Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебно-полевая практика по экологии. Учебное пособие
.pdf
61
Биоиндикация – метод обнаружения и оценки абиотических и
биотических факторов местообитания при помощи биологических систем.
Существует два основных метода биоиндикации: пассивный и активный.
Пассивная биоиндикация – исследование у свободно живущих
организмов видимых или незаметных повреждений и отклонения от нормы,
являющиеся признаками неблагоприятного воздействия.
Активная индикация или биотестирование - исследование тех же
воздействий в стандартных условиях на наиболее чувствительных к данному
фактору организмах – тест - организмах .
Под биотестированием обычно понимают процедуру установления
токсичности среды с помощью тест - объектов, сигнализирующих об опасности
независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения
жизненно важных функций у тест – объектов. В роли тест – объектов выступают
организмы, используемые при оценке токсичности химических веществ,
природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др.
Тест – объекты - "датчики" сигнальной информации о токсичности среды и
заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно
констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) среды.
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. Таким образом, 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 (без определения степени загрязнения) эффекта
антропогенного и естественного влияния на окружающую среду.
62
Биоиндикация дает возможность получить информацию о биологических
последствиях и сделать косвенные выводы об особенностях самого фактора
[14, 15].
6.1 Работа 1. Биоиндикация кресс-салатом загрязненности воздуха и
почвы
Кресс-салат - однолетнее овощное растение, обладающее повышенной
чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми металлами, а также к
загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Этот
биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной
всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.
Кроме того, побеги и корни кресс-салата под действием загрязнителей
подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и
искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а так же числа и массы
семян).
Семена кресс-салата прорастают уже на 3-4 сутки, а полный срок эксперимента 2 недели [15].
Цель работы: определить степень загрязнения почвы и воздуха по
всхожести семян кресс-салата.
Материалы и оборудование: чашки Петри, банки или горшочки, фильтры,
семена кресс-салата, пинцет.
Ход работы:
1) чашки Петри наполнить до половины исследуемым субстратом
(загрязненной почвой, речным или озерным илом. В другие чашки поместить
точно такой же объем заведомо чистого субстрата, который будет служить в
качестве контрольного. Для получения достоверных результатов сделать
несколько повторов (несколько чашек Петри) как исследуемого субстрата, так и
контрольного;
63
2) экспериментальные субстраты и контрольные во всех чашках увлажнить
одним и тем же количеством отстоянной водопроводной воды до появления
признаков насыщения;
3) в каждую чашку на поверхность субстрата уложить равное количество
(30-50) семян кресс-салата. Расстояние между соседними семенами должно быть
примерно одинаковым. Далее семена покрыть тем же субстратом, который
насыпать почти до краев чашки, и его поверхность аккуратно разровнять. Затем
верхний субстрат увлажнить до состояния нижнего;
4) в течение 10-12 дней производить наблюдения за прорастанием семян,
поддерживая влажность и температуру на одинаковом уровне. Результаты
наблюдения занести в таблицу 18.
В зависимости от результатов эксперимента субстратам присваивается
один из четырех уровней загрязнения.
1. Минимальный уровень загрязнения, или оно отсутствует. Всхожесть
семян достигает от 90 % до 100 %, всходы равномерные, проростки крепкие,
ровные. Эти признаки характерны для контрольных образцов, с которыми
сравниваются опытные.
2. Слабое загрязнение. Всхожесть от 60 % до 90 %. Проростки почти
нормальной длины, крепкие, ровные.
3. Среднее загрязнение. Всхожесть от 20 % до 60 %. Проростки по
сравнению с контрольными короче и тоньше. Некоторые из них имеют
выраженные дефекты.
4. Сильное загрязнение. Всхожесть семян очень слабая (менее 20 %).
Проростки мелкие и имеют выраженные дефекты.
64
Таблица 18 - Скорость прорастания семян кресс-салата
Субстрат:
( )
Число проросших семян, %
3
сутки
4
сутки
5
сутки
6
сутки
7
сутки
8
сутки
9
сутки
…..
Опыт 1
Опыт 2
Опыт 3
Контроль:
Опыт 1
Опыт 2
Опыт 3
Примечание - При проведении опытов с кресс-салатом следует учитывать,
что большое влияние на всхожесть семян и качество проростков оказывают
водно-воздушный режим и плодородие субстрата. В хорошо аэрированной почве,
богатой гумусом (чернозем, верхний горизонт лесной подзолистой почвы),
всхожесть и качество проростков всегда лучше, чем в тяжелой глинистой или
бедной песчаной почве. Поэтому при осуществлении данного эксперимента
следует строго стандартизировать условия проведения для всех повторов и
вариантов.
Следует помнить, что кроме загрязнения почвы, на кресс-салат оказывает
влияние состояние воздушной среды. Газообразные выбросы автомобилей
вызывают морфологические отклонения от нормы у проростков и в частности
отчетливо уменьшают их длину. В этой связи кресс-салат можно использовать в
качестве индикатора загрязнения воздуха, проводя эксперименты по
проращиванию семян на незастекленных балконах многоэтажных зданий,
расположенных вдоль оживленных автомобильных магистралей. Газообразные
выбросы автотранспорта имеют плотность более высокую, чем воздух, и
скапливаются в приземном слое до высоты 2 м. Одновременное проращивание
семян кресс-салата на различной высоте в период теплой и безветренной погоды,
65
как правило, показывает заметные различия в качестве и количестве проростков
[14].
6.2 Работа 2. Индикация загрязнения атмосферы по состоянию хвои
сосны обыкновенной
В лесных биоценозах наиболее чувствительны к загрязнению воздуха
хвойные леса. Хвойные породы обладают высокой радиочувствительностью.
Например, сосна по радиочувствительности близка к человеку, поэтому она
является одним из основных природных тест-систем в радио- и
общеэкологических исследованиях. Помимо высокой радиочувствительности
хвойные растения сильно страдают от сернистого газа. Информативными
показателями такого техногенного воздействия являются изменения
анатомического строения, морфологии и продолжительности жизни листовых
пластинок хвои. По этим показателям можно определить степень поражения
сосновых насаждений сернистым газом.
В незагрязненных сосняках основная масса хвои не имеет повреждений, и
лишь незначительная часть хвоинок несет светло-зеленые пятна и некротические
точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности
[16, 17, 18].
Цель работы: оценить степень загрязнения воздуха по характеру
повреждений хвои сосны обыкновенной.
Материалы и оборудование: миллиметровая бумага, линейка, бюксы для
сбора хвоинок, пинцет, бинокуляр.
Ход работы:
1) диагностику необходимо провести на разных пробных площадках,
различающихся антропогенной нагрузкой. Для сравнительного анализа надо
тщательно подобрать контрольный участок сосновых насаждений, где степень
антропогенного воздействия относительно невысокая. Можно сравнить один
66
загрязненный участок соснового леса с контрольным, но если есть возможность
выбрать несколько биотопов, которые будут различаться по интенсивности
загрязнения атмосферы или по качественно различным загрязнителям, то лучше
определить степень антропогенного загрязнения на каждом из них. Это позволит
выявить специфику повреждений листовой пластинки в зависимости от
различной степени антропогенного воздействия;
2) в точке обследования (загрязненные участки) выбрать 5-6 молодых
сосновых деревьев в возрасте 10-15 лет, которые произрастают на более или
менее открытых местах. Это важно для исследования повреждений хвои, потому
что здесь повреждения листовых пластинок выражены сильнее и они более
заметны, чем в густых насаждениях;
3) с нескольких боковых побегов в средней и верхней частях кроны
отобрать 200-300 хвоинок второго и третьего года жизни;
4) анализ собранного материала провести в лабораторных условиях. Всю
хвою поделить па несколько групп по степени повреждений листовой пластинки.
Можно предложить такую классификацию повреждений:
а - неповрежденная хвоя;
б - хвоя с небольшим количеством мелких пятен, нет сухих участков;
в - хвоя с большим количеством мелких пятен, есть сухие участки па
кончике хвоинки;
г - хвоя с признаками усыхания на более чем треть поверхности листовой
пластинки;
д - хвоя с полностью усохшей листовой пластинкой;
5) полученные данные занести в таблицу 19. Сравнивая хвою с
контрольного участка с хвоей сосновых насаждений, которые подвергаются
антропогенному воздействию, определить степень их загрязнения. По
полученным результатам желательно построить гистограммы, отражающие
различную степень повреждения хвойных пластинок.
67
Таблица 19 - Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки
Биотоп
Состояние хвойных листовых пластинок
а б в г д
Кол-во,
шт
%
Кол-во,
шт
%
Кол-во,
шт
%
Кол-во,
шт
%
Кол-во,
шт
%
Контроль
Участок 1
Участок 2
Участок 3
степени загрязненности атмосферного воздуха
6.3 Работа 3 Качественная оценка загрязненности воздуха с помощью
лишайников (лихеноиндикация)
Одним из перспективных объектов биоиндикации являются лишайники.
Они распространены по всему земному шару и могут служить объектом
мониторинга на всех уровнях: локальном (в конкретной местности),
региональном (в обширном регионе) и глобальном (на всем земном шаре).
Тело лишайника (слоевище) состоит из гриба и одноклеточных водорослей,
находящихся в симбиозе. По строению слоевища лишайники делятся на 3
группы: накипные, похожи на плоские корки, плотно срастающиеся с корой,
камнями, почвой, они трудно отделяются, на ощупь бархатистые, влажноватые
(рисунок 11а); листоватые (листовидные) имеют форму мелких пластинок,
чешуек: прикрепляются к поверхности тонкими нитями гриба и довольно легко
отделяются от нее (рисунок 11б); кустистые, которые либо растут вверх как
маленькие кустики, либо свисают с дерева вниз (рисунок 11в).
68
Рисунок 11 - Формы лишайников
Лишайники высокочувствительны к загрязнению среды обитания. На них
избирательно действуют, прежде всего, вещества, увеличивающие кислотность
среды (SО2, HF, HCl и др.). Для лишайников сравнительно безвредны тяжелые
металлы, накапливающиеся в слоевище, а также радиоактивные изотопы.
Причина такой необычной чувствительности лишайников к воздушному
загрязнению заключается в особенностях строения и жизни лишайников. Дело в
том, что лишайники не имеют плотной поверхностной кутикулы из
воскоподобного вещества, защищающей снаружи листья и стебли высших
растений от вредных внешних воздействий. Нет у них на поверхности таллома и
устьиц, через которые растения дышат и испаряют лишнюю влагу. Важно
помнить и о том, что лишайник - это не единый организм, а целое сообщество,
где процессы регуляции взаимоотношений между компонентами куда более
уязвимы. Лишены лишайники также корней и проводящей системы, по которым
движутся вода и питательные вещества. Поэтому во влажную погоду они дышат
и впитывают воду всей своей поверхностью, а вместе с водой и воздухом в них
без всяких ограничений проникают растворенные в воде и содержащиеся в
воздухе токсичные соединения, которые распространяются по всему слоевищу. В
69
сухую погоду вода быстро испаряется из слоевища, а токсины остаются,
накапливаясь внутри лишайников, мешая фотосинтезу, дыханию и запасанию
энергии, убивая клетки водорослей. Часть токсинов вымывается следующими
дождями, но большее количество остается.
Считается, что наиболее чувствительны к загрязнению воздуха кустистые
лишайники, а наиболее устойчивы накипные виды. Это не всегда так. Точнее,
следует говорить о существовании видов с различной чувствительностью к
загрязняющим веществам.
Методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников
основаны на следующих закономерностях: чем сильнее загрязнен воздух, тем
меньше встречается видов лишайников (может быть один-два вида); чем сильнее
загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах
деревьев. При повышении загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые
лишайники, за ними - листоватые, последними - накипные. На основании этих
закономерностей можно оценить чистоту воздуха в конкретном месте [19, 20].
Цель работы: определить наличие основных групп лишайников в районе
исследования (лес, парк, сквер и т.п.) и сделать вывод о загрязненности воздуха
кислотными оксидами.
Материалы и оборудование: карта района исследования, лупа,
определитель лишайников, рамка для определения степени покрытия
лишайниками стволов деревьев.
Ход работы:
1) определить район, в котором будут проводиться наблюдения. На карте
микрорайона отметить близлежащие ТЭЦ, заводы, другие предприятия, дороги с
интенсивным транспортным движением;
2) разбить выбранную территорию на квадраты, размер которых зависит от
площади изучаемой территории (например, 10 х 10 м). В каждом квадрате
выбрать 10 отдельно стоящих старых, но здоровых деревьев. Лучше выбрать вид
дерева, который наиболее распространен на данной территории. На каждом
70
дереве подсчитать количество видов лишайников. Необязательно знать, как
Признаки
Деревья
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Общее количество видов
лишайников, в том числе:
кустистых
листоватые
накипных
Степень покрытия древесного
ствола лишайниками, %
точно называются виды, надо лишь различить их по цвету и форме слоевища.
Для более точного подсчета можно использовать лупу. Кроме деревьев можно
исследовать обрастание лишайниками камней, стен домов и т.п;
3) все обнаруженные виды разделить на 3 группы: кустистые, листоватые,
накипные. Пользуясь каталогами-определителями лишайников, определить
родовую и видовую принадлежность каждого лишайника;
4) провести оценку степени покрытия древесного ствола. Для этого на
высоте 30-150 см на наиболее покрытую лишайниками часть коры наложить
рамку (10 х 10 см) и подсчитать, какой процент общей площади рамки занимают
лишайники;
5) полученные результаты занести в таблицу 20;
Таблица 20
6) определить степень загрязнения воздуха по таблице 21.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]