Биоиндикация экосистем цементного завода

Введение

Концентрирование промышленных и перерабатывающих предприятий, на ограниченной территории, увеличивает техногенные нагрузки на различные экосистемы и их структурные элементы. Причём, как отмечают авторы (Еловиков, Будылкина, 1989; Галкина, Коровин, 1989; Орлов, Малинина, Мотузова, 1991; Ильин, Сысо, Конарбаева, Байдина, 1997; Малина, Шленская, 1999; Прокошева, 2000; Ильязов, 2001) результаты этого воздействия могут стать необратимыми.

Без принятия жестких мер экологическая ситуация полностью выйдет из под контроля, поставив уже в ближайшее время под угрозу само существование человечества (Алексеенко, Конычев, Панченко, 1989; Гузев, Левин, 1991). Поэтому перед экологами всегда стоит задача, поиска путей решения острого противоречия между непрерывно возрастающими масштабами деятельности человека и необходимостью сохранения природной среды.

Поверхностный слой почвы подвергается как локальному, так и региональному загрязнению (Жигаловская, 1980; Голдовская, 2005), вследствие воздушного переноса поллютантов на большие расстояния. Идёт загрязнение почв в промышленных (Амосова, Трофимов, Суханова, 1999; Малина, Шленская, 1999; Прокошева, 2000) и сельскохозяйственных районах (Кудло, 1976; Орлов, Малинина, Мотузова, 1991).

Техногенные вещества поступают в атмосферу в составе газообразных выбросов, в виде пыли, попадают со сточными водами в водоёмы. Из воды и атмосферы переходят в почву. Накопившись в почве и биоте, в количествах превышающие допустимые величины, передвигаются по трофической цепи.
Перечень загрязняющих веществ, поступающих в культурный ландшафт, растёт из года в год и зависит в большей степени от характера человеческой деятельности в данном регионе (Анохин, 2000; Синдирёва, 2003). Поэтому своевременное выявление техногенеза и возможность его точной и быстрой оценки, помогает решать многие вопросы практического характера.

Важное условие охраны почв и растений, от избыточного накопления загрязняющих веществ, это строгое нормирование на различном уровне антропогенной нагрузки - от регламентации техногенного воздействия на ландшафт в целом до установления санитарно (ветеринарно) - гигиенических норм в растительной продукции (Елпатьевский, 1982; Зырин, Каплунова, Сер-дюкова, 1985,1992).

В последние годы все больше внимания уделяется проблеме экологического нормирования. Такая необходимость диктуется ускоренным процессом деградации окружающей среды, так как гигиенические нормативы, ориентированные на человека, не обеспечивают безопасность некоторым видам животного и растительного мира, которые более чувствительные (Евсеева, Фролова, Куприянова, 1999) к воздействию вредных факторов, чем человек.

Поэтому особую значимость при оценке техногенного загрязнения окружающей среды имеет реакция низших организмов, которая даёт возможность судить о чистоте или загрязнённости окружающей среды и принимать соответствующие меры, направленные на сохранение почвенного плодородия и гигиенического качества растениеводческой продукции (Борисков, 2000). Сравнение растений, развивающихся в условиях химически изменённой окружающей среды, с растениями, произрастающими в условиях фона, выявляют характер последствий таких изменений.

Загрязнение атмосферы, почвы и воды в культурных ландшафтах вызывает тревогу не только потому, что может снизиться продуктивность растений, нарушить естественно сложившиеся фитоценозы, но и главным образом потому, что неизбежно ухудшает гигиеническое качество среды обитания человека, включая и качество продуктов сельского хозяйства.

В настоящее время в нашем регионе, зоне интенсивного ведения сельского хозяйства, созданы серьёзные предпосылки загрязнения окружающей среды продуктами производства и жизнедеятельности людей. Недостаточно развит контроль над изменениями геохимического фона, вследствие воздействия техногенных факторов и в самом городе. 

Следовательно, можно сказать, что наиболее актуальной проблемой в наше время является улучшение экологии в городе Михайловка, а вместе с тем и улучшение качества жизни населения.

Объект исследования – биоиндикация экосистем Себряковского цементного завода

Предмет исследования влияние выбросов от  производственной деятельности цементного  на экосистемы города завода

Цель нашей курсовой работы – изучить влияние выбросов от  производственной деятельности цементного завода на сосну и одуванчик

Исходя из цели, нашего исследования были поставлены следующие задачи:

­         изучить теоретические основы биоиндикации;

­         оценить влияние на состояние сосны и одуванчика от выбросов в атмосферу отходов производственной деятельности Себряковского цементного завода.

Методы исследования: теоретический анализ и синтез, сравнение, наблюдение, эксперимент.

Курсовая работа имеет стандартный вид. Состоит из введения двух, глав основной части, разбитых на параграфы, заключения, библиографического списка. Общий объём   

1.  Теоретические основы биоиндикации

1.1 Понятие, виды и методы биоиндикации

Биоиндикация – оценка качества среды обитания и её отдельных характеристик по некоторому индикаторному показателю биоты в природных условиях. В качестве биоиндикаторов выступают отдельные таксоны, экологические группировки (например, в водной среде – фитопланктон, зоопланктон, бентос, перифитон), физиологически сходные организмы (например, имеющие одинаковый тип питания), размерные группы. Отклонение индикаторной биотической характеристики от некоторой заданной нормы свидетельствует о превышении уровней допустимого воздействия абиотических факторов [9].

Биондикация – это метод обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы при помощи биологических систем.

Основой задачей биоиндикации является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ.

Биоиндикация может проводиться на уровне макромолекул, клетки, организма, популяции, сообщества и экосистемы. Чувствительными биоиндикаторами могут служить как отдельные процессы в клетке и организме (изменение ферментативной активности, изменение в пигментном комплексе), так и морфологические изменения (изменения формы и размера листовой пластинки, уменьшение продолжительности жизни хвои).

Возможно выделение нескольких уровней биоиндикации (представлено на рисунке 1).

Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции.

Рис. 1 – Уровни биоиндикации

Регистрирующая биоиндикация позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свойство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пищевой цепочки, может достигать 100 – 300 ПДК). В соответствии с этими методами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы [6].

Какой бы современной ни была аппаратура для контроля загрязнения и определения вредных примесей в окружающей среде, она не может сравниться со сложно устроенным «живым прибором». Регистрирующие индикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью), изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками. К сожалению, не всегда возможно установить причины изменений, то есть факторы, определявшие численность, распространение, конечный облик или форму биоиндикатора, т.е. они не могут установить концентрацию какого-либо вещества в многокомпонентной смеси, реагируя сразу на весь комплекс веществ. Это один из основных недостатков биоиндикации, поскольку наблюдаемый эффект может порождаться разными причинами или их комплексом. С помощью биоиндикаторов можно получить информацию о биологических последствиях и сделать только косвенные выводы об особенностях самого фактора. В то же время физические и химические методы дают количественные и качественные характеристики фактора, но позволяют лишь косвенно судить о его биологическом действии.

Методы биоиндикации, позволяющие изучать влияние техногенных загрязнителей на растительные и животные организмы, на неживую природу, являются наиболее доступными. Биоиндикация основана на тесной взаимосвязи живых организмов с условиями среды, в которой они обитают. Изменения этих условий, например повышение солености или рН воды может привести к исчезновению определенных видов организмов, наиболее чувствительных к этим показателям и появлению других, для которых такая среда будет оптимальной [13].

Биологические методы помогают диагностировать негативные изменения в природной среде при низких концентрациях загрязняющих веществ. При этом используемые виды-биоиндикаторы должны удовлетворять следующим требованиям:

а)   это должны быть виды характерные для природной зоны, где располагается данный объект;

б)   организмы-мониторы должны быть распространены на всей изучаемой территории повсеместно;

в)   иметь высокую численность в исследуемом экотопе;

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

д)   находиться в условиях, удобных для отбора проб;

е)   давать возможность проводить прямые анализы без предварительного концентрирования проб;

ж)   они должны иметь четко выраженную количественную и качественную реакцию на отклонение свойств среды обитания от экологической нормы;

з)   биология данных видов-индикаторов должна быть хорошо изучена;

и)   иметь короткий период онтогенеза, чтобы была возможность отслеживания влияния фактора на последующие поколения [6].

Ответная реакция биоиндикатора на определенное физическое или химическое воздействие должна быть четко выражена, т.е. специфична, легко регистрироваться визуально или с помощью приборов.

С помощью биоиндикаторов принципиально возможно:

а)               обнаруживать места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений;

б)               проследить скорость происходящих в окружающей среде изменений;

в)               только по биоиндикаторам можно судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы;

г)               прогнозировать дальнейшее развитие экосистемы [10].

По современным представлениям биоиндикаторы – организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания [9].

Биоиндикаторы имеют ряд преимуществ перед химическими методами оценки состояния окружающей среды, широко применяемыми в настоящее время:

1.      они суммируют влияние всех без исключения биологически важных воздействий и отражают состояние окружающей среды в целом, включая ее загрязнение и другие антропогенные загрязнения;

2.      в условиях хронических антропогенных нагрузок биоиндикаторы могут реагировать даже на относительно слабые воздействия вследствие кумулятивного эффекта; реакции проявляются при накоплении некоторых критических значений суммарных дозовых нагрузок;

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

4.      делают необязательным применение дорогостоящих и трудоемких физических и химических методов для измерения биологических параметров;

5.      живые организмы постоянно присутствуют в окружающей человека среде и реагируют на кратковременные и залповые выбросы токсикантов, которые можно не зарегистрировать при помощи автоматической системы контроля с периодичным отбором проб на анализы;

6.      фиксируют скорость происходящих в окружающей среде изменений;

7.      вскрывают тенденции развития природной среды;

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

9.      позволяют судить о степени вредности любы синтезируемых человеком веществ для живой природы и для него самого, причем дают возможность контролировать их действие;

10.  помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающиеся по своей устойчивости к антропогенному воздействию, так как одинаковый состав и объем загрязнений может привести к различным реакциям природных систем в разных географических зонах [6].

Использование живых организмов в качестве биологических индикаторов на изменение среды вызывает необходимость разработки ряда критериев, на основе которых можно подбирать индикаторные виды.

Поскольку чувствительность разных организмов, используемых при биоиндикации, может существенно различаться по времени реакции на один и тот же фактор среды, выделяются следующие типы чувствительности биоиндикаторов (представлено на рисунке 2) [9].

(представлено на рисунке 2) [9].

Существуют различные виды биоиндикации. Если одна и та же реакция вызывается различными факторами, то говорят о неспецифической биоиндикации. Если же те или иные происходящие изменения можно связать только одним фактором, то речь идет о специфической биоиндикации.

Например, лишайники и хвойные деревья могут характеризовать чистоту воздуха и наличие промышленных загрязнений в местах их произрастания. Видовой состав животных и низших растений, обитающих в почве, является специфическим для различных почвенных комплексов [15].