Биоиндикация 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 – количество особей вида на единицу площади или объема (величины которые выбираются в зависимости от размера организмов и среды обитания: 1 м2, 1 км2, 1 га, 1 см3 и т.д.).
В целом, под влиянием антропогенного вмешательства у большинства видов, особенно чувствительных плотность популяций падает. Биоиндикация основана на учете плотности популяции чувствительных к нарушениям видов, площади, покрытой лишайником леканора (Lecanora conizaeoides). Этот относительно дымостойкий лишайник встречается в Европе на всех древесно-кустарниковых породах, что позволяет произвести первую оценку интенсивности многолетнего загрязнения воздуха на данной территории. Площадь покрытия лишайника хорошо коррелирует с концентрацией сернистого газа в воздухе, причем в безлесных ландшафтах влияние последнего намного сильнее, чем в лесных.
Увеличивать плотность могут популяции сорняков, галофитов и других устойчивых к антропогенному процессу 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 некошеными, 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, избегая 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 (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 таблицы:
Изменение ареалов растений под влиянием антропогенного вмешательства
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, Месопотмаская 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:
a) сокращение популяций:
· Многочисленные примеры редких и вымирающих видов;
· Ртуть содержащие соединения, которыми протравливали посевной материал, вызвали массовые отравления зерноядных птиц и, соответственно, сокращение плотности 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;
Активный мониторинг: почвообитающих клещей-орибатидов (Humerobates rostrolamellatus) выдерживают в специальных камерах в течение недели в разных районах города. Существует корреляция между смертностью 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 (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 концентрируют 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.