Индекс биологической целостности ( IBI ), также называемый индексом биотической целостности , является научным инструментом, обычно используемым для выявления и классификации проблем загрязнения воды , хотя были некоторые попытки применить эту идею к наземным средам. [1] IBI связывает антропогенное воздействие на водоем с биологической активностью в водоеме и формулируется с использованием данных, полученных в результате биологических обследований . Биологическая целостность связана с тем, насколько «чистой» является окружающая среда и ее функция относительно потенциального или изначального состояния экосистемы до того, как были внесены изменения человеком. [2] Биологическая целостность основана на предположении, что снижение значений функций экосистемы в первую очередь вызвано деятельностью человека или изменениями. Чем больше изменяется окружающая среда и ее исходные процессы, тем, по определению, меньше биологической целостности она сохраняет для сообщества в целом. Если бы эти процессы со временем естественным образом менялись, без влияния человека, целостность экосистемы осталась бы нетронутой. Подобно концепции здоровья экосистемы , целостность экосистемы в значительной степени зависит от процессов, которые происходят в ней, поскольку они определяют, какие организмы могут обитать на данной территории, и сложность их взаимодействия. Решение о том, какое из множества возможных состояний или условий экосистемы является подходящим или желательным, является политическим или стратегическим решением. [2]
Для количественной оценки изменений в составе биологических сообществ разрабатываются IBI, чтобы точно отражать экологическую сложность из статистического анализа. Не существует универсального IBI, и разработка метрик, которые последовательно дают точную оценку контролируемой популяции, требует тщательного тестирования для подтверждения ее валидности для данного субъекта. Часто IBI специфичны для региона и требуют от опытных специалистов предоставления достаточно качественных данных для правильной оценки балла. Поскольку сообщества естественным образом различаются, как и образцы, собранные из более крупной популяции, выявление надежной статистики с приемлемой дисперсией является областью активных и важных исследований.
Это может быть мощным инструментом для определения системных воздействий на здоровье биологических систем. IBI все чаще участвуют в выявлении нарушений и подтверждении восстановления нарушенных вод в процессе общей максимальной суточной нагрузки , требуемой Законом о чистой воде в США.
В отличие от химического тестирования образцов воды, которое дает краткие снимки химических концентраций, IBI фиксирует комплексное чистое воздействие на структуру биологического сообщества. Хотя полное отсутствие, особенно внезапное исчезновение, наборов индикаторных видов может представлять собой весомое доказательство конкретного загрязнителя или фактора стресса, IBI, как правило, не устраняют конкретную причину ухудшения.
Концепция IBI была сформулирована Джеймсом Карром в 1981 году. [3] [4] На сегодняшний день IBI были разработаны для рыб , водорослей , макробеспозвоночных , куколочных экзувиев (сброшенные шкурки хирономид ), сосудистых растений и их комбинаций. Сравнительно мало работы было сделано для разработки IBI для наземных экосистем.
Протоколы биообследования были опубликованы для использования в различных типах водоемов и экорегионах. Одной из таких публикаций является руководство Rapid Bioassessment Protocols для ручьев и рек, выпущенное Агентством по охране окружающей среды США (EPA). [5] Такие протоколы предоставляют структуру для разработки IBI, которая может включать такие показатели, как богатство таксонов (видов, родов и т. д.) и доля таксонов, устойчивых или неустойчивых к загрязнению.
Возможно создание IBI для использования минимально обученным персоналом по мониторингу, однако достигаемая точность ниже, чем у обученных профессионалов. Гарантии для обеспечения надежности, несмотря на потенциальные ошибочные идентификации или изменения протокола, требуют тщательного тестирования. Постоянный контроль качества со стороны признанных экспертов необходим для поддержания целостности данных , а анализ результатов IBI становится более сложным. Использование обученных волонтеров является пионером государственных учреждений, ответственных за мониторинг большого количества водоемов с ограниченными ресурсами, таких как Агентство по контролю за загрязнением Миннесоты (MPCA) и местные программы мониторинга ручьев волонтерами, поддерживаемые MPCA. [6] EPA опубликовало руководство для оказания помощи волонтерским программам в формулировании IBI и связанных с ними выводов. [7] Хотя IBI из таких программ юридически допустимы в судах США , защита обоснованности выводов, основанных исключительно на таких результатах, вряд ли будет осуществимой.
Согласованность между несколькими IBI из данных, собранных признанными профессионалами, может быть более убедительной. Примером может служить явление, когда баллы IBI потока указывают на значительное ухудшение или частичный экологический коллапс , когда более 10–15 процентов непосредственно окружающего водораздела непроницаемы из-за урбанизации . [ 8] Выявление причин таких ухудшений и возможных исключений из этих тенденций является основными исследовательскими задачами для ученых, изучающих кумулятивные эффекты водораздела и использование методов развития с низким воздействием для смягчения последствий загрязнения ливневыми стоками .