 |
Экологических исследований.
|
|
|
|
Цель: познакомить студентов с одним из современных методов
э кологических исследований.
Задачи:
1. Дать понятие о биоиндикации и познакомить студентов с Программой Международного союза биологических наук «Биоиндикаторы».
2. Изучить организмы – индикаторы и эффективность выбора подходящего индикаторного вида, который может быть использован для определения реальной токсичности вещества в окружающей среде.
Краткая теория вопроса.
Индикационные исследования проводят с целью выяснения связей растительности с экологическими условиями. Установлено, что существование алюминиевой, литиевой и других флор обусловлено не только повышением концентрации химического элемента в почвенном растворе, но и значительной необходимости в нем самого растения. Концентрация химических элементов растениями – результат эволюционного их развития. Однако бесспорно, что на уровень содержания химических элементов в органах может оказывать современная среда его обитания.
Метод биоиндикации - признан перспективным методом определения степени загрязнения природной среды. Список растений и животных – биоиндикаторов обширен. Согласно Международной программе «Биоиндикаторы» биохимические системы и отдельные организмы, которые могут быть использованы для выявления разнообразных экотоксикантов антропогенного и природного происхождения, можно подразделить на шесть подгрупп по биологическим дисциплинам.
Микробиология. Некоторые микроорганизмы особо чувствительны к определенным веществам, другие принимают участие в деструкции загрязнителей. Указанием на изменение окружающей среды может быть элиминация (исчезновение) или увеличение разнообразия видов.
|
|
|
Ботаника. Для обнаружения специфических загрязнений воздушного бассейна и их мониторинга (в динамике) возможно применение чувствительных видов биоты: низшие растения, лишайники, грибы, многие высшие растения. Соответствующий набор организмов позволяет обнаружить как длительные, так и кратковременные воздействия загрязнителей.
Зоология. Исследования дают возможность более эффективного выбора подходящего индикаторного вида, который может быть использован для определения степени реальной токсичности вещества, присутствующего в продуктах питания.
Клеточная биология и генетика. Уже имеются многочисленные тест – системы in vivo и in vitro, пригодные для кратковременного и долгосрочного слежения за изменениями природной среды.
Сравнительная физиология. Многие животные изменяют своё поведение при появлении новых агентов в окружающей среде. Химические вещества, попав в организм, могут влиять на функционирование всех систем организма. Функциональные изменения потом исследуют на морфологическом, биохимическом и физиологическом уровнях и могут указывать на присутствие в окружающей среде опасных веществ.
Гидробиология. Подбирают соответствующий вид – индикатор для конкретных токсикантов, таких как тяжелые металлы, пестициды или другие токсичные вещества.
В зависимости от объектов биоиндикации различают несколько направлений, среди которых: индикация почв (педоиндикация), индикация пород (литоиндикация), индикация грунтовых вод (гидроиндикация) и индикация различных процессов, галоиндикация (индикация засоления почв и почвогрунтов).
Среди индикаторов различаются прямые и косвенные. Прямыми называются такие индикаторы, которые связаны с объектом индикации непосредственно, и вне этой связи в природных условиях существовать не могут. Например, сообщества галофитов являются прямыми индикаторами засоления почв; сообщества верблюжьей колючки - глубины залегания и степени минерализации первого от поверхности горизонта подземных вод. Прямыми индикаторами обычно служат стенобионтные виды и сообщества.
|
|
|
Косвенными индикаторами являются те, которые связаны с объектом индикации не прямо, а через какое – либо промежуточное звено в цепи экологических условий. Например, в степях Нижнего Поволжья растения волосенца гигантского – Leymus racemosus – косвенные индикаторы локальных скоплений пресных инфильтрационных вод под песками; непосредственной связи с этими водами не имеют, но указывают на условия, при которых возможна свободная инфильтрация атмосферных осадков и накопление их под песками.
По степени географической устойчивости индикаторы делятся на панареальные, региональные и локальные.
Панареальные – индикаторы, которые сохраняют одно и тоже индикационное значение на всем протяжении своего ареала (заросли солончакового полукустарника – сарсана – Halocnemum strobilaceum) – указывают на повышенную влажность почв в корнеобитаемом горизонте.
Региональные – служат индикаторами в конкретном регионе. Например, сообщества с преобладанием сосны и лишайников в одних районах служат индикаторами песков (средняя полоса европейской части России), а в других – близкого залегания коренных скальных пород (северо-запад Карелии).
Локальные – индикаторы, сохраняющие своё значение лишь в узком, ограниченном районе, обитающие на почвах с высоким содержанием химического элемента, т.е. лучше остальных видов приспособлены к условиям такого существования. К ним относятся: солянки, кермек, произрастающие на почвах с борным засолением; качим, мхи, обитающие на богатых медью почвах.
Организмы – индикаторы способны накапливать микропримеси в отношении 1* 10 5 и даже 1 * 10 6 к концентрации в окружающей среде. В отобранных видах растений и животных определяют коэффициенты накопления ими отдельных металлов и затем анализируют их обычными физико-химическими методами. Зная коэффициент накопления, можно определять в природных средах микропримеси тяжелых металлов на уровне 10 –16 или 10 –17 г/г (т.е. в количествах, недоступных для определения обычными инструментальными методами). Биоиндикаторами антропогенной нагрузки являются деревья, ягельный лишайник, водоросли: элодея, ряска…
|
|
|
Преимущества биоиндикации в относительно высокой скорости, низкой стоимости, в возможности характеризовать состояние окружающей среды на длительный промежуток времени.
РЕДКИЕ, как правило, СТЕНОБИОНТНЫЕ (требующие строго определенных условий существования) виды часто являются лучшими индикаторами (показатели) состояния среды. Их исчезновение служит доказательством неблагоприятных воздействий на среду обитания в конкретных местах.
Наибольшее распространение получил метод лихеноиндикации, основанный на учете количества лишайников в городских насаждениях, районах крупных предприятий. Наличие лишайников на стволах деревьев взаимосвязано с химическим составом (загрязнением) воздуха.
В лесных массивах удобными индикаторами качества служат жуки-короеды. Сильно ослабленные и отмирающие деревья заселяются короедами. Однако, если причиной их гибели послужили химические вещества, не характерные нормальному составу воздуха, короеды не получают широкого распространения. Отмирание насаждений при отсутствии заселения деревьев короедами - надежное доказательство антропогенного загрязнения воздуха.
Биотестирование можно считать обязательным для получения интегральных оценок загрязнения водоемов ксенобиотиками.
По дикорастущим растениям можно судить о характере и состоянии почвы, ибо среда обитания растений определяется такими свойствами почв, как влагоемкость, структура, плотность, температура, содержание кислорода, питательных веществ, тяжелых металлов и солей.
Таблица 1.
| Индицируемый фактор загрязнения среды обитания | Растение - биоиндикатор |
| Общее загрязнение Тяжелые металлы Диоксид серы Фтористый водород Хлористый водород Аммиак Сероводород Фотосмог Засоленность почв Застойная сырость почв Повышенная сухость почв Повышенная влажность почв Повышенная уплотненность почв Песчаность почв Глинистость почв | Лишайники и мхи Слива, фасоль обыкновенный Ель, люцерна Косточковые плоды, гладиолус Береза бородавчатая, земляника лесная Подсолнечник, конский каштан Шпинат, горох Крапива, табак Галофиты (лебеда) Мята, полевой хвощ Ромашка, полынь Мята, щавель, хвощи Пырей, лютик полезный Мокрица, коровяк Лютик ползучий, одуванчик, дымянка |
ЗАДАНИЕ 1.
|
|
|
