можно ли использовать численность и многообразие исследованных беспозвоночных как биоиндикатор

Реферат: Биоиндикационные методы определения занрязнений водоемов по комплексу беспозвоночных

2. Биологический контроль санитарного состояния водоема………………. 4

3.1 Оценка качества воды рек и озер по биотическому индексу……………..10

3.2 Определение сапробности водоема по методу Пантле и Букка …………12

3.4 Индекс видового разнообразия Маргалефа………………………………..16

3.5 Индекс биоразнообразия Симпсона………………………………………..17

5. Используемая литература……………………………………………………20

Определение качества поверхностных вод, которое осуществляется главным образом с помощью методов физико-химического анализа, представляет одну из сложнейших проблем экологического мониторинга. Это вынуждает экологов искать другие, малозатратные методы контроля состояния поверхностных вод.

Методы биоиндикации и биотестирования имеют ряд преимуществ по сравнению с методом физико-химического анализа проб окружающей среды. Они повышают достоверность оценки экологического состояния поверхностных вод, поскольку биоценозы формируются в определенных условиях, в определенных биотопах в течение длительного времени, они достаточно надежно отражают эти условия и позволяют судить об антропогенном воздействии на экосистемы, о динамике процессов самоочищения.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ САНИТАРНОГО СОСТОЯНИЯ ВОДОЕМА.

Под биологическим методом понимается оценка состояния водоема по составу растительного и животного населения и тестам на токсичность. Преимуществом биологического метода перед другими является возможность показать не только единовременное состояние водоема, но также предшествующие условия, в которых развились обнаруженные биоценозы, а также состояние водоема в ближайшей перспективе.

Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.

Каждая группа организмов в качестве биологического индикатора имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации.

Водорослям принадлежит ведущая роль в индикации изменения качества воды в результате эвтрофирования (заболачивания) водоема.

Зоопланктон также достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Кроме этого, среди зоопланктона встречаются и представители патогенной фауны, ограничивающей использование водного объекта в целях водоснабжения.

Простейшие являются высокочувствительными индикаторами сапробного состояния водоемов.

Значение макрофитов (высшая водная растительность) наиболее существенно при предварительном гидробиологическом осмотре водных объектов. При загрязнении водоемов изменяется видовой состав, биомасса и продукция макрофитов, возникают морфологические аномалии, происходит смена доминантных видов, обусловливающих особенности ценоза. Данные по ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и, особенно при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение.

Зоны сапробности. Под сапробностью принято понимать степень распада органических веществ в загрязненных водах. Распад органических загрязнений в водоеме приводит к потреблению кислорода и накоплению ядовитых продуктов распада (углекислота, сероводород, органические кислоты и др.). Способность организмов обитать в условиях разной степени сапробности объясняются потребностью в органическом питании и выносливостью к вредным веществам, образующимся в процессе разложения органического вещества.

В полисапробной зоне водоема органических веществ много, кислорода нет. Здесь происходит расщепление белков и углеводов.

В олигосапробной зоне практически нет растворенных органических веществ, кислорода много, вода чистая.

Основная характеристика зон сапробности.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Обзор

Важность и актуальность биомониторов, а не оборудования, созданного руками человека, подтверждается тем наблюдением, что лучшим индикатором состояния вида или системы является сама она. Биоиндикаторы могут выявить косвенные биотические эффекты загрязнителей, в то время как многие физические или химические измерения не могут этого сделать. С помощью биоиндикаторов ученым необходимо наблюдать только за одним указывающим видом для проверки окружающей среды, а не за всем сообществом.

Использование биомонитора описывается как биологический мониторинг и представляет собой использование свойств организма для получения информации о некоторых аспектах биосферы. Биомониторинг загрязнителей воздуха может быть пассивным или активным. Эксперты используют пассивные методы для наблюдения за естественным ростом растений в интересующей местности. Активные методы используются для обнаружения присутствия загрязнителей воздуха путем помещения подопытных растений с известным ответом и генотипом на исследуемую территорию.

Индикаторы биоаккумуляции часто рассматриваются как биомониторы. В зависимости от выбранных организмов и их использования существует несколько типов биоиндикаторов.

Использовать

В большинстве случаев собираются исходные данные о биотических условиях в пределах заранее определенного эталонного участка. Контрольные участки должны характеризоваться минимальным внешним воздействием или отсутствием его (например, антропогенные нарушения, изменение землепользования, инвазивные виды). Биотические условия конкретного индикаторного вида измеряются как в контрольном участке, так и в исследуемом регионе с течением времени. Данные, собранные в исследуемом регионе, сравниваются с аналогичными данными, полученными на контрольном участке, чтобы сделать вывод об относительном состоянии окружающей среды или целостности исследуемого региона.

Важным ограничением биоиндикаторов в целом является то, что они были признаны неточными при применении к географически и экологически разнообразным регионам. В результате исследователи, использующие биоиндикаторы, должны постоянно обеспечивать соответствие каждого набора показателей тем условиям окружающей среды, которые они планируют отслеживать.

Индикаторы растений и грибов

Индикаторы животных и токсины

Загрязнение и другие факторы стресса можно контролировать путем измерения любого из нескольких переменных у животных: концентрации токсинов в тканях животных; скорость возникновения уродств в популяциях животных; поведение в поле или в лаборатории; и оценивая изменения в индивидуальной физиологии.

Лягушки и жабы

Земноводные, особенно бесхвостые амфибии (лягушки и жабы), все чаще используются в качестве биоиндикаторов накопления загрязняющих веществ в исследованиях загрязнения. Невероятные животные поглощают токсичные химические вещества через кожу и мембраны жабр личинок и чувствительны к изменениям в окружающей их среде. У них плохая способность выводить токсины из пестицидов, которые всасываются, вдыхаются или попадают в организм с зараженной пищей. Это позволяет остаткам, особенно хлорорганических пестицидов, накапливаться в их системах. У них также есть проницаемая кожа, которая может легко поглощать токсичные химические вещества, что делает их модельным организмом для оценки воздействия факторов окружающей среды, которые могут вызвать сокращение популяции амфибий. Эти факторы позволяют использовать их в качестве организмов-биоиндикаторов для отслеживания изменений в их среде обитания и в экотоксикологических исследованиях в связи с возрастающими требованиями человека к окружающей среде.

Знание и контроль экологических агентов необходимы для поддержания здоровья экосистем. Хвойные животные все чаще используются в качестве организмов-биоиндикаторов при исследованиях загрязнения, например при изучении воздействия сельскохозяйственных пестицидов на окружающую среду. Экологическая оценка для изучения окружающей среды, в которой они живут, выполняется путем анализа их численности в этом районе, а также оценки их двигательных способностей и любых аномальных морфологических изменений, которые являются уродствами и отклонениями в развитии. Уменьшение количества бесхвостых амфибий и пороков развития также может указывать на повышенное воздействие ультрафиолетового света и паразитов. Было показано, что широкое применение агрохимикатов, таких как глифосат, оказывает вредное воздействие на популяции лягушек на протяжении всего их жизненного цикла из-за попадания этих агрохимикатов в водные системы, в которых живут эти виды, и их близости к развитию человека.

Ракообразные

Раки также считаются подходящими биоиндикаторами при соответствующих условиях.

Микробные индикаторы

Химические загрязнители

При разведке нефти и газа

Микроводоросли в качестве воды

В последние годы микроводоросли привлекли к себе внимание по нескольким причинам, включая их большую чувствительность к загрязнителям, чем у многих других организмов. Кроме того, они широко распространены в природе, они являются важным компонентом очень многих пищевых сетей, их легко культивировать и использовать в анализах, и их использование практически не затрагивает этические вопросы.

Возможен автоматический биоанализ с использованием жгутиков Euglena gracilis в устройстве, которое измеряет их подвижность при различных разбавлениях возможно загрязненной пробы воды, для определения ЕС ₅₀ (концентрация пробы, которая влияет на 50 процентов организмов) и G-значения ( наименьший коэффициент разбавления, при котором можно измерить незначительный токсический эффект).

Макробеспозвоночные

Бентические индикаторы для проверки качества воды

Глобальный контекст

В Европе Рамочная директива по водным ресурсам (WFD) вступила в силу 23 октября 2000 г. Она требует, чтобы все государства-члены ЕС продемонстрировали, что все поверхностные и подземные водные объекты находятся в хорошем состоянии. ВРД требует, чтобы государства-члены внедрили системы мониторинга для оценки целостности компонентов биологических водотоков для определенных категорий подземных вод. Это требование увеличило количество биометрических данных, применяемых для определения состояния водотоков в Европе. В 2006 году была разработана удаленная онлайн-система биомониторинга. Она основана на двустворчатых моллюсках и обмене данными в реальном времени между удаленными интеллектуальными устройствами в полевых условиях (способными работать более 1 года без вмешательства человека на месте ) и центр обработки данных, предназначенный для сбора, обработки и распространения веб-информации, полученной из данных. Этот метод связывает поведение двустворчатых моллюсков, в частности активность зияющих раковин, с изменениями качества воды. Эта технология успешно использовалась для оценки качества прибрежной воды в различных странах (Франция, Испания, Норвегия, Россия, Шпицберген ( Ню-Олесунн ) и Новая Каледония).

Импосекс явление в собаку моллюсков видов моря улитки приводит к неправильному развитию пениса у самок, но не вызывает стерильность. Из-за этого этот вид был предложен как хороший индикатор загрязнения органическими соединениями искусственного олова в малазийских портах.

Источник

Урок №56. Методы биоиндикации за­грязнений наземных и водных экосистем

Тип урока- комбинированный

Методы: личностно-ориентированного подхода, частично-поисковый, про­блемного изложения, репродуктивный, объясни­тельно-иллюстративный

Цель: формирование у человека системы практико-ориентированных знаний и умений и на их основе развития природосообразного поведения в окружающем мире.

Образовательные: освоение содержания экологического образования, смысл которого заключается в понимании естественных законов природы и их соотнесение с «искусственными законами» развития социума.

Развивающие: развитие ключевых компетентностей учащихся на примере содержания экологического образования;развитие исследовательских умений учащихся по оценке состояния различных компонентов окружающей среды.

Воспитательные:.формирование экологически грамотного поведения человека в окружающей среде, перевод знаний человека об окружающей среде в стиль его жизни (уклад жизни, образ жизни).

Регулятивные: организовывать своё рабочее место под руководством учителя; определять план выполнения заданий на уроке, оценивать результат своей деятельности.

Коммуникативные: участвовать в диалоге на уроке; отвечать на вопросы учителя, товари­щей по классу; слушать и понимать речь других; работать в малой группе.

Познавательные: осмысление учащимися ценностей феномена жизни, ценности каждой формы существования жизни; ценности существования человека, его здоровья, социо-космической значимости ;

влияние человека на отдельные компоненты природы и влияние природы на все стороны человеческой деятельности;

подготовку школьников к практической деятельности в области биологии, экологии и медицины;

— установление гармоничных отношений с природой, со всем живым, как главной ценностью на Земле.

— формирование ключевых компетентностей на содержании экологического образования;

-создание таких педагогических условий, которые обеспечат право каждого школьника на индивидуальное развитие, которое соответствует его психологическому статусу, склонностям, потребностям, интересам, возможностям.

Форма организации учебной деятельности – индивидуальная, групповая

Методы обучения: наглядно-иллюстративный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, самостоятельная работа с дополнительной литературой и учебником, с ЦОР.

Приемы: анализ, синтез, умозаключение, перевод информации с одного вида в другой, обобщение

Развития таких ключевых понятий как «качество человека» (ценности, мировоззрение, сознание, мышление), «качество жизни» (уровень жизни, стиль жизни, уклад жизни), «качество окружающей среды» (состояние атмосферы, гидросферы, литосферы (педосферы), животного и растительного мира, вида Homo sapiens sapiens, культуры, образования).

Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов

С помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индекаторные 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. Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы; цинка – виды фиалки, ярутки; меди и кобальта – смолевки, многие злаки и мхи.

Некоторые естественные факторы могут вызывать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Так, например, хлороз листьев может быть вызван недостатком железа в почве или ранним заморозком. Поэтому при определение морфологических изменений у растений необходимо учитывать возможность действия других повреждающих факторов.

Индекаторы другого типа представляют собой растения-аккумуляторы. Они накапливают в своих тканях загрязняющее вещество или вредные продукты метоболизма, образуемые под воздействием загрязняющих веществ, без видимых изменений. При превышении порога токсичности ядовитого вещества для данного вида проявляются различные ответные реакции, выражающиеся в изменении скорости роста и длительности фенологических фаз, биометрических показателей и, в конечном счете, снижение продуктивности.

Получить точные количественные данные о динамике и величине стрессовых воздействий на основе морфологических изменений невозможно, но можно довольно точно определить величину потерь продукции и, имея график зависимости «доза – эффект», рассчитать величину стрессового воздействия.

Очень часто в целях биоиндикации используются различные аномалии роста и развития растения – отклонение от общих закономерностей. Гигантизм и карликовость многие исследователи считают уродствами. Например, избыток в почве меди вдвое уменьшает размеры калифорнийского мака, а избыток свинца приводит к карликовости смолевки. В целях биоиндикации представляют интерес различные деформации растений

фасциация – лентовидное уплощение и сращение стеблей, корней и цветоносов;

махровость цветков, в которых тычинки превращаются в лепестки;

пролификация – прорастание цветков и соцветий;

асцидия – воронковидные, чащевидные и трубчатые листья у растений с пластинчатыми листьями;

редукция – обратное развитие органов растений, вырождение;

нитевидность – нитчатая форма листовой пластинки;

филлодий тычинок – превращение их в плоское листовидное образование

Особенности использования животных в качестве биоиндикаторов

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;

имеются хорошо дифференцированные ткани и органы, которые обладают разной способностью к накоплению токсичных 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 онтогенезе.

Основное преимущество использования позвоночных животных в качестве биоиндикаторов заключается в их физиологической близости к человеку. Основные недостатки связанные с сложностью их обнаружения в природе, поимки, определение вида, а также с длительностью морфо-анатомических наблюдений. Кроме того, эксперименты с животными зачастую дороги, требуют многократной повторяемости для получения статистически достоверных выводов.

Оценка и прогнозирование состояния природной среды с привлечением позвоночных животных проводится на всех уровнях их организации. На организменном уровне с помощью сравнительного анализа оцениваются морфо-анатомические, поведенческие и физиолого-биохимические показатели.

Для того чтобы иметь возможность сравнивать материал, собранный разными исследователями в разных районах, набор видов-индикаторов должен быть един и невелик. Вот некоторые критерии пригодности различных видов млекопитающих для биоиндикационных исследований:

принадлежность к разным звеньям трофической цепи – растительноядным, насекомоядным, хищным млекопитающим;

оседлость или отсутствие больших миграций;

широкий ареал распространения (сравнительно высокая эвритопность), т.е. этот критерий исключает использование в качестве тест-индикаторов эндемиков;

принадлежность к естественным сообществам: критерий исключает синантропные виды, питающиеся вблизи жилища человека и неадекватно характеризующие микроэлементный состав загрязнения данного региона;

численность вида должна обеспечивать достаточный материал для анализа;

простота и доступность методов добывания видов.

Особенности использования микроорганизмов в качестве биоиндикаторов

Микроорганизмы – наиболее быстро реагирующие на изменение окружающей среды биоиндикаторы. Их развитие и активность находятся в прямой связи с составом органических и неорганических веществ в среде, так как микроорганизмы способны разрушать соединения естественного и антропогенного происхождений.

Выявление микроорганизмов и их учет можно произвести путем высева проб в жидкие и агаризованные питательные среды. Для учета сапрофитов используют мясопептонный агар, олиготрофных бактерий выращивают на агаризованной воде из исследуемого водоема.

Чаще всего для оценки качества вод используют показатель микробного числа – это число клеток аэробных сапрофитных организмов в 1 мл воды. В водопроводной воде согласно ГОСТ микробное число не должно превышать 100. В чистых водоемах число сапрофитов может исчисляться десятками и сотнями, а в загрязненных и грязных водоемах этот показатель достигает сотен тысяч и миллионов.

Симбиологические методы в биоиндикации

Симбиоз широко распространен в природе, а симбиотические ассоциации часто играют ключевую роль в поддержании нормального функционирования наземных, пресноводных и морских экосистем. Симбиоз грибов и азотфиксирующих бактерий с высшими растениями и водорослей с грибами обеспечил процветание этих ассоциаций в наземной среде. Лишайники, симбиотическая ассоциация водорослей и грибов, очень чувствительны к качеству среды и уже давно используются как традиционные биомаркеры состояния атмосферного воздуха.

Мадрепоровые кораллы (склерактинии) – симбиоз одноклеточных водорослей зооксантелл с кишечнополостными животными, определяющий важную ландшафтообразующую роль этой ассоциации в тропических морях. Все более значительной признается роль симбиотических микроорганизмов в трофике практически всех видов организмов. Прямо или косвенно регулируя численность своих хозяев, симбионты оказывают существенное влияние на их динамику численности и структуру популяции. Биоразнообразие симбионтов (паразитов, комменсалов, мутуалистов), как правило, значительно превышает разнообразие их хозяев.

Помимо уточнения оценки биоразнообразия по числу видов учет симбионтов позволяет получать достоверную информацию о качестве среды, так как степень интенсивности инвазии (относительное количество хозяев, имеющих симбионтов) и экстенсивность инвазии (среднее количество симбионтов на хозяине) напрямую зависят от условий, в которых находится популяция хозяев. Многие симбионты чувствительны к изменениям внешней среды, в частности симбионты водных организмов – к загрязнению и опреснению, а симбионты наземных организмов – к радионуклеидам. При оценке разнообразия фауны симбионтов широко используют статистические методы. Учет симбиотических, в том числе и паразитических, организмов, а также исследование состояния симбиотических ассоциаций позволяют более точно оценить биоразнообразие и характер динамических процессов в экосистемах и могут быть рекомендованы в качестве важных элементов экодиагностических исследований.

Биоиндикация качества среды по показателям флуктуирующей асимметрии листовой пластинки

Биоиндикация водных экосистем

Источник

• ← можно ли использовать чипсы вместо панировочных сухарей
• можно ли использовать чистоган повторно →