ФЗО ПЭ Биоиндикация


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

Экология. Прикладная экология Специальность «Медицинская экология» Биологическая индикация. Экологические основы биоиндикации. Биоиндикация Биоиндикация – это оценка состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы) – это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может проводиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и т.д.), так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ). Биоиндикация Биоиндикацию следует понимать как метод экологических исследований, позволяющий с помощью биологических систем с определенной точностью устанавливать основные качественные и количественные характеристики среды обитания. Биоиндикация Основная задача биоиндикации – разработка методов и критериев, которые могли бы * адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения; * диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ. Область применения биоиндикации в реальной экологической ситуации изолированного действия стрессора не существует – есть лишь совместное действие комплекса факторовпо результатам токсикологических лабораторных тестов на живых организмах установлены ПДК для более чем 1000 химических соединений.число веществ-загрязнителей, способных влиять на экологическое состояние биоты самостоятельно, или комбинируясь, превышает миллион наименований. Область применения биоиндикации Биоиндикация не дает ответа на вопрос о характере загрязняющего вещества или их смеси. обычно методы биоиндикации используют до химического анализа, что позволяет провести экспресс-оценку природной среды и выявить «горячие» точки, указывающие на наиболее загрязненные участки территории. На участках, где методами биоиндикации выявлены какие-либо отклонения, и исследуемая среда характеризуется как токсичная, аналитическим путем необходимо установить причины этого явления. Уровни биоиндикации внутриклеточные реакции (биохимические, физиологические);реакции организма (анатомические, морфологические, биоритмические, этологические);популяционно-динамические изменения (колебания структуры, численности, плотности популяции);изменения в природных сообществах (состояние продуцентов, консументов, редуцентов);биогеоценотический уровень (стрессовое влияние на биогеоценозы);изменения ландшафтов. Биоиндикация на клеточном и субклеточном уровнях Биоиндикация на этих уровнях основана на узких пределах протекания биотических и физиологических реакций.Ее достоинства заключаются в высокой чувствительности к нарушениям, позволяющим выявить даже незначительные концентрации поллютантов, и выявить их быстро. Именно на этих уровнях возможно наиболее раннее выявление нарушений среды.Этот уровень биоиндикации - наиболее сложный, требующий специального оборудования Изменения на клеточном уровне: изменения биомембран (особенно их проницаемости);изменение концентрации и активности макромолекул (ферменты, белки, аминокислоты, жиры, углеводы, АТФ);аккумуляция вредных веществ в клетке;нарушение физиологических процессов в клетке;изменение размеров клеток. Биоиндикация на организменном уровне Изменение окраски (неспецифическая реакция на различные стрессоры): хлороз, некроз листьев Макроскопические изменения растений Биоиндикация на организменном уровне Макроскопические изменения растенийПреждевременное увядание;Дефолиация (влияние SO2, хлоридов);Изменение размеров органов (удлинение хвои под действием нитратов);Изменение формы, количества и положения органов (при действии радиоактивного облучения); Изменение направления формы роста и ветвления (изменение направления роста корней одуванчика при изменении уровня грунтовых вод, изреживание кроны при газодымовом загрязнении);Изменения прироста (изменения радиального прироста древесных стволов, прироста в длину побегов и листьев). Популяционно-динамические изменения у растений 1. Плотность популяции – количество особей вида на единицу площади или объемаПлощадь покрытия лишайников хорошо коррелирует с концентрацией сернистого газа в воздухе.Увеличивать плотность могут популяции сорняков, галофитов и других устойчивых к антропогенному прессу видов. Популяционно-динамические изменения у растений 2. Возрастная структура популяций -соотношение между молодыми, размножающимися и старыми особями: популяция омолаживается, если смертность возрастает, а стадии развития укорачиваются (отмечено на сенокосных лугах, по сравнению с некосимыми, на городских газонах, в напочвенной растительности после прореживания лесов);популяция стареет, если нарушается возобновление. Популяционно-динамические изменения у растений 3. Экологическая структура популяцийПриродные популяции обычно состоят из нескольких экотипов – групп особей, приспособленных к разным условиям среды.Экотипы способствуют выживанию популяции при изменении условий местообитания.В условиях негативных воздействий происходит распространение устойчивых, вытеснение ими чувствительных экотипов Популяционно-динамические изменения у животных 1. Плотность популяцийДля биоиндикации важен выход этого показателя за пределы нормы: а) сокращение популяций:сокращение плотности популяций зерноядных птиц в результате массового отравления ртутьсодержащими соединениями, в Швеции в начале 50-х годов ХХ в.;хлорорганические соединения (ДДТ) привели к сокращению популяций дневных хищных птиц;б) рост популяций:озерных чаек в Средней Европе обусловлен эвтрофикацией культурных ландшафтов;сосущих растительноядных насекомых (в основном тлей) при действии выхлопных газов (причины – уменьшение врагов, а также физиологические и биохимические изменения растений-хозяев под действием поллютантов). Популяционно-динамические изменения у животных 2. Динамика численности популяций Обычно возрастает амплитуда колебаний плотности популяций:навозные и компостные виды коллембол в городе: сезонные пики численности могут смещаться на иные сроки (в городе, где среднегодовая температура выше, чем в природе, на несколько градусов, коллемболы имеют ранневесенний пик, как в более южных зонах). Популяционно-динамические изменения у животных 3. Пространственная структураРаспределение особей в пространстве обычно становится более мозаичным, поскольку животные концентрируются на менее нарушенных участках.Нарушается размещение особей, свойственное природным популяциям. Биоиндикация на биоценотическом уровне Сообщества (или биоценозы) - совокупность видов растений, животных, микроорганизмов и грибов определенного местообитания. Для описания сообществ используют: общая численность, видовое богатство и разнообразие, видовая структура, экологическая структура (спектры жизненных форм, биотопических групп),изменение показателей во времени. 1. Общая численность Обычно падает, а если повышается, то за счет численности очень немногих устойчивых к нарушениям видов. Например, в городе численность птиц поддерживают стаи голубей, воробьев, ворон.На полях высокая численность насекомых достигается за счет вспышек численности вредителей. 2. Видовой состав и разнообразие сообществ При слабом нарушении среды количество видов растет, так как сообщество становится «открытым» для видов других сообществ, больше становится рудеральных и синантропных видов. Дальнейшее усиление воздействия сопровождается выпадением редких и чувствительных к нарушению видов. 3. Видовая структура Все виды в сообществе можно разделить на 4 группы: а) многочисленные – доминанты, б) менее многочисленные – субдоминанты, в) малочисленные г) редкие виды. Распределение видов по группам численности в природном и нарушенном сообществе различается При нарушении в сообществе сокращается «запас прочности» – группы малочисленных и редких видов. Иногда для выделения этих групп используют не численность, а биомассу, встречаемость или проективное покрытие, как у растений, но общая закономерность сохраняется. 4. Спектр жизненных форм При нарушениях наблюдается замещение одних жизненных форм другими. При рекреационной нагрузке в сообществе коллембол начинают исчезать группы подстилочной жизненной формы, но сохраняются почвенная и поверхностно-обитающая группы.  Биоиндикация на экосистемном уровне Экосистемный уровень предполагает изучение круговорота веществ и потоков энергии. Круговорот веществ осуществляется при участии запаса биогенных элементов, организмов-продуцентов, организмов-консументов и организмов-редуцентов. Среди различных показателей экосистем для биоиндикации представляют интерес трофическая структура и сукцессионные изменения. Трофическая структура Нарушение соотношения между блоками продуцентов, консументов, редуцентов. Например, вблизи комбинатов цветной металлургии, расположенных в таежной зоне, толщина подстилки достигает 20 см, превышая норму в 3–4 раза. Это происходит из-за угнетения почвенных беспозвоночных, ускоряющих процесс разрушения растительных остатков. 2. Сукцессии – естественные смены сообществ от простых и неустойчивых до сложных и устойчивых.Антропогенный пресс нарушает естественный ход сукцессий. Страдают, прежде всего, заключительные стадии – зрелые климаксные сообщества не формируются. Например, при лесной рекультивации отвалов угледобывающей промышленности посаженные деревья не образуют настоящих лесов. В целом, нарушения среды на ценотическом и экосистемном уровнях приводят:к упрощению структуры сообществ и экосистем;нарушению внутренних связей (между видами, экологическими группами, блоками экосистемы и т.д.), т.е. механизмов саморегуляции сообществ и экосистем. Биоиндикаторы Биоиндикаторы – это биологические объекты (от клеток и биологических макромолекул до экосистем и биосферы), используемые для оценки состояния среды. Биоиндикаторы – организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки. Биоиндикаторы Критерии выбора биоиндикатора:быстрый ответ;надежность (ошибка <20%);простота;мониторинговые возможности (постоянно присутствующий в природе объект). Типы биоиндикаторов: Чувствительный - быстро реагирует на незначительные отклонения показателей от нормы.Аккумулятивный - накапливает воздействия определенное время без проявляющихся нарушений. Биоиндикаторы Характеристики биоиндикаторов:Специфичность: при низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы, при высокой – только на одинЧувствительность: при низкой чувствительности биоиндикатор отвечает только на сильные отклонения фактора от нормы, при высокой – на незначительные. Требования к биоиндикаторам накопление загрязняющих веществ не должно приводить к гибели организмов;численность организмов должна быть достаточной для отбора, т.е. без влияния на их воспроизводство;в случае долгосрочных наблюдений предпочтительны многолетние виды;биотесты должны быть генетически однородны;должна быть обеспечена легкость отбора проб; Требования к биоиндикаторам должна реализоваться относительная быстрота проведения тестирования;биотесты должны обеспечивать получение достаточно точных и воспроизводимых результатов;биоиндикаторы должны быть одновозрастными и характеризоваться, по возможности, близкими свойствами;диапазон погрешностей измерений (по сравнению с классическими или эталонными методами тестирования) не должен превышать 20-30%; Типы чувствительности биоиндикаторов в зависимости от времени I. Биоиндикатор проявляет спустя определенное время внезапную и сильную реакцию, продолжающуюся некоторое время, после чего перестает реагировать на загрязнитель. Типы чувствительности биоиндикаторов в зависимости от времени II. Биоиндикатор в течение длительного времени линейно реагирует на воздействие возрастающей концентрации загрязнителя. III. Биоиндикатор реагирует с момента появления нарушающегося воздействия с одинаковой интенсивностью в течение длительного времени. IV. После немедленной, сильной реакции у биоиндикатора наблюдается ее затухание, сначала резкое, затем постепенное. V. Под влиянием загрязнителя реакция биоиндикатора постепенно становится все более интенсивной, однако, достигнув максимума, постепенно затухает. VI. Реакции и типы неоднократно повторяются, возникает осцилляция биоиндикаторных параметров. Формы биоиндикации В зависимости от реакции, проявляемой системой на действие того или иного фактора, различают 2 вида биоиндикации: регистрирующая: позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяциибиоиндикация по аккумуляции: использует свойство живых организмов накапливать те или иные химические вещества. Формы биоиндикации Специфическая: изменения живой системы можно связать с конкретным фактором среды (высокая концентрация в воздухе озона вызывает появление на листьях табака (сорта Bel W3) серебристых некрозных пятен. Неспецифическая: различные факторы среды вызывают одну и ту же реакцию (снижение численности почвенных беспозвоночных при различных видах загрязнения почвы, при вытаптывании, в период засухи и по другим причинам). Формы биоиндикации Формы биоиндикации Если антропогенный фактор действует непосредственно на биологический элемент, то речь идет о прямой биоиндикации (серебристые пятна на листьях табака возникают от прямого действия озона). Если биоиндикация становится возможной только после изменения состояния под влиянием других непосредственно затронутых элементов, говорят о косвенной биоиндикации (действие гербицида изменение растительного покрова падение численности саранчовых и рост численности тлей). ПРЯМАЯ БИОИНДИКАЦИЯ КОСВЕННАЯ БИОИНДИКАЦИЯФакторы Реакция Факторы Реакция среды живой системы среды живой системы А α А Б α Биоиндикация состояния водных экосистем Олигохетный индекс (ОИ) впервые был предложен Гуднайтом и Уотлеем в 1961 г. массовое развитие олигохет – индикатор спуска бытовых отходов. отношение количества малощетинковых червей к общему количеству зообентоса в водоеме Классификация таксонов крупных организмовпо отношению к чистоте воде (трёхуровневая оценка степени загрязнения) Таксоны 1-й группы Таксоны 2-й группы Таксоны 3-й группы Личинки поденок Личинки комара-долгоножки Личинки комара-звонца (мотыть) Личинки (нимфы) веснянок Личинки стрекоз Моллюски-прудовики Речные раки Пиявки Личинки вислокрылок Бокоплавы Водяные ослики Личинки ручейников Моллюски (катушки и лужанки) Личинки мошки Двустворчатые моллюски Олигохеты Группа 1. Эти организмы погибают в грязной воде. Преобладание их – признак очень чистой воды. Группа 2. Эти организмы могут существовать в воде различной степени загрязненности. Группа 3. Эти организмы выживают даже в очень грязной воде. Оценка качества воды проводится следующим образом Загрязненная вода – 90% организмов и более относятся к 3-й группе индикаторов.Малозагрязненная вода (удовлетворительного качества) – от 11 до 30% организмов в пробе относятся к индикаторным таксонам 1-й и 2-й групп.Чистая вода – 30% и более организмов в пробе относятся к индикаторным таксонам 1-й группы. Индекс Майера использует приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности Обитатели чистых вод, X Организмы средней чувствительности, Y Обитатели загрязнённых водоёмов, Z Личинки веснянокЛичинки подёнокЛичинки ручейниковЛичинки вислокрылокДвустворчатые моллюски БокоплавРечной ракЛичинки стрекозЛичинки комаров-долгоножекМоллюски-катушкиМоллюски живородки Личинки комаров-звонцовПиявкиВодяной осликПрудовикиЛичинки мошкиМалощетинковые черви Представители организмов-индикаторов каждой из групп 1-ая гр.: личинки ручейников 2-ая гр. : бокоплав Индекс Вудивисса учитывает сразу два параметра бентосного сообщества: общее разнообразие беспозвоночных наличие в водоеме организмов, принадлежащих к "индикаторным" группам. При повышении степени загрязненности водоема представители этих групп исчезают из него примерно в том порядке, в каком они приведены в таблице. Таблица. Представители видов-индикаторов Оценка состояния атмосферного воздухаВиды повреждения и усыхания хвои а) хвоя без пятен (КП1), нет сухих участков (КУ1); б) хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП2), нет сухих участков (КУ1); в) хвоя с большим числом желтых и черных пятен (КП3), кончик усох на 2-5 мм (КУ2); г) усохла треть хвоинки (КУ3); д) усохло более половины длины хвоинки (КУ4); е) вся хвоя желтая и сухая (КУ4). КП – класс повреждения (некрозы), КУ – класс усыхания хвои. Лихеноиндикация Спасибо за внимание!

Приложенные файлы

  • ppt 1585966
    Размер файла: 744 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий