Биологическая индикация. Экологические основы биоиндикации

Джалилова Наташа, Тимофеева Элина

Биоиндикаторы окружающей средыБиоиндикаторы окружающей среды

Одной из проблем безопасности ХХI в. является обнаружение загрязнения атмосферы и его нейтрализация. Сделать это можно с помощью биологических индикаторов, в качестве которых можно использовать лишайники. В сравнении с точными аналитическими методами лихеноиндикация позволяет в короткий срок без применения дорогостоящих приборов оценить многолетнее среднее состояние воздушной среды.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

«Значение лишайников в природе и в жизни человека»

Одной из проблем безопасности 21 века является загрязнение атмосферы и её нейтрализации. Сделать это можно с помощью биологических индикаторов, в качестве которых можно использовать лишайники. В сравнении с аналитическими методами, лихеноиндикация позволяет в кроткий срок без применения дорогостоящих приборов, оценить многолетнее среднее состояние воздушной среды. Одной из проблем безопасности 21 века является загрязнение атмосферы и её нейтрализации. Сделать это можно с помощью биологических индикаторов, в качестве которых можно использовать лишайники. В сравнении с аналитическими методами, лихеноиндикация позволяет в кроткий срок без применения дорогостоящих приборов, оценить многолетнее среднее состояние воздушной среды.

План исследовательской работы: 1. Введение 2. Происхождение лишайников. 3. Общая характеристика. 4. Лишайник как симбиотический организм. 5. Лишайники как пионеры почвы. 6. Биоиндикаторы окружающей среды. 7. Общее значение лишайников. 8. Исследование, схема проведенной работы и её анализ.

Происхождение лишайников Предполагается, что лишайники найденные мезозойской, кайнозойской эрах, более 200 млн. лет назад. Великий Теофраст в 4-3 вв. до нашей эры, впервые описал лишайники. Карл Линней описал 80 лишайников, назвав их «скудной крестьянской растительностью».

Лишайники по внешнему виду делятся: накипные листоватые кустистые

Кустистые лишайники

Накипные лишайники

листоватые

Общая характеристика

Лишайники как пионеры почвы

Лишайники не имеют никаких специальных органов для извлечения влаги из субстрата, а поглощают её всем талломом. Лишайники как биоиндикаторы окружающей среды.

Значение лишайников

Исследовательская работа по изучению загрязнению атмосферы методом биоиндикации (лихеноиндикация - изучение загрязнения воздуха при помощи лишайников Пояснение: исследование ведется «пассивным мониторингом», учитывается частота встречаемости лишайников. БИОИНДИКАТОРЫ, организмы, наличие, отсутствие или состояние которых служат показателями естественных процессов или изменений окружающей среды.

Цель работы: - установить взаимосвязи между загрязнением атмосферы и количеством лишайников - изучить природу лишайников в нашем городе. - на основании полученных в ходе исследовательской работы результатов, сделать вывод о чистоте воздуха города Бавлы.

Этапы работы: карту города разделили на сектора, рассматривали распространение накипных лишайников на крышах и стенах домов, на стволах деревьев. определили плотность их распространения сделали вывод о загрязнение воздуха по секторам города

1 сектор - нижняя часть города 2-микрорайон 3- центральная часть города 4- северо-западная часть города

Пожалуйста подождите, будет видеоролик.

Таблица результатов анализа исследовательской работы № сектора Исследование 10 покрытий крыш, по произрастанию лишайников Название сектора по произраста - нию лишайников. Количество баллов (по 5-ти бальной системе) 1 из 10-7 нормальная зона 4 2 из 10-3 Зона исчезновения лишайников 3 3 из 10-6 Нормальная зона 4 4 из 10-9 З она произраста - ния лишайников 5

Практическая значимость работы обусловлена возможностью использования полученных результатов на уроках биологии, а также для решения экологических проблем города.

список использованной литературы: А.А. Федоров. Жизнь растений. - В 6 т. - Т. 3. М.: Просвещение, 1977. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. «Общая биология 10 – 11 кл » Изд. «Дрофа» М. 2009Кузнецов В. Н. «Справочные и дополнительные материалы к урокам экологии» Изд. «Дрофа» М. 2002ИХЕНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ http:// nature.vspu.ru/lichens/index.htm Web Directory: Lichen Information System (информационная система по лишайникам) http:// www.sbg.ac.at/pfl/projects/lichen/index.htm

Наш край родной!!! Спасибо за внимание

Слайд 1

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Торбеевская средняя общеобразовательная школа № 1» II школьная научно-исследовательская конференция «Думай глобально - действуй локально» Тема исследования: «Оценка качества окружающей среды методом биоиндикации»
Выполнила: Диденко А. О., учащаяся 9 «б» класса Руководитель: Мишина Елена Александровна, учитель биологии рп. Торбеево 2016 г.

Слайд 2

В качестве таких организмов используются, в лишайники, насекомые, водные животные – гидробионты, микроорганизмы, растения и растительные сообщества – фитобиоиндикаторы.
Биоиндикация – оценка состояния параметров среды с помощью живых объектов - биоиндикаторов.

Слайд 3

Слайд 4

Гипотеза исследования. В середине XIX века финский ученый В. Н ю л а н д е р обратил внимание на видовую бедность лишайниковой флоры в индустриальных районах большого города по сравнению с сельскохозяйственными окраинами. Предмет исследования: определение качества природной среды (степени загрязнённости воздуха) в посёлке Торбеево методом биоиндикации по лихенофлоре. Цель: Определить общее состояние экологической обстановки поселка Торбеево в результате изучения лишайниковой ассоциации поселка.

Слайд 5

Задачи: - познакомиться с методом лихеноиндикации как методом экологического исследования; - определение виды основных групп лишайников, встречающихся в поселке; - описать местообитания лихеноиндикаторов; - выявить уровень осведомленности обучающихся школы №1 об экологической обстановке в Торбеевском районе; - выявить состояние воздушного бассейна поселка по результатам лихеноиндикации.

Слайд 6

На основании исследований можно будет выделить зоны лишайников, которые позволят судить о степени загрязненности атмосферного воздуха: лишайниковая пустыня – полное отсутствие лишайников, самые неблагополучные районы с наиболее загрязненным воздушным бассейном. зона соревнования – лишайниковая флора бедна. нормальная зона – достаточное количество лишайников, благополучные районы с наиболее чистым атмосферным воздухом: леса, рощи, парки и т.д.

Слайд 7

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Существует ещё один признак деления лишайников, наиболее важный для лихеноиндикации – по чувствительности к атмосферным загрязнителям: Среднечувствительные. К таким относят, например, некоторые виды пармелий (бороздчатую, скальную) и кладоний (порошистую, бахромчатую). Высокочувствительные. К ним относятся уснеи (хохлатая, пышная), цетрария сизая, кладония неприглаженная, гипогимния вздутая, ксантория настенная (золотянка).

Слайд 11

Обследованные мною представители лишайниковой ассоциации произрастали: В лиственной роще В селитебной зоне поселка около жилых домов, магазинов, в административной зоне. В центральной части поселка, где находятся автотрасса и магазины На северной и западной окраинах поселка Торбеево, где естественная природная среда практически не затронута антропогенными воздействиями В восточной поселковой окраине, (где расположена автотрасса, ведущая в поселок) на въезде в поселок. На южной окраине поселка.
Характеристика района исследования.

Слайд 12

Методы исследования. 1.Теоретические методы: анализ и синтез литературных данных на начальном этапе исследования - изучение специальной литературы по теории вопроса; проектирование результатов и процессов их достижения на различных этапах поисковой работы; 2. Эмпирические методы: наблюдение; сравнение; опросно-диалоговый метод (проведение анкетирования); 3. Математические методы: математическая и статистическая обработка полученных в ходе исследования данных, метод визуализации данных (построение диаграмм, таблиц).

Слайд 13

№ вида лишайника Вид лишайника Обилие, 1- 5 баллов Группа (тип) лишайника Размер таллома, см (min – max)
1 Гипогимния (Hypogymnia) 5 Эпифит 1 – 5
2 Ксантория настенная, золотянка (Xantoria) 5 Эпифит 3 – 6
3 Пармелия (Parmelia) 5 Эпифит 1,5 – 7
4 Фисция (Physcia) 4 Эпифит 2 – 4
5 Цетрария (Cetraria) 5 Эпифит 1 – 8
6 Кладония (Cladonia) 4 Эпигей 1 – 4
7 Пельтигера (Peltigera) 4 Эпигей 3 – 9
8 Цетрария 4 Эпигей 1 – 7
9 Гипогимния 5 Эпиксил 1 – 5
10 Ксантория настенная 5 Эпиксил 4 – 8,5
11 Пармелия 5 Эпиксил 1 – 6
12 Пармелия 3 Эпилит 2 – 6
13 Цетрария 3 Эпилит 1 – 9
14 Фисция 4 Эпилит 2 – 8,5
Таблица №1. Виды лишайников, произрастающих на территории поселка Торбеево

Слайд 14

Таблица №2. Виды деревьев с эпифитными лихеноиндиикаторами.
№ вида дерева Вид дерева Высотная группа Диаметр стволов (min – max), см Высота деревьев (min – max), см Заселенные части; высота (в м) основной и отдельной встречаемости лишайников
1 Акация белая 1 45 – 98 7,5 - 29 Ствол, крупные ветви; до 7, до 15
2 Береза бородавчатая 1 47 – 71 18 – 26 Ствол, крупные и мелкие ветви; до 9, до 18
3 Ива древовидная 3 27 – 45 0,8 – 2 Ствол, ветви; до 0,5, до 1
4 Клен ясенелистный 1 23 – 45 9 – 20 Ствол, ветви; до 9, до 11
5 Тополь черный 1 69 – 203,5 17 – 21 Ствол, ветви; до 10, до 16
6 Осина 2 43 – 51 5 – 7 Ствол, крупные ветви; до 4,5, до 6
7 Рябина обыкнове́нная 3 21 - 44 3 – 6 Ствол, ветви; до 9, до 18
8 Груша иволистная 3 25 – 31 0,9 – 2,5 Ствол, ветви
9 Яблоня лесная 3 6 - 11 0,5 – 2,5 Ветви; до 0,5

Слайд 15

Ива древовидная

Слайд 16

клен ясенелистный

Слайд 17

Тополь черный

Слайд 18

Дикая яблоня

Слайд 19

Береза бородавчатая

Слайд 20

Акация белая

Слайд 21

Рябина обыкновенная

Слайд 22

Груша иволистная

Слайд 23

Расчёт коэффициента встречаемости лишайников R – коэффициент встречаемости лишайников A – число деревьев, на которых отмечена группа лишайника B - общее число обследованных деревьев R = A / B · 100 % Коэффициент встречаемости: Менее 5 % - очень редко, 5 – 20 % - редко, 20 – 40 % - достаточно часто, 40 – 60 % - часто, 60 – 100 % - очень часто.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Мониторинг окружающей природной среды - это комплексная система долгосрочных наблюдений с целью оценки и прогноза изменений состояния биосферы или ее отдельных компонентов под влиянием антропогенных воздействий, предупреждения ситуаций, опасных для здоровья людей и других живых организмов. Мониторинг окружающей природной среды - это комплексная система долгосрочных наблюдений с целью оценки и прогноза изменений состояния биосферы или ее отдельных компонентов под влиянием антропогенных воздействий, предупреждения ситуаций, опасных для здоровья людей и других живых организмов.

ШКОЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ основан на сравнении данных, полученных в результате исследований опытных и контрольных территорий в течение ряда лет; основан на сравнении данных, полученных в результате исследований опытных и контрольных территорий в течение ряда лет; на использовании доступных фенологических, геоиндикационных, биоиндикационных методах, не требующих спец.оборудования. на использовании доступных фенологических, геоиндикационных, биоиндикационных методах, не требующих спец.оборудования.

МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ФИЗИЧЕСКИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ БИОИНДИКАЦИОННЫЕ БИОИНДИКАЦИОННЫЕ БИОИНДИКАЦИЯ – метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов – биоиндикаторов. БИОИНДИКАЦИЯ – метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов – биоиндикаторов.

БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ВОЗДУХА СОСНА – «ЭТАЛОН БИОДИАГНОСТИКИ» СОСНА – «ЭТАЛОН БИОДИАГНОСТИКИ» Имеют значение морфологические, анатомические изменения и продолжительность жизни хвои. Имеют значение морфологические, анатомические изменения и продолжительность жизни хвои. Загрязнение диоксидом серы вызывает повреждение и преждевременное опадение хвои сосны. Загрязнение диоксидом серы вызывает повреждение и преждевременное опадение хвои сосны.

Методика индикации чистоты атмосферы по хвое сосны 1. С нескольких боковых побегов средней части кроны 5-10 деревьев сосны в летнем возрасте отбирают пар хвоинок 2 и 3 года жизни. 2. Собранную хвою делят на 3 части: неповрежденная, с пятнами,с признаками усыхания. 3. Данные заносят в таблицу. 4. Результаты сравнивают с результатами прошлых лет. 5. Делают вывод об изменении загрязнения атмосферы.

Экологические группы лишайников: Эпифитные – растут на коре деревьев и кустарников – наиболее чувствительны к воздействиям; Эпифитные – растут на коре деревьев и кустарников – наиболее чувствительны к воздействиям; Эпиксильные – растут на обнаженной древесине (стволах без коры, дерев. строениях) Эпиксильные – растут на обнаженной древесине (стволах без коры, дерев. строениях) Эпигейные - растут на почве; Эпигейные - растут на почве; Эпилитные – растут на камнях. Эпилитные – растут на камнях.

Методы лихеноиндикации: Активная (трансплантационная) Лишайники из незагрязненных районов пересаживаются в изучаемый район исследуется их реакция путем фотографирования. Или исследование лишайников в лаборатории. Пассивная Пассивная Наблюдения за изменениями относительной численности лишайников. Наблюдения за изменениями относительной численности лишайников. Измеряют проективное покрытие лишайников, получают среднее значение для исследуемой территории. Измеряют проективное покрытие лишайников, получают среднее значение для исследуемой территории.

Встречаемость лишайников в разных частях города Зоны лишайников Район города Концентрация диоксида серы «Лишайниковая пустыня» Центр города, промышленны районы свыше 0,3 мг\м куб. «Зона угнетения» Районы города со средней загрязненностью 0,05 -0,3 мг\м куб. «Зона нормальной жизнедеятельнос ти» Периферийные районы и пригороды менее 0,05 мг\м куб.

Организация лихеноиндикационных исследований Выбор пробных площадей (переменных или долговременных); Выбор пробных площадей (переменных или долговременных); Маркировка центра пробной площади; Маркировка центра пробной площади; Вокруг центра выбираются деревьев одного возраста и породы; Вокруг центра выбираются деревьев одного возраста и породы;

Для долговременных наблюдений деревья помечаются маркерами;Для долговременных наблюдений деревья помечаются маркерами; Используют методики: оценки «проективного покрытия», «линейных пересечений»Используют методики: оценки «проективного покрытия», «линейных пересечений»

Стандартная методика с помощью «сеточек – квадратов» Сеточка – жесткий контур прямоугольной формы размером 10 х 10 см., разделенный на квадраты 1 х 1 см.из металлической проволоки или лески. Сеточка – жесткий контур прямоугольной формы размером 10 х 10 см., разделенный на квадраты 1 х 1 см.из металлической проволоки или лески. Рамку накладывают на ствол дерева и фиксируют кнопками или гвоздиками. Рамку накладывают на ствол дерева и фиксируют кнопками или гвоздиками.

Подсчитыват лишайники: считают число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают больше половины площади квадрата – (а), условно = 100%; Подсчитыват лишайники: считают число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают больше половины площади квадрата – (а), условно = 100%; затем считают число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (b)=50% затем считают число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (b)=50%

Данные записывают в таблицу: площадки Число квадратов с покрытием 50% (а) Число квадратов с покрытием менее 50% (b) Число пустых квадратов (0) Общее число квадратов (С) (а+ b+ 0) 1 Общее проективное покрытие R вычисляют по формуле: R= (100 а +50 b) \ С Измерения на стволе производят с четырех сторон света. Для измерения проективного покрытия можно использовать прозрачную пленку, расчерченную на квадраты или полосок из пластиковых бутылок.

Успешность проведения лихеноиндикационных исследований зависит от четкости постановки эксперимента и объема достоверности измерений. Успешность проведения лихеноиндикационных исследований зависит от четкости постановки эксперимента и объема достоверности измерений. Исследования должны включать: Исследования должны включать: 1. Изучение лишайников с установлением вида, их численности и местообитания; 2. Составление лихеноиндикационной карты; 3. Заложение постоянных пробных площадей для долговременных исследований.

Реферат

«Насекомые как объект биоиндикации»

Введение…………………………………………………………………………3

1 Общая характеристика метода биоиндикации………………………………4

2 Насекомые как объект биоиндикации……………………………………….6

3 Насекомые как биоиндикаторы почвенной среды…………………………..8

4 Насекомые как биоиндикаторы водной среды………………………………11

Заключение……………………………………………………………………….17

Введение

Наиболее часто цитируемой и, в то же время, наиболее идеологически расплывчатой областью экологии является некоторая совокупность методов, называемая “биоиндикацией”. Хотя истоки наблюдений за индикаторными свойствами биологических объектов можно найти в трудах естествоиспытателей самой глубокой древности, до сих пор отсутствует стройная теория и адекватные методы биоиндикации.

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, как и мониторинг, осуществляется на различных уровнях организации биосферы: макромолекулы, клетки, органа, организма, популяции, биоценоза.

Роль биоиндикации сводится к следующим действиям:

выделяется один или несколько исследуемых факторов среды (по литературным данным или в связи с имеющейся программой мониторинговых исследований);

собираются полевые и экспериментальные данные, характеризующие биотические процессы в рассматриваемой экосистеме, причем теоретически эти данные должны измеряться в широком диапазоне варьирования исследуемого фактора (например, в условно-чистых и в условно-грязных районах);

некоторым образом (путем простого визуального сравнения, с использованием системы предварительно рассчитанных оценочных коэффициентов или с применением математических методов первичной обработки данных) делается вывод об индикаторной значимости какого-либо вида или группы видов.

1 Общая характеристика метода биоиндикации

Биоиндикация - это оценка состояния среды с помощью живых объектов.

Биоиндикатор - группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде.

Живые объекты (или системы) - это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может производиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и т.д.) так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ).

Установлено, что биоиндикаторы имеют ряд преимуществ перед химическими методами оценки состояния окружающей среды, а именно:

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

в условиях хронических антропогенных нагрузок биоиндикаторы могут реагировать даже на относительно слабые воздействия вследствие кумулятивного эффекта;

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

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;

указывают пути и места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений и ядов, возможные пути их попадания в пищу человека; е) позволяют судить о степени вредности любых синтезируемых человеком веществ для живой природы и для него самого, причем дают возможность контролировать их действие;

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.

По мнению Ван Штраалена (1998), существуют по крайней мере 3 случая, когда биоиндикация становится незаменимой.

1. Фактор не может быть измерен. Это особенно характерно для попыток реконструкции климата прошлых эпох. Так, анализ пыльцы растений в Северной Америке за длительный период показал смену теплого влажного климата сухим прохладным и далее замену лесных сообществ на травяные. В другом случае остатки диатомовых водорослей (соотношение ацидофильных и базофильных видов) позволило утверждать, что в прошлом вода в озерах Швеции имела кислую реакцию по вполне естественным причинам.

2. Фактор трудно измерить. Некоторые пестициды так быстро разлагаются, что не позволяют выявить их исходную концентрацию в почве. Например, инсектицид дельтаметрин активен лишь несколько часов после его распыления, в то время как его действие на фауну (жуков и пауков) прослеживается в течение нескольких недель.

3. Фактор легко измерить, но трудно интерпретировать. Данные о концепции в окрукражующей среде различных поллютантов (если их концентрация не запредельно высока) не содержат ответа на вопрос, насколько ситуация опасна для живой природы. Показатели предельно допустимой концепции (ПДК) различных веществ разработаны лишь для человека. Однако, очевидно, эти показатели не могут быть распространены на другие живые существа. Есть более чувствительные виды, и они могут оказаться ключевыми для поддержания экосистем. С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биондикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды. Физические и химические методы дают качественные и количественные характеристики фактора, но лишь косвенно судят о его биологическом действии. Биоиндикация, наоборот, позволяет получить информацию о биологических последствиях изменения среды и сделать лишь косвенные выводы об особенностях самого фактора. Таким образом, при оценке состояния среды желательно сочетать физико-химические методы с биологическими.

Актуальность биоиндикации обусловлена также простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды.

2 Насекомые как объект биоиндикации

Наблюдать за изменениями животных в нарушенной среде значительно сложнее, чем за неподвижными растениями. Более доступны насекомые. Эти группы чаще других используют в целях биоиндикации.

1. Морфологические изменения (размеров, пропорций, покровов, окраски, уродства):

а) размеры и пропорции тела на загрязненных участках достоверно отличаются:

У ряда тлей (ширина головы, длина бедра и голени, усиков, хвостика и сифона);

На загрязненном корме размеры личинок насекомых обычно уменьшаются;

б) покровы. У тли (Aphis fabae) после добавления к пище сульфит-ионов существенно изменялись полигоны и зернистость кутикулы у потомком;

в) окраска. Явление промышленного меланизма (более темной окраски) в загрязненных районах отмечено у:

Бабочки пяденицы березовой;

Двухточечной божьей коровки (доля черных форм обычно 2-3%, а в загрязненных районах много выше);

Коллемболы (Orchelesella villosa);

г) уродства. Под действием ксенобитотиков (дизельного топлива, ДДТ и др.) возникают нарушения формообразующих процессов в онтогенезе насекомых. В опытах доля аномальных бабочек огневки выросла от 5 до 35% при добавлении в пищу PbO.

2. Физиологические изменения . Следующие изменения покажут принцип использования физиологических показателей в целях биоиндикации:

а) у личинок водных насекомых имеются хлоридные клетки, способные активно поглощать анионы, особенно хлорид-ионы, обеспечивая постоянство их концентрации в гемолимфе. Эти клетки обычно расположены на жабрах (личинки поденок) или на брюшке (личинки ручейников). Число этих клеток обратно пропорционально уровню солености, при каждой линьке их число приводится в соответствие с соленостью среды. От линьки к линьке можно определить тенденции в изменении солености водоема;

б) общее физиологическое состояние организма насекомого может быть охарактеризовано общим количеством гемоцитов (клеток гемолимфы) в единице объема и соотношением их основным типов. Например, в зоне загрязнения сернистым газом количество гемоцитов у гусениц сосновой пяденицы падает вдвое, при этом возрастает количество фагоцитов с 5 по 32%.

3. Размножение . Плодовитость обычно падает, например:

У тлей и непарного шелкопряда при окуривании их сернистым газом;

У коллембол (Onychiurus armatus, Orrchesella cincta) на участках, загрязненных тяжелыми металлами.

В лабораторных условиях в качестве тест-организмов могут быть использованы саранчовые (Acrotylus patruelis, Aiolopus thalassinus). При действии хлорида ртути у этих видов возрастает число яиц в кладке, при действии мочевины (>0,055 г./кг почвы) уменьшается число яиц в кладке и количество кладок.

4. Онтогенез и продолжительность жизни:

а) нарушение течения линек у насекомых:

При загрязнении у бабочек снижается доля окукливающихся гусениц и процент вылета имаго;

Удлинение личиночной стадии у совки (Scotia segetum) при интоксикации медью и у непарного шелкопряда при фумигации фтористым водородом (HF) и метилмеркаптаном;

б) сокращение сроков развития:

У совки (Scotia segetum) на 4-7 дней при добавлении хлорида кадмия (CdCI2);

У коллембол (Isotoma notabilis, Onychiurus armatus) при загрязнении тяжелыми металлами;

в) изменение срока жизни. Обычно он сокращается, например:

У кобылки (Acrotylus patruelis) при увеличении концентрации HgCI2;

У гусениц (особенно младших возрастов) непарного, тутового и соснового шелкопрядов, сосновой пяденицы и многих других при питании загрязненным кормом и фумигации промышленными выбросами;

У личинок мухи (Calliphora vicina) пропорционально концентрации сернистого газа.

Реже наблюдают удлинение срока жизни, например, у дрозофилы при добавлении в пищу 0,3% антиоксиданта пропилгаллата срок жизни возрастает на треть.

3 Насекомые как биоиндикаторы почвенной среды

Большое значение при построении имитационной модели почвенных экосистем имеет выделение основных факторов среды, определяющих развитие каждого из биоценозов.

Основная задача при этом заключается в том, чтобы проследить в дальнейшем изменения позитивных и негативных факторов в новых экологических условиях. Это позволит оценить в целом состояние почвенной среды и составить прогноз его изменения.

Решение этих задач на практике осуществляют с помощью различных видов-

биоиндикаторов почвенной среды.

Основными целями биоиндикации почвы являются:

выяснение отдельных свойств почвы и почвенных процессов,

оценка антропогенного вмешательства (рекреация, загрязнение, эвтрофикация почв)

прогнозирование экологического состояния почвенной среды.

Начальным этапом биоиндикации является выбор вида-биоиндикатора. При этом следует придерживаться следующих важных критериев выбора биоиндикатора:

быстрый ответ;

надежность (ошибка

простота;

мониторинговые возможности (постоянно присутствующий в природе объект).

Биоиндикаторы принято описывать с помощью двух характеристик: специфичность и чувствительность. При низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы, при высокой – только на один. При низкой чувствительности биоиндикатор отвечает только на сильные отклонения фактора от нормы, при высокой – на незначительные. К таким тест-организмам в почвенном сообществе относятся многие группы беспозвоночных, и в первую очередь, насекомые. На определенное состояние среды зачастую может указать лишь присутствие тех или иных видов- биоиндикаторов в почве.

В связи с этим, на следующем этапе практической работы происходит определение и описание отдельных свойств почвы по наличию или отсутствию различных беспозвоночных организмов. К таким характеристикам почвы относятся: механический состав, тип гумуса, степень гумификации органических остатков, кислотность (рH), содержание кальция, а также гидротермический режим почвы.

Грубый тип гумуса диагностируют многоножки-геофилиды, мягкий гумус – личинки комаров-долгоножек.

Степень созревания компостов можно также определить по преобладанию разных групп беспозвоночных (в зрелых компостах много среди коллембол преобладают белые почвенные формы).

Разные стадии разложения древесины осуществляются при участии разных групп организмов, которые могут служить индикаторами. Так, первую стадию маркируют жуки-усачи и короеды, вторую – ферментативная активность грибов, третью – муравьи и четвертую – дождевые черви.

Последующий этап индикации состояния почвы представляет собой оценку антропогенного вмешательства. На сильное воздействие антропогенного фактора указывают различные изменения животных в нарушенной среде, затрагивающие их морфологию, физиологию и поведенческие реакции.

Наиболее доступными для изучения являются морфологические изменения организмов – особенности размеров, пропорций, покровов, окраски, уродства.

На загрязненном корме обычно уменьшаются размеры личинок и имаго насекомых (может меняться ширина головы, длина бедра и голени, усиков и т.п.), а также отличается их окраска (у коллембол).

Под действием ксенобиотиков (дизельного топлива, ДДТидр.) возникают нарушения формообразующих процессов в онтогенезе насекомых.

Уязвимы к антропогенному воздействию размножение и развитие организмов. Так, на участках, загрязненных тяжелыми металлами, плодовитость насекомых обычно падает, но иногда, как у некоторых коллембол, повышается. При этом, у коллембол наблюдается сокращение сроков развития.

Антропогенные факторы воздействуют также на количественные показатели популяций организмов. В связи с этим особое внимание в работе уделяется определению плотности популяций видов-индикаторов. Для биоиндикации важен выход этого показателя за пределы нормы.

Среди почвенных насекомых по реакции на прямое, либо опосредованное воздействие техногенного фактора выделены три группы

чувствительные, положительно реагирующие на умеренные дозы техногенного вещества - диплоподы.

чувствительные, испытывающие негативное влияние - литобиоморфные многоножки и герпетобионтные насекомые.

индифферентные, не имеющие индикационного значения для данного типа загрязнения - большинство насекомых, развитие которых протекает в почве.

Заключительный этап биоиндикации почвы с помощью насекомых представляет собой составление общей характеристики экологического состояния почвы и ее обитателей, которая включает описание доминирующей линии развития объектов исследования, выявление основных факторов фона и критериев для оценки пороговых уровней возможных изменений, подтвержденных количественными данными. При этом устанавливается логическая последовательность событий, показывающая изменения, которые претерпевают объекты исследований в данных экологических условиях, и представляется прогноз экологического состояния почвы в данном регионе.

Таким образом, использование насекомых в качестве биоиндикаторов позволяет оценить, в целом, состояние почвенной среды, а именно ее токсичность, эвтрофикацию, содержание определенных элементов и даже угрозу различных заболеваний.

Также насекомые используются для диагностики элементарных почвенных процессов.

Существует 14 элементарных почвенных процессов (ЭПП), в том числе оглеение, олуговение, образование лесной подстилки, остепнение, засоление и др. Для диагностики этих процессов могут быть использованы экогруппы беспозвоночных, объединения видов со сходным пространственным распределением. Особенно наглядно выделяются экогруппы по катене - ландшафтному профилю, проходящему от местной депрессии к местному водоразделу. Так, для степной катены Барабинской низменности Мордкович выделил 8 экогрупп имаго жужелиц: пойменно-болотная, болотная, солончаковая, лесная, лугово-лесная, солонцовая, луговая и степная.

То, что виды предпочитают одну и ту же часть катены, говорит об их адаптированности к какому-то одному интегральному фактору, который является ведущим в данном типе почв. Таким фактором можно считать ЭПП, который влияет на жужелиц через изменение экологической обстановки. В таком случае пойменно - болотная экогруппа жужелиц четко диагностирует место и интенсивность глеевого процесса в верхней части почвы, болотная - торфообразование, солончаковая - солончаковый процесс (галобионты), луговая - лесная - осолодение, солонцовая - осолонцевание (мелкие плоские жужелицы, обитающие в трещинах), луговая - луговое гумусонакопление, степная - степной почвообразовательный процесс, лесная - процесс образования лесной подстилки.

Далее проводится диагностика типов почв по спектрам экогрупп. Тип почв характеризуется определенным сочетание ЭПП. А так как каждому ЭПП соответствует определенная, то типы почв отвечает определенный спектр экогрупп. Например: обыкновенный чернозем отличается доминированием жужелиц степной экогруппы (74%), что указывает на определяющую роль степного гумусонакопления в процессе формирования чернозема. Наличие 15% луговых видов маркирует проявление процесса олуговения во влажные сезоны. Небольшая доля участия других экогрупп (болотной, лугово - лесной, солонцовой и лесной) свидетельствует о былом гидроморфизе чернозема и его возможной облесенности в прошлом.

4 Насекомые как биоиндикаторы водной среды

При оценке качества воды необходимо помнить, что проведение соответствующих измерений требует соблюдения определенных принципов.

При первых визитах к реке или другому водоему мы, как правило, задаем описательные вопросы: что, каким образом и где. Функциональные вопросы (почему?) возникают позднее. Эти вопросы гораздо труднее, для ответа на них уже требуется не только измерительная работа, но и работа с литературой и мыслительные усилия.

При интерпретации результатов измерений качества воды надо иметь в виду, что результаты измерений верны только по отношению к определенному времени. Днем позднее или ранее результаты измерений могут существенно отличаться. Например, вы можете отметить очень низкую концентрацию нитратов в ручейке или речке в один из дней. Однако, придя на другой день, вы можете отметить чрезвычайно высокое содержание нитратов, так как находящееся неподалеку сельскохозяйственное предприятие вывалило навоз в реку. Таким образом, физико-химические измерения позволяют оценить качество воды только на данный момент.

Присутствие индикаторных видов растений или животных позволяет более глубоко судить о качестве воды в водоеме.

Оценка качества воды водоемов и водотоков может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема.

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:

санитарное состояние,

определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме,

дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений.

Таким образом, видовой состав живых организмов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.

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

Зоопланктон достаточно показателен как индикатор эвтрофирования и загрязнения (в частности органического и нитратного) вод. Составной частью зоопланктона являются также разнообразные личинки насекомых.

Зообентос - совокупность животных, обитающих на дне и в придонных слоях воды, служит хорошим индикатором загрязнения донных отложений и придонного слоя воды. Положительные результаты дает также оценка качества воды по личинкам насекомых. Свободно живущие личинки ручейников, а также поденок являются наиболее чувствительными организмами.

Проведение биологических исследований имеет свои особенности в стоячих и текущих водоемах.

Также случайные загрязнения местного характера легче всего могут повлиять на характер населения дна (т.е. организмов бентоса) в таких водоемах.

Это обстоятельство заставляет при исследовании рек обращать внимание на быстрые места их течения - перекаты, плотины и т. д. Если мы хотим получить представление об общем состоянии реки, то станции необходимо выбирать именно здесь. Если же нас интересуют разовые или местные загрязнения необходимо исследовать обитателей дна в местах со слабым течением - в заводях, бочагах и т.п. После впадения в реку тех или иных загрязненных стоков последние сносятся течением вниз по реке и откладываются в более глубоких местах реки с замедленным течением.

Биологическое исследование стоячих водоемов, как правило, интерпретируется более легко. Здесь, прежде всего, необходимо проведение комплексных исследований с тем, чтобы иметь более полное представление о состоянии водоема. Чем крупнее исследуемый водоем, тем большее количество разнообразных станций надо выбирать по его периметру.

Почти любое использование воды влияет на ее качество. Использованная вода обычно возвращается в реки или отстойники для восстановления. Это может оказать нежелательное влияние на жизнь, если использованная вода будет сильно отличаться от естественной.

Биоиндикация - способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ.

Биотестирование - использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) насекомых. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию, либо отсутствию тех или иных таксонов.

Шкала загрязнений по индикаторным таксонам

Индикаторные таксоны	Эколого-биологическая полноценность, класс качества воды, использование
Личинки веснянок, плоские личинки поденок, ручейник - риакофилла	Очень чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное.
Плавающие и ползающие ручейник-нейреклипсис, вилохвостки, водяной клоп	Чистая. Полноценная Питьевое, рекреационное, рыбохозяйственное, орошение, техническое.
Роющие личинки поденок, ручейники при отсутствии реакофиллы и нейреклипсис, личинки стрекоз плосконожки и красотки, мошки	Удовлетворительно чистая. Полноценная. Питьевое с очисткой, рекреационное рыбоводство, орошение техническое.
Шаровки, дрейсена, личинки стрекоз при отсутствии плосконожки и красотки, водяной ослик	Загрязненные. Неблагополучные. Ограниченное рыбоводство, ограниченное орошение
Масса трубочника, мотыля, крыски, масса мокрецов	Грязные. Неблагополучные. Техническое.
Макробеспозвоночных нет	Очень грязные. Неблагополучные. Техническое с очисткой

При биоиндикации водной среды с помощью насекомых используют различные методы, а именно:

1.Отбор и обработка проб для анализа

При выборе участков отбора проб следует учитывать ряд условий. На них не должно быть мелководий с густой водной растительностью, а также затонов с застойной водой.

Пробы грунта с обитающими в нем донными организмами отбирают с помощью сачкового скребка.

Скребок представляет собой сачок, имеющий в нижней части дугооб­разного обода заточенную металлическую пластинку длиной 25 см. Са­чок обшивают прочной сетчатой тканью. Сачком пробы собирают в ведро или тазик.

Отбор организмов обыч­но ведут на месте отбора проб. При этом небольшую порцию грунта пе­реносят в кювету с водой и с помощью пинцета перекладывают живот­ных в баночки с 4%-ным раствором формалина. На баночки наклеивают­ся этикетки, на которых указываются дата и мес­то отбора пробы. Допускается разбор проб и в лаборатории. Промытые пробы могут храниться в холодильнике в течение 1-2 суток.

2.Оценка качества воды пруда по биотическому индексу Майера

О чистоте воды природного водоема можно судить по видовому раз­нообразию и обилию животного населения, в частности по насекомым.

Чистые водоемы заселяют личинки веснянок, поденок, вислокрылок и ручейников. Они не выносят загрязнения и быстро исчезают из водоема, как только в него попадают сточные воды.

Умеренно загрязненные водоемы заселяют водяные ослики, бокоплавы, личинки мошек (мокрецов), битинии, лужанки, личинки стрекоз и пиявки (большая ложноконская, малая ложноконская, клепсина).

Чрезмерно загрязненные водоемы заселяют личинки комара-звонца (мотыли) и ильной мухи (крыска).

Данная методика подходит для любых типов водоемов. Она более простая и имеет большое преимущество - в ней не надо определять беспозвоноч­ных с точностью до вида. Метод основан на том, что различные группы водных бес­позвоночных приурочены к водоемам с определенной степенью загрязненности. При этом организмы-индикаторы относят к одному из трех разделов, представленных в таблице.

Нужно отметить, какие из приведенных в таблице групп обнаружены в пробах. Ко­личество найденных групп из первого раздела необходимо умножить на 3, количест­во групп из второго раздела - на 2, а из третьего - на 1. Получившиеся цифры складывают: Х*3 + Y*2 +Z*1 = S

По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоема:

Более 22 баллов - водоем чистый и имеет 1 класс качества;

17-21 баллов - 2 класс качества;

11-16 баллов - умеренная загрязненность водоема, 3 класс качества;

Менее 11 - водоем грязный, 4 -7 класс качества.

Простота и универсальность метода Майера дают возможность быстро оценить со­стояние исследуемого пруда. Если проводить исследования качества воды регулярно в течение какого-то времени и сравнивать полученные результаты, то даже с использованием этих простых методов можно уловить, в какую сторону изменяется состояние пруда.

3.Определение степени загрязнения водоема по индексу Гуднайта и Уотлея

Показателем качества воды в озерах и прудах является ее трофность - количество органических веществ, накопленных в про­цессе фотосинтеза в условиях наличия биогенных элементов (азот, фосфор, калий). Органическое вещество обеспечивает существование живот­ного населения и его видовое разнообразие, численность популяций зави­сит от количества пищи. После смерти животных возникают проблемы с разложением их трупов и изменением газового состава воды. Процесс повышения трофности водоема называется эвтрофикацией. К наиболее заметным проявлениям эвтрофикации относятся летнее «цветение» водо­емов, зимние заморы, быстрое обмеление и зарастание водоемов. Эвтрофикацию можно выявить в процессе исследования с применением биоин­дикаторов. Роль биоиндикаторов в этом случае могут играть личинки ко­маров-дергунов или хирономусов и малощетинковые кольчецы, обитаю­щие в донных илах, богатых органикой. Личинки хирономусов, называе­мые в народе «мотылем», и кольчецы живут в иле, питаются органически­ми остатками и приспособлены к недостатку кислорода благодаря содер­жанию в крови гемоглобина. Если в составе донного ила присутствуют названные организмы - это верный признак эвтрофикации. Для выяснения этого факта необходимо с помощью водного сачка или черпака добыть ил со дна водоема, затем тщательно отмыть на сите или металлической сет­ке с мелкими ячейками обитающих организмов. По количеству кольчецов и хирономид определяют степень эвтрофикации. Принято выделять три степени эвтрофикации: 1) слабая, 2) средняя, 3) сильная. При сильной эвт­рофикации в иле многочисленны трубочники, они часто покрывают дно сплошным слоем, в летнее время вода становится зеленой от массового размножения водорослей, а в зимнее время наблюдаются заморы рыб и водоемы нуждаются в аэрации. Воды таких водоемов малопригодны для бытового использования. При средней эвтрофикации наблюдается увеличение численности «мотыля», трубочники единичны. При слабой эвтрофикации эти признаки отсутствуют.

Для оздоровления водоемов с сильной эвтрофикацией можно рекомен­довать скашивание и уборку водных растений, удаление со дна ила, назы­ваемого сапропелем. Сапропель в свежем виде можно вносить в почву в качестве ценного органического удобрения.

Показателем эвтрофикации может служить также индекс Гуднайта и Уотлея. Для определения индекса собирают бентосные организмы с оп­ределенной площади дна. С помощью скребка или лопаты снимают дон­ный грунт, тщательно промывают его на сите. Организмы, оставшиеся на сите, помещают в емкость с водой. В лаборатории собранных животных разбирают на две группы: одна группа - малощетинковые кольчецы - олигохеты, вторая - прочие виды. После подсчета организмов в группах находят индекс Гуднайта и Уотлея по формуле

а= М Х 100

где а - индекс, М - численность малощетинковых червей и В - чис­ленность всех видов организмов. После нахождения индекса определяют степень загрязнения водоема по таблице.

Заключение

Таким образом, из выше сказанного можно сделать вывод, что методы биоиндикации являются важными в проведение экологического мониторинга, что они, в последнее время получили широкое признание и распространённость. 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», реагирующим на те или иные изменения, отражающим воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов.

Биоиндикацию можно определить как совокупность методов и критериев, предназначенных для поиска информативных компонентов экосистем, которые могли бы:

а) адекватно отражать уровень воздействия среды, включая комплексный характер загрязнения с учетом явлений синергизма действующих факторов;

б) диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ и оценивать их значимость для всей экосистемы в ближайшем и отдаленном будущем.

Биоиндикация основана на тесной взаимосвязи живых организмов с условиями среды, в которой они обитают. Изменения этих условий, например повышение солености или рН воды, изменение газового состава воздуха может привести к исчезновению определенных видов организмов, наиболее чувствительных к этим показателям и появлению других, для которых такая среда будет оптимальной. В качестве биоиндикаторов используются различные группы организмов, в том числе и насекомые.

С помощью насекомых можно проводить биоиндикацию таких природных сред как вода и почва. По морфологическим, физиологическим изменениям, изменениями в онтогенезе насекомых можно судить о степени и характере загрязнения почвы и воды, об их санитарном состоянии и качестве. Таким образом, можно сказать что насекомые – это группа организмов широко применяемая в биоиндикационных исследованиях.

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.

в реальной экологической ситуации
изолированного действия стрессора не
существует – есть лишь совместное действие
комплекса факторов
по 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.

Изменение окраски
(неспецифическая
реакция на
различные
стрессоры):
хлороз, некроз
листьев

Биоиндикация на организменном уровне

Макроскопические изменения растений
Преждевременное 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).

1. Плотность популяции – количество
особей вида на единицу площади или
объема
Площадь 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 популяций
Природные 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

1. Плотность популяций
Для 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 структура
Распределение 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

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

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

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 поверхностнообитающая группы.

Биоиндикация на экосистемном уровне
Экосистемный уровень предполагает изучение
круговорота веществ и потоков энергии.
Круговорот веществ осуществляется при
участии запаса биогенных элементов,
организмов-продуцентов, организмовконсументов 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 один
Чувствительность: 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%;

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 популяции
биоиндикация 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

НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ
биоиндикация
Факторы
среды
Реакция
живой системы
среды
СПЕЦИФИЧЕСКАЯ
биоиндикация
Факторы
среды
А
А
Б
Б
В
Г
α
В
Г
Реакция
живой системы
среды
α

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
Факторы
среды
А
КОСВЕННАЯ БИОИНДИКАЦИЯ
Реакция
живой системы
α
Факторы
среды
А
Реакция
живой системы
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 организмов по отношению к чистоте воде (трёхуровневая оценка степени загрязнения)

Таксоны 1-й
группы
Личинки поденок
Личинки (нимфы)
веснянок
Таксоны 2-й
группы
Личинки комарадолгоножки
Личинки стрекоз
Речные раки
Личинки
вислокрылок
Личинки
ручейников
Двустворчатые
моллюски
Таксоны 3-й
группы
Личинки комаразвонца (мотыть)
Моллюскипрудовики
Пиявки
Бокоплавы
Водяные ослики
Моллюски
(катушки и
лужанки)
Личинки мошки
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
Личинки веснянок
Личинки подёнок
Личинки ручейников
Личинки вислокрылок
Двустворчатые
моллюски
Организмы средней
чувствительности,
Y
Бокоплав
Речной рак
Личинки стрекоз
Личинки комаровдолгоножек
Моллюски-катушки
Моллюски живородки
Обитатели
загрязнённых
водоёмов, Z
Личинки комаровзвонцов
Пиявки
Водяной ослик
Прудовики
Личинки мошки
Малощетинковые
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 воздуха Виды 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.