Поняття про моніторинг навколишнього природного середовища та його основні завдання

Лекція 5.

Біологічний моніторинг

План

1. Поняття біомоніторингу.
2. Характеристика біоіндикаторів при біомоніторингу.

3.  Фітоіндикація  як наукова екологічна проблема.

4. Криптоіндифікаційна оцінка середовища

 

1. Поняття біомоніторингу.

Особливу роль у системі екологічного моніторингу відіграє біологічний моніторинг, тобто моніторинг біологічної складової екосистеми (біоти).

Біологічний моніторинг – це контроль стану навколишньої природного середовища  за  допомогою  живих  організмів.  Головний  метод  біологічного моніторингу – біоіндексація, зміст якої полягає в реєстрації будь-яких  змін в біоті, викликаних антропогенними  факторами.  У  біологічному  моніторингу можуть бути використані не тільки біологічні, але і  будь-які  інші  методи, наприклад, хімічний аналіз змісту забруднюючих речовин в живих організмах.

Для оцінки стану природних  систем біомоніторинг більш інформативний, ніж реєстрація фізичних та хімічних параметрів стану навколишнього  середовища. Це визначається здатністю  живих організмів концентрувати велику кількість сторонніх речовин у своєму тілі. Біомоніторинг засвідчує, що йде процес акумулювання даного ксенобіотика в живих організмах та вказує на необхідні заходи щодо очистки середовища від нього.

Особлива важливість цього виду моніторингу пов'язана з виробництвом екологічно чистої продукції харчування. На сьогоднiшнiй день необхідно налагодити виробництво екологічно чистої продукції рослинництва і тваринництва в районах, де є чисті грунти і можна її одержувати без засобів активної хімізації і застосування біологічного землеробства. Цьому буде сприяти створення екологічного паспорта господарства, який свідчитиме, що господарство має або не має права виробляти екологічно чисту продукцію рослинництва і тваринництва на рівні світових стандартів.

Головним методом біологічного моніторингу є біоіндикація, яка полягає в реєстрації будь-яких змін в біоті, які визвані антропогенними факторами.

Характеристика біоіндикаторів при моніторингу

Біоіндикатор — це живий організм чи біоценоз, який на забрудненість шкідливими речовинами реагує змінами (індикатори дії, індикатори реакції) або накопичує шкідливі речовини (індикатори накопичення).

Індикатори  накопичення здебільшого накопичують шкідливі речовини отже, їх можна проаналізувати.

Індикатори  дії відповідають специфічною реакцією на вплив шкідливих речовин. Рослини часто бувають зручними індикаторами, оскільки вони пов'язані з біотопом і часто ростуть у великій к-сті. Тварини завдяки їх рухомості та поїданню їжі надають точнішу інформацію про певні території в екосистемі.

На відміну від фіз–хім. методів вимірювання, які дають  точні дані про концентрації окремих  шкідливих речовин (нагляд за викидами та шкідливим впливом), біоіндикатори вказують на фактичну дію (загальне навантаження, пошкодження), а також накопичення шкідливих речовин.

Біоіндикатори повинні:

бути генетично ідентичними;

бути достатньо чутливими, реагувати на шкідливі речовини максимально  специфічно та кількісно.

Організми-показники. Є індикаторами для певних умов біотопу в екосистемі (показник рН, вміст важких металів у грунті). За їх зникненням або розмноженням можна дійти висновку щодо зміни навколишнього середовища. Квантифікація величин впливу зазвичай неможлива.

Тест-організми. Застосовуються в лабораторних дослідах, вони специфічно реагують на малі к-сті шкідливих речовин зміною обміну речовин (напр., активність ензимів). Методи стандартизовані й служать для раннього розпізнавання прямої загрози людині (напр., добування питної води, шкідливий вплив важких металів).

Оргінізми-монітори (біомонітори) мають допомогти якісно та кількісно розпізнати шкідливі організми та їх поширення. Вони часто застосовуються для контролю шкідливих впливів.

 

2. Фітоіндикація як наукова екологічна проблема

Фітоіндикаційні дослідження мають  історію, яка своїми коренями сягає в глибину століть, коли пошук та вирощування якої-небудь рослини людина пов’язувала з певними екологічними умовами. Письмові згадки про оцінку земельних угідь за допомогою рослин є у стародавніх учених Китаю, Індії, Греції, Риму. В Росії одним з перших хто писав про зв’язок між рослинами та якістю сільськогосподарських угідь був О.М.Радіщев в праці “Опис моїх угідь”.

При фітоіндикації зміни біологічної  системи завжди залежать як від антропогенних  так і від природних факторів середовища. Ця система реагує на дію середовища в цілому у відповідності зі своєю схильністю, тобто такими внутрішніми факторами, як умови харчування, вік, генетично контрольована стійкість та вже присутні порушення. Якщо індикатор реагує значним відхиленням життєвих проявів від норми, то він є чутливим фітоіндикатором. Акумулятивні фітоіндикатори, навпаки, накопичують антропогенні впливи більшою частиною без швидкого виявлення порушень. Функції індикатора виконує той вид, який має вузьку амплітуду екологічної толерантності по відношенню до якого-небудь фактора. В більшості випадків це рослини - організми, які не здатні до активного переміщення.

Індикація екологічних умов проводиться  на основі оцінки зміни як видового розмаїття організмів тієї чи іншої  місцевості, так і їх хімічного складу, який відображує їх здатність накопичувати елементи та сполуки, які надходять з оточуючого середовища.

3. Ліхеноіндикація

 

Одним із видів біоіндикаційного визначення стану довкілля є ліхеноіндикація – оцінка забрудненості якості біосфери за допомогою лишайників.

Лишайники – симбіотичні організми, що утворюють толом (вегетативне тіло водоростей, грибів, лишайників тощо, яке не диференційоване на органи (стебло, лист, корінь) і не має справжніх тканин) та складаються з гриба і одноклітинних водоростей.

Один з ведучих ліхенологів, X. Трас, розділив методи ліхеноіндикації (тобто індикації за допомогою  лишайників) на три групи.

На перше місце він поставив методи, що дозволяють вивчати зміни, що відбуваються в будівлі і життєвих функціях лишайників під впливом забруднення. При використанні методів першої групи можна вибрати показовий вид лишайника, що досить легко відзивається на погіршення якості навколишнього середовища.

Методи другої групи  базуються на описі видів лишайників, що живуть у районах з різним ступенем забруднення атмосфери.

Третя група включає  методи вивчення цілих лишайникових співтовариств у забруднених  районах і складання спеціальних  карт. 

Щоб визначити, наскільки  швидко зміниться лишайник під впливом  забруднення, користуються методом трансплантації, тобто пересадження рослини в забруднені райони. Вже в перші місяці перебування на новому місці лишайники сполотніли, їх апотеції утратили свій ошатний вид, ріст припинився.

Стосовно визначення забруднення повітря види лишайників можна розділити на три категорії: 1) низько чуттєві, зникаючі при перших симптомах забруднення; 2) середньочуттєві, що приходять на зміну загиблим чуттєвим видам, з якими вони не могли конкурувати, поки повітря було чистим; 3) самі витривалі, толерантні до забруднення.

4. Криптоіндифікаційна оцінка середовища

Розглянемо криптоіндикаційні методи з позиції можливості поданні результатів як криптоіндикаційних карт. Картосхема, є практичним виходом індикаційних робіт, і особливо чіткого оформлення, точності, оскільки ця форма результатів передбачена головним чином для неспеціалістів в області ліхенології й екології.

На велику різноманітність  карт і великі можливості їх складання  й оформлення, розрізняють декілька типів карт і картосхем, і мають в основі однакові вихідні дані й однакову інформацію.

Перший тип карт відбиває відсутність або присутність  видів на території, яка вивчається, причому відсутність виду несе таку інформацію як і його присутність (негативна  і позитивна інформація). Детальність карти залежить від масштабу основи. Такі карти поділяються на точкові, які відбивають конкретні місцезнаходження, і контурні, які дають інформацію про наявність певного виду на прийнятій одиниці площі.

Ці два типи карт відбиває якісні флористичні дослідження, пов'язані з описом поширення окремих видів під впливом промислових викидів і в умовах міських агломерацій. Об'єктами цієї групи криптоіндикаційних методів (флористично-аутекологічних методів, за Трассом, 1982) є вид, його популяція, певні групи і повні списки видів певних місцезростань, субстратів, територій.

Другу групу становлять ті карти, які дають і деяку  кількісну інформацію про поширення  виду, тобто для кожного місцезростання подані характеристики виду: покриття, трапляння, життєвість, плодоношення тощо.

Метод визначення проективного вкриття певної площі, наприклад, половини стовбура дерева певним видом, може бути використаний, особливо у районах  із сильним забрудненням повітря, де трапляються лише окремі найбільш токситолерантні  епіфіти Перевагою даного методу є відсутність в ньому суб'єктивних оцінок, проте він потребує доброї спеціальної підготовки, відносно дорогої техніки фотографування.

До третьої групи  належать карти, які відбивають кількість  видів лишайників. Цей показник можна  розрахувати на окремий стовбур дерева або як середнє на прийняту кількість форофітів, або ж як середню кількість виді лишайників на певній площі, що є одиницею картування. Звичайно, на карту наносять кількість епіфітннх видів, які трапляються на 1 км² кожної досліджуваної ділянки. Наприклад, було показано, що кількість видів лишайників зростає зі збільшенням відстані від центра міста. Це явище надалі отримало назву міського ефекту.

У всіх зазначених випадках можливі різновиди карт, які відбивають кореляцію характеру поширення видів з показниками забруднення повітря на даній території.

Складання карт криптограмної  рослинності входить в комплекс екологічних і геоботанічних  досліджень. Подібні роботи можливі  лише при достатній вивченості певного  регіону.

Згідно з ЮЛ. Мартіном (1984), серед карт рослинності можна виділити, принаймні, три категорії.

1. Дрібномасштабні карти. Таких карт опубліковано небагато. Хокворт і Роуз (1970) склали карту, яка відбиває забруднення в Англії та Уельсі на основі епіфітних лишайників. Рао і Леблан (1967) подали карту, яка відбиває порушену рослинність бореальних лісів у Вейво, Онтаріо (Канада). До цієї групи карт також належить карта Баркмана (1958), яка висвітлює генералізовану картину поширення епіфітних пустель навколо міських агломерацій і промислових центрів у Голландії.
2. Середньомасштабні карти. Із карт, які належать до цієї категорії, заслуговує на увагу робота Джільберта (1965), де показана лишайникова пустеля с Тюн Веллі в Англії. Подібну карту підготував і Домроз (1965)для індустріального району Рейн-Вестфалія, яка грунтується на ступені покриття лишайникових угруповань.
3. Крутомасштабні карти. Правильно було б називати їх схемами картосхемами. Ці карти дають загальну картину зон епіфітної рослинності всередині і навколо міст та індустріальних центрі. Таких карт багато, мабуть, більша частина індикаційних карт (для Осло, Стокгольма, Хедьсіню, Цюріха, Дебрецена, Кракова, Монреаля, різних міст у Румунії, Будапешта). Безліч індикаційних карт, виконаних у багатьох країнах, ґрунтується на різних індексах, тобто на синтетичних показниках, які кількісно передають властивості лишайникових угруповань.

На цих картах не відбиваються якісні властивості угруповань, що вивчаються, і інформацію для створення  ієрархії картуючих одиниць служать інтегральні кількісні показники. Мова, йде головним чином, про два найбільш поширені індекси та їх модифікації:

 

 

 

Ключові слова: Біомоніторинг, біоіндикатори, ліхеноіндикація, фітоіндикація, криптоіндифікація.

 

Література:

1. Викторов С.В., Ремезова Г.Л. Индикационная геоботаника. - М.: Изд-во МГУ, 1988. - 167с.
2. Джигирей В.С. Екологія то охорона навколишнього середовища: Навч. посібник: Для студ. вузів. - К.: Знання, 2000. - 203с.
3. Злобін Ю.А., Кочубей Н.В. Загальна екологія. Навчальний посібник. – С.: Університетська книга, 2003. – 414с.
4. Мэнинг У. Дж., Фелер У.А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. - М.: Гидрометеоиздат, 1985. - 143с.