От традиционного биомониторинга к непрерывному экологическому биомониторингу

Возрастание роли биомониторинга в контроле экологической безопасности морских акваторий

ГУДИМОВ А.В.
Мурманский морской биологический институту КНЦ РАН, Россия

В настоящее время экологический биомониторинг является основным инструментом оценки и контроля антропогенного воздействия на морские экосистемы. Предполагается, что его назначение заключается в оценке последствий антропогенного воздействия на все биологические компоненты морских экосистем (планктон, бентос, рыб), находящиеся в их естественно-природном сочетании. Основным объектом биомониторинга признан бентос.

Неизбежное увеличение антропогенной нагрузки на морские экосистемы при разведке, разработке и эксплуатации месторождений углеводородов на шельфе обусловило возрастание роли биомониторинга в контроле экологической безопасности морских акваторий; что особенно актуально для уязвимых экосистем арктических морей. Физико-химический мониторинг не способен определить степень реальной опасности воздействия на биосистемы из-за неоднозначности биологических реакций, синергизма и комплексности природных эффектов.

Биотесты загрязняющих веществ, выполненные в искусственных экспериментальных условиях важны, но дают лишь приблизительную, ориентировочную оценку токсичности или опасности вещества/воздействия. Результаты, полученные в условиях естественной динамики факторов среды, показывают, что в природе ответ организма на текущие изменения (увеличение или уменьшение) одного из факторов не соответствует расчетным ожиданиям, основанным на данных лабораторных экспериментов. В природных условиях чувствительность организма, как правило, выше, и, вместе с тем, она может существенно изменяться во времени (Гудимов, 2006).

Способно ли существующее, ставшее традиционным, использование экологического биомониторинга уловить начавшиеся, и потому еще относительно малозаметные изменения биологических сообществ под влиянием антропогенного загрязнения? Защищает ли биомониторинг экосистему от антропогенных изменений и деградации? Фактически, нет, потому что он делает это с очень большим опозданием.

Проблема в том, что стандартному биомониторингу объективно присущ ряд недостатков, среди которых – значительная инертность и низкая чувствительность к изменениям среды. Качество мониторинга напрямую зависит от правильного выбора и соблюдения основных подходов. К ним относится, прежде всего, учет естественных многолетних процессов изменения популяций и сообществ. Только в этом случае на фоне многолетней, сезонной и пространственной динамики компонентов экосистемы могут быть прослежены изменения, индуцированные антропогенным вмешательством.

Полноценный мониторинг - это кропотливая, многолетняя работа, требующая труда высококвалифицированных специалистов, и без ее выполнения по результатам мониторинга, как правило, можно строить лишь предположения, а не прогнозы. В обычной практике, методами биомониторинга хорошо улавливаются только достаточно сильные и устойчивые изменения окружающей среды за несколько лет.

Даже при соблюдении основных подходов, при всей сложности, трудоемкости и высокой стоимости мониторинговых исследований, риск принять естественную изменчивость биоты за вызванную загрязнением сохраняется, особенно, в отношении динамичных условий прибрежных зон. Биологические последствия хронического, имеющего низкую интенсивность, или сильного, но краткосрочного загрязнения трудноуловимы для стандартного биомониторинга. Технологическая инертность биомониторинга даже с применением традиционной биоиндикации неизбежно удваивается оттого, что он, по своей сути, «обращен в прошлое», т.е. наблюдаемое состояние популяций и биоценозов отражает не современные, а давно произошедшие изменения среды.

Состояние донных биоценозов отражает не ситуацию этого года, а условия 6-7 летней давности или изменения среды последних нескольких лет (Фролова и др., 2007). На практике, только многолетние (более 5-10 лет) или катастрофические изменения сообществ достоверно выявляются традиционными методами биомониторинга и биоиндикации. Биоценотические изменения меньшего масштаба, как и реакции организмов на текущие, порой значительные, изменения условий среды фактически игнорируются, т.к. не могут быть надежно отслежены старыми методами. Между тем, и краткосрочные воздействия способны приводить к развитию деструктивных и кризисных явлений в экосистеме, снижая биоразнообразие и биологический потенциал моря.

Следовательно, главным недостатком стандартного экологического биомониторинга является то, что он устанавливает наличие антропогенного влияния post factum, со значительным отставанием от момента его возникновения, т.е. тогда, когда изменения биологических (бентосных) сообществ уже произошли, а они могут быть значительны и необратимы, особенно при хроническом действии токсикантов.

Потребность в разработке и внедрении новых технологий экологического биомониторинга и биоиндикации очевидна.

Основным современным направлением развития биомониторинга является использование биоиндикаторов, представляющих разные уровни организации биосистем (от организма до сообщества). Однако, концептуально и методически, доминирующие в мировой практике подходы к биомониторингу/биоиндикации остаются прежними, с присущими традиционному мониторингу недостатками: значительной инертностью и отсутствием оперативности.

Проблема заключается в разработке технологии биомониторинга водной среды, отвечающей современным направлениям научно-технического развития и обеспечивающей уровень экологической безопасности водных объектов, значительно превосходящий возможности существующего традиционного биомониторинга. Такая технология должна быть универсальной и, главное, обладать свойством оперативности, т.е. способностью обнаружить реакцию биосистемы в любом временном интервале.

Разрабатываемая в ММБИ (Матишов и др. 2008) технология непрерывного биомониторинга, обеспечивающего постоянный биологический контроль условий среды, использует методологию многоуровневой биоиндикации.

Концепция многоуровневой биоиндикации основывается на представлении о том, что скорости биологических процессов, происходящих в экосистеме/биоценозе на разных уровнях организации, различны. Соответственно, на организменном уровне скорость реагирования и чувствительность к воздействиям, т.е. реакционоспособность значительно выше, чем на популяционном или биоценотическом. Различные скорости процессов предопределяют и различия в дискретности измерений и применяемых методах.

Данная концепция предполагает принципиально новый подход к мониторингу. Многоуровневая система биологических индикаторов рассматривается не как традиционный одномоментный (за период бентосной съемки, например) набор индикаторных параметров нескольких уровней системной организации, но, прежде всего, как временная иерархия измерений in situ.

Биомониторинг, использующий систему многоуровневой биоиндикации, обладает минимальной дискретностью, т.е. фактически, является непрерывным, и позволяет оценивать реакции биосистем разного уровня в любом временном масштабе изменений условий среды.

Перспективы развития биомониторинга как средства экологической безопасности лежат в области автоматической и непрерывной (оперативной) биоиндикации с использованием систем «раннего предупреждения» (early warning systems).

Непрерывная биоиндикация в качестве экологического биомониторинга – это технология завтрашнего дня.

Литература
Гудимов А.В. Поведение мидий (Mytilus edulis L.) в условиях колебаний факторов среды // ДАН. 2006. т.409. № 3. С. 419-421.
Матишов Г.Г., Гудимов А.В., Денисов В.В. Многоуровневая биоиндикация в системе современной технологии мониторинга: на примере зообентоса эстуарной зоны Кольского залива // ДАН. 2008. Т. 418. № 1. С. 134-137.
Фролова Е.А., Любина О.С., Дикаева Д.Р., Ахметчина О.Ю., Фролов А.А. Влияние климатических изменений на зообентос Баренцева моря (на примере нескольких массовых видов) // ДАН. 2007. Т. 416. №1. С. 139-142.

Нефть и газ арктического шельфа-2008: материалы конференции