Контрольні запитання
1 Що вивчає дана дисципліна?
2 Які Вам відомі сучасні екологічні дослідження?
3 Що Ви можете сказати про екологічні експерименти?
4 Як людина впливає на довкілля?
5 Як Ви розумієте поняття геоінформаційної системи?
1.1 Методологічні особливості сучасної екології
(лекція)
Мета: ознайомитися з групами методів дослідження стану довкілля, вивчити поняття біоіндикації та відомості про форми біоіндикаторів; типи чутливості біоіндикаторів відповідно до часу розвитку біоіндикаційних процесів, вивчити поняття пасивного та активного моніторингу.
План
Характеристика груп, в які поєднані методи дослідження стану довкілля.
Біоіндикація як наука. Біоіндикатори.
Форми біоіндикаторів.
Типи чутливості біоіндикаторів відповідно до часу розвитку біоіндикаційних процесів.
Пасивний та активний моніторинг.
Біохімічні та фізіологічні реакції.
Методологічною засадою сучасної екології є комплексне використання натурних спостережень, вимірювань, експериментальних лабораторних досліджень, екологічного картування і моделювання. Більшості екологічних досліджень притаманний системний підхід. У сучасних екологічних дослідженнях широко використовуються методи інших наук – хімії, фізики, геології, біології, математики. Ці методи можна об’єднати в кілька груп:
1 Методи реєстрації та оцінки якості довкілля, насамперед різні типи екологічного моніторингу, зокрема біомоніторинг і біоіндикація, дистанційний аерокосмічний моніторинг.
2 Методи кількісного обліку організмів і методи оцінки біомаси та продуктивності рослин і тварин.
3 Вивчення особливостей впливу різних екологічних чинників на життєдіяльність організмів (як складні й тривалі спостереження в природі, так і, частіше, експерименти в лабораторних умовах – токсикологічні, біохімічні, біофізичні, фізіологічні та ін.).
4 Методи вивчення взаємозв’язків між організмами в багатовидових угрупуваннях.
5 Методи математичного моделювання екологічних явищ та процесів, а також екосистем (останнє – набагато складніше), імітаційне моделювання; моделювання від локальних до регіональних і глобальних екологічних процесів і ситуацій.
6 Створення геоінформацйійних систем і технологій для розв’язання екологічних питань різних масштабів і в різних сферах діяльності.
7 Комплексний еколого – економічний аналіз стану різних об’єктів, територій, галузей виробництва.
8 Геоекологічні методи дослідження, геоекологічний моніторинг.
9 Технологічні методи екологізації різних виробництв з метою зменшення їх негативного впливу на довкілля.
10 Медико-екологічні методи вивчення впливу різних чинників на здоров’я людей.
11 Методи екологічного контролю стану довкілля: екологічна експертиза, екологічний аудит, екологічна паспортизація.
Метод біоіндикації специфічний, висвітлений менш широко, тому йому приділено дещо більшу увагу.
Біоіндикація
Біоіндикація (лат. індікаре – вказувати, виявляти) – метод оцінки абіотичних і біотичних чинників середовища за допомогою біологічних систем.
Організм або їх угрупування, життєві функції яких тісно корелюють з певними чинниками середовища і можуть використовуватися для їх оцінки, називають біоіндикаторами. Ними можуть бути рослини, тварини, мікроорганізми, гриби.
Форми біоіндикаторів:
неспецифічна – якщо різні чинники зумовлюють однакову реакцію;
специфічна – зміна, пов’язана лише з одним чинником;
чутлива – коли біологічний об’єкт реагує значним відхиленням проявів від норм;
акумулятивна – біоіндикатор накопичує дію чинника, тривалий час її не виявляючи;
пряма – чинник діє безпосередньо на біологічний об’єкт;
непряма – біоіндикація виявляється лише після зміни стану під впливом інших безпосередньо заторкнених елементів;
рання – коли реакція організму помітна при низьких дозах і короткочасній дії чинника та відбувається в місці впливу чинника на елементарні молекулярні чи біологічні процеси.
Історія біоіндикації сягає сивої давнини. Перші записи про рослини-індикатори є в працях Теофраста (IV-III ст.. до н. е.). за видом рослин та їх зовнішнім виглядом люди навчилися визначати родючість ґрунтів, відшукувати воду, руди, діставати інформацію про клімат минулих часів.
Залежно від мети фітоіндикація має такі напрямки: агроіндикація, біогеохімічна індикація (індикація корисних копалин), галоіндикація, гідро індикація, біоіндикація, фітоіндикація кліматичних параметрів, природоохоронна (созоекологічна) індикація.
Стресорами, які викликають зміни у стані живих організмів, можуть бути температура (холод і спека), вода (посуха і затоплення), тиск, шум, магнетизм, електричний струм, хімічні речовини (солі, озон, оксиди нітрогену та сульфуру тощо).
Існує кілька типів чутливості біоіндикаторів відповідно до часу розвитку біоіндикаційних процесів:
І – біоіндикатор діє через деякий час, упродовж якого він не реагував на вплив (одноразова реакція), і одразу втрачає чутливість;
ІІ – реакція миттєва, але триває певний час, а потім зникає;
ІІІ – біоіндикатор реагує з моменту появи порушу вального впливу з однаковою інтенсивністю тривалий час;
IV – після швидкої й сильної реакції відбувається її поступове згасання;
V – при появі стресора починається реакція, яка посилюється, досягаючи максимуму, а потім згасає;
VІ – реакція має синусоїдний характер і багаторазово повторюється (рис. 1). Для біоіндикації можна використовувати організми з типами чутливості І, ІІ, V.
Біоіндикатори використовують при веденні двох типів моніторингу:
пасивний моніторинг – дослідження видимих і непомітних пошкоджень чи відхилень від норми – ознак стресового впливу в організмах, що вільно живуть у природі;
активний моніторинг - виявлення впливу біотичних і абіотичних чинників на тест-організми, які перебувають у стандартизованих умовах та на досліджуваній території.
Залежно від змін, що відбуваються з живими організмами, їх угрупуваннями, біогеоценозами, ландшафтами під впливом різних чинників, говорять про рівні біоіндикації.
Біохімічні та фізіологічні реакції – зміни в організмі, що відбуваються під впливом певного чинника довкілля на рівні мембран (наприклад, при збільшенні в повітрі концентрації оксиду сульфуру (IV) він дифундує в міжклітинний простір, розчиняється в міжфібриляторній воді клітинної стінки, утворюючи йони SO32- i HSO3-, які руйнують зовнішню мембрану клітини, збільшують її проникність внаслідок розриву дисульфідних містків білкового шару, зміни рН і окисно-відновного потенціалу), ферментів, гормонів, компонентів клітин, пігментів, інтенсивності фотосинтезу.
Ч – чутливість біоіндикатора ,
Ст – стресор довкілля
Рис. 1.1 Типи чутливості біоіндикаторів залежно від часу розвитку біоіндикаційних процесів