Биомониторинг в оценке качества среды. Виды индикаторы

Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга слежения за состоянием окружающей среды по физическим, химическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.

Виды, которые позволяют выявить специфические особенности среды, называют индикаторами.

Биоиндикация –определение качества среды с помощью биондикаторов, установление биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ.

Биондикация представляет собой метод определения степени загрязнения природной среды с помощью живых организмов(или природных сообществ).

Биотестирование – приемы исследования, при котором о качестве среды, факторах, действующим самостоятельно или в сочетании с другими судят по выживаемости, состоянию и поведению специально помещенных в эту среду организмов тест-объектов.

Тест-объекты должны отвечать следующим требованиям:

1.Высокая чувствительность к воздействиям даже малых доз мутагена.

2. Быстрота и экономичность методов тестирования.

3. Воспроизводимость (возможностьполучения аналогичных результатов на этой же тест-системе)

4.Чувствительность не только к мутагенам, но и к их метаболитам

5.Возможность экстраполировать данные, полученные при исследованиях in vitro на условиях in vivo.

Биоиндикация может проводиться на уровне макромолекул, клетки, организма, популяции, сообщества и экосистемы.

Преимущество методов биоиндикации и биотестирования перед физико- химическими методами является интегральный характер ответных реакции организмов, которые:

· суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом;

· выявляют наличие в окружающей природной среде комплекса загрязнителей;

· в условиях хронической антропогенной нагрузки биоиндикаторы могут реагировать на очень слабые воздействия в силу аккумуляции дозы;

· фиксируют скорость происходящих в окружающей среде изменений;

· указывают пути и места скоплений различного рода загрязнений в экологических системах и возможные пути попадания этих веществ в организм человека;

В качестве биоиндикаторов могут быть использованы представители всех «царств» живой природы.

Для биоиндикации не пригодны организмы, поврежденные болезнями, вредителями, паразитами.

Для биоиндикации необходимо выбирать наиболее чувствительные сообщества, характеризующиеся максимальной скоростью отклика и выраженностью параметров (в водных экосистемах – планктонные сообщества).

С помощью растений можно проводить биондикацию всех природных сред.

Индикаторные растения используются при оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами.

Индикация экологических условий проводится на основе оценки изменения как видового разнообразия организмов той или иной местности, так и их химического состава, который отражает присущую им способность накапливать элементы и соединения, поступающие из окружающей среды. Например, оценка состояния окружающей среды по изменению количества видов связана с тем, что наиболее чувствительные к тем или иным загрязняющим веществам виды растений и животных исчезают из биоценоза (майский жук, лишайники в промышленных центрах) либо, наоборот, увеличивают свою численность (синезеленые водоросли, при поступлении в водоемы загрязняющих веществ с сельскохозяйственных угодий).

Если экология какого-либо вида изучена достаточно подробно, хорошо известна его реакция на основные антропогенные факторы, то эколого - физиологические и популяционные характеристики такого вида могут успешно использоваться при биоиндикации. К числу таких хорошо изученных видов-индикаторов относится, например, широкопалый рак Astacus astacus L. Он весьма чувствителен к качеству среды и реагирует на ее ухудшение изменением показателей роста, обмена, плодовитости, популяционной плотности, размерно-возрастной структуры популяции, и др. Эти реакции детально исследованы, причем некоторые из них описаны количественно, что позволяет уверенно оценивать качество среды и ее антропогенные изменения по состоянию популяции широкопалого рака. Однако видов, изученных настолько подробно, слишком мало. Сведений по экологии большинства видов гидробионтов не хватает для того, чтобы осуществлять биоиндикацию только по их эколого-физиологическим и популяционным характеристикам, но эта дополнительная информация часто оказывается полезной при именении ценотических методов биоиндикации.

Позвоночные животные также служат хорошими индикаторами состояния среды благодаря следующим особенностям:

·являясь консументами, они находятся на разных трофических уровнях экосистем и аккумулируют через пищевые цепи загрязняющие вещества;

·обладают активным обменом веществ, что способствует быстрому проявлению воздействия негативных факторов среды на организм;

·имеют хорошо дифференцированные ткани и органы, которые обладают разной способностью к накоплению токсических веществ и неоднозначностью физиологического отклика, что позволяет исследователю иметь широкий набор тестов на уровне тканей, органов и функций;

·сложные приспособления животных к условиям среды и четкие поведенческие реакции наиболее чувствительны к антропогенным изменениям, что дает возможность непосредственно наблюдать и анализировать быстрые отклики на оказываемое воздействие;

·животных с коротким циклом развития и многочисленным потомством можно использовать для проведения ряда длительных наблюдений и прослеживать воздействие фактора на последующие поколения; для долгоживущих животных можно выбрать особо чувствительные тесты в соответствии с особо уязвимыми этапами онтогенеза

Среди отслеживаемых показателен видное место заняли биологические индикаторы: эпифитные лишайники, напочвенная растительность, кустарниковая и древесная растительность, проективное покрытие деревьев, биомасса деревьев, химический состав хвойных игл, микроэлементы в хвое, почвенные ферменты, микориза, скорость разложения растительных остатков и один из прочих методов биомониторинга по выбору.

46. Индикаторы загрязнения атмосферного воздуха и почвы

Виды, которые позволяют выявить специфические особенности среды, называют индикаторами.

Таблица 1 - Основные растения - индикаторы загрязнения атмосферного воздуха

Индикаторы загрязнения почвы:

Свинец – овсяница

Цинк – фиалка, ярутка, анютины глазки

Медь и кобальт – смолевка, злаки, мхи

Цинк и кадмий – ярутка

Никель и кобальт - сон-трава

Присутствие в растительном покрова подбела, кошачьей лапки, щавелька малого, щавеля кислого свидетельствует о полной деградации почвы pH 3,0-3,5

Полевица собачья, манжета обыкновенная, овсяница овечья, ястребинка волосистые поселяются на бедных песчаных и супесчанных почвах pH 5,0-5,5

Шиповник, кисличка обыкновенная, горец змеиный встречаются на небогатых почвах суходольных лугов с pH 5,6-6,5

Тысячелистник обыкновенный, василек луговой и ежа скученная предпочитают богатые суглинистые почвы с pH 6,0-7,5

 

47. Цели и задачи экологического мониторинга океана. Состояние Мирового океана. Индекс сапробности

Экологический мониторинг океана — это система анализа, оценки и прогноза состояния морских экосистем.

Целью комплексного мониторинга океана является определение состояния Мирового океана и прогнозирование изменений, которые происходят в его экосистемах вследствие антропогенных факторов.

 

Задачи экологического мониторинга:

1. Выявление каналов поступления и оценка потоков загрязняющих веществ в биопродуктивных и легкоранимых экосистемах Мирового океана. Решение этой задачи опирается на данные натурных наблюдений, позволяющие выявить:

- основные источники поступления и каналы вывода загрязняющих веществ,

- оценка процессов самоочищения морской среды,

- расчёт баланса загрязняющих веществ в отдельных регионах океана,

- описание динамики токсичных веществ в компонентах морских экосистем и изучение их биохимических циклов.

- изучение поступления и разрушения загрязняющих веществ в наиболее продуктивных районах океана, в ПМС и в водной толще.

2. Изучение негативных последствий загрязнения биопродуктивных и легкоранимых экосистем Мирового океана.

3. Изучение причинно-следственных связей между уровнями накопления загрязняющих веществ и наблюдаемыми экологическими изменениями. Определение критических концентраций загрязняющих веществ, могущих вызвать нарушения биологических процессов.

4. Изучение физических, химических и биологических процессов, определяющих ассимиляционную емкость, и оценка ассимиляционной емкости морских экосистем в наиболее изученных районах Мирового океана.

5. Создание математических моделей отдельных экологических процессов для прогноза экологической ситуации в океане в локальном, региональном и глобальном масштабах.

СОСТОЯНИЕ МИРОВОГО ОКЕАНА

Согласно докладу, подготовленному Международной программой по изучению Океана (МПИО), состояние Мирового океана гораздо хуже, чем предполагалось. Экологи отмечают, что под угрозой исчезновения находятся беспрецедентное за всю историю человечества число видов.

Причина экологической катастрофы – чрезмерный вылов, загрязнение вод, климатические изменения. Экологи отмечают, что полный масштаб катастрофы, которая может развернуться в дальнейшем, невозможно оценить.

В работе над докладом, помимо специалистов МПИО, приняли участие эксперты по изучению коралловых рифов, токсикологи и ученые, изучающие морских обитателей. «Результаты исследования шокирующие, - заявил научный руководитель МПИО, профессор Оксфордского университета Алекс Роджерс. - То, что мы увидели, должно было произойти, по нашим прогнозам, спустя столетие».

Ученые отмечают высокие темпы таяния арктических льдов, повышение уровня моря, а также скопление большого количества метана на морском дне. Однако тревогу экологов вызывает то, как происходящие в природе изменения отразятся на обитателях Мирового океана. Так, крошечные частицы пластика, скопившиеся на дне, представляют угрозу для рыб, кормящихся ими. Кроме того, они создают риск появления токсичных водорослей.

Уже сегодня три четверти существующих коралловых рифов находятся под угрозой исчезновения.

«На Земле пока сохраняется биологическое разнообразие видов, но скорость вымирания намного выше, чем раньше», - подчеркнул Роджерс.

ИНДЕКС САПРОБНОСТИ

Оценка сапробности воды по показателям перифитона. В гидробиологии под сапробностью понимают способность организмов жить при большом содержании органических веществ в среде. Сапробность является функцией потребностей организма в органическом питании и устойчивости возникающих при разложении органических соединений ядовитых веществ: H₂S, CO₂, NH₃, H+, органических кислот.

Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности водных объектов, который рассчитывают исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне).

Полисапробная зона – содержится много не стойких органических веществ и продуктов их анаэробного разложения. Фотосинтеза нет. Дефицит О₂, полностью идет на окисление. В воде – сероводород и метан. На дне много детрита, идут восстановительные процессы; железо в форме FeS. Ил черный с запахом сероводорода. Много сапрофитной микрофлоры, гетеротрофных организмов: нитчатые и серные бактерии, бактериальные зооглеи; простейшие – инфузории, жгутиковые, олигохеты, водоросль Polutoma.

Альфа-мезосапробная – начинается аэробный распад органических веществ, образуется аммиак, СО₂, мало О₂, сероводорода, метана – нет. Железо в форме закиси и окиси. Идут окислительно-восстановительные процессы. Ил серого цвета. Преобладают бактериальные зооглеи, эвглена, хламидомонада, личинки хиромонид.

Бета-мезосапробная – произошла минерализация. Увеличивается число сапрофитов. Содержание О₂ колеблется в зависимости от времени суток. Ил желтый, идут окислительные процессы. Много детрита, цветение воды (фитопланктон), диатомовые и зеленые водоросли, роголистник. Много корненожек, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хиромонид. Есть ракообразные, рыбы, но численность их невелика.

Олигосапробная – чистые водоемы. Цветения не бывает, содержание 0₂ и С0₂ не колеблется. Детрита мало. Бентос малочисленен. Встречаются водоросли рода Melozira, коловратки, дафнии, личинки веснянок, поденок, моллюски, стерлядь и т.д.

Установлено, что фактически в ряду олигосапробы – мезосапробы – полисапробы возрастают не только специфическая стойкость к органическим загрязняющим веществам и к таким: их последствиям, как дефицит кислорода, но и их эврибионтность, т. е способность существовать при различных условиях среды.

Это положение значительно расширяет возможности использования сапробиологического анализа. Поэтому термин «сапробность» в последнее время употребляют, когда говорят о степени общего загрязнения вод. Для оценки общего загрязнения поверхностных вод в современных ситуациях, например в случае токсического загрязнения или антропогенного увеличения минерализации, использование только одного сапробиологического анализа оказывается уже недостаточным.

 

Индекс сапробности указывают с точностью до 0,01.

· Для ксеносапробной зоны он находится в пределах 0–0,50 – очень чистые;

· олигосапробной – 0,51-1,50 – чистые;

· бета-мезосапробной – 1,51-2,50 – умеренно-загрязненные;

· альфа-мезосапробной – 2,51-3,50 – тяжело загрязненные;

· полисапробной – 3,51-4,00 – очень загрязненные.