Биоиндикация состояния окружающей среды

БИОИНДИКАЦИЯ 

СОСТОЯНИЯ 

ОКРУЖАЮЩЕЙ 

СРЕДЫ

Москва 

ИНФРА-М 

20МОНОгРАфИЯ

В.С. ГруздеВ

УДК 504.054:504.064(075.4)
ББК 20.18
 
Г90

Груздев В.С.

 
 
Биоиндикация состояния окружающей среды : монография / 

В.С. Груздев. — М. : ИНФРА-М, 2020. — 160 с. — (Научная мысль). — 
www.dx.doi.org/10.12737/monography_5a6f02e2738690.08466285.

ISBN 978-5-16-013797-1 (print)
ISBN 978-5-16-106594-5 (online)
Монография написана на основе обобщения собственных полевых 

исследований автора, проведенных в Тверской, Вологодской и Московской областях, с анализом литературных данных по биоиндикации компонентов экосистем и экосистем в целом. Отдельные главы посвящены биоиндикации состояния атмосферного воздуха, почв, вод, растительности. 
Подробно рассмотрены методы биоиндикации и их применение совместно 
с ландшафтной индикацией. Приведены практические рекомендации 
по применению методов биоиндикации. 

Монография представляет интерес для экологов, географов, может быть 

использована в работе государственных органов по мониторингу  состояния 
окружающей среды и при разработке мероприятий по охране ландшафтов 
и экосистем от  загрязнения и истощения, а также в учебном процессе — 
преподавателями, научными сотрудниками и студентами, изучающими 
экологию, природопользование, биологию, охрану окружающей среды, 
инженерное обустройство территории. 

УДК 504.054:504.064(075.4)

ББК 20.18

Р е ц е н з е н т ы:

Замана С.П., доктор биологических наук, профессор;
Крылов М.П., доктор географических наук

ISBN 978-5-16-013797-1 (print)
ISBN 978-5-16-106594-5 (online)
© Груздев В.С., 2018

Г90

Введение

В современный период в связи с обострением проблем состояния окружающей природной среды и ее компонентов все 
большее значение приобретает использование для ее оценки методов биоиндикации. Биоиндикация — выявление количественных 
и качественных параметров окружающей среды и ее компонентов 
на основе анализа изменения морфологии, химического состава, 
жизненности и распространения видов организмов и их сообществ. 
Следует различать биотестирование и биоиндикацию. 
Биотестирование — определение параметров окружающей среды 
и ее компонентов при помощи видов организмов, выполняющих 
роль биотестов. Оно применяется в основном в лабораторных 
условиях для определения токсичности почв, вод. В качестве биотестов используют некоторые виды растений и животных. Например, при определении степени токсичности природных вод 
часто применяют мелких пресноводных рачков — дафний. В некоторых случаях в качестве биотеста для субстратов и пр. может быть 
использована быстро размножающаяся мушка дрозофила.
При изучении почв также бывает необходимо знать не только 
содержание химических веществ в почве, но и степень токсичности 
для растений данного комплекса химических веществ. Нами, 
в частности, для этих целей в качестве биотестов были использованы проростки редиса и салата, семена которых высевались в образцы в разной степени загрязненных почв. Эти растения быстро 
прорастают, и в течение 7–10 дней уже можно сделать вывод о степени токсичности образцов почв. Используют и другие биотесты.
В отличие от биотестирования биоиндикация в основном применяется в полевых условиях в процессе маршрутно-ключевых исследований состояния окружающей среды. Результаты полевых исследований в дальнейшем уточняются в процессе камеральной обработки полевых материалов. При этом используются разнообразные 
экологические шкалы (увлажнения, трофности, аллювиальности, 
высотности и др.), а также экологические и морфологические классификации видов растений и животных. Использование методов 
биоиндикации представляет большой интерес, так как позволяет 
сделать выводы о состоянии окружающей среды больших территорий, в том числе труднодоступных, без применения или с ограниченным применением (для ключевых участков) дорогостоящих 
химических анализов. Такие методы можно назвать полуколичественными. Биоиндикация обычно применяется совместно с ландшафтной индикацией. В литературе имеются материалы по приме

нению биоиндикации в разных природных зонах в России и за 
рубежом. Но эти материалы разрозненны, и, учитывая возрастающую популярность биоиндикации, мы предприняли попытку 
обобщить биоиндикационные данные собственных исследований, 
а также проанализировать имеющиеся по данной теме литературные данные. 

Глава 1 
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОИНДИКАЦИИ

Любой вид деятельности человека неизбежно вызывает какиелибо изменения в окружающей природной среде. На это было обращено внимание уже в древности, и уже тогда в некоторых цивилизациях были введены некоторые ограничения на пользование 
природными ресурсами. К настоящему времени сформировалась 
концепция, что любая человеческая деятельность должна быть регламентирована. Забота о жизни и среде обитания человека на Земле 
требует углубленного изучения природных процессов и явлений 
и учета этих знаний в перспективном планировании деятельности 
человека. Охрана окружающей среды (ОС) имеет следующие аспекты.
1. Экономический.
2. Оздоровительно-гигиенический.
3. Воспитательный.
4. Эстетический.
5. Научно-познавательный.
Конечная цель охраны ОС заключается в обеспечении благоприятных условий для существования человека, развития хозяйства, науки и культуры всех народов планеты.
Первобытные люди жили первоначально за счет собирательства 
и охоты, они тесно общались с природой, и уже в первобытном обществе накопилась некоторая сумма знаний о свойствах, строении 
и местообитаниях видов животных и растений. В эпоху древних цивилизаций объем этих знаний значительно возрос. В трудах древних 
ученых — Аристотеля и Теофраста — уже описано около 600 видов 
полезных растений, произрастающих в Европе, Средиземноморье 
и в странах востока. Знания о свойствах растений в основном накапливались в процессе развития земледелия и медицины. 
Аристотель и Теофраст, жившие за 300 лет до нашей эры, сделали попытку собрать и обобщить накопившиеся сведения о растениях. В своих сочинениях Теофраст, которого называют отцом 
ботаники, все известные в то время растения подразделил на деревья, травы и кустарники, причем культурные растения он описал 
отдельно от дикорастущих. Возделывание культурных растений 
в Римской империи было весьма распространено, на что указывают 
фамилии древних патрициев (Исаин, 1946), происшедшие от латинских названий растений: Лентулы от чечевицы (Lens), Цицероны от нута (Cicer), Фабии от боба (Faba), Пизоны от гороха 
(Pisum). 

В I веке н.э. большой популярностью пользовались сочинения 
Плиния Старшего и Диоскорида, расширивших описание растений 
до 1000 и подразделивших их на питательные, медицинские, ароматические и дающие спиртные напитки. В трудах Плиния Старшего 
имеются указания — обращать внимание на растительность при отводе новых земель под виноградники и посевы различных культур. 
В IХ веке н.э. греческий ученый Павсаний писал о возможности 
оценки почв по растительности, в частности по растущим на почве 
деревьям и рощам. В следующие 15 веков в ботанических трудах 
имело место преклонение перед трудами Аристотеля, Теофраста 
и Диоскорида, и новых знаний о растениях и животных почти 
не появлялось. В последовавшую затем эпоху Возрождения наблюдается развитие мореплавания, открываются новые земли с богатым растительным и животным миром, но пока еще продолжается «собирательный период». 
В России в ХI веке Ярослав Мудрый ввел ограничения промысла 
диких животных. Царь Алексей Михайлович (1667) издал указ 
об охоте — заповедовал Семиостровье (около Мурманска). Петр I 
уделял внимание охране лесов, защите от загрязнения рек, ввел 
штат лесных надсмотрщиков. Екатерина II ввела запрет на охоту 
с 1 марта по 29 июня. 
В ХVII веке благодаря созданию микроскопа развиваются анатомия и физиология растений. Карл Линней в ХVIII веке создал 
науку — систематику растений и животных. В начале ХVIII века значительный вклад в развитие в биологии идей биоиндикации внесли 
труды французского ученого Ж.Б. Ламарка (1744–1829). Он развивает учение об изменчивости видов растений и животных. Ламарк 
в своих трудах показал, что всякая перемена в окружающей среде 
приводит к значительным изменениям в развитии частей растений, 
вызывая появление и развитие одних частей, ослабление и даже исчезновение других. Это происходит благодаря изменению в питании, в процессах поглощения и выделения веществ, в получаемом количестве тепла, света и влаги. Он приводит такие примеры: 
в сухую весну луговые травы растут плохо, остаются тощими и слабыми, их цветение и плодоношение наступает при достижении растениями лишь небольших размеров. Наоборот, весна с перемежающимися ясными и дождливыми днями вызывает хороший рост тех 
же самых трав. В ХIХ веке Шлейден и Шванн сформулировали клеточную теорию строения организмов.
В трудах русских ученых ХVIII века М.В. Ломоносова, А.Н. Радищева имеются упоминания о том, что растения указывают 
на особенности почв, горных пород, залегание грунтовых вод. 
М.В. Ломоносов писал, что почвы хвойных лесов бедны перегноем, 
а лиственных — значительно богаче. А.Н. Радищев в своих трудах 

писал, что подмосковная почва «видом сера», а в сухом состоянии 
«почти бела» и там «где растет дуб, клен, вяз… — земля добра». 
В работах президента Российской Академии наук, лесовода 
А.А. Нартова указано, что сосна предпочитает довольно сухие 
почвы, а ель — влажные.
В 1859 г. вышла в свет книга Ч. Дарвина «Происхождение видов 
путем естественного отбора…», в которой наряду с другими данными было показано, что под влиянием внешней среды у организмов появляются изменения. Доказанное Ч. Дарвином наличие 
изменчивости у организмов в дальнейшем имело решающее значение для возникновения и развития биоиндикации. Ч. Дарвин показал, что способность изменяться составляет одно из важнейших 
свойств всех живых существ. Он, опираясь на морфологические, 
экологические, палеонтологические, археологические и исторические данные, доказал происхождение сортов культурных растений и пород домашних животных от диких предков. Ч. Дарвин 
подробно анализирует роль различных условий внешней среды, 
способных вызвать изменения у растений и животных. Он также 
выдвинул тезис о накоплении воздействий внешней среды, что 
особенно ценно для биоиндикации загрязнений окружающей 
среды и пр.
В ХIХ веке в работах ботаников-географов — А. Гумбольдта, 
А. Декандоля, А. Гризебаха была показана связь растительности 
с климатом и выделены по растительности природные зоны. О возможности индикации по растительности горных пород писал геолог 
А.М. Карпинский (1841). Геолог П.А. Ососков (1896) при составлении геологических карт учитывал распределение растительных 
сообществ. Известный русский агроном и почвовед С.К. Чаянов 
(1909) использовал растительные сообщества при создании почвенных карт.
Большое влияние на развитие биоиндикации оказали работы 
основателя науки почвоведения — В.В. Докучаева. В работе «Русский чернозем» (1883) он писал о значении растительности для 
формирования почв. О связях типов леса и почв писал основатель 
научного лесоведения Г.Ф. Морозов (1916). В начале ХХ века в России уже проводились индикационные исследования Б.А. Келлером 
(1911), на основе которых он составил первый индикационный 
определитель почв по растительным ассоциациям. После революции индикационные исследования стали широко применяться для 
оценки земель. Для определения по растительности почв и сельхозугодий в 1926 г. И.В. Ларин издал специальный индикационный 
справочник для Западного Казахстана. Был поставлен вопрос о необходимости региональных индикационных исследований и публикации специальных справочников. 

Важное значение для развития индикации имели работы геоботаника-эколога Л.Г. Раменского, под руководством которого были 
разработаны экологические шкалы и опубликованы в книге «Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову» 
(Раменский и др., 1956). В этой работе для видов растений приводятся пределы их встречаемости по ступеням увлажнения, активного богатства засоления почвы, пастбищной дигрессии. Для создания экологических шкал были проведены массовые геоботанические исследования, проанализированы тысячи геоботанических 
описаний растительности и сравнены с анализами увлажнения 
почв и содержания в ней питательных веществ. Индикаторная роль 
видов растений и растительных сообществ была использована 
также при разработке классификаций лесной растительности (Воробьев, 1953; Погребняк, 1955; Сукачев, 1930, 1947, 1964 и др.). 
За рубежом используются экологические шкалы Элленберга 
(1991). В этих шкалах каждый вид растений характеризуется цифровыми показателями по отношению к свету, теплу, увлажнению, 
реакции почвы, доступности азота. По увлажнению — 12-балльная 
шкала, а по остальным факторам — 9-балльные шкалы. В ступенях Ландольта (1977) каждый вид охарактеризован по отношению к увлажнению, богатству почвы, гранулометрическому составу 
почвы, освещенности, континентальности по 5-балльным шкалам. 
Для шкал Элленберга и Ландольта используются геоботанические 
описания фитоценозов по системе Браун-Бланке. Для всех западноевропейских шкал отмечается непропорциональное увеличение 
индикаторного значения видов при переходе от одного балла к другому (Работнов, 1979). Но в целом шкалы дают хорошее совпадение 
результатов.
При классификации растительности франко-швейцарская 
школа во главе с Браун-Бланке существенное значение придает 
видам, имеющим высокую степень верности. Верность вида — это 
показатель степени его привязанности к определенной ассоциации. 
Браун-Бланке предложил использовать следующие ступени верности видов.
Характерные виды:
5 — виды, встречающиеся исключительно в данной ассоциации;
4 — виды, встречающиеся преимущественно в данной ассоциации, но также изредка в других, смежных ассоциациях;
3 — виды, встречающиеся во многих ассоциациях, но все же 
предпочитающие данную ассоциацию.
Сопутствующие виды:
2 — виды, встречающиеся во многих, разных ассоциациях.
Случайные виды:
1 — виды, случайно попавшие в ассоциацию, чуждые ей.

Степень верности вида устанавливается на основе сравнения 
видового состава разных ассоциаций. Виды, имеющие 5 баллов, 
редки, это очень хорошие индикаторы. Виды с баллом 4 и 3 наиболее обычны для ассоциации. При этом возможен случай, когда 
сообщества, объединяемые в одну ассоциацию, то есть с одинаковым набором характерных видов, различаются по своим эдификаторам. Например, по Браун-Бланке в одну ассоциацию могут 
попасть участки соснового и широколиственного леса. Ассоциации 
в этой шкале объединяются в союзы, порядки, классы, округа. 
В нашей стране классификации строят по принципу фитоценотического сходства, которое выражается в общности доминант, 
эдификаторов и жизненных форм, а для единиц более высокого, 
чем ассоциация, ранга — в экологической и физиологической близости эдификаторов. Основной единицей классификации на Брюссельском ботаническом конгрессе в 1910 г. было преложено считать 
ассоциацию. Ассоциация — это тип фитоценоза. В России обычно 
применяется классификация, построенная по принципу соподчинения, то есть мелкие категории, или таксоны, входят в более 
крупные. В России наиболее часто применяют эколого-физиономический принцип классификации. Ассоциации объединяют 
в группы ассоциаций. К одной группе относят ассоциации, отличающиеся по составу одного из ярусов растительности (например, 
ельники зеленомошные) Затем иногда выделяют классы ассоциаций. Группы и классы ассоциаций объединяют в формации, выделяемые по общему эдификатору. Например, формация сосны сибирской. К одной группе формаций относят формации с одной 
жизненной формой их эдификаторов (темнохвойные и светлохвойные леса). К классу формаций относят группы формаций, 
у которых эдификаторы относятся к близким жизненным формам 
(хвойные леса, лиственные леса). К одному типу растительности 
относят классы формаций, ассоциации которых в господствующем 
ярусе сложены одной жизненной формой. Выделяют типы растительности: леса, луга, степи, болота и др. 
Ведущей идеей, лежащей в основе биоиндикации является идея 
единства организма и окружающей среды. Окружающая природная 
среда — единое целое, в котором предметы и явления неразрывно 
связаны друг с другом и обусловливают друг друга. Единство организма и среды следует понимать в том смысле, что, с одной стороны, 
организмы связаны со средой, зависят в своей жизнедеятельности 
от среды, которая определяет индивидуальное развитие функций 
и органов, а с другой стороны, — органический мир сам влияет 
на окружающую среду, изменяя ее, сам является частью окружающей среды.

Во второй половине ХХ века индикационные исследования получили широкое применение при изучении динамики природных 
комплексов в Средней Азии и Казахстане (Викторов и др., 1980; 
Вышивкин и др., 1981 и др.). При полевых исследованиях на основе 
биоиндикации устанавливали зависимость развития растительного 
покрова от гранулометрического состава и засоления почв, уровня 
залегания грунтовых вод и пр. В дальнейшем эта методика стала 
использоваться при изучении загрязнения атмосферного воздуха, 
почв и вод. Для аридных территорий Средней Азии и Казахстана 
методы биоиндикации стали применять совместно с использованием аэро- и космофотоснимков. Необходимость использования 
дистанционных материалов диктуется большими размерами и часто 
слабой освоенностью аридных территорий.
В дальнейшем в полевых условиях стали использовать прямые 
и косвенные ботанические индикаторы совместно с геоморфологическими индикаторами, а также комплексные ландшафтные индикаторы (закономерное сочетание форм рельефа, типов почв и растительных сообществ). Биоиндикация начиная с 1945 г. получила 
широкое применение при разработке дешифровочных признаков 
при применении аэро- и космоснимков. На основе применения 
биоиндикации получили развитие новые направления (Викторов, 
1955, 1973, 1981 и др.) — гидроиндикационное и галоиндикационное районирование (в основном для аридных территорий). Термин 
«индикационная геоботаника» был предложен в 60-х годах ХХ века 
С.В. Викторовым.
Биоиндикация в ХХ веке стала широко применяться во всех 
природных зонах, на разных объектах и индикатах. Особенно много 
индикационных исследований посвящено изучению динамики 
природной среды, вызванной как природными, так и антропогенными, в том числе техногенными, воздействиями. Индикационные 
исследования с привлечением сравнительного метода, метода аналогов, а также ретроспективного анализа применяются в целях прогноза динамики окружающей природной среды в будущем при 
разных уровнях антропогенного воздействия, при предполагаемом 
изменении климата.
Применение методов биоиндикации характеризуется разной 
широтой территориального охвата. Наиболее часто эти методы 
применяются при локальных исследованиях (например при загрязнении природной среды выбросами предприятий и т.п.). Но имеются также работы по оценке состояния окружающей среды на региональном, зональном и даже глобальном уровнях. Например, 
оценка степени загрязнения окружающей среды стран Скандинавского полуострова произведена на основе применения в качестве 
индикаторов мхов и лишайников (Евсеев и др., 1983).