Предельно допустимая концентрация ядовитых веществ (ПДК) в воде, почве, продуктах питания в настоящее время является основой мониторинга вредных веществ в окружающей среде. Однако следует отметить, что превышение ПДК химических веществ в исследуемых субструктурах служит лишь косвенным показателем их токсичности. Не всегда удается установить прямую зависимость между содержанием загрязнителя в среде и ее пригодностью для обитания живых организмов. Почва может быть сильнозагрязненной, но нетоксичной или слаботаксичной и, наоборот, слабозагрязненной, но сильнотоксичной. Токсичное действие одних компонентов может быть нейтрализовано или усилено присутствием других, поэтому токсичность почвы не определяется токсичностью отдельных соединений, содержащихся в ней. Необходимо оценивать интегральную токсичность почвы, отражающую влияние всего комплекса.
Наиболее целесообразным методом определения интегральной токсичности почвы является биотестирование. Показателем степени токсичности при биотестировании служит изменение выбранной тест-функции биоиндикаторного организма при его взаимодействии с пробой среды. Успешное применение биотестирования для диагностики состояния экосистемы во многом зависит от правильного подбора тест-объекта.
В качестве биоиндикаторов могут быть использованы животные, растения, микроорганизмы. Уровень организации тестируемой биологической системы может варьировать от доклеточного (макромолекулы) до надорганизменного (сообщества). Большенство исследователей полагает, что применение единственного биологического параметра для целей биотестирования ненадежно из-за разнообразных механизмов отклика тест-организма на различные антропогенные загрязнения. Наиболее полный анализ интегральной токсичности достигается при применении набора биотестов с использованием различных тест-организмов при контроле их биологических параметров.
Наиболее очевидными критериями выбора тест-организмов являются простота работы и точность получаемых в результате тестирования данных. Под простотой понимается легкость выделения тест-организма из природных источников, его хранения, размножения, постановки пробы на токсичность, обработки и интерпритации полученных результатов. Точность в данном случае – это наличие однозначных, ярко выраженных изменений тестируемой функции индикаторного организма в результате воздействия интересующего загрязнителя.
Во некоторых случаях для оценки токсичности почвы необходимо в качестве тест-объектов брать микроорганизмы. Достоинства микробиологических тестов обусловлены следующими причинами. Благодаря небольшим размерам микробные клетки имеют относительно большую поверхность контакта с окружающей сркдой, что определяет их высокую чувствительность к происходящим в ней изменениям. Высокие скорости роста и размножения микроорганизмов дают возможность за сравнительно короткий срок проследить за воздействием любого неблагоприятного фактора на протяжении десятков и даже сотен поколений. К тому же они компактны и в большинстве случаев не требуют значительных материальных затрат для поддержания жизнедеятельности. Применение микроорганизмов для оценки интегральной токсичности почвы и создание на их основе комплексной системы чувствительных, достоверных и экономичных биотестов является перспективной областью исследований.
К недостаткам микробиологических тестов следует отнести достаточно высокую способность микроорганизмов к образованию устойчивых мутантных штаммов, что может в некоторых случаях приводить к получению недостоверных результатов.
Один из простых в исполнении и информативных способов оценки микроботоксичности загрязненных почв – это учет численности микроорганизмов, которая, как правило, достаточно легко отражает микробиологическую активность почвы, скорость разложения органических веществ и круговорота минеральных элементов. Так, к примеру, в случае загрязнения почвы нефтью на основе данного показателя можно не только судить о степени загрязненности, но и о потенциальной возможности почвы к восстанолению. Но определение общей численности бактерий в этом случае в качестве показателя токсичности может быть рекомендовано для сильнозагрязненных почв, так как в зависимости от своей концентрации, нефть способна как стимулировать, так и угнетать развитие микроорганизмов.
В природных экосистемах микроартроподы, являющиеся почвенными безпозвоночными, широко используются для мониторинга на уровне комплекса видов. На территории с интенсивной антропогенной нагрузкой они часто остаются единственной группой, по которой можно судить о степени воздействия на почву. Почвенные ногохвостки (коллемболы) очень чувствительны к воздействию органических веществ, поэтому их можно с успехом применять при определении интегральной токсичности загрязненных почв, в частности тест-показателем может служить процент выживщих особей коллембол, продолжительность их жизни, поведенческие реакции.
Описанные выше тесты доступны и просты в исполнении, не требуют сложного лабораторного оборудования и могут быть рекомендованы исследователям разных уровней подготовки. Их преимущество является также то обстоятельство, что работы ведуться с объектами, типичными для почвенной среды обитания в естественных условиях. Набор тест-объектов из семян растений, микроорганизмов, почвенных беспозвоночных и ферментов можно использовать как в полном объеме, так и частично в зависимости от целевого назначения исследований. Если пробы с почвенными ногохвостками и активность ферментов дают хорошую колличественную характеристику токсичности почвы при низкой и средней степени ее загрязнения, то микробиологические тесты удобны для описания состояния сильнозагрязненных высокотоксичных почв.