Индикация загрязнения окружающей среды

Полезное по теме: "Индикация загрязнения окружающей среды" от специалистов простым языком. Если необходимо уточнить актуальность на 2020 год, а также задать вопрос, то обращайтесь к дежурному юристу.

Индикация загрязнения окружающей среды

Живые индикаторы загрязнения окружающей среды

Теперь мы перейдем к рассмотрению самых оригинальных «живых приборов» — организмов-индикаторов. Это, по существу, генетический прибор, ведь при определенных уровнях загрязнения могут жить только те организмы, наследственная программа которых приспособлена к экологическим сдвигам, вызываемым деятельностью человека. Живые индикаторы могут рассказать нам многое: где скапливаются вредные вещества, как они влияют на экосистему в целом и какова скорость происходящих изменений. По результатам химического и физического анализов можно узнать, в каких концентрациях скапливаются вещества, вредящие живым сообществам, но о тенденциях дальнейшего развития загрязнения и об его биологических последствиях такой анализ ничего не скажет. На помощь здесь могут прийти именно живые индикаторы.

Ежегодно в научной литературе появляется много статей, в которых рассказывается о новых организмах-индикаторах. Это и низшие, и высшие растения, беспозвоночные и позвоночные животные. Но многие виды стали классическими живыми индикаторами. Кто не видел лишайников, зеленой бородой свисающих с дремучих деревьев. Но их все меньше и меньше встречается в наших лесах — признак загрязнения воздуха. Меньше стало в подмосковных лесах и муравейников. Одна из причин этого — в загрязнении окружающей среды. Муравьи не могут жить в загрязненной атмосфере и при появлении пестицидов в почве. Первыми из загрязненных мест уходят крупные рыжие муравьи.

Со шляпочными грибами происходит сходная история. С одной стороны, их урожайность снижается от неправильного сбора, когда грибники повреждают грибницу. Однако и загрязнения вносят свою лепту. Такие ценные грибы, как белые, подосиновики и подберезовики, выступают и в качестве индикаторов загрязнения окружающей среды. Они не выдерживают загрязнения окружающей среды, поэтому и снизилась их урожайность за последние 12 лет на 50,5 процента.

В систему индикаторных организмов включают самые разнообразные группы. Это и мокрицы, и дождевые черви, и даже почвенные простейшие. Экологи изучают на этот предмет и крупных позвоночных животных. Например, чехословацкие исследователи в качестве вида-индикатора предлагают использовать зайца-русака. Оказывается, промышленные загрязнения далеко не безразличны для зайцев, которые чутко реагируют на токсические вещества в среде. В зонах промышленного загрязнения в их крови увеличивается фракция Y-глобулинов и меняется отношение кальция к фосфору. В шерсти накапливаются тяжелые металлы. Анализ шерсти покажет, какие из металлов являются главными загрязнителями. При сильном загрязнении рост зайцев замедляется, в их популяции увеличивается число самок.

В качестве живых индикаторов можно также с успехом использовать мелких грызунов. Для этой цели подходят полевки, лесные мыши.

Вопрос о роли наземных живых индикаторов в охране окружающей среды находится в стадии изучения. Оказывается, загрязнения на суше можно определить по состоянию не только отдельных видов, но и целого сообщества. Разрабатывается азрокосмический мониторинг природоохранных экосистем. Со спутников можно следить за состоянием растительности, почв и сменой живых сообществ под воздействием человека. Только в этом случае «живым прибором» служит уже не отдельное растение или даже их группа, а отражающая свет экосистема в целом, например тундра, лес, пастбище. Причем оценка природного контраста охраняемой системы с хозяйственно используемым фоном позволяет из космического пространства определить, насколько сильно человек эксплуатирует ту или иную экосистему, а заодно и дать прогноз динамики восстановления экологического равновесия.


Рис. 19. Организмы α-мезосапробной зоны: а — сточной гриб; б — осциллятория; в — водоросль нитшия; г — жгутиконосец хиломонас; д — водоросль стефанодискус; е — инфузория уронема; ж — инфузория хилодонелла; з — водоросль клостериум; и — инфузория кольпода с зоохлореллами внутри; к — антофиза; л — сувойка ландышевидная; м — кругоресничная инфузория каршезиум

Очень сложны по составу видов наземные биоценозы. К их изучению приложим только биогеографический подход, когда в каждом регионе приходится выделять свои виды-индикаторы и биоценозы, характерные для охранных лесов. Все это создает трудности в создании единой системы организмов-индикаторов для каждой зоны загрязнения наземных систем.

Несколько по-иному обстоит дело с пресноводными биоценозами. Почти во всех пресноводных водоемах встречаются виды-космополиты, способные жить при определенном загрязнении. Это позволило создать шкалу сапробности, то есть степени загрязненности отдельных водоемов или их зон органическими веществами, в которых способны жить определенные организмы. Загрязнение вод по шкале сапробности подразделяется на четыре зоны: поли-, α-мезо, β-мезо и олигосапробную. Посмотрим, какие организмы-индикаторы живут в каждой из этих зон.

Полисапробные воды характеризуются полным отсутствием кислорода, наличием в воде неразложившихся белков и значительного количества сероводорода и углекислого газа. Это самая грязная, отвратительно пахнущая вода. Однако и в ней есть жизнь. В этой воде прежде всего можно встретить бактерий: самых крупных серных бактерий и нитчатых бактерий сферотилус. В такой воде живут жгутиконосцы и инфузории путринум. Есть даже сувойки, но только напоминающие не ландыш, а скорее шарик на тонкой ножке. У этих сувоек очень маленький рот, поэтому и называют их микростомата. В иле развивается множество червей трубочников, и, как подводная лодка, выставив свою дыхательную трубку в виде перископа, по дну таких грязных стоков ползает личинка мухи-крыски.

Серобактерии разлагают органические остатки в полисапробной воде, выделяется сероводород и метан. Им помогают другие бактерии и все население этого царства сточных вод. Так и идет процесс самоочищения.

В воде α-мезосапробной зоны (рис. 19) еще есть аммиак, вода пахнет сероводородом, но уже появляется и кислород. В такой воде бактерии многочисленны: есть грибы мукор, но и водоросли, пусть даже синезеленые, находят себе здесь приют. Плавают в поле зрения микроскопа окрашенные жгутиконосцы хламидомонады, эвглены и огромные инфузории-трубачи. Появляются в этой зоне сапробности коловратки, моллюски сфериум, рачки водяные ослики, и в иле, в огромном количестве, развиваются личинки комаров хирономид, многие крупные виды которых рыбоводы и аквариумисты называют мотылем. За счет работы бактерий и всего населения органическое вещество в воде еще больше минерализуется и вода переходит в следующую зону сапробности.


Рис. 20. Организмы β-мезосапробной зоны: а — астерионелла; б, в — различные виды осцилляторий; г — мелозира; д — колепс; е — сценедесмус; ж — инфузория аспидиска; з — педиаструм; и — эуплотес; к — сувойка; л — синура; м — диатомовая водоросль табеллярия; н — парамеция; о — колониальный жгутиконосец, уроглена; п — червь стилярия; р — нитчатая водоросль спирогира; с — коловратка брахионус; т — кладофора; у — солнечник
Читайте так же:  Административное наказание это установленная

Следующая, β-мезосапробная зона наиболее знакома человеку, ведь различного рода пруды, водохранилища, используемые не для питьевых целей, это все β-мезосапробные воды. В такой воде аминокислот нет, незначительное количество сероводорода, зато вода насыщена кислородом. Видовое разнообразие организмов-индикаторов в этой зоне выше, чем в других зонах (рис. 20). Из водорослей чаще всего встречаются диатомовые и зеленые. Например, известная всем хлорелла из протококковых водорослей или спирогира из нитчатых водорослей, образующих тину. В этих водах уже встречаются цветковые растения, а также ракообразные и рыбы.

Последняя зона олигосапробная — зона самой чистой воды. Бактерий в такой воде мало, видов животных и растений много, но число особей каждого вида невелико. Организмами-индикаторами олигосапробной зоны могут быть как водоросли, так и микроскопические животные, например сувойки-нубилиферы (рис. 21). Здесь встречаются дафнии-лонгиспины, у которых раковина заканчивается длинным отростком. Высшая водная растительность — полушник озерный и полушник иглистый — тоже указывает на чистоту воды в водоеме. Рыбы, обитающие в олигосапробной зоне, обычно холодолюбивые, предпочитают высокое содержание кислорода в воде. Это радужная и ручьевая форель, красноперки, сиг, рипус.


Рис. 21. Организмы олигосапробной зоны: а — циклотелла; б — диатомовая водоросль синедра; в — микрастериас; г — инфузория хальтерия; д — диатомовая водоросль сурирелла; е — табелярия флоккулоза; ж — бульбохета; з — инфузория стромбидинопсис; и — водоросль стаураструм; к — нитчатая водоросль улотрикс; л — жгутиконосец малломонас; м — сувойка нубилифера; н — кладофора; о — десмидиевая водоросль эуаструм

Индикация загрязнения окружающей среды

Актуальность темы: интерес к почвенным микроорганизмам во многом определяется их исключительной ролью в формировании качества почвы как способности почвенной биосистемы в заданных пространственных границах поддерживать продуктивность растений и животных, сохранять приемлемое качество воды и воздуха, а также обеспечивать здоровье людей, животных и растений.

Почвенные организмы отвечают за разложение органического вещества, образовавшегося в наземной экосистеме при фотосинтезе, и снабжают растения доступными ресурсами. Они играют существенную роль в формировании стабильных почвенных агрегатов. Жизнедеятельность почвенной биоты определяет уровень плодородия почв, а возможность управления биотой представляет интерес с точки зрения дискуссионной проблемы устойчивого развития. Почвенная биота — идеальный пример системы, обеспечивающей устойчивое существование ненарушенных экосистем в течение очень больших промежутков времени.

Отличительная особенность почвы как природного местообитания микроорганизмов связана с ее гетерогенностью, которая проявляется в разных пространственных масштабах. Почвенные микроорганизмы обитают в трехфазной полидисперсной среде, представленной твердой, жидкой и газообразной фазами. Таким образом, можно охарактеризовать почву как чрезвычайно гетерогенную среду обитания, в которой существует обильная и разнообразная микробная биомасса.

Одним из последствий деятельности человека на Земле является загрязнение окружающей среды. Под загрязнением необходимо понимать нежелательное изменение свойств почвы в результате антропогенного влияния и поступления различных веществ и соединений. Прогрессирующее воздействие деятельности человечества на природную среду достигло уровня, при котором происходят существенные изменения в химическом составе почвенного покрова обширных территорий.

Особую проблему представляет взаимодействие почвенной биоты с пестицидами. Оно имеет два аспекта: влияние пестицидов на биоту и деградация пестицидов под влиянием почвенной биоты. Проблема токсичности пестицидов для биоты стоит очень остро. Основная опасность пестицидов заключается во включении их в биологический круговорот.

Почвенные микроорганизмы как компонент биогеоценозов испытывают разноплановое воздействие со стороны пестицидов, а как звено пищевых цепей участвуют в их передаче к высшим организмам и человеку. Воздействуя на отдельные микроорганизмы, пестициды влияют и в целом на экосистемы, модифицируя их. Часто такие модификации приводят к необратимому нарушению экологического равновесия. Почвенные микроорганизмы могут осуществлять трансформацию и минерализацию пестицидов. Они используют пестициды в качестве источника углерода и энергии. С этими процессами связана проблема детоксикации пестицидов в окружающей среде.

Пестициды влияют на активность микробиологических процессов в почве. Гербициды в целом угнетают дыхание почвы и процесс нитрификации. Но также отмечена стимуляция дыхания в почве малыми дозами пестицидов.

Влияние пестицидов на численность микроорганизмов в почве. Численность чувствительных организмов значительно сокращается, или же они вообще исчезают из почвенных проб, загрязненных пестицидами.

Опасные нарушения равновесия микробных ценозов возникают из-за высоких концентраций пестицидов вследствие нарушения технологий. Наиболее чувствительны к воздействию пестицидов микроводоросли, нитрификаторы, азотфиксаторы, деструкторы целлюлозы, симбионты. Эти организмы можно рассматривать в качестве индикаторов.

Другой аспект проблемы связан с интенсификацией очищающей способности почвенной биоты по отношению к пестицидам, большинство которых являются ксенобиотиками.

Способность к трансформации и детоксикации пестицидов показана для многих форм микроорганизмов. Наиболее велика в этом отношении роль бактерий, затем актиномицетов и грибов. Особое значение принадлежит целлюлозоразлагающим микроорганизмам. Соединения, которые в условиях чистой культуры микробов не подвергаются деградации, в природе все-таки деструктурируются микробиологическим путем вследствие кооперативного воздействия.

При необходимости остаточное токсическое действие пестицидов в почве можно продлить, если одновременно с ними вносить ингибиторы микробиологической активности.

Для разложения пестицидов в почве требуется сочетание определенных экологических условий (аэрации, температуры, реакции среды, наличия органического вещества и др.). Нередки случаи, когда необходимо вмешательство человека в естественные процессы очищения почвы. Это достигается в основном путем создания оптимальных условий для микроорганизмов-деструкторов. В особых случаях возможна инокуляция почвы некоторыми их видами. Поиск микроорганизмов-деструкторов ведется давно, их выделяют из природной среды либо конструируют генно-инженерными методами. Технологии ликвидации высокого уровня загрязнения почвы пестицидами в результате различных экстремальных ситуаций с помощью микроорганизмов-деструкторов пока еще не разработаны, но успешные примеры их применения имеются.

Отмечается индифферентное отношение микроорганизмов к пестицидам.

Методами биоиндикации и биотестирования определяется присутствие в окружающей среде того или иного загрязнителя по наличию или состоянию определенных организмов, наиболее чувствительных к изменению экологической обстановки, т.е. обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов и их сообществ. Применение биологических методов для оценки среды подразумевает выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип воздействия. Методом биоиндикации с использованием подходящих индикаторных организмов в определенных условиях может осуществляться качественная и количественная оценка эффекта антропогенного и естественного влияния на окружающую среду.

Проблема сохранения окружающей среды в настоящее время концентрирует на себе внимание исследователей всего мира. Стремительный рост народонаселения, увеличение площадей орошаемого земледелия, а также урбанизация и индустриализация привели к небывалому использованию природных ресурсов. За последние годы увеличился объем загрязнений, которые попадают в водохранилища от сельского хозяйства — отходы животноводства, птицеводства, предприятий, которые перерабатывают сельскохозяйственное сырье, и т.п. В связи с усилением антропогенной нагрузки, испытываемой природными комплексами, становится необходимой разработка методик, позволяющих оценивать экологическое состояние природно-антропогенных сред. Поэтому проблема развития различных мониторинговых подходов в системе экологического контроля и управлении качеством окружающей среды сегодня наиболее актуальна.

Читайте так же:  Общественное порицание как мера административного наказания

Так как все компоненты природы тесно и неразрывно взаимосвязаны между собой, то нарушения одного компонента вызывает изменение состояния всех остальных. Оценивая состояния одного, можно предполагать и изменения других. Наиболее остро изменения окружающей природной среды отражаются на биотических компонентах.

Не всегда есть возможность проводить комплексные научные исследования, требующие больших материальных затрат и специального оборудования. В таких случаях можно использовать методы биоиндикации, получивших в последнее время широкое признание и распространённость. Важным представляется не только оценка биоразнообразия и устойчивости природных биоценозов, но и привлечение внимания муниципальных органов власти к данной проблеме, что особенно актуально в перспективе дальнейшего ухудшения экологической обстановки.

При решении задач биоиндикации и связанных с ними задач экологического прогнозирования необходимо уделять внимание трем основным аспектам: выделению системообразующих факторов и целям прогнозирования; разработке соответствующих методов и моделей; проблеме оценки достоверности получаемых результатов.

Биоиндикация — оценка качества среды обитания и ее 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. 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, так и морфологические изменения [4].

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

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.

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. 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. 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.

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.

Микроорганизмы — наиболее быстро реагирующие на изменение окружающей среды биоиндикаторы. Их развитие и активность находятся в прямой связи с составом органических и неорганических веществ в среде, так как микроорганизмы способны разрушать соединения естественного и антропогенного происхождений. На этом основаны принципы биоиндикации с использованием микроорганизмов. Необходимо иметь сведения о составе, количестве и функциональной активности последних [4].

Выявление микроорганизмов и их учет можно произвести путем высева проб в жидкие и агаризованные питательные среды.

На современном этапе развития науки, техники и сельского хозяйства невозможно представить себе отрасль, где микробиологические процессы не имели бы значения. На свойствах и жизнедеятельности микроорганизмов основаны технологические процессы в различных отраслях промышленности и сельскохозяйственного производства. Микроорганизмы активно участвуют в круговороте веществ в природе.

Возникает необходимость глубокого анализа характера микробиологических процессов, идущих в почвах; знания основных функций, присущих микроорганизмам; умение ориентироваться и оценивать возможные последствия воздействия тех или иных агротехнических приемов в целом на характер микрофлоры и деятельность микроорганизмов. В дальнейшем это позволит выбрать наиболее перспективные из них, успешно управлять процессами повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

Без понимания сущности микробиологических процессов почвы, умения анализировать роль микроорганизмов, ответственных за их течение, немыслима успешная деятельность будущих агрономов, а также совершенствование современных технологий выращивания сельскохозяйственных культур.

Показатели, характеризующие состояние почвенной биоты и биологическую активность почв, используются для контроля за изменениями в почвах, которые происходят при включении в них разного рода посторонних веществ, чаще всего антропогенного происхождения.

Таким образом, можно сделать вывод, что микроорганизмы в качестве биоиндикатора состояния почвенного покрова являются достаточно информативными. Применение данной группы биоиндикаторов дает возможность получить первое представление о состоянии окружающей среды.

Рецензенты:

Черчесова С.К., д.б.н., профессор, Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова, г. Владикавказ;

Бекузарова С.А., д.с.-х.н., профессор, Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова, г. Владикавказ.

Растения и животные – индикаторы загрязнения окружающей среды (стр. 4 из 4)

Лишайники являются симбиотическими организмами. Многими исследователями показана их пригодность для целей биоиндикации. Они обладают весьма специфическими свойствами, так как реагируют на изменение состава атмосферы, обладают отличной от других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов, начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев, удобны для экспозиции в загрязненных районах.

Выделяют четыре основные экологические группы лишайников: эпифитные — растущие на коре деревьев и кустарников; зпиксильные — растущие на обнаженной древесине; эпигейные — на почве; эпилитные — на камнях. Из них наиболее чувствительны к загрязнению воздуха эпифитные виды. С помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при невысоких уровнях загрязнения атмосферы эти ми веществами. Процедура определения качества воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации.

Оценку чистоты воздуха можно проводить с помощью высших растений. Например, голосеменные — отличные индикаторы чистоты атмосферы. Возможно также изучение мутаций в волосках тычиночных нитей традесканции. Французские ученые подмети ли, что при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, окраска ее тычиночных нитей меняется от синей к розовой. По следствия нарушений в индивидуальном развитии растений могут быть выявлены также по частоте встречаемости морфологических отклонений (фенодевиантов), величине показателей флуктуирующей асимметрии (отклонение от совершенной билатеральной и радиальной симметрии), методом анализа сложноорганизованных комплексных структур (фрактал-анализ). Уровни любых отклонений от нормы оказываются минимальными лишь при оптимальных условиях и возрастают при любых стрессирующих воз действиях.

Читайте так же:  Пример протокола об административном правонарушении гибдд

окружающий среда загрязнение биоиндикатор

2.5.2 Оценка качества воды

Для биологической индикации качества вод могут быть использованы практически все группы организмов, населяющие водоемы: планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие, водоросли, макрофиты, бактерии и рыбы. Каждая из них, выступая в роли биологического индикатора, имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации, так как все эти группы играют ведущую роль в общем круговороте веществ в водоеме. Организмы, которые обычно используют в качестве биоиндикаторов, ответственны за самоочищение водоема, участвуют в создании первичной продукции, осуществляют трансформацию веществ и энергии в водных экосистемах. Всякое заключение по результатам биологического исследования строится на основании совокупности всех полученных данных, а не на основании единичных находок индикаторных организмов. Как при выполнении исследования, так и при оценке полученных результатов необходимо иметь в виду возможность случайных, местных загрязнений в точке наблюдения. Например, разлагающиеся растительные остатки, труп лягушки или рыбы могут вызывать местные изменения в характере населения водоема.

2.5.3 Диагностика почв

Особенно ценны и удобны для индикационных работ сообщества крупных беспозвоночных (дождевые черви, многоножки, личинки насекомых). Так, стафилиниды рода Blediusи чернотелки рода Belopusпоказательны для солончаково-солонцовых почв, многоножки-кивсяки, некоторые мокрецы и легочные моллюски служат индикаторами содержания в почве извести. Дождевые черви Octolasiumlacteumи некоторые виды проволочников являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах.

Интерес представляет почвенно-альгологическая диагностика, в основе которой лежит положение о том, что зональности почв и растительности соответствует зональность водорослевых группировок. Она проявляется в общем видовом составе и комплексе доминантных видов водорослей, наличии специфических видов, характере распространения по почвенному профилю, преобладании определенных жизненных форм.

3. Биотестирование окружающей среды

Видео (кликните для воспроизведения).

3.1 Задачи и приёмы биотестирования качества среды

В выявлении антропогенного загрязнения среды наряду с химико-аналитическими методами находят применение приёмы, основанные на оценке состояния отдельных особей, подвергающихся воздействию загрязнённой среды, а также их органов, тканей и клеток. Их применение вызвано технической усложнённостью и ограниченностью информации, которую могут предоставить химические методы. Кроме того, гидрохимические и химико-аналитические методы могут оказаться неэффективными из-за недостаточно высокой их чувствительности. Живые организмы способны воспринимать более высокие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами.

Биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или накапливающегося загрязнения по индикаторным видам живых организмов и экологическим характеристикам сообществ организмов. Пристальное внимание в настоящее время уделяется приёмам биотестирования, т.е. использования в контролируемых условиях биологических объектов в качестве средства выявления суммарной токсичности среды. Биотестирование представляет собой методический приём, основанный на оценке действия фактора среды, в том числе и токсичного, на организм, его отдельную функцию или систему органов и тканей. Кроме выбора биотеста существенную роль играет выбор тест-реакции – того параметра организма, который измеряется при тестировании.

3.2 Основные подходы биотестирования

«Подходами» можно условно назвать группы методов, характеризующих сходные процессы, происходящие с тест-объектами под влиянием антропогенных факторов. Основные подходы:

Стрессовое воздействие среды можно оценивать по эффективности биохимических реакций, уровню ферментативной активности и накоплению определённых продуктов обмена. Изменение содержания в организме определённых биохимических соединений, показателей базовых биохимических процессов и структуры ДНК в результате биохимических реакций могут обеспечить необходимую информацию о реакции организма в ответ на стрессовое воздействие.

Наличие и степень проявления генетических изменений характеризует мутагенную активность среды, а возможность сохранения генетических изменений в популяциях отражает эффективность функционирования иммунной системы организмов.

В норме большинство генетических нарушений распознаются и элиминируются клеткой, например путем апоптоза за счет внутриклеточных систем или посредством иммунной системы. Достоверное превышение спонтанного уровня таких нарушений является индикатором стресса. Генетические изменения могут выявляться на генном, хромосомном и геномном уровнях. Принято выделять следующие типы мутаций. Генные, или точковые, — их делят на две группы: замены оснований в ДНК и вставки или выпадения нуклеотидов, приводящие к сдвигу рамки считывания генетического кода. Генные мутации делят также на прямые и об ратные (реверсии). Мутации типа сдвига рамки считывания значительно менее склонны к спонтанным реверсиям, чем мутации типа замен оснований. Хромосомные перестройки (аберрации) заключаются в различных нарушениях структуры хромосом. Геномные мутации — изменение количества хромосом в ядре.

Для диагностики воздействия загрязнений на морфологические характеристики применяются методы оценки флуктуирующей асимметрии.

В качестве тест-функций применяются физиологические параметры пресноводных беспозвоночных гидробионтов разных уровней филогенеза.

Иммунологический подход при оценке состояния окружающей среды заключается в изучении изменений врождённого и приобретённого иммунитета у беспозвоночных и позвоночных животных.

1.Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие для студ. высш. учеб. Заведений/ О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева и др; под ред. О.П. елеховой и Е.И. Сарапульцевой. – 2-е издание, испр. – М.:Издательский центр «Академия», 2008

2.Биологические методы оценки природной среды/Под редакцией Н.Н. Смирнова – М.: издательство «Наука»,1978 г.

3.Биологическая роль микроэлементов. – М.: Наука, 1983, 238с.

Экология СПРАВОЧНИК

Примеры растений-индикаторов загрязнения окружающей среды

Фитоиндикация — оценка состояния атмосферы, почвы с использованием растений, относится к основным инструментам анализа. Состав воздуха, оказывает влияние на жизнедеятельность и развитие каждого организма. Увеличение концентрации токсичных соединений в атмосфере пагубно влияет на автотрофные организмы.

Как растения, которые являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха реагируют на изменения:

  1. Увеличение концентрации бария в воздухе будет отражаться на лиственных деревьях, таких как осина или береза. Листья приобретут слишком яркий цвет.
  2. Кресс-салат реагирует на выбросы промышленных газов, нарушается фотосинтез, растение быстрее гибнет.
  3. Некоторые комнатные растения являются показателями загрязнения атмосферы. Домашний бальзамин реагирует на выброс тяжелых металлов в атмосферу и гибнет.
  4. Листья Гардении станут желтоватыми при резком повышении концентрации угарного газа. Организм реагирует в течение нескольких часов и спасает владельцев от удушья.
  5. При смоге гибнут томаты, бегонии и бобовые.
  6. Фрезия и Гладиолус гибнут при попадании фтора в воздух. Листья начинают отмирать, затем гибнет все растение.
  7. Выброс аммиака губителен для подсолнухов.
  8. Картофель и кукуруза чувствительны к появлению озона в атмосфере. Листья растений становятся серыми и покрываются пятнами.
  9. Листья табака в аналогичных условиях становятся белыми, покрываются пятнами.
Читайте так же:  Надзор жалоба административному делу

Индикаторами загрязнения почвы среди растений также являются:

  • Иван-чай теряет пигментацию лепестков при наличии Урана в почве.
  • Повышенная насыщенность солью отражается на березах. Листья покрываются желтыми пятнами, по краям начинает отмирать.

Основным показателем, характеризующим загрязнение воздуха помещений, является концентрация углекислого газа. При содержании вещества выше 3% относительно количества воздуха в помещении, газ оказывает токсическое действие. Выработке кислорода помогают автотрофные организмы.

Индикация загрязнения среды

ИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ -выявление загрязнителей в природной среде или в отдельных ее компонентах (почвах, водах, атмосфере) и установление их качественного или количественного состава.[ . ]

Среди мероприятий по снижению и предупреждению инфекционной заболеваемости ранняя и быстрая индикация бактериального и вирусного, загрязнения воды имеет особое значение. Своевременное обнаружение бактериального загрязнения воды является необходимым условием для правильной организации противоэпидемических и общеоздоровительных мероприятий. Достоверность и показательность результатов исследования в значительной степени определяются чувствительностью и совершенством методики, а также простотой, доступностью и быстротой выполнения анализа.[ . ]

ИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ — качественное обнаружение и количественное определение физико-химических веществ в объектах окружающей природной среды. Помимо биоиндикаторов существуют ландшафтные индикаторы (рельеф, поверхностные воды, снег и лед, торф и др.), позволяющие определять степень загрязнения внешней среды различными антропогенными токсикантами. Основное требование, предъявляемое к природным индикаторам, — способность отражать (фиксировать) воздействие и сохранять его в “памяти” с минимальной трансформацией до времени опробования.[ . ]

Биологическая индикация положена в основу биотестирования — биологического метода оценки характера и степени загрязнения морской среды.[ . ]

Проблема окружающей среды определена XXV съездом КПСС как одна из актуальных проблем нашего времени, так как от ее решения зависит здоровье не только живущего населения, но и будущих поколений. Гигиенические аспекты этой проблемы направлены на создание оптимальных условий жизни населения, на изыскание средств предупреждения болезней, в том числе кишечных инфекционных заболеваний, передаваемых водным путем. В этой связи ранняя и быстрая индикация бактериального загрязнения воды приобретает особое значение.[ . ]

Наряду с приборными методами оценки загрязнения природной среды, используются методы так называемой биологической индикации и биотестирования, основанные на учете живых организмов (тест-объектов), особенно чувствительных к конкретным химическим примесям. Наибольшее распространение получил в настоящее время метод лихеноиндикации (от лат. лихен-. лишайник), основанный на учете количества Лишайников в городских насаждениях, районах крупных предприятий. Установлена четкая связь между встречаемостью лишайников на стволах деревьев и полями загрязнения воздуха в городах.[ . ]

Известны различные биологические методы индикации загрязнения почвенного покрова и диагностики происходящих в нем при этом изменений, среди которых метод, основанный на определении ферментативной активности почвы, считается наиболее перспективным. Активность ферментов является сравнительно более устойчивым и чувствительным показателем биогенности почв, чем, например, интенсивность микробиологических процессов, продуцирование С02 из почвы (ее дыхание), количество и состав микрофлоры и зоофауны (Григорян, Галстян, 1979; Колесников и др., 2000). Однако для более эффективного использования этого биохимического показателя при индикации загрязненности почв тяжелыми металлами и диагностике функционального состояния микроорганизмов в этих условиях, а также корректной интерпретации результатов определения активности энзимов важно теоретически обосновать положение о том, что ферментативная активность является отражением загрязнения почвы металлами.[ . ]

Индикация отдаленных генетических последствий радиоактивного загрязнения среды с помощью грызунов.[ . ]

Дончева А.В., Казаков Л.К., Калуцков В.Н. Ландшафтная индикация загрязнения природной среды.[ . ]

Чувствительность организмов к изменениям условий среды и особенно к наличию конкретных химических примесей положена в основу биологической индикации и биотестирования, которые используют наряду с методами оценки загрязнения природной среды с помощью приборов. Редкие, как правило, стенобионтные (требующие строго определенных условий существования) виды часто являются лучшими индикаторами (показателями) состояния среды. Их исчезновение служит доказательством неблагоприятных воздействий на среду обитания в конкретных местах.[ . ]

Анализ крупных и мелких морфологических аберраций скелета часто используется при исследовании влияния различных факторов среды на индивидуальное развитие организмов в популяциях, включая радиоактивное загрязнение территории (Grtineberg, 1964; Ильенко, 1974; Яблоков, 1987; Parsons, 1992; Васильев и др., 1996). Фены -устойчивые состояния пороговых неметрических признаков черепа (Васильев, 1996) — в широком смысле слова могут рассматриваться как морфогенетические аберрации. Поэтому при индикации экологического состояния популяций могут быть применены методы, основанные на встречаемости различных нарушений морфогенеза и частот фенов, а также оценке стабильности индивидуального развития по проявлениям флуктуирующей асимметрии билатеральных структур (Захаров, Кларк, 1993). Поскольку частота проявления фенов неметрических признаков скелета обусловлена эпигенетическими пороговыми ограничениями (Berry, Searle, 1963), по их соотношению можно судить о своеобразии организации эпигенетической системы разных популяций (Васильев, 1996).[ . ]

Биологическое накопление свойственно и зеленым растениям, которые аккумулируя определенные химические элементы, изменяют окраску хвои, листьев, цветков и плодов. Это иногда служит индикаторным признаком при поисках полезных ископаемых. Например, береза и осина в Восточной Сибири накапливает в своей древесине значительные содержания бария и стронция, что приводит к появлению необычной окраски — неестественно зеленого цвета. В ареале рассеяния урановых месторождений лепестки иван-чая вместо розовых становятся белыми, у голубики темно-синие плоды приобретают белый цвет и т. д. Некоторые растения обладают выраженной способностью поглощать и накапливать свинец (выхлопные газы автомобилей) в своих листьях: каштан конский, тополь пирамидальный, липа крупнолистная, береза пушистая и др. Зеленые растения способны также накапливать из воздуха и радиоактивные вещества: листья и хвоя деревьев могут извлекать до 50% радиоактивного йода. Эти свойства живых организмов можно использовать для индикации и контроля загрязнения окружающей среды различными токсикантами.[ . ]

Какие бывают природные индикаторы загрязнения?

Природные индикаторы загрязнения окружающей среды.

Живые организмы зачастую позволяют быстро оценить качество окружающей среды, в ряде случаев с их помощью можно обнаружить микроконцентрации вредных веществ. Такие методы называют биоиндикацией и биотестированием, а организмы — биоиндикаторами и тест-объектами. Различие между этими методами заключается в условии проведения исследования. Биоиндикаторы — это организмы в естественных условиях обитания, по поведению которых, или их биохимическому составу, судят о процессах, происходящих в окружающей среде. Тест-объекты — это лабораторные организмы, которые помещаются в определенные условия для их оценки.

Что является индикаторами загрязнения атмосферного воздуха

21 век стал эпохой огромного влияния человека на окружающую среду. Чтобы контролировать свое влияние на планету, человек начал использовать растения и животных для оценки состояния окружающей среды, биондикации. Близкие по строению животные показывают, что произойдет с человечеством, если не снизить уровень вредоносных выбросов. Растительность же покажет будущее планеты, если человек не позаботится о ней.

Читайте так же:  Административное наказание может быть рассрочена судьей

Оценка загрязнения почвы с помощью растений

Растения служат индикаторами увеличения концентрации металлов и токсинов в почве. Выделяют следующие характеристики грунта, который подвергается биоиндикации: влажность, концентрация питательных веществ, концентрация токсичных веществ, кислотность.

Оценка качества окружающей среды с помощью растений

Некоторые виды автотрофов особо подвержены влиянию загрязнений воздуха. В 21 веке используется концепция экологического анализа среды. Организмы могут отражать:

  • Проявления отдельных токсичных веществ.
  • Качественное изменения среды.

После обнаружения наличие загрязнителей в среде, ученые проводят измерения концентрации токсинов. Состояние окружающих условий на видовом и популяционном уровнях выражается через продуктивность организмов. Промышленные районы могут стать «лишайниковой пустыней», так как представители этих видов острее всего реагируют на выбросы фтора и сернистого газа.

Транспорт и предприятия являются источниками токсичных веществ. Последствия выбросов обусловлены соединениями газов, которые попадают в организм и образуют вредные соединения. Растения становятся индикаторами загрязнения воздуха из-за своей зависимости от качества среды. Влияние поллютантов (токсинов) определяется:

  1. Концентрацией токсичных веществ в воздухе.
  2. Длительностью воздействия веществ на организм.
  3. Относительного влияния токсина на конкретный вид.

Выделяется 3 основных индикатора загрязнения атмосферного воздуха у хвойного растения:

  1. Нарушение работы хлоропластов.
  2. Повреждение других органелл клетки.
  3. Полное разрушение органелл или переход их в бесструктурное состояние.

Биология разделяет 2 вида реакции растительных на токсичные выбросы в воздух:

  • Газоустойчивость. Организм способен поддерживать процессы жизнедеятельности независимо от уровня заражения воздуха.
  • Газочувствительность. Развитие прошло под воздействием токсичных веществ, которые изменили работу основных процессов внутри организма.

Обе реакции протекают незаметно, но нарушают и ухудшают качество и состояние растения.

Информация

Видео (кликните для воспроизведения).

Добавить в ЗАКЛАДКИ

Поделиться:

Растения как индикаторы загрязнения

В качестве индикатора загрязнения окружающей среды используются бактерии, растения, животные и прочие вещества. Растения выступают основным индикатором загрязнения. С их помощью можно определить уровень примесей:

  • в воздухе;
  • в воде;
  • в почве.

Важным свойством биоиндикаторов является чувствительность к токсичным выбросам. Растения, как индикаторы загрязнения окружающей среды делятся на аккумулятивные — это те многоклеточные, которые накапливают вредные вещества, и чувствительные — организмы, которые дают быструю реакцию на изменения среды.

Используются как индикатор загрязнения по следующим причинам:

  • Растительные не могут перемещаться, они связаны со своим местом обитания, это облегчает сбор данных.
  • Благодаря развитым корневым системам, возможен анализ литосферы.
  • Из-за способа получения энергии, растительные организмы показывают более высокую чувствительность к загрязнению атмосферы токсинами, парами тяжелых металлов относительно животных.

Опыты с растениями, выбранными в качестве индикаторов загрязнения воздуха, показывают высокую уязвимость фотосинтеза к вредным соединениям. Небольшая концентрация токсичного вещества нарушает только процесс фотосинтеза.

При увеличении концентрации токсичных веществ, происходит:

  • Нарушение окраски листьев и органоидов.
  • Изменения работы ферментов.
  • Падение выработки антиоксидантов.
  • Снижение стабильности развития составных частей организма.
  • Снижение продуктивности и жизнеспособности.

Работа индикаторов загрязнения окружающей среды на основных ступенях организации заключается в оценке показателей загрязнения атмосферы. Проводится на уровнях:

  • Молекулярный.
  • Клеточный.
  • Тканевый.
  • Организменный.
  • Популяционный.

Низшие ступени биоиндикации позволяют рассмотреть прямое влияние среды и специфические изменения отдельных образцов. Высшие дают возможность увидеть косвенные и нехарактерные изменения. Комплексное рассмотрение всех уровней материи оценивает антропогенное воздействие на планету.

Клеточный уровень

Биондификация проводится через рассмотрение физиологического влияния внешней среды. Клетки являются ярко выраженными показателями загрязнения атмосферного воздуха. Растительные клетки отражают ранние нарушения во внешней среде:

  • Разрушение мембран клеток.
  • Нарушение баланса основных веществ — белков, ферментов, аминокислот.
  • Накопление токсина внутри клетки.

Многие растения являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха, какие-то дают возможность определить степень по нескольким критериям, а некоторые сразу гибнут, не справляясь с изменениями.

Хвойники

Хвойные деревья используются как объект изучения чаще остальных, Они являются основными индикаторами загрязнения окружающего воздуха. При анализе рассматривается множество параметров:

  • Цвет хвои.
  • Опадаемость.
  • Концентрация фенолов.
  • Наличие воска у иголок.
  • Темп фотосинтеза и проч.

Благодаря круглогодичным процессам хвойных, можно прослеживать уровень загрязнения атмосферного воздуха в динамике. Показателями загрязнения воздуха и почвы фтором станут: побеление иголок у основания и потемнение иголок, связанные с отмиранием.

Лишайники

Исследования демонстрируют пригодность симбиотов для биоиндикации. Лишайники, которые относятся к симбиотическим организмам, используются в роли индикаторов загрязнения воздуха:

  1. Автотрофы реагируют на загрязнение атмосферы, на изменения ее состава.
  2. Отличаются биохимически от других видов и царств.
  3. Произрастают в различных климатических условиях.

Живущие на загрязненных территориях, они демонстрируют достоверные сведения о степени токсичности воздуха. Существует группа элементов, к которым особо чувствительны — оксид азота, фтороводород, оксид серы, тяжелые металлы и хлороводород. Часто гибнут даже при невысоком содержании данных веществ в атмосфере.

Животные — индикаторы

Индикаторами загрязнения окружающей среды выступают как растения, так и животные. Животные в роли индикатора загрязнения окружающей среды становятся объектом изучения, так как максимально близки к человеку физиологически. Их поведение при ухудшении экологии позволит предсказать реакцию не только растительности, но и человека.

Позвоночные используются как показатель из-за следующих причин:

  1. Относятся к консументам, занимают место в каждом уровне экосистем, накапливают токсины, которые получают по пищевой цепи.
  2. Активный обмен веществ способствует быстрой реакции на негативное влияние внешней среды.
  3. Ткани неоднородны по строению и характеристикам. Отличаются по способности аккумулировать токсичные вещества. Возможен глубокий анализ тканей и их функционирования.
  4. Животные с высокой рождаемостью и недлительным периодом развития используются для экспериментов, требующих анализ влияния условий на потомство.
  5. Животные дольше адаптируются к антропогенному воздействию. Это позволяет изучать реакцию на внешние факторы.

Преимущество животных как биоиндикаторов — схожесть с человеком по физиологическим качествам.

  • Эксперименты требуют большего времени, чем опыты с растениями.
  • Работа с животными требует больших затрат.

Опыты с животными предоставляют возможность оценки состояния многоклеточных и внешней среды на каждой ступени биоценоза. На уровне организма анализируются: поведенческие, физиологические, биохимические и морфологические показатели. Морфологический анализ дает оценку строения животного, внешние и внутренние изменения вследствие конкретных факторов. Биохимические и физиологические показатели реагируют на внешние изменения. Токсичные вещества попадают в кровь животного, меняют работу систем жизнедеятельности. Характерными изменениями являются:

  • Изменения ритма дыхания.
  • Нарушение сокращений сердца.
  • Изменение репродуктивных процессов.

Основными критериями выбора животных для биоиндикации являются:

  • Обширный ареал.
  • Высокая численность вида.
  • Животные ведут оседлый образ жизни, не совершают миграций.

В условиях повышения загрязненности внешней среды биоиндикация становится одним из ключевых способов изучения воздействия человека на планету. Дает возможность найти баланс между человеком и природой.

Источники

Индикация загрязнения окружающей среды
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here