Биологический мониторинг

          Каждый организм, сообщество организмов реагирует на возмущающие воздействия неблагоприятных экологических факторов, и в этом смысле могут рассматриваться как биоиндикаторы. Для выбора среди этого множества организмов-индикаторов требуются критерии или требования, которым должны удовлетворять растительные и животные биоиндикаторы. Ю. Одум и др. ученые сформулировали следующие требования к биоиндикаторам:

• биоиндикатор должен быть наиболее приспособлен к существованию в строго определенных условиях среды обитания (стенотопные виды), более редкие виды в биоценозах, как правило, являются лучшими индикаторами, нежели широко распространенные (эвритопные виды);
• более крупные виды биоценозов являются лучшими индикаторами по сравнению с мелкими, так как скорость оборота последних в биоценозах, выше, и они могут не попасть в пробу в момент исследования;
• при выделении вида (группы видов), используемого в качестве биоиндикатора, необходимо иметь экспериментальные данные, лимитирующие значениях вредного воздействия среды с учетом возможных компенсаторных реакций вида и его толерантности;
• численное соотношение разных видов более показательно, нежели численность одного вида (целое лучше, чем часть отражает общую сумму условий);
• универсальность; чем в большем количестве климатических зон распространен биоиндикатор, тем он более универсален;
• минимизация усилий при работе в полевых условиях, т.е. при равных достоинствах выбирать тот биоиндикатор, с которым удобнее и дешевле работать.

 
 
 
 

     2.1 Основные биоиндикаторы для оценки  загрязнения атмосферы 

          Биоиндикаторы качества атмосферного  воздуха, удовлетворяющие указанным  требованиям, являются лишайники  и сосна, основные показатели  и приемы определения которых, приведены в таблице 2.1.

          Таблица 2.1- Основные показатели  и приемы определения внешних признаков лишайников и сосны

 

          Сосна чувствительна к загрязнению  атмосферного воздуха. Под действием ЗВ на хвое сосны появляются сначала пятна хлороза, затем некрозы ив конечном итоге наблюдается усыхание хвои. Действие ЗВ негативно сказывается на репродуктивную функцию сосны: уменьшается число шишек на дереве, снижается число нормальных семян в шишках. Наблюдается усыхание кроны сосны. По этим внешним признакам судят о неблагополучном состоянии атмосферного воздуха. Однако количественных критериев оценки качества атмосферного воздуха по состоянию хвои сосны пока не разработано. Сложность состоит в том, что причиной усыхания хвои сосны может быть не только загрязнение воздуха, но и почвы.

          Лишайники не имеют связи с  почвой, растут на стволах и  ветвях других растений, на скалах, камнях и других неподвижных предметах. Симпсон Швендер в 1867 году установил, что тело лишайников (слоевище или таллом)

     всегда  состоит из гриба водоросли. Водорослевые компоненты под действием света из углекислого газа и воды синтезируют органические соединения. Этот процесс, именуемый фотосинтезом, обычно выражается суммарным уравнением:

6СО₂+12Н₂О+ свет (хлорофилл) +С₆ Н₁₂О₆+ 6Н₂О+6О₂+2815680 Дж

          Из уравнения видно, что хлорофилл  лишайников под действием света  из углекислого газа и воды синтезирует глюкозу (С₆Н₁₂О₆) и кислород. Процесс идёт при избытке воды и с выделением энергии 2815680 Дж.

          Интенсивность фотосинтеза в  большей мере зависит от экологических  условий, одно из них – влажность.  Установлено если влажность ниже 30% или выше 90% (на массу сухого вещества), то скорость фотосинтеза быстро падает. При влажности от 2 до 10 % лишайники впадают в «анабиоз» и в таком состоянии могут выдерживать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение до минус 35 С?0. В результате непостоянства влажности воздуха скорость роста лишайников составляет от 0,1 до 10 мм в год.

          По внешним признакам можно  различить три основные группы  лишайников: накипные, листоватые, кустистые. Тело лишайника состоит из слоевища, которое образовано сложным переплетением нитей гриба с клетками водорослей. Слоевище накипных лишайников имеет вид корочки, плотно сросшейся с субстратом (корой дерева или другого предмета, находящегося годами в неподвижном состоянии). Толщина корочки в виде накипи или еле заметного порошкообразного налёта может быть от 1 до 5 мм.

          Слоевище накипных лишайников  может быть и в виде чешуек (переходная форма от накипных к листоватым лишайникам). Цвет лишайника преимущественно серый, но встречаются виды желтого и бурого цветов.

          Слоевище листоватых лишайников  имеет вид листовидной пластинки,  горизонтально распростёртой на  субстрате. Наиболее характерна для него

     округлая  форма. Размеры пластинки могут  достигать в диаметре 10-20 см. Такая  пластинка нередко бывает плотной, кожистой, окрашенной в тёмно-серый, тёмно-коричневый или чёрный цвет. Листоватое слоевище может быть рассечённым на множество мелких лопастей самого разного размера и формы. Лопасти бывают узкими и широкими, слабоветвистыми, сильноветвистыми, плоскими, выпуклыми, тесно сомкнутыми, разделёнными, налегающими друг на друга своими краями или строго ограниченными.

          Характерной особенностью листоватого  лишайника является то, что

     верхняя поверхность бывает серой или  желтой (оранжевой), а нижняя – красновато-оранжевой, белесой, розоватой или красновато-оранжевой. В отличие

     от  накипных лишайников, слоевище которых  плотно срастается с субстратом, листоватые лишайники обычно довольно рыхло с ним связаны. Листоватые лишайники по сравнению с накипными являются более организованными формами. Среди листоватых лишайников встречаются и неприкреплённые, кочующие формы (блуждающие пармелии).

          Слоевище кустистых лишайников  имеет вид прямостоячего или  свисающего кустика, реже неразветвлённых выростов. По организационному уровню кустистые лишайники представляют высший этап развития слоевища. Слоевища кустистых лишайников могут быть разных размеров – от нескольких миллиметров до 30 ...50 см.

          Особая чувствительность лишайников  к токсичным веществам объясняется тем, что они не могут выделить в среду впитанные элементы. Токсические вещества вызывают разрушение хлорофилла в клетках водорослей, приводя лишайники к гибели. Шкала оценки загрязнения среды обитания лишайников, приведена в табл. 4.2 .

          Таблица 2.2- Шкала загрязнения атмосферного воздуха по лишайникам

 
 

          В таблице выделены 5 классов загрязнения  атмосферного воздуха по наличию  и внешним признакам лишайников  и мхов. Обращает на себя внимание (выделено жирным шрифтом), что в каждом классе загрязнения воздуха имеется группа лишайников, наличие которого характеризует максимальный уровень информации о качестве воздуха:

     1 кустистый лишайник – чистый  воздух;

     2 листоватый лишайник – слабо  загрязненный воздух;

     3 накипной лишайник – средне загрязненный воздух;

     4 мох – сильно загрязненный  воздух;

     5 отсутствие лишайников и мхов  – очень сильно загрязненный  воздух

     2.2 Основные биоиндикаторы для оценки  загрязнения водных объектов 

         2.2 Основные биоиндикаторы для оценки загрязнения водных объектов 

     Биоиндикаторы качества поверхностных вод, относящиеся к стенотопным видам животных, приведены в таблице 2.3.

     Таблица 2.3 - Основные показатели биоиндикаторов качества поверхностных вод и приемы их определения.

 

     Анализ  данных таблицы показывает, что для  таких биоиндикаторов как рыбы и  раки необходимо измерение биомассы, что усложняет процедуру биоиндикации качества поверхностных вод. Что касается пресноводных моллюсков, то определение их биоразнообразия и плотности популяции (шт./м²) проводится чисто визуально, что весьма привлекательно для военного эколога.

     Пресноводные  моллюски обычно обитают в слое придонного ила водоема. Плавающие и мигрирующие организмы позволяют получать лишь сравнительно небольшую информацию относительно условий, в которых протекает их жизнь в течение длительного периода времени. Хорошо сбалансированная благополучная система насчитывает большое число видов, ни один из которых не является доминирующим. Поскольку в загрязненной воде почти всегда присутствуют живые организмы, которые представляют собой особо толерантные к загрязнению виды, то, наблюдая изменение соотношения видов разной толерантности, можно судить лишь приблизительно о качестве поверхностных вод.

     Среда, которая является почти анаэробной, считается самой неблагоприятной для водных форм жизни. Поскольку на разложение органических отходов может быть израсходован весь растворенный в воде кислород, то вследствие снижения его концентрации гибнет рыба. В результате отложения ила на дне лишаются среды обитания большинство живущих на дне организмов, сокращаются районы нереста рыбы. Водные растения встречаются в ограниченных количествах, так как они не в состоянии выжить на мягком покрове из ила.

     В сильно мутной воде гибнут плавающие растения и животные. Но в этих условиях происходит интенсивное разложение органических отходов, и образуются неистощимые запасы пищи для тех водных организмов, которые приспособились к такой среде. В такой водной среде значительно возрастает численность бактерий и некоторых простейших организмов, обитающих на дне, например, трубочники, черви красного цвета и др. Так, например, на 1 м² загрязненного дна можно обнаружить 500 000 и более иловых червей.

     Одним из показателей оценки качества поверхностных вод является численности водных организмов. В зависимости от их толерантности к ЗВ организмы подразделяются на соответствующие группы. Так, например, организмы, относящиеся к группе иловых червей, могут обитать как в незагрязненной, так и в загрязненной органическими отходами воде. Ценность этой группы состоит в том, что в незагрязненной воде численность особей в пределах группы чрезвычайно мала, тогда как в среде, загрязненной органическими отходами, эта численность может быть значительной.