Биоиндикация с использованием в качестве биоиндикаторов животных

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

 

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

Например, уродства. Под действием ксенобиотиков (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 РbO.

Исследование рыб (плотва, лещ, карась и др.) в р. Москве в пределах города выявило следующие уродства: нарушение формы тела, искривление позвоночника, нарушение пигментации, «оплавление» лучей спинного плавника, редукцию плавников, «мопсовидность» головы, слепоту, редукцию зрачка, бельмо на глазу, выпуклость глаз, ожирение, длиннохвостость и пр. У плотвы доля особей с уродствами (иногда несколькими сразу) колебалась от 10 до 70%;

2. Физиологические изменения.

3. Размножение. Плодовитость обычно падает, например: у тлей и непарного шелкопряда при окуривании их сернистым газом или у птиц при действии тяжелых металлов и ДДТ уменьшается кладка; повышается смертность зародышей и птенцов.

Иногда плодовитость повышается, например:

В лабораторных условиях в качестве тест-организмов могут быть использованы саранчовые. 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. Продолжительность жизни

5. Поведение – это чувствительный индикатор нарушений в среде:

Например, у крабов (Pachygraрsus) после воздействия масляного экстракта (результат утечки горючего) нарушается половое поведение: самцы не реагируют на самок.

Биоиндикация в различных средах

Как и в случае физико-химических методов экоаналитического контроля, при биоиндикации существуют определенные ее особенности в зависимости от исследуемой среды.

Биоиндикация в наземно-воздушной среде с помощью растений

Фитоиндикация – использование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название – индикационная геоботаника.

Индикация свойств почв:

· запас питательных элементов в почве (трофность):

· содержание азота:

· кислотность (рH) почвы:

- крайние ацидофилы (рH 3–4,5): сфагнум, гилокомиум, дикранум, плауны, водяника, марьянник луговой, ожика волосистая, пушица влагалищная, щучка, белоус, вереск;

- умеренные ацидофилы (рH 4,5–6): черника, брусника, багульник, сушеница, кошачья лапка, толокнянка;

- нейтральные (рH 6–7,3): растения дубрав - сныть, клубника зеленая, таволга шестилепестная;

- базофилы (рH>7,8): бузина, вяз, бересклет, крушина, крапива двудомная, хмель, недотрога, гравилаты.

Биоиндикация в водной среде

Основные задачи, которые решаются при оценке качества воды, могут быть объединены в три группы:

· угроза инфекционных заболеваний;

· токсичность;

· эвтрофикация.

Угроза инфекционных заболеваний

Решение первой задачи достигается при мониторинге загрязнения водоемов сточными водами. Именно канализационные стоки могут содержать патогенные микроорганизмы – основной источник инфекций, передаваемых через воду. Поскольку патогенных микроорганизмов много, каждый выявлять трудоемко и нецелесообразно, разработан тест на кишечную палочку (Escherichia coli). Эта бактерия обитает в огромных количествах в толстой кишке человека и отсутствует во внешней среде. E.coli не патогенна и даже необходима человеку, но ее присутствие во внешней среде – индикатор неочищенных канализационных стоков, в которых могут быть и патогенные микробы.

Для анализа берут пробы воды объемом 100 мл и подсчитывают содержание в них E.coli. Результаты оценивают по табл.

Таблица

Категорирование загрязнения воды по содержанию кишечной палочки

Содержание E.coli в 100 мл воды	Категория загрязнения воды
	Безопасна для питья
100–200	Безопасна для плавания
>200	Опасна для плавания

Оценка токсичности

Подавляющее большинство тестов токсичности воды в биоиндикации использует какой-либо один вид организмов: рачки дафния (Daрhnia magna) и артемия (Artemia salina), инфузория-туфелька, красные (Chamрia рarvula) и бурые водоросли (Laminaria saccharina), валлиснерия (Vallisneria americana), ряска.

· У тест-организмов оценивают выживание, дыхательную активность и другие показатели. Например, с помощью ряски можно обнаружить присутствие ионов тяжелых металлов.

Эвтрофикация

По содержанию в воде биогенов различают следующие трофические типы водоемов: олиготрофный (бедный биогенами), эвтрофный (богатый биогенами) и промежуточный мезотрофный. В олиготрофных водоемах недостаток биогенов не допускает развития фитопланктона (одноклеточных водорослей в толще воды), но хорошо развивается бентосная растительность. Такие экосистемы включают много видов, они разнообразны и устойчивы. В эвтрофных водоемах обилие биогенов сопровождается массовым развитием фитопланктона, помутнением воды, обеднением бентосной растительности из-за недостатка света, дефицитом кислорода на глубине, что ограничивает биоразнообразие. Экосистема утрачивает многие виды, упрощается, становится неустойчивой.

Определить трофность водоемов можно с помощью биоиндикаторов. В эвтрофных водоемах обильны и разнообразны черви-коловратки и ветвистоусые рачки-дафнии, в олиготрофных – веслоногие рачки-циклопы.

Разработаны и количественные способы оценки водоемов:

· массовое развитие олигохет – индикатор спуска бытовых отходов. Пред­ложено уровень загрязнения оценивать по плотности этих червей: слабое загрязнение – 100–999 экз/м², среднее – 1000–5000; сильное >5000 экз/м²;

Биоиндикация в почве

Развитие методов биоиндикации применительно к почве связано с работами основателя отечественной почвенной зоологии М.С. Гилярова и его школы.

Биоиндикация применяется в случаях:

· установления таксона почвы и ее происхождения;

· выяснения отдельных свойств почвы и почвенных процессов;

· оценки антропогенного вмешательства (рекреация, загрязнение, эвтрофикация почв).

- выяснения отдельных свойств почвы

· Механический состав Например, мокрицы – показатели тяжелых почв (в песчаных почвах их норки обрушиваются).

· Виды гумуса

· Кислотность (рH)

Кислотность – один из ведущих факторов, определяющих видовой состав и численность сообществ почвенных беспозвоночных. Численность дождевых червей, например, обычно прямо пропорциональна рH от 3 до 8.

· Содержание кальция

· Гидротермический режим

6. Принципы экономических расчетов
в биоиндикации

Чтобы рассчитать затраты на проведение биоиндикации, нужно определиться с необходимым уровнем предполагаемого исследования. Так, в случае возможного загрязнения среды помогут следующие вопросы:

Уровень 1 – Есть ли нарушение среды?

Уровень 2 – Какая группа загрязнителей его вызывает?

Уровень 3 – Какой конкретно специфический загрязнитель его вызывает?

Чем выше уровень, тем больше затраты на проведение исследования. Стоимость исследований также зависит от двух качеств биоиндикатора:

· аккуратности (близость оценок к реальным данным);

· точности (разброс данных).

Соответственно, применение точных и аккуратных биоиндикаторов требует больших затрат на исследования.

7. Контрольные вопросы

1. Какие преимущества и недостатки имеет биоиндикация по сравнению с физико-химическими методами оценки состояния окружающей среды?

2. Каким требованиям должен удовлетворять биоиндикатор?

3. Какие тест-организмы Вы знаете?

4. Дайте определения: что такое активный и пассивный мониторинг? специфическая и неспецифическая биоиндикация? прямая и косвенная биоиндикация? Приведите примеры.

5. Каковы особенности биоиндикации на разных уровнях организации жизни?

6. Какие тест-растения используют при оценке содержания озона, загрязнения воздуха и засоления почвы?

7. Перечислите методы биоиндикации загрязнения воздушной среды.

8. Какие существуют методы биоиндикации загрязнения водной среды?

9. Что Вы знаете о методах биоиндикации состояния и загрязнения почвы?

10. Практическое использование метода биоиндикации

 

Задание

Заполнить таблицу по примеру

 

№ п/п	Биоиндикатор	Действие на биоиндикатор	Фактор
1.	Табак	Появление на листьях серебристых пятен	Повышенная концентрация озона в воздухе

 

литература

1. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.

2. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.

3. Ecologicalindicators.V. 1–2, 1992.

4. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем /Под ред. Р. Шуберт. М.: Мир, 1988.

5. Влияние антропогенных факторов на популяции наземных насекомых // Итоги науки и техники. Сер. Энтомология. Т. 13. М.: ВИНИТИ, 1990.

6. Богач Я., Седлачек Ф., Швецова З., Криволуцкий Д. Животные – биоиндикаторы индустриальных загрязнений // Журн. Общей биологии, 1988, № 5.

 

Практическая работа 3