Лекція

Тема: методи біоіндикаційних досліджень

План 

1. Фітоіндикаційні методи екологічного стану природного середовища. 

1.1 Дендроіндикація. 

1.2 Ліхеноіндикації. 

2. Методи біотестування прродного середовища. 

1. Фітоідикаційне методи екологічного стану природного середовища. Індикаторні можливості рослин здавна використовуються у вирішенні прикладних завдань. Зі збільшенням антропогенного навантаження на екосистеми розширюється галузь застосування фітоіндикаційного методу. Рослинний покрив швидко реагує на зміну природних факторів навколишнього середовища і антропогенний вплив.

Широко використовуються різні параметри росту живих організмів від молекулярного до ландшафтного рівня. Вивчаються біохімічні, фізіологічні, анатомо-морфологічні зміни, популяційні та видові особливості рослин, флористичний склад і структура співтовариств, межі і просторовий розподіл фітоценозів. Найбільш істотними на клітинно-організмовому рівні є зміна проникності мембран, активності ферментів, руйнування білка, порушення фотосинтетичної діяльності, мінерального, ліпідного і вуглеводного обмінів тощо.. 

До числа найбільш поширених методів оцінки стану навколишнього середовища за різними параметрами індикаторних видів, а також за структурою і будовою рослинних угруповань відносяться: 

- аналіз хімічного складу рослин для оцінки взаємозв'язку хімічного складу живої і неживої природи, трансформації хімічних елементів по ланках харчового ланцюга та ін; 

- орфологічний метод - вивчення зовнішнього вигляду рослин і його змін під дією зовнішніх факторів; 

- лорістічний метод - дослідження особливостей видового складу, індикаторних видів, характеру поширення та динаміки ареалу, популяційний аналіз тощо; 

- пектрофотометричний - дослідження спектрального відгуку рослин та рослинності на забруднення навколишнього середовища; 

- ітоценотичний - що складається з ряду методик вивчення складу, вертикальної і горизонтальної структури і будови рослинних угруповань: аналіз видового різноманіття, аналіз продуктивності, аналіз життєвого стану ярусів і ін; 

- ліхеноіндикація - вивчення та аналіз лишайникового покриву рослинних угруповань; 

- бріоіндикаційний метод - вивчення та аналіз мохового покриву; 

- дендроіндикація - вивчення та аналіз деревної рослинності. 

1.1.Дендроіндикація.

Дендроіндикація - це метод біоіндикації, який дозволяє на основі аналізу характеристик деревного ярусу і пологу підросту (радіальний і лінійний приріст, тривалість життя хвої, наявність некрозу і хлорозу, життєвий стан деревостану і т. д.) судити про стан природного середовища. Деревні рослини найбільш часто вибираються для біоіндикаційних досліджень в силу їх високої індикаторної значимості. 

Провідна роль у біоіндикації стану навколишнього середовища належить деревним рослинам. Вони здатні поглинати і нейтралізувати частину атмосферних полютантів, затримувати пилові частинки, а також відображати особливості забруднення за допомогою різноманітності відповідних реакцій. Реакція деревних порід на забруднення навколишнього середовища істотно відрізняється. Встановлено, що чим більший рекреаційний вплив чи техногенне навантаження на лісові екосистеми, тим різноманітніший моховий покрив. Для чистих територій характерні 4-5 видів мохів. 

Існує бріоіндикаціона методика Е. Н. Андрєєвої (1990), заснована на індикаційних можливості бріоценоморф. Під бріоценоморфами розуміють екологічно пов'язаний між собою комплекс видів мохів, що утворюють систему, в якій цілісні особин виступають як просторово-ценотична одиниця мохового покриву. При виділенні бріоценоморф на перше місце виступають внутрішні зв'язки, які виникають між особинами (одного або різних видів) (в результаті їх спільного росту. Наприклад, порушення, викликані рекреаційного навантаження, фіксуються структурними змінами в моховому ярусі: вона не утворює суцільного покриву, сильно розріджений і відрізняється збільшенням видового складу бріоценоморф при скороченні займаних площ. Є. М. Андрєєвою був зроблений висновок, що при зміні умов природного середовища відбувається пристосування до нових умов не окремих видів, а бріоценоморф, які фіксують ступінь пошкодження мохового покриву, але не вказують на причини, що його викликають. 

1.2. Ліхеноіндикації.

Біологічні реакції на антропогенний вплив чітко простежуються при дослідженні лишайників. Практичне значення цієї групи організмів визначається високою чутливістю до зміни хімічного складу атмосферного повітря. Вони відповідають основним вимогам, що пред'являються до індикаторних видів. Перш за все, лишайники поширені по всій поверхні суші, хоча і нерівномірно. Вони відіграють домінуючу роль у багатьох екосистемах полярних і жарких пустель, високогір'ї. Нагрунтові та епіфітні лишайники є важливим компонентом лісових угруповань. Вони часто утворюють велику біомасу і відіграють істотну роль у кругообігу речовин у біогеоценозах. 

Відсутність кутикулярного шару забезпечує вільне поглинання води і хімічних сполук в організм лишайника практично всією поверхнею. Серед лишайників є чутливі види, зникаючі вже при невеликому забрудненні. У той же час є види з середньою і відносно високою стійкістю до забруднення. Стійкі до антропогенних впливів лишайники накопичують у своїй слані різні хімічні елементи, що вказує на забруднення середовища цими елементами. У порівнянні з вищими рослинами лишайники концентрують у 5 разів більше Fе, в 2-3 рази більше Рв, Сб, Нд та інших хімічних сполук. 

Крім того, лишайники є досить добре вивченим таксоном нижчих рослин, хоча багато хто з них важко досліджувати в польових умовах. Лишайники здавна використовуються в моніторигових дослідженнях екологічного стану міст і антропогенно забруднених територій. Встановлено основні фактори, що визначають залежність розвитку лишайникового покриву від умов місцеперебування. До них відносяться: 

- розташування на стовбурі, 

- кут нахилу, 

- висота над землею і експозиція; 

- вік дерева (так як у міру його росту відбувається збільшення поверхні стовбура і часу для заселення його лишайниками) та умови зволоження. 

Частіше за все метод ліхеноіндикації застосовується для оцінки рівня аеротехногенного забруднення. Під впливом полютантів у лишайників відзначається ряд змін на різних рівнях. На біохімічному і фізіологічному рівні відбувається гальмування фотосинтезу, придушення інтенсивності дихання, зменшення життєздатності діаспор лишайник та ін. 

У лишайників практично відсутні механізми регуляції процесів обміну з навколишнім середовищем, так що вони безперешкодно поглинають різні хімічні речовини з атмосферного повітря. Специфічним при цьому є накопичення полютантів в організмі, яке вказує на якісний склад забруднень та інтенсивність антропогенного навантаження. Їх вміст у таломі залежить від часу впливу, від концентрації полютантів у атмосферному повітрі, від віддаленості від джерела емісії, від ступеня зволоженості талому тощо. 

Морфологічні зміни виражаються в модифікації характеру поверхні талому і типовим забарвлення. При цьому значно зменшуються розміри слоєвища, відзначаються проліфікація апотеції і некроз таломів. 

Розроблена шкала життєвості лишайників, заснована на оцінці ступеня розвиненості слоєвища і здатності до репродуктивних процесів: 

f_l - фертильності, пишно розвинене слань; 

f₂ - фертильності, нормально (середньо) розвинуте слань; 

f₃ - фертильності, недорозвинене слань;

s₄ - стерильний, пишно розвинене слань; 

s₅ - стерильний, нормально розвинене слань;

s₆ - стерильний, недорозвинене слоєвище. 

Простим і часто використовуваним параметром, застосовуваним для оцінки чистоти атмосферного повітря, є проективне покриття індикаторних видів. Забруднення повітря призводить до зниження проективного покриття і в кінцевому рахунку до утворення так званої лишайникової пустелі.

У цілому можна зробити наступні висновки про ліхеноіндикаціоний метод оцінки аеротехногенного забруднення. 

• Лишайники є хорошими індикаторами забруднення атмосферного повітря, що відповідають основним вимогам до біоіндикаторів. 

• Використання методу вимагає доброго знання екології лишайників, так як при оцінці рівня забруднення необхідно враховувати видово-специфічні вимоги до середовища існування та індивідуальні особливості видів лишайників. 

• При оцінці рівня забруднення атмосферного повітря необхідний строгий облік всіх факторів впливу, а не тільки антропогенних. Такі природні фактори, як освітленість, ступінь зволоження талому, експозиція лишайників на стовбурі, панівні вітри, відіграють важливу роль у життєдіяльності лишайників і багато в чому визначають їх чутливість до полютантів.

• Застосування методу ліхеноіндикації дещо обмежено у великих містах, де часто присутні зони «лишайникової пустелі» (зони з повною відсутністю лишайників).