ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2011, № 2, с. 190-198
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.4:577.4:502.7
БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПОЧВ: ПОДХОДЫ И ПРОБЛЕМЫ*
© 2011 г. В. А. Терехова
Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 119071, Москва, Ленинский пр., 33 Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119992, Москва, Ленинские горы
e-mail: terekhova@mail.bio.msu.ru Поступила в редакцию 27.01.2010 г.
Обзор посвящен анализу методологических подходов и организационных проблем биотестирования в разных сферах контроля почв: природоохранной, сельскохозяйственной, санитарно-эпидемиологической. Для повышения эффективности интегральной оценки экологической токсичности почв предлагается использовать целый спектр биотестов, с включением тест-организмов, представляющих основные трофические уровни экосистем: продуцентов, консументов, редуцентов.
ВВЕДЕНИЕ
Теоретической основой организации системы экологического контроля и мониторинга почв служат представления об их структурно-функциональной роли в биогеоценозах и биосфере [18, 19]. Необходимость диагностики качества почвы по биотическим показателям обоснована тесной взаимозависимостью "косного" и "биологического" начал. Биотические показатели могут дать информацию о трансформировании почвенной экосистемы, о состоянии организмов и степени приемлемости воздействий для сохранения разнообразия форм жизни и их сбалансированного развития. Аналитический контроль загрязнения, проводимый химическими методами, показывает наличие лишь "маркеров" — определенных концентраций загрязнителей, которые могут иметь неодинаковые последствия в регионах с разнообразными условиями среды обитания и разным составом обитающих видов живых организмов. Такая информация имеет ограниченное значение для прогноза структурно-функциональных изменений и оценки состояния биоты, а, следовательно, экосистем в целом.
В настоящее время после спада в конце 70-х годов прошлого столетия работы в области биологического контроля вновь переживают период активного развития. О расширении исследований в этом направлении свидетельствует, в частности, динамика публикаций, отражаемых в ре-феративно-библиографической базе данных Института научной информации США (ISI) Web of Science (http://isiknowledge.com/). По данным этой информационной системы, в период с 1977 по 2009 гг. опубликовано более 4500 работ, посвя-
* Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН "Биологическое разнообразие".
щенных методам биодиагностики, биоиндикации и биотестирования (biodiagnostic, bio indication and bioassay). При этом работ, посвященных биологическому контролю почв (в заголовке слова: biodiagnostic, bioindication, bioassay, soil), немного — за указанный период лишь 120, то есть в среднем 4 работы в год. Однако если бы для библиографического анализа при составлении базы данных Web of Science были доступны все работы российских авторов, эти показатели значительно возросли.
Существующие подходы к экологической оценке почв обусловлены разнообразием их функций на Земле. В свою очередь, роль почвы в экосистеме определяется многообразием требований и воздействий на почву со стороны живых организмов (рисунок) [1]. Соответственно этому многообразию функций, выполняемых почвой, в разных сферах деятельности человека: сельскохозяйственной, санитарно-эпидемиологической и природоохранной — сложились свои принципы и требования к схемам биотического контроля свойств почв [9].
Почвы агроценозов. По отношению к человеку почва издавна выполняет специфическую функцию жизнеобеспечения, являясь главным средством сельскохозяйственного производства и местом поселения людей.
Для сельскохозяйственных угодий важна, прежде всего, оценка почвенного плодородия, то есть способности почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах, влаге, воздухе, биотической и физико-химической среде. Плодородие почвы обеспечивает урожай сельскохозяйственных культур, а также биологическую продуктивность дикой растительности. Различают естественное и искусственное плодородие почвы. Для ведения мониторинга плодородия в Россий-
• активная трансформация
• депо семян и семязачатков
• адаптация
• пассивная трансформация
Многообразие требований и воздействий на почву со стороны живых организмов (по [1]).
ской Федерации по примеру многих других стран, в частности США, Канады и Германии, внедряется классификация почв по пригодности для сельскохозяйственного производства на основе зернового эквивалента (Распоряжение Правительства РФ от 1 октября 2005 г. № 1564-р. Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения). Оценка пахотных земель по степени пригодности и потенциальной урожайности распределяется по нескольким классам, где класс I, например, соответствует зерновому эквиваленту 55—61 ц/га. Средняя потенциальная урожайность в России в 2002 г. составила 23 ц/га, что соответствует классу V.
Качество почвы, ее геохимические показатели, избыточное количество токсических веществ, пестицидов, удобрений и т.п. влияют на всхожесть, созревание растений, развитие биомассы и качество продукции. Выбор определяемых химических и биотических показателей зависит от характера близлежащих предприятий (источников выбросов токсичных компонентов), состава средств химизации, применяемых в конкретной сельскохозяйственной местности, специфики природных географических, геологических условий и других факторов. При обосновании контрольных видов работ ориентируются на соответствующие нормативные документы (СанПиН 2.1.7.1287-03, ГОСТ 17.4.2.01-81, ГОСТ 17.4.3.0686 и ГОСТ 17.4.2.03-86).
Распоряжение СанПиН 2.1.7.1287-03 устанавливает общие гигиенические требования к качеству почвы сельскохозяйственных угодий с учетом их специфики, почвенно-климатических особенностей населенных мест, фонового содержания химических соединений и элементов. В других стандартах приводятся показатели санитарного состояния почв, обязательные для от-
дельных видов землепользования, характеризующие санитарно-химические, санитарно-бакте-риологические, санитарно-гельминтологические и санитарно-энтомологические свойства.
Почвы поселений. Из способности почв накапливать и преобразовывать природные органические материалы и вещества техногенного происхождения вытекает их санитарная функция. С целью охраны здоровья человека и эпидемиологического благополучия в населенных пунктах проводится оценка качества почвы в соответствии с санитарно-эпидемиологическими требованиями. В Российской Федерации требования СанПиН 2.1.7.1287-03, утвержденные Главным государственным санитарным врачом, предъявляются к качеству почвы в жилых кварталах, на территории строительства, в рекреационных зонах и др., где возможно влияние загрязненных почв на здоровье человека и условия проживания.
Нормативным документом регламентируется целый ряд биотических (санитарно-токсикологи-ческих) показателей: наличие возбудителей каких-либо кишечных инфекций, паразитарных заболеваний, патогенных бактерий, энтеровирусов, устанавливаются допустимые для чистых почв пределы индексов санитарнопоказательных организмов: бактериологических, паразитологиче-ских, энтомологических.
Природные почвы. Генерирование, поддержание и сохранение биологического разнообразия в природных экосистемах — одна из наиболее важных интегральных экологических функций почв в биосфере. Почва, являясь средой обитания для огромного числа организмов, ограничивает жизнедеятельность одних видов и стимулирует активность других. В мире выявлены десятки тысяч почвенных форм, различающихся
структурной организацией и параметрами среды обитания. Большое разнообразие почвенных свойств по пищевым ресурсам, влагоемкости, по-розности, кислотности, солености, окислительным и восстановительным условиям и т.д. создает огромные возможности для адаптации и размножения различных организмов.
Однако система требований и нормативов, регламентирующих применение биотических методов в целях сохранности почв в природных комплексах, в настоящее время окончательно не сформирована. Это объясняется, в первую очередь, незавершенностью разработки концепции экологического нормирования в области охраны окружающей среды и рационального природопользования в целом. В современной структуре нормативно-правового обеспечения экологического нормирования наблюдается крайняя неравномерность в обеспечении разных его направлений нормативно-методическими документами: из 500 существующих 104 по воде и лишь 2 по почвам [12].
В основном природоохранном законе нашей страны — "Законе об охране окружающей среды" — выделяются нормативы качества окружающей среды и нормативы допустимого воздействия на окружающую среду. Закон дает лишь общие представления о нормативах и необходимых требованиях к параметрам природных экосистем. Нормативы качества окружающей среды устанавливаются для оценки состояния окружающей среды в целях сохранения естественных экологических систем, генетического фонда растений, животных и других организмов. Закон предусматривает применение нормативов, установленных в соответствии с химическими (ПДК и др.), физическими (уровни радиоактивности, тепла и др.) и биологическими показателями состояния окружающей среды.
Вопросы нормативно-правового обеспечения экологической оценки и охраны почв естественных биогеоценозов остаются открытыми. Тогда как основные методические подходы и методологические аспекты реализации биотического контроля почв и других элементов окружающей среды в научной литературе биологами освещены достаточно полно.
В совершенствовании контроля природных объектов по биотическим показателям наиболее заметны достижения гидробиологов и фитоцено-логов. Почва как многоуровневая система и гетерогенная среда представляет большую сложность для организации оценки экологического качества и экосистемного нормирования вредных воздействий. Важной ее особенностью, как известно, является большая пространственная неоднородность [5]. Пространственная изменчивость вме-
сте с временной (сезонной, годовой) вариабельностью активности биотических комплексов значительно усло
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.