Биологический мониторинг - Татьяна Евстифеева

В точке отбора следует брать полную пробу листьев одного возраста, одного или двух наиболее представительных видов со следами повреждений. Условия роста образцов должны быть как можно более однородными.

Не все вещества аккумулируются растениями и не всегда накапливаются в концентрациях, в достаточной степени превышающих фоновый уровень, т.е. уровень, достаточный для анализа.

Использование дистанционных методов. В качестве дистанционных методов можно использовать аэрофотосъемку с инфракрасной и другой специальной техникой для выявления областей, растительность которых находится в стрессовом состоянии. В случае заболевания растения дышат более интенсивно, у них повышается температура, это обнаруживается на теплочувствительной инфракрасной пленке.

Когда часть растения гибнет, дыхание снижается, что тоже фиксируется инфракрасной пленкой. Сказанное выше относится и к изображениям, полученным с помощью спутников.

Крупномасштабные съемки оказывают помощь в обнаружении районов стресса, но поставить диагноз с их помощью нельзя, для этого требуются наземные исследования.

7 Антропогенные стрессоры, их воздействие на организм и другие биосистемы

7.1 Понятия «стресс» и «стрессоры»

Понятие «стресс» используется во многих областях науки, причем трактуется по-разному. В качестве научного термина это понятие было введено в медицину в 1936 г. биологом и врачом Гансом Селье. Он определял стресс как состояние критической нагрузки, которая проявляется в виде комплекса реакций, слагающегося из самых разнообразных изменений внутри биологических систем. Вскоре этот термин стал использоваться и в других областях науки и в обиходе, где им стали обозначать состояние неспецифического психического напряжения.

Со времени появления этого термина прошло около 80 лет, однако до настоящего времени нет общепринятого определения понятия и классификации его видов. Чаще всего стресс понимают как «состояние напряжения организма, которое проявляется в совокупности физиологических реакций организма в ответ на воздействие различных неблагоприятных или исключительно благоприятных факторов». При таком подходе выделяют:

а) эустресс – характеризуется физиологически адаптивными реакциями, когда в критической ситуации живому существу необходимо приспособится к изменившимся условиям среды;

б) дистресс – патогенные процессы, возникающие при постоянных высоких нагрузках или усилиях, которые организм не в состоянии регулировать. У животных, например, он может возникать при постоянном беспокойстве человеком, в результате скопления большого числа особей. В какой мере тот или иной фактор определяет развитие эустресса или дистресса, зависит от многих причин, как экзогенных так и эндогенных. В конечном итоге норма реакции каждого организма определяется его генофондом. При возникновении стресса у организмов большую роль играет и фактор времени, связанный как с развитием в онтогенезе чувствительности к стрессу, так и с продолжительностью воздействия фактора на протяжении различных периодов жизни. При другом подходе стресс понимают как напряженное состояние экосистемы, испытывающей повреждающее воздействие необычных природных и антропогенных факторов, которое проявляется в изменении энергетических процессов, круговорота биогенных веществ, структуре сообщества.

В биологии принимаются оба этих подхода и под стрессом понимают также реакцию различных биологических систем на воздействие экстремальных факторов среды (или стрессоров), которые в зависимости от силы, интенсивности, продолжительности воздействия могут оказывать довольно значительное влияние на состояние экосистем.

7.2 Стрессоры окружающей среды

В естественных условиях организмы часто подвергаются воздействию различных стрессоров. Обычно стрессоры делят на следующие группы:

1. Химические – включают различные химические соединения, которые действуют как в избытке, так и при недостатке.

2. Физические – температура, влага, излучение.

3. Энергетические – ветер, давление, шум.

4. Механические – скашивание, перевыпас.

К ритмически повторяющемуся воздействию экстремального количества этих факторов (холода, жары и т. д.) организмы приспосабливаются различно:

а) путем периодического изменения активности, что делает их более устойчивыми к влиянию стрессоров;

б) уклонением от воздействия экстремальных факторов среды с помощью специфических приспособлений. Например, глубоко укореняющиеся растения оказываются нечувствительными к поверхностному пересыханию почвы;

в) некоторые растения ставят на пути стрессоров физические или химические барьеры.

Среди вызываемых стрессорами нагрузок на биологические системы различают обратимые (упругие) и необратимые (пластические) нагрузки. Так, низкая температура может вызвать такие обратимые нагрузки, как затвердение жиров, денатурацию белков, замедление метаболических процессов. В то же время низкая температура может привести к таким необратимым изменениям, как непроницаемость клеточных мембран.

При длительном действии экстремальных условий среды ряд биологических систем может адаптироваться к ним. При этом наблюдается следующая закономерность – за исходным устойчивым состоянием в ответ на воздействие стрессора обычно следует избыточная реакция, которая затем сменяется некоторым стабилизирующим состоянием, на смену которому наступает новое устойчивое адаптированное состояние (рисунок 1).

Опасность антропогенных стрессоров состоит в том, что биологические системы недостаточно адаптированы к ним, что обусловлено, прежде всего, тем, что антропогенные стрессоры создаются с такой скоростью, что биосистемы не успевают активизировать свои адаптивные процессы. Многие антропогенные факторы потому и становятся опасными для живого, что они существенно отличаются по интенсивности и продолжительности воздействия от той, обычно существующей в природе нормы, к которой биосистемы адаптированы. В итоге антропогенные стрессоры оказывают заметное влияние на диапазон толерантности экосистем, что приводит к их деградации. Так, промышленные и технические сооружения вызывают подогрев воздуха и воды, их загрязнение вредными веществами, уплотнение почвы и т.д., что приводит к сокращению ареалов типичных видов, уничтожению целых комплексов естественной растительности и распространению рудеральных растений.

Рисунок 1 – Адаптация биологических систем к воздействию стрессоров

8 Особенности поведения загрязняющих веществ в окружающей среде

8.1 Выведение загрязняющих веществ из атмосферы и проникновение в растения

Большая часть загрязняющих веществ от источников загрязнения попадает сначала в атмосферу и уже из нее в почвенную и водную среду.

Различают три способа выведения загрязняющих веществ из атмосферы:

1. Облачное вымывание.

2. Подоблачное вымывание.

3. Сухое выпадение на подстилающую поверхность.

Поскольку многие загрязняющие вещества либо сорбированы на твёрдых частицах, либо растворены в каплях влаги, процесс выпадения осадков – важная стадия выведения загрязняющих веществ из атмосферы.

Загрязняющие вещества могут растворяться в облачных каплях в процессе образования облаков. Эта стадия выведения загрязнения из воздуха называется облачным вымыванием.

При этом количество загрязняющих веществ, попадающих в жидкую фазу за счет диффузии пропорционально их уровню внутри облака.

Так как облака находятся на относительно большом расстоянии от поверхности земли, облачное вымывание эффективно при метеорологических условиях, способствующих активному вертикальному перемещению воздушных масс в нижнем слое атмосферы, включением их в облачную массу. Из этого следует, что облачное вымывание наиболее эффективно при дальнем переносе загрязняющих веществ.

После абсорбции загрязняющих веществ облачными каплями, эти вещества могут вступать в химические реакции, подобные реакции двуокиси серы и аммиака, приводящей к образованию сульфата аммония или другие реакции.

Облачные капли являются начальной стадией образования более крупных капель осадков. Обычные капли, не превратившиеся в дождевые, могут испаряться и таким образом выделять из своего объема загрязняющие вещества в атмосферный воздух. Загрязняющие вещества затем вновь растворяются в облачных каплях и цикл выведения загрязнений из атмосферы повторяется, приводя, в конечном итоге, к выпадения дождевых капель на землю.

Вторым типом выведения загрязняющих веществ из атмосферы является процесс подоблачного вымывания, при котором дождевые капли, пролетая, захватывают загрязняющие вещества и переносят их на подстилающую поверхность.