, ∆t). Для расчёта применяется формула

Определение потока тепла в почву и в обратном направлении (В) основано на измерениях температуры почвы на разных глубинах и её поверхности. Предложена формула для вычисления показателя В, использование которой связано с расчётом объёмной теплоёмкости почвы и так называемой функции изменения температуры почвы по глубинам и на её поверхности между двумя сроками наблюдений (Дьяконов и др., 1996).

Преднамеренные и непреднамеренные изменения природных сис­тем связаны прежде всего с изменением альбедо деятельной поверх­ности. В условиях засушливого климата при орошении происходит уменьшение альбедо (за счёт увлажнения почвы и появления расти­тельности) и снижение эффективного излучения (в связи с повышени­ем влажности приземного слоя воздуха), что ведёт к увеличению ра­диационного баланса. По данным наблюдений, в сухостепных и полу­пустынных районах Нижнего Поволжья величина радиационного ба­ланса возрастает на 40% (Дьяконов и др., 1996). Это должно приво­дить к усилению нагревания поверхности почвы, однако при ороше­нии одновременно резко возрастают затраты тепла на испарение. В зависимости от количества подаваемой воды (т.е. нормы орошения) затраты тепла на испарение увеличиваются на 50-100%, что в абсо­лютных единицах (ккал/см² Значительно превосходит увеличение ра­диационного баланса. Поэтому существенно (на 30-50%) уменьшается теплообмен с атмосферой и соответственно затраты тепла на нагрева­ние воздуха и почвы.

В результате осушения, наоборот, уменьшается расход тепла на испарение (на 10-15%) и заметно увеличиваются затраты энергии на турбулентный обмен с атмосферой (10-25%). Поэтому происходит больший, чем ранее, нагрев приземного слоя воздуха и почв и охла­ждение их в ночное время.

При воздействии человека на геосистемы наряду с изменением теплового баланса существенно изменяются и элементы водного ба­ланса территории. Водный баланс элементарной геосистемы может быть описан следующим уравнением:

 

 

где х - атмосферные осадки; У_пов - поверхностный сток; и - под­земный сток; z _ф - физическое испарение; z_t - транспирация; ∆W- изменение влагозапасов за некоторый промежуток времени (в сред­нем за многолетний период величина ∆W равна нулю).

Для определения составляющих водного баланса используются различные, в основном экспериментальные, методы. В пределах не­больших речных бассейнов (площадью 0,1 - 10 км) организуются стоковые площадки, которые оборудуются испарителями, специаль­ными лотками для измерения стока, дождемерами, скважинами для наблюдений за режимом грунтовых вод и другими приборами. С помощью этих приборов определяются поверхностный и подземный сток, количество выпавших осадков, физическое испарение и транс­пирация, величина фильтрации влаги. Используя данные наблюдений Гидрометеослужбы, можно вычислить величины составляющих вод­ного баланса более крупных территорий - бассейнов средних и крупных рек, физико-географических провинций, подзон, зон.

Составляющие водного баланса заметно изменяются под влия­нием вырубки леса, осушения и орошения, расширения застроенных территорий в городах и других видов хозяйственной деятельности человека. В условиях средней тайги ЕЧР (Архангельская и Вологод­ская области) изменение баланса при вырубке леса нередко ведёт к развитию процессов заболачивания. Если до вырубки выпадало 650мм осадков, сток составлял 250 мм, физическое испарение - 100 мм, транспирация - 300 мм, то после сведения леса на площади в не­сколько десятков тысяч гектаров годовое количество осадков может снизиться до 620 мм (на 4%), сток составит 280 мм (возрастёт на 12%), физическое испарение - 150мм (увеличится на 50%), транспи­рация - 150мм (уменьшится в 2 раза). В результате формируется положительный баланс влаги ("прибавка" составит 40 мм в год), что и предопределяет развитие процессов заболачивания (Дьяконов и др., 1996).

3.2.4. Индикационные методы. Эти методы основаны на определении состояния одного объекта по состоянию другого, связанного с первым и более доступного для изучения. В мониторинговых на­блюдениях ведущую роль играет биоиндикация - выявление измене­ний природной среды с помощью живых организмов или их сообществ. Растения - биоиндикаторы находят применение прежде всего при контроле загрязнения воздуха. Животные - биоиндикаторы исполь­зуются для наблюдения за качеством воды в водоёмах. Биоиндика­ция может проводиться на уровне макромолекул, клетки, организма, биоценоза, экосистемы (биогеоценоза).

Особенно широко используются фитоиндикационные методы. Растения-индикаторы позволяют выявить изменения природной среды по четырём признакам (критериям): физиологическому (изменения ферментативной активности, в пигментном комплексе и др.), морфо­логическому (изменения формы и размеров листьев, омертвление участков тканей, уменьшение продолжительности жизни хвои и др.), фитоценотическому и флористическому. Первые два признака дают информацию преимущественно об одномоментных состояниях окру­жающей среды, два последних о многолетних интервалах антропо­генного воздействия.

В порядке возрастания чувствительности к загрязнению расти­тельные организмы располагаются в следующий ряд: листопадные деревья, травянистые растения, хвойные деревья, мхи, лишайники, грибы. Среди сельскохозяйственных культур к загрязнению наиболее чувствительны салат, люцерна, злаковые, крестоцветные, табак, соя и др. Следует отметить, что реакция различных растений на разные загрязнители неодинакова и выявление специфических биоиндикато­ров на тот или иной ингредиент делает описываемый метод более точным и информативным.

Одним из хорошо разработанных методов биоиндикации явля­ется дендроиндикация - определение изменений природной среды в результате изучения хода прироста деревьев. Чаще всего исследуются хвойные породы (сосна, ель и др.), которые весьма чутко реагируют на изменение внешних условий жизнеобитания и имеют четко раз­личающиеся границы годичных колец. Изучение прироста произво­дится путем измерения ширины колец на образцах, полученных с помощью бурава Пресслера или спила деревьев. Данные измерений сопоставляются с материалами многолетних гидрометеорологических наблюдений, исследований загрязнения среды и влияния других ан­тропогенных факторов. На основе анализа полученных результатов делаются выводы о направлении и степени изменений природы, свя­занных с деятельностью человека.

Дендроиндикация - это один из немногих методов, позволяю­щих получить непрерывную ретроспективную информацию о разви­тии процессов за многолетний период. Её анализ даёт возможность установить сроки возникновения изменений природы и скорости их формирования во времени и пространстве. По величине колебания прироста можно судить о глубине трансформации природных систем, определить границы распространения и тенденцию развития изучае­мого процесса.

Весьма информативными биоиндикаторами загрязнения воздуш­ной среды являются эпифитные лишайники, которые способны нака­пливать в своём слоевище (талломе) многие ингредиенты (серу, фтор, радиоактивные вещества, тяжёлые металлы). Особенно они чувствительны к сернистому газу. Метод биоиндикации, основанный на выявлении состояния природной среды с помощью изучения ли­шайников, получил название лихеноинднкации.

Среди лишайников, растущих на деревьях, доминируют кусти­стые формы (кладония, цитрария и др.). Наряду с листовыми ли­шайниками они являются наиболее чувствительными к загрязнению воздушной среды. При загрязнении лишайники исчезают в первую очередь с деревьев, имеющих кислую кору (хвойные породы, берё­за), затем со стволов со слабокислой и нейтральной реакцией по­верхности (дуб, клён) и позже всего - с деревьев, имеющих слабо­щелочную кору (вяз мелколистный, акация жёлтая). Поэтому сосна, ель и берёза чаще всего используются для изучения состояния ли­шайникового покрова.

Исследование реакции лишайников на загрязнение среды про­изводится на трансекте (полосе шириной 20-100 м), которая прокла­дывается от источника воздействия (например, автомагистрали) пер­пендикулярно направлению распространения загрязнителей. Длина её в зависимости от мощности источника может варьировать от 2-3 до 20-30 км и более. Обследуются только те виды деревьев, которые встречаются на всём её протяжении. Трансекта разбивается на ряд участков: возле источника загрязнения, в 100м, 300м, 500м, 1000м, 2000м и т.д. На каждом участке закладываются пробные площади, в пределах которых фиксируются следующие параметры: а) общее число видов лишайников; б) степень покрытия слоевищем лишайника каждого дерева (затем полученные величины суммируются); в) час­тота (встречаемость) каждого вида; г) обилие каждого вида. Установ­лена зависимость между этими показателями и состоянием природ­ной среды, что позволяет получать информацию о загрязнении атмо­сферы в количественном выражении (Фёдорова, Никольская, 1997).

В последние 15-20 лет для целей мониторинга активно исполь­зуются гидробиоиндикационные методы, основанные на изучении реакции растительных и животных организмов (гидробионтов) на из­менение качества воды в водоёмах. В качестве биоиндикаторов вы­ступают бактерии, водоросли, макрофиты (высшая водная раститель­ность), фито- и зоопланктон, зообентос, рыбы. Под влиянием загряз­нения изменяются видовой состав биоценозов, морфологические при­знаки организмов, продуктивность растений и животных и другие характеристики. Эти изменения возникают даже при достаточно сла­бых концентрациях токсикантов, выявить которые с помощью хими­ческих или др. методов не всегда возможно.

Существуют два подхода к оценке качества вод по биологиче­ским показателям: а) по организмам-индикаторам и б) результатам сравнения состава гидробионтов на загрязнённых и незагрязнённых участках водных объектов. В первом случае определяют присутствие или отсутствие биоиндикаторов и по количеству той или иной инди­каторной группы оценивают экологическое состояние водных ресур­сов. Во втором случае качество воды исследуется по составу орга­низмов на разных участках водоёмов и при их сравнении выявляется степень загрязнённости.

Определение степени загрязнения водоёмов производят как по организмам - индикаторам, так и по их видовому разнообразию. При изучении видового разнообразия выделяются прежде всего неустой­чивые к загрязнению виды, так как они объективно сигнализируют об ухудшении состояния воды в водоёме, и эти сигналы поступают быстрее, чем от устойчивых видов организмов.

Выявление негативного воздействия токсических веществ на гидробионты составляет основу биотестирования. Биологический тест устанавливается по изменению состояния организмов-индикаторов и возможным морфологическим и функциональным нарушениям. Реги­страция изменений первого типа производится с помощью визуаль­ных наблюдений, биометрических измерений, гистологических и ци­тологических исследований. Функциональные и морфологические на­рушения устанавливаются на основе физиологических, биологических и биохимических методов. Для оценки качества воды используются различные тесты: биофизические (на фотобактериях), микробиологи­ческие (на микроорганизмах), эколого-физиологические (дафнии, мол­люски, рыбы), биохимические (рыбы) и другие (Косов и др., 1996).

Преимущество биоиндикационных методов связано с большой чувствительностью организмов-индикаторов и относительной быстро­той проведения анализов, основной их недостаток - необходимость учёта и выявления действия многих факторов, что усложняет интер­претацию полученных результатов и в ряде случаев затрудняет при­менение этих методов для целей мониторинга.