Индикаторы загрязнения окружающей среды

Глава 2. Растения – индикаторы загрязненности окружающей среды

В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды (Израэль, 1979), составной частью которого должен быть биологический мониторинг, осуществляемый на станциях фонового мониторинга. Большое внимание, уделяемое ныне биологическому мониторингу, определяется рядом обстоятельств.

Во‑первых, измерение физических и химических параметров загрязненности природной среды более трудоемко по сравнению с методами биологического мониторинга.

Во‑вторых, в окружающей человека среде нередко присутствует не один, а несколько токсичных компонентов. При этом довольно часто возникает синергизм в их действии на живые организмы, при котором суммарный эффект превышает действие, оказываемое каждым компонентом в отдельности. Иными словами, концентрация каждого отдельного компонента комплекса загрязнителей, фиксируемая с помощью физико‑химических методов, может казаться неопасной для живых организмов, тогда как их совокупное влияние является угрожающим. Этот синергизм не учитывается физико‑химическими методами изучения загрязненности природной среды, однако он выявляется при использовании биоиндикации, т. е. при наблюдении непосредственного воздействия загрязнителей природной среды на живые организмы.

Разумеется, биологический мониторинг не подменяет и не вытесняет физико‑химических методов исследования состояния природной среды. Однако его использование позволяет существенно повысить точность прогнозов сдвигов в экологической обстановке, вызванных деятельностью человека.

Принципы биологического мониторинга в настоящее время интенсивно разрабатываются. Весьма важным элементом его является растительный мир, который очень чутко реагирует па загрязненность окружающей человека среды. Не удивительно, что исследователи рассматривают растения как наиболее чувствительные и надежные индикаторы загрязненности атмосферы и гидросферы.

Растения, произрастающие в городе, страдают от выхлопных газов автомобилей и дыма труб. Они рано стареют, редеет и уродуется их крона, преждевременно желтеют и опадают листья. Если сосны растут поблизости от промышленного предприятия, то хвоя опадает тем быстрее, чем сильнее загрязнен воздух. В норме хвоя сосны опадает через 3–4 года, тогда как поблизости от промышленных предприятий значительно раньше.

В индикаторной роли древесных растений нетрудно убедиться во время прогулки по большому городу. Липы, растущие в боковых тихих улочках со слабым автомобильным движением, чувствуют себя прекрасно.

Их крона темно‑зеленая, развесистая. Совсем по‑другому выглядят липы на магистралях с интенсивным движением транспорта. Здесь немало угнетенных деревьев, особенно растущих возле светофоров. Дело в том, что при торможении автомашин в атмосферу попадает особенно много фитотоксикантов, которые сильно угнетают растения. Листья у них словно обгоревшие, а ветви, обращенные в сторону автомагистрали, нередко засохшие, отчего крона выглядит однобокой. Сравните дерево, растущее возле самой дороги и расположенное во втором ряду посадок. Они также существенно отличаются.

Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки общего качественного состояния природной среды. Фитотоксическое действие атмосферных загрязнителей выявляется путем наблюдения за дикорастущими и культурными растениями, произрастающими в зоне загрязнения. В ходе наблюдений прежде всего необходимо исключить возможность повреждения растений биотическими или же абиотическими факторами, не связанными с загрязнением окружающей среды.

Следует заметить, что растения одного какого‑то вида могут оказаться устойчивыми к действию того или иного загрязнителя. В связи с этим общее качественное состояние природной среды невозможно охарактеризовать путем изучения только одного вида. Таким образом, т. е. с помощью мониторинга на уровне вида, возможна специфическая индикация одного какого‑то загрязнителя.

Мониторинг на уровне вида включает в себя констатацию присутствия растения, учет частоты его встречаемости, изучение анатомо‑морфологических и физиологобиохимических свойств. При этом может учитываться, например, ширина годичных колец, площадь поврежденной поверхности листьев, аномалии роста, мощность воскового налета, содержание хлорофилла, активность некоторых ферментов.

Обнаружив по состоянию дикорастущих и культурных растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ путем стандартной экспозиции некоторых растений в обследуемом районе. Р. Гудериан (1979) предлагает использовать при этом следующие методы:

1. Экспозиция растений в контейнерах или на делянках.

2. Экспозиция в тест‑камерах с фильтрованным и нефильтрованным воздухом.

3. Экспозиция на специальных стендах.

4. Испытание растений в лабораторных условиях.

На всех этих объектах производится количественное измерение отдельных реакций на загрязнение (степень повреждения листьев, скорость роста, величина урожая). Для количественной характеристики предлагается использовать генетически однородный растительный материал и стандартные условия выращивания.

Наряду с мониторингом на уровне вида используется мониторинг на уровне сообществ. При этом учитываются различные показатели разнообразия видов. Так, например, был предложен метод, в основе которого лежит способность диатомовых водорослей успешно расти на стеклах. Он позволяет фиксировать как изменения в структуре сообщества диатомовых водорослей, так и в видовом составе при воздействии загрязнений, находящихся в водной среде. При естественных условиях структура сообщества диатомовых водорослей остается довольно постоянной во времени. Однако, если в водную среду поступают загрязнения, богатые биогенными элементами (азотом, фосфором, углеродом), некоторые виды становятся очень многочисленными. При поступлении же токсических веществ наблюдается типичное снижение числа видов и величины популяций, хотя иногда некоторые виды, устойчивые к токсикантам, становятся очень многочисленными из‑за отсутствия конкуренции за пищу. Такие диатометры можно помещать в различные участки реки. В ряде случаев они могут быть использованы для обнаружения присутствия небольших количеств тяжелых металлов или радиоактивных материалов, поскольку некоторые металлы концентрируются водорослями до количеств, в тысячи раз превышающих их содержание в окружающей среде.

Как на уровне вида, так и на уровне сообщества о состоянии природной среды можно судить по показателям продуктивности растений. Дело в том, что изменения в экологической обстановке сказываются на круговороте биомассы и потоках энергии в сообществах.

Среди методов мониторинга природной среды важное место принадлежит учету содержания загрязнителей в живых организмах. Некоторые анатомо‑морфологические и физиолого‑биохимические признаки растений могут служить критерием количества поглощенного растениями фитотоксиканта. Однако прямая зависимость между количеством поглощенного загрязнителя и интенсивностью проявлений этих признаков может отсутствовать. В связи с этим становится целесообразным непосредственное измерение его количества в растительном материале. Для этой цели удобно использовать такие растения, которые обладают устойчивостью к загрязнителям и в то же время селективно аккумулируют их. Так, например, для определения содержания в воздухе соединений фтора предлагается анализировать малочувствительные к ним растения плевела многоцветкового и плевела многолетнего. По величине накопления фитотоксикантов в листьях за определенный период можно определить среднее его содержание в окружающем воздухе.

Для оценки загрязненности атмосферы вредными примесями в прошлом японские исследователи предлагают использовать анализ строения годичных колец деревьев. С этой целью рекомендуется исследовать очертания самих колец, а также плотность ранней и поздней древесины.

Привести объективную оценку воздействия определённого уровня промышленного загрязнения окружающей среды на человека путём исследования самого человека в настоящее время не представляется возможным, поскольку доля местных продуктов питания в условиях современного централизованного снабжения и развитой системы международной экономической интеграции невелика, а если ещё учесть повсеместное постоянное потребление большого количества фармакологических средств, то становится ясно, что микроэлементный состав организма человека неадекватен местному уровню промышленного загрязнения каждого конкретного региона.

Исследование содержания промышленных экотоксикантов в самой окружающей среде, в таких её компонентах, как почвы, поверхностные воды, древесная растительность, также не обеспечивает правильного ответа на поставленный вопрос.

Во-первых, потому, что валовое содержание того или иного экотоксиканта в воде или почве не равно тому количеству, которое усваивает организм человека в силу различной миграционной способности, биологической активности, усвояемости того или другого соединения и различия в формах его нахождения в организме и в различных средах.

Во-вторых, потому, что анализ таких «инертных» объектов, как почвы, воды или древесная растительность, даёт в руки исследователей данные, интегрированные за ряд лет или даже десятилетий (почвы) или по обширному региону, каковым является водосборный бассейн для речных вод.

Преимущество животных-биоиндикаторов, а из числа последних – млекопитающих, состоит не только в том, что они более адекватно отражают текущее состояние биогеоценозов и по ним можно отслеживать динамику их загрязнения, но также и в том, что ферментативный механизм функционирования многочисленных жизненно важных процессов, связанных с обменом веществ (метаболизмом), у них одинаков с человеком.

Известно, что ферменты подавляются или активируются именно тяжёлыми металлами, поступающими из окружающей среды, куда они попадают вместе со сбросами промышленных предприятий. Поэтому для обнаружения загрязнений, опасных для здоровья человека, необходимо, прежде всего, иметь данные о содержании их в организмах млекопитающих.

Для того чтобы иметь возможность сравнивать материалы, собранные разными исследователями в различных регионах страны, набор видов-биоиндикаторов должен быть невелик и един. Ниже приводятся критерии, по которым рассматривается пригодность различных видов млекопитающих для биоиндикационных исследований :

  1. Принадлежность к разным звеньям трофодинамической цепи.
  2. Отсутствие больших миграций (осёдлость).
  3. Широкий ареал распространения.
  4. Сравнительно высокая эвритопность.
  5. Виды-биоиндикаторы должны принадлежать к естественным сообществам, не быть связанными с человеком. Синантропные виды не являются в полной мере членами естественного сообщества; питаясь около населённых пунктов и, следовательно, тесно контактируя с загрязняющими веществами (поллютантами), они неадекватны по своему микроэлементному составу степени загрязнения данного региона и не отражают степени приспособленности (адаптации) естественных сообществ (биоценозов) к загрязнениям.
  6. Численность вида должна обеспечить достаточный материал для проведения химического и физико-химического анализа.
  7. Доступность и простота методов «добывания» особей видов.
  8. Ограниченность числа видов.

Рассмотрим с точки зрения перечисленных критериев отряд Perissodactyla– непарнокопытные.

Широкое распространение имеет только лошадь Equuscaballus, но это –

синантропный вид, поэтому нами не рассматривается.

В то время как отряд Artiodactyla – парнокопытные представлен крупными травоядными, имеющими широкое распространение. Различные виды этого отряда должны быть использованы для проведения исследований .

Из парнокопытных фауны России, Белоруссии и северной Украины только представитель семейства оленей (Cervidae) – лось (Alcesalces) широко распространён в лесной зоне: он подходит по большинству критериев.

Представители семейства мышиных (отряд грызунов) либо недостаточно распространены, либо тесно связаны с человеком и не могут выполнять функции биоиндикаторов загрязнения, например, серая крыса, домовая мышь.

Подводя итог, отметим, что всем критериям удовлетворяют только семь видов млекопитающих:

  1. Обыкновенная бурозубка (Sorecs araneus).
  2. Европейский крот (Talpa europaea).
  3. Алтайский крот (Talpa altaica).
  4. Бурый медведь (Ursus arctos).
  5. Лось (Alcesalces).
  6. Рыжая полёвка (Clethrionomys glareolus).
  7. Красная полёвка (Clethrionomysrutilus) .

Таким образом, лошади не могут быть использованы в качестве биоиндикаторов техногенного загрязнения природной среды. Кроме того, это недопустимо с точки зрения норм ветеринарной и зоологической этики .

Слайд 1

Районный конкурс мудьтимидийных презентаций » Человек и его среда обитания». Номинация Растения и животные – индикаторы экологической чистоты. Автор — Степановская Елизавета Михайловна, ученица 5 класса МБОУ «Заостровская основная школа». Руководитель – Горяева С ветлана Юрьевна, учитель биологии.

Слайд 2

Растениями-индикаторами называют растения, тесно связанные с определёнными экологическими условиями. По их присутствию узнают о содержании определённых микроэлементов и веществ. На изменения окружающей среды растения-индикаторы реагируют изменением внешнего вида и химического состава; количество их может резко возрасти или, наоборот, уменьшиться.

Слайд 3

Растения-индикаторы загрязненности окружающей среды В зонах сильного загрязнения хвоя сосны приобретает тёмно-красную окраску, в хвоинках накапливаются ядовитые вещества, устьица их забиваются копотью, а затем хвоя отмирает и опадает, просуществовав всего год при норме три-четыре года. В северном полушарии миллионы гектаров хвойных лесов деградируют под воздействием промышленных газов. Хвойные растения являются хорошими индикаторами загрязнения воздуха. Биоиндикатором чаще всего служит сосна как наиболее широко распространённая культура . В результате загрязнения атмосферы значительно повреждается растительность.

Слайд 4

Лишайники чувствительны к загрязнению атмосферы, поэтому их используют в качестве биоиндикаторов степени загрязнённости окружающей среды . Известны чувствительные растения-индикаторы, не выносящие даже очень слабого загрязнения воздуха. Под влиянием очень слабых концентраций сернистого газа и других промышленных загрязнителей первыми исчезают мхи и лишайники .

Слайд 5

Сигнализировать о повышенном содержании бария и стронция в окружающей среде могут береза и осина неестественно зеленым цветом листьев.

В ареале рассеяния урана вокруг месторождений лепестки иван-чая становятся белыми (в норме — розовые), у голубики темно-синие плоды приобретают белый цвет

Слайд 6

Водная растительность , которая помогает определить уровень загрязнённости водной среды В очень сильно загрязнённых водах развивается ряска Рогоз имеет важное экологическое значение, так как способствует очищению воды от вредных примесей.

Слайд 7

Растения – индикаторы кислотности почвы Характеристика почв Растения-индикаторы Кислые Горец кустарниковый Звездчатка ланцетовидная Лютик ползучий Лютик едкий Подорожник большой Сераделла мелкая Седмичник европейский Фиалка трёхцветная Хвощ луговой Щавель воробьиный Щавель конский Нейтральные или слабокислые Клевер горный Клевер ползучий Крапива жгучая Манжетка обыкновенная Мыльнянка лекарственная Пырей ползучий Редька дикая Ромашка лекарственная Щелочные Вьюнок полевой Горчица полевая Живокость полевая Лебеда раскидистая Мак самосейка Подмаренник цепкий Подорожник ланцетный Одним из главных характеристик почвы является её кислотность.

Слайд 8

Фиалка трехцветная (кислая почва)

Слайд 9

Ромашка лекарственная(нейтральная почва)

Слайд 10

Вьюнок полевой(щелочная почва)

Слайд 11

Растения – индикаторы дефицита или избытка химических элементов в почве Растение-индикатор недостатка азота —яблоня. Существенная нехватка азота прежде всего сказывается на уменьшении размера и изменении окраски листьев. У трачивается интенсивная зелёная окраска, листья становятся светло-зелёными, оранжевыми, красными или пурпурными. При избыточном азотном питании листья крупные, тёмно-зелёные, плоды слабо окрашены, рано опадают, плохо хранятся. Растениям для нормального роста и развития необходимы разнообразные питательные элементы, причём вреден как недостаток, так и избыток их в почве.

Слайд 12

Растение-индикатор недостатка калия — малина. Растениям, страдающим от нехватки калия, присуще нарушение водного баланса, приводящее к засыханию верхушек и изгибанию краёв листьев. Растение-индикатор недостатка магния — чёрная смородина Растения слабо растут, у старых листьев проявляется межжилковый хлороз. У чёрной смородины края листьев загибаются книзу.

Слайд 13

Кораллы Как считают экологи, кораллы — это своеобразный природный индикатор. По их состоянию можно судить о чистоте воды в океане.

Слайд 14

Морские гребешки Морских гребешков выращивают для определения степени чистоты воды. Они способны накапливать в себе загрязняющие вещества, например, нефть, и показывать неблагополучие экологической обстановки, если она вдруг возникает.

Слайд 15

Дождевые черви Дождевые черви и некоторые виды проволочников являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах.

Растения и их биотопы могут быть использованы как индикаторы загрязнения среды.

Растения и животные связаны с окружающей средой обменом энергией, происходящим на их поверхности. Так как животные, в особенности гомойотермные, частично регулируют температуру поверхности своего тела посредством движения и метаболической активности, температура наружных покровов, шерсти или перьев — важный индикатор реакции животных на факторы окружающей среды. Измеряя температуру поверхности, можно понять энергетический баланс различных организмов (Гейтс, 1969).

Индикатором существенных изменений экосистем является прежде всего изменение растительности, ибо она определяет обмен веществом и энергией между биотой и косной средой. Для пустынной растительности Астраханской области реальность антропогенных сукцессий естественных фитоценозов возникла в связи с активным освоением и эксплуатацией уникального газохимического комплекса, основным богатством которого является газовая сера. В этих условиях наиболее важным для оценки воздействия комплекса на природную среду является изучение жизненного состояния растений как структурных единиц цеиопопуляций.

Они, занимая незначительную часть площади вырубки, образуют только фрагменты, о которых все же приходится говорить, так как наличие их нередко вносит своеобразие в процессы облесения луговикавых вырубок и может быть использовано лесокультурной практикой.

Не всегда растения живого покрова могут быть индикаторами только одних каких-либо определенных условий местопроизрастания. Надо помнить, что большинство растений может существовать при довольно широких амплитудах колебаний условий среды.

Для фенологического анализа использовали деревья из пяти районов Тюмени с различными уровнями антропогенной нагрузки. В каждом районе было обследовано по 10 экз. деревьев каждого вида. У растений отмечали следующие фенологические фазы: распускание листьев, бутонизация, цветение, созревание плодов, рассеивание плодов, осеннее расцвечивание листьев и листопад. Началом фенологической фазы считают такой момент, при котором от 5 до 10 % ветвей древесного растения имеют признаки этой фазы или же в нее вступило 5-10 % популяции в данном месте. Конец фенологической фазы отмечают в том случае, когда осталось 5-10 % ветвей растения или популяции с признаками этой фазы (Федорова, Никольская, 2001).

Изменение лесной среды под влиянием интенсивного использования лесных ресурсов без соблюдения правил их восстановления происходило и в прежние века. Как известно, в результате такой деятельности исчезли многочисленные виды животных и растений. Подобные факты, в основном, являются своеобразным индикатором процесса негативного изменения лесной среды. В связи с этим, основная задача оптимизации экологического лесопользования состоит в том, чтобы использовать выявленные закономерности так, чтобы процесс изменения лесной среды в нежелательном направлении прекратился и начался период ее восстановления и улучшения.

В качестве организмов-индикаторов (биоиндикаторов) используют бактерии, водоросли, беспозвоночные (инфузории, ракообразные, моллюски). По дикорастущим растениям (табл. 3.3) можно судить о характере и состоянии почвы, ибо среда обитания растений определяется такими свойствами почв, как вла-гоемкость, структура, плотность, температура, содержание кислорода, питательных веществ, тяжелых металлов и солей.

В отличие от цветковых растений лишайники способны избавляться от пораженных токсическими веществами частей своего таллома каждый год. В городах с загрязненной атмосферой они редки, главный враг лишайников в городах — сернистый газ. Установлено, что чем выше уровень загрязнения природной среды сернистым газом, тем больше серы накапливается в слоевище лишайников, причем живое слоевище аккумулирует серу из среды интенсивнее, чем мертвое. Особенно удобны лишайники в качестве индикаторов небольшого загрязнения окружающей среды. Наиболее чувствительным симбионтом в талломе лишайников является водоросль.

Содержание серы в органах растений, таким образом, можно использовать только в качестве индикатора активности поглощения SO2, но не критерия последствий, вызываемых этим загрязнителем (Guderian, 1970). В связи с мероприятиями по контролю загрязнения среды, основанными главным образом на определении качества воздуха (Stratmann, 1972). было показано, что концентрации S02, вызывающие острое повреждение растений, встречаются очень редко. Вместе с тем в результате возрастания общего количества выбросов и строительства более высоких дымовых труб в целях улучшения рассеивания загрязняющих газов увеличилась частота воздействия малых концентраций токсиканта. В отличие от условий загрязнения несколько десятилетий тому назад главную опасность для растительности в настоящее время представляет хроническое воздействие низких концентраций S02, распространяющихся на очень больших территориях.

С типом вырубки, определяемым растениями-эдификаторами (они же как правило и индикаторы), связаны изменения в почве (в подстилке, в верхнем минеральном горизонте и пр.), в микроклимате, в опасности грибных заболеваний, в составе наземной и почвенной фауны, в корневых выделениях и др., то есть изменения в условиях среды, от которых зависит возобновление леса как естественное, так и искусственное. Температурный, водный и кислородный режим для прорастания семян древесных пород в различных типах вырубок различен. Различны условия среды на вырубках разных типов и для дальнейшего существования всходов, самосева и сеянцев.

Мы рассмотрели значение характерных растений вырубок, как индикаторов условий среды, образующейся после рубки, коснулись отчасти значения их в установлении связей типа вырубки с типом леса до рубки.

Древостой, определенные виды мхов и других растений, определявшие среду леса и являвшиеся до рубки эдификаторами, после рубки утрачивают это значение. Появляются новые растительные комплексы, новые показатели (индикаторы) среды и ее эдификаторы. Эти новые условия преемственно связаны с лесом, но именовать сосняком-брусничником или ельником-черничником типы лесорастительных условий вырубок, где уже нет ни сосны, ни ели, ни черники, ни брусники, и игнорировать в самом наименовании то, что фактически определяет внешний вид вырубки и новые условия среды, неправомерно. Нельзя механически ставить знак равенства между исходным (бывшим) типом леса и типом лесорастительных условий вырубок, хотя в практике еще сохранилась привычка к этому механическому отождествлению. Даже нижние горизонты почвы на вырубках претерпевают иногда большие изменения, связанные, например, с водным режимом. Что касается верхних горизонтов, то они сильно изменяются.

В основу названия типа вырубки мы берем наиболее характерные растения-индикаторы и эдифнкаторы, отражающие особенности среды вырубок, учитывая и их потенциальные возможности.

В основу названия типа вырубки леса берут наиболее характерные растения-индикаторы и эдификаторы, отражающие особенности среды вырубок, при этом учитывают и потенциальные возможности их дальнейшего существования. Названия типов вырубок — луговиковый, долгомошный, лишайниковый и др., если в данном районе изучена их природа, в том числе связь с типами леса, дают вполне достаточное представление об их сущности. Если установлена связь типа вырубки с исходным типом леса, что вполне доступно квалифицированному лесоводу-практику, то становятся известны почва и весь основной комплекс современных лесорастительных условий вырубки. Соответствующие данные об этом наносят на план, пользуясь условными обозначениями выделов.

Одновременно дается предварительная оценка качества окружающей среды с помощью методов биоиндикации. В качестве биоиндикаторов предлагается использовать различные виды растений и организмов, наиболее чувствительные к качеству окружающей среды. При работе с биологическими индикаторами необходимо использовать не только факт присутствия или отсутствия индикатора, его внешний вид и морфологические особенности, но и свойство аккумулировать загрязняющие вещества.

Хозяйственная деятельность человека все больше трансформирует окружающую среду. При этом отдельные районы больших и даже средних городов, например Тюмени, отличаются своим уровнем ее загрязнения. Удобным индикатором состояния окружающей среды являются растения. Под действием загрязнителей могут меняться самые различные признаки растений, включая начало, продолжительность и окончание всей вегетации или ее отдельных фаз (Харин, Кирильцева, Грингофф, 1993; Федорова, Никольская, 2001).

Последствия — ухудшение качества воды и условий обитания водных организмов и растений, активизация русловых процессов. В отличие от классификации работы в данной классификации растительный мир объединен с питающей его средой (почвой) и представлен одной компонентой — «Почвеннорастительный комплекс и рельеф местности». Такое объединение оправдано тем, что растительный покров, будучи тесно связанным с почвой, является индикатором ее состояния, поэтому расчленять его на две отдельные компоненты, по нашему мнению, нецелесообразно.

Отсюда следует, что есть организмы, по которым можно определить тот тип физической среды, где они росли и развивались. Такие организмы называют индикаторами среды, или экологическими индикаторами. Галофиты, адаптируясь к засолению, приобретают определенные морфологические признаки, по которым можно определить, что данная почва засолена, и даже примерную степень засоления. Широко известно применение геоботанических методов для поисков полезных ископаемых по растениям-индикаторам, способным накапливать химические элементы полезного ископаемого, и т.п.

К. Раункиер считал, что жизненные формы складываются исторически как результат приспособления растений к климатическим условиям среды. Он назвал процентное распределение видов по жизненным формам в растительных сообществах на изучаемой территории биологическим спектром. Были составлены биологические спектры для разных зон и стран, которые могли служить индикаторами климата (рис. 8.4).

Результаты анализа показали зависимость содержания тяжелых металлов в органах водных растений от химического состава воды оз. Б. Миассово. В оз. Б. Миассово ведущая роль в накоплении тяжелых металлов принадлежит водным растениям. Они обладают способностью активно накапливать в органах тяжелые металлы, ассимилировать микроэлементы из воды и донных отложений. Представителей этой группы гидро-бионтов можно рассматривать как мониторов, индикаторов полиметаллического загрязнения водной среды.

Э.м. проводится как наземными средствами с использованием системы постоянных датчиков (приборов), расположенных в местах, где возможно загрязнение среды, так и маршрутными методами, когда в разных точках периодически отбираются для химических анализов пробы воды, воздуха или почвы. Особый вид Э.м. — биологический. В этом случае оценивается состояние видов растений и животных и целых экосистем, причем по состоянию этих «живых приборов» судят о влиянии деятельности человека (см. Биологические индикаторы). Широкое развитие имеет аэрокосмический Э.м., когда состояние экосистем (особенно часто — пахотных почв, лесов, пастбищ) оценивается по снимкам, сделанным с самолетов или космических аппаратов.

Видовая структура водных биоценозов и физиологическое состояние отдельных видов гидробионтов может дать полезную информацию о качестве окружающей среды. Растения и животные, фильтруя воду, накапливают в своих организмах токсические вещества. Донные животные являются надежными индикаторами качества воды и состояния всей водной экосистемы. Благодаря достаточной длительности их жизненных циклов, накопление токсических веществ в телах этих животных позволяет оценить характер и степень загрязнения проточного водоема. В стоячих водах прудов или в малопроточных водоемах надежными индикаторами биологической полноценности служат также планктонные (парящие в толще воды) мелкие организмы. Фотосинтетическая активность фитопланктона является при этом одним из важных показателей.

Биологическая диагностика водоемов основывается на анализе состояния всей водной экосистемы, включая основные звенья биоценоза: водных высших растений, донных животных, водорослей, планктона, рыб, амфибий, личинок водных животных, микробных комплексов.

Индексы сапробности и показатели продуктивности и массы биопланктона отражают способность организмов существовать в загрязненной органическими соединениями среде. Их количественные характеристики определяются по набору растений-индикаторов и их обилию в водной среде. Методика их расчета апробирована во многих странах, в том числе в СНГ, вследствие чего индексы сапробности получили достаточно широкое распространение в практике оценки экологического качества водных систем разной категории.

Вследствие загрязнения почв нефтепродуктами происходит изменение структуры почвенного покрова, геохимических свойств почв, а также воздействие на растительность. Растения являются основой любого биогеоценоза, поэтому отклонения биохимических и физиологических реакций растений, весьма чувствительных к изменению условий среды, могут служить индикатором ее состояния.

Повышенной чувствительностью к загрязнению атмосферы характеризуются многие виды лишайников. В результате они обычно первыми исчезают из экосистем и поэтому являются индикаторами неблагоприятного состояния среды. Это обстоятельство часто используют экологи. Значительные площади пораженных и погибших от загрязнения атмосферы почв лесов имеются в ФРГ, Швеции, Финляндии, Австрии, Польше, Канаде, на севере США и в других районах. В ФРГ массовое поражение лесов зарегистрировано в начале 80-х годов. В хвойных лесах, особенно пихтовых, повреждения отмечались у 80-90% деревьев, а в среднему 10% всех видов древесных растений. В России повреждено около 1,5—2 млн га лесов, при этом основные очаги поражения расположены в районе Норильска, Мончегорска, Братска. Всего из-за кислотных дождей повреждены леса на земле площадью 31 млн га.

В данном регионе классификация загрязнения проводилась не только по содержанию серы в хвое лиственницы, но и по степени накопления токсикантов в лишайниках, произрастающих здесь и являющихся очень чувствительными индикаторами загрязнения окружающей среды. Известно, что лишайники более интенсивно накапливают в своих тканях поллютанты — в 2-3 раза больше, чем листва древесных растений. Подобное сравнение зон загрязнения, выделенных по снимку, с картосхемой загрязненных лишайников (Vlasova, Klein, 1992) дало положительный результат (см. таблицу).

Такое несовершенство методики приводит к тому, что по показателям ПДК часто наблюдается удучшевие качества воды рек и водоемов, а рыба в них исчезает и ве может жить. Более объективные результаты при оценке качества окружающей среда могут дать такие интегрирующие показатели и теоты, как: мутагенность ореды, состояние здоровья населения, детская смертность и другие. Иногда в качестве индикаторов загрязненности атмосферы и воды используют исключительную чувствительность некоторых рыб и растений, погибающих даже при ничтожном содержании загрязняющих примесей в среде обитания.

На формирование типа вырубки большое влияние оказывает огонь. При этом образуются палозые типы вырубок. Главнейшие типы вырубок Севера в связи с типами леса и действием огня показаны на классификационной схеме (рис. 4). Название отдельных типов вырубок дается по характерным преобладающим растениям жизого покрова вырубок, являющимся показателями (индикаторами) лесорастительных условий. Эти же растения, как правило, являются и «созидателями» определенной среды (задернение, заболачивание и т. д.). Типология вырубок на основе изучения закономерностей в изменении растительного покрова разрабатывает комплексный подход к оценке среды.

Выделяют две составные части мониторинга — абиотическую (геофизическую) и биотическую. Биотический мониторинг (наблюдения за биотой экосистем) в качестве одного из методов использует биоиндикацию — определение биологически значимых нагрузок по реакции на них живых организмов и их сообществ. В качестве индикатора выбирается тот вид, который имеет узкую амплитуду экологической толерантности по отношению к какому-либо фактору среды. Преимущественно это растения, ибо они не способны к активному перемещению (см. разд. 3.5).

В растительном покрове необходимо выделять такие явления, происходящие после рубки, которые, наглядно отражая определенный этап в изменении экологических условий, имеют наибольшее значение для практики, например задернение вейником, разрастание вереска, малины, рябины, лишайников и пр. Эти и некоторые другие растения являются индикаторами условий среды; они в той или иной степени отражают почвенноклиматические условия, а также напочвенные изменения, вызываемые пожарами, трелевкой, очисткой лесосек и др.

Типы вырубок динамичны. Поэтому для типологической диагностики вырубок имеет значение не только правильное констатирование того, что есть в данный момент, но и установление прогнозов. Важно еще в лесу, т. е. до рубки, предвидеть возможные изменения, которые произойдут после, рубки, необходимо предвидеть в том числе образование того или иного типа вырубки. И, наоборот, по образовавшемуся типу вырубки надо добиваться установления исходного типа леса. Руководствоваться при этом можно рядом признаков. Среди них важное значение имеют и определенные растения из напочвенного покрова. Растения — индикаторы вырубок — могут быть прямо или косвенно показателями и прошлого типа леса и будущего типа вырубки.

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Владивостокский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения и социального развития РФ

Кафедра ботаники

Животные – биоиндикаторы среды обитания человека

Выполнила: студентка 1-го курса

фармацевтического факультета

Марущак Алина

Проверила: Масликова Любовь Андреевна

Владивосток

Введение……………………………………………………………………………………………………………………3

1. Принципы организации биологического мониторинга……………………………………….4

2. Биологический контроль окружающей среды……………………………………………………..5

3. Общие принципы использования биоиндикаторов…………………………………………….6

4. Особенности использования животных в качестве биоиндикаторов…………….……7

5. Биоиндикация на разных уровнях организации живого…………………………….……….9

6. Примеры изменений животных в нарушенной среде………………………………………..11

7. Примеры биоиндикации на популяционно-видовом уровне…………………………….12

8. Примеры биоиндикации на биоценотическом уровне…………………………….………..13

9. Примеры биоиндикации на экосистемном уровне……………………………………..……..14

10. Биоиндикация на уровне биосферы………………………………………………………..…………15

Заключение………………………………………………………………………………………………..………….….16

Список литературы………………………………………………………………………………………….…………17

Введение:

В последнее время весьма актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами. Система этих наблюдений и прогнозов составляет суть экологического мониторинга. В этих целях все чаще применяется и используется достаточно эффективный и недорогой способ мониторинга среды – биоиндикация, т.е. использование живых организмов для оценки состояния окружающей среды.

В этой работе рассматривается само понятие биоидикации, в каких условиях и для каких целей проводится данное исследование окружающей среды, какие тест-объекты могут быть использованы для этого. Также говорится о биоиндикации на различных уровнях организации живого – от клеточного и субклеточного уровня до уровня биосферы.

Принципы организации биологического мониторинга

Сам термин «мониторинг» (от англ. monitoring — контроль) подразумевает проведение мероприятий по непрерывному наблюдению, измерению и оценке состояния окружающей среды. Под экологическим качеством среды обитания человека понимают интегральную характеристику природной среды, обеспечивающую сохранение здоровья и комфортное проживание человека.

Поскольку человек адаптирован и может комфортно существовать только в современном биологическом окружении, в природных экосистемах, понятие «экологическое качество среды» подразумевает сохранение экологического равновесия в природе (относительной устойчивости видового состава экосистем и со става сред жизни), которое и обеспечивает здоровье человека.

Необходимо различать цели и способы нормирования и оценки качества среды обитания человека по основным физико-химическим параметрам, с одной стороны, и экологического прогноза будущего изменения состояния экосистемы и здоровья людей в условиях антропогенного пресса — с другой.

Для общей оценки состояния окружающей среды и определения доли участия отдельных источников в ее загрязнении применяют санитарно-гигиенические и токсикологические нормативы (предельно допустимые концентрации — ПДК — поллютантов, предельно допустимые уровни воздействия — ПДУ). Однако для прогноза результатов влияния антропогенных факторов как на экосистемы, так и на здоровье людей необходимо учитывать так же и многие показатели, характеризующие реакцию отдельных организмов и экосистемы в целом на техногенное воздействие.

Антропогенные загрязнения действуют на живые организмы, и в том числе на человека, в самых различных сочетаниях, комплексно. Их интегральное влияние можно оценить только по реакции живых организмов или целых сообществ. Прогноз действия на человека загрязненной воды, химических добавок в пище или за грязненного воздуха правомочен, если в оценку токсичности входят не только аналитические методы, но и биологическая диагностика действия среды на животных. Кроме того, многие ксенобиотики (чуждые для биосферы вещества) накапливаются в организме, и в результате длительное воздействие даже малых концентраций этих веществ вызывает патологические изменения в организме. Наконец, известен парадоксальный эффект малых доз многих биологически активных соединений, когда сверхслабые дозы (ниже ПДК) оказывают на организм более сильное действие, чем их средние дозы и концентрации.

Универсальным показателем изменения гомеостаза тест-организма (организма, используемого при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др.) является состояние стресса при попадании из «чистой» среды в «загрязненную».

В биологии под стрессом понимается реакция биологической системы на экстремальные факторы среды (стрессоры), которые могут в зависимости от силы, интенсивности, момента и продолжительности воздействия более или менее сильно влиять на систему.

Стрессовое воздействие среды приводит к отклонению основных параметров организма от оптимального уровня.

В настоящее время оценка степени экологической опасности традиционно осуществляется путем определения в окружающей среде отдельных потенциально вредных веществ или воздействий и сравнения полученных результатов с законодательно установленными для них предельно допустимыми величинами.

Реализация основных принципов устойчивого развития цивилизации в современных условиях возможна лишь при наличии соответствующей информации о состоянии среды обитания в ответ на антропогенное воздействие, собранной в ходе проведения биологического мониторинга. Оценка качества среды является ключевой задачей любых мероприятий в области экологии и рационального природопользования.

Объектами мониторинга являются биологические системы и факторы, воздействующие на них. При этом желательна одновременная регистрация антропогенного воздействия на экосистему и биологического отклика на воздействие по всей совокупности показателей живых систем.

Биологический контроль окружающей среды

Биологический контроль окружающей среды включает две основные группы методов: биоиндикацию и биотестирование. Применение в качестве биоиндикаторов растений, животных и даже микроорганизмов позволяет проводить биомониторинг воздуха, воды и почвы.

Биоиндикация (bioindication) – обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биологические индикаторы обладают признаками, свойственными системе или процессу, на основании которых производится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состояния экологических систем, процесса и явлений. В настоящее время можно считать общепринятым, что основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания.

Биотестирование (bioassay) – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо то того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Для оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул) В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания, и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ.

Такие методы оценки токсичности водной среды используются:

— при проведении токсикологической оценки промышленных, сточных бытовых, сельскохозяйственных, дренажных, загрязненных природных и пр. вод с целью выявления потенциальных источников загрязнения,

— в контроле аварийных сбросов высокотоксичных сточных вод,

— при проведении оценки степени токсичности сточных вод на разных стадиях формирования при проектировании локальных очистных сооружений,

— в контроле токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения биологического типа с целью предупреждения проникновения опасных веществ для биоценозов активного ила,

— при определении уровня безопасного разбавления сточных вод для гидробионтов с целью учета результатов биотестирования при корректировке и установлении предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих в водоемы со сточными водами,

— при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологий очистки, проектов очистных сооружений и пр.

Хотя подходы очень близки по конечной цели исследований, надо помнить, что биотестирование осуществляется на уровне молекулы, клетки или организма и характеризует возможные последствия загрязнения окружающей среды для биоты, а биоиндикация – а уровне организма, популяции и сообщества и характеризует, как правило, результат загрязнения. Живые объекты – открытые системы, через которые идёт поток энергии и круговорот веществ. Все они в той или иной мере пригодны для целей биомониторинга.

Контроль качества окружающей среды с использованием биологических объектов в последние десятилетия оформился как актуальное научно-прикладное направление.

Общие принципы использования биоиндикаторов

Биоиндикаторы (от био и лат. indico — указываю, определяю) — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Их индикаторная значимость определяется экологической толерантностью биологической системы. В пределах зоны толерантности организм способен поддерживать свой гомеостаз.

Любой фактор, если он выходит за пределы «зоны комфорта» для данного организма, является стрессовым. В этом случае организм реагирует ответной реакцией различной интенсивности и длительности, проявление которой зависит от вида и является показателем его индикаторной ценности. Именно ответную реакцию определяют методы биоиндикации. Биологическая система реагирует на воздействие среды в целом, а не только на отдельные факторы, причем амплитуда колебаний физиологической толерантности модифицируется внутренним состоянием системы — условиями питания, возрастом, генетически контролируемой устойчивостью.

Многолетний опыт ученых разных стран по контролю состояния окружающей среды показал преимущества, которыми обладают живые индикаторы:

· в условиях хронических антропогенных нагрузок могут реагировать даже на относительно слабые воздействия вследствие кумулятивного эффекта; реакции проявляются при накоплении не которых критических значений суммарных дозовых нагрузок;

· суммируют влияние всех без исключения биологически важных воздействий и отражают состояние окружающей среды в целом, включая ее загрязнение и другие антропогенные изменения;

· исключают необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды;

· фиксируют скорость происходящих изменений;

· вскрывают тенденции развития природной среды;

· указывают пути и места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений и ядов, возможные пути их попадания в пищу человека;

· позволяют судить о степени вредности любых синтезируемых человеком веществ для живой природы и для него самого, при чем дают возможность контролировать их действие.

Выделяют две формы отклика живых организмов, используемых в целях биоиндикации, — специфическую и неспецифическую. В первом случае происходящие изменения связаны с действием одного какого-либо фактора. При неспецифической биоиндикации различные антропогенные факторы вызывают одинаковые реакции.

В зависимости от типа ответной реакции биоиндикаторы подразделяют на чувствительные и кумулятивные. Чувствительные биоиндикаторы реагируют на стресс значительным отклонением от жизненных норм, а кумулятивные накапливают антропогенное воздействие, значительно превышающее нормальный уровень в природе, без видимых изменений.

В качестве биоиндикаторов могут быть использованы представители всех царств живой природы. Для биоиндикации не пригодны организмы, поврежденные болезнями, вредителями и паразитами. Идеальный биологический индикатор должен удовлетворять ряду требований:

· быть типичным для данных условий;

· иметь высокую численность в исследуемом экотопе;

· обитать в данном месте в течение ряда лет, что дает возможность проследить динамику загрязнения;

· находиться в условиях, удобных для отбора проб;

· давать возможность проводить прямые анализы без предварительного концентрирования проб;

· характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией загрязняющих веществ в организме-индикаторе и объекте исследования;

Добавить комментарий

Закрыть меню