Примеры биоиндикации на популяционно-видовом уровне

Популяция– естественная пространственная группировка особей одного вида. Характеризуется плотностью, структурой (половозрастной, экологической и пр.), особенностями динамики. Отклонения этих показате­лей от нормы и положены в основу биоиндикации с помощью популяций.

Растения

1. Плотность популяции – количество особей вида на единицу площади или объема (величины которых выбираются в зависимости от размера организмов и среды обитания: 1м², 1 км², 1 га, 1 см³ и т.д.).

В целом, под влиянием антропогенного вмешательства у большинства видов, особенно чувствительных, плотность популяций падает. Увеличивать плотность могут популяции сорняков, галофилов и других устойчивых к антропогенному прессу видов, что также может служить целям биоиндикации.

2. Возрастная структура популяций. При антропогенном вмешательстве нарушается соотношение между молодыми, размножающимися и старыми особями в популяции:

а) популяция омолаживается, если смертность возрастает, а стадии развития укорачиваются. Это отмечено на сенокосных лугах, по сравнению с некосимыми, на городских газонах, в напочвенной растительности после прореживания лесов;

б) популяция стареет, если нарушается возобновление. Например, загрязнение сернистым газом нарушает возобновление в букняках.

3. Экологическая структура популяций. Природные популяции обычно состоят из нескольких экотипов – групп особей, приспособленных к разным условиям среды. Экотипы способствуют выживанию популяции при изменении условий местообитания. Популяции многих видов включают экотипы с высокой устойчивостью к определенным антропогенным воздействиям. Распространение устойчивых, вытеснение ими чувствительных экотипов происходит иногда очень быстро. Например, химизация и механизация сельского хозяйства привела к сильному сужению спектра изменчивости у мака-самосейки, что обнаружено при сравнении данных за 1950 и 1980 гг.

Известно много случаев отбора экотипов в природе, способствующих выживанию видов в нарушенной среде. Злак полевица побегоносная растет по морским побережьям и выносит засоление почвы, а полевица тонкая, у которой такие экотипы не обнаружены, избегает засоленных участков.

Сернистого газа в природе много вблизи вулканов, растущие здесь растения относительно устойчивы к этому газу. Например, японская лиственница, по сравнению с европейской, лучше переносит высокую концентрацию SO₂ в воздухе.

Популяции многих видов (ежа сборная, овсяница красная) из областей с сильным загрязнением SO₂ устойчивее к нему и к кислотным дождям, чем растущие в чистых районах. У подорожника ланцетолистного обнаружены экотипы, устойчивые к мышьяку, у полевицы тонкой – к меди.

4. Изменение ареалов видов растений под влиянием антропогенного вмешательства иллюстрируется данными табл. 4-2.

Таблица 4-2

Изменение ареалов видов растений под влиянием антропогенного вмешательства [4]

Вид вмешательства	Изменение среды	Влияние на ареалы
Железные до­роги	Перегрев, механическая на­грузка, загрязнение	Распространение рудеральных видов
Водные кана­лы	Смягчение климата, эвтро­физация (сточные воды)	Распространение эвтрофных водных и болотных видов
Урбанизация	Сильный нагрев, загрязнение пылью	Распространение на север южных видов, исчезновение мхов и лишайников, появление декоративных видов
Свалки	Нагрев, уплотнение почвы, эвтрофизация, ядовитые газы	Распространение эвритопных и руде­раль­ных видов

В глобальном масштабе происходит:

· сокращение ареала лесных видов, особенно в тропиках;

· распространение сорных рудеральных видов и галофитов. Засоление почвы происходит при орошении почвы в отсутствии достаточного
дренажа. Например, Месопотамская низменность сейчас представляет собой огромные солончаки. Вместо природных лесов здесь галофитная растительность, а также ивы и тополя.

Животные

1. Плотность популяций. Для биоиндикации важен выход этого показателя за пределы нормы:

а) сокращение популяций:

· многочисленные примеры редких и вымирающих видов;

· ртутьсодержащие соединения, которыми протравливали посевной материал, вызвали массовые отравления зерноядных птиц и, соответственно, сокращение плотности их популяций в Швеции в начале 50-х годов ХХ века;

· хлорорганические соединения (ДДТ) привели к сокращению популяций дневных хищных птиц;

· тяжелые металлы в сочетании с SO₂ приводят к резкому сокращению численности дождевых червей – начало уменьшения численности наблюдается, когда фоновое загрязнение превышено в 2,0–2,3 раза, при 4,0–4,5-кратном превышении черви исчезают [7];

Активный мониторинг:почвообитающих клещей-орибатидов (Humerobates rostrolamellatus) выдерживают в специальных камерах в течение недели в разных районах города. Существует корреляция между смертностью клещей и концентрацией в воздухе сернистого газа;

б) рост популяций:

· озерных чаек в Средней Европе обусловлен эвтрофизацией культурных ландшафтов;

· короеда-типографа при действии газодымовых выбросов;

· сосущих растительноядных насекомых (в основном тлей) при действии выхлопных газов (причины – уменьшение врагов, а также физиологические и биохимические изменения растений-хозяев под действием поллютантов).

2. Динамика популяций.Обычно возрастает амплитуда колебаний плотности популяций:

· рудеральные, навозные и компостные виды коллембол в городе;

· сезонные пики численности могут смещаться на иные сроки (в городе, где среднегодовая температура выше, чем в природе, на несколько гра­дусов, коллемболы имеют ранневесенний пик, как в более южных зонах).

3. Пространственная структура.Распределение особей в пространстве обычно становится более мозаичным, поскольку животные концентрируются на менее нарушенных участках. С другой стороны, нарушается размещение особей, свойственное природным популяциям.

4. Изменение ареала. По антропогенным территориям (полям, городам) южные виды распространяются далеко на север, за пределы своей зоны [8].