Биоиндикация это оценка состояния окружающей среды по реакциям живого. Биоиндикация это оценка состояния окружающей среды по реакциям живого Биоиндикация состояния воздушной среды презентация

Cлайд 1

Лекция № 5. Методы и основы биоиндикации Дисциплина «БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ» Зуев И.В. ©

Cлайд 2

Биологический мониторинг Биотестирование Биоиндикация Летопись природы (фоновый мониторинг) Токсикология Система нормирования Структура биологического мониторинга Экотоксикология

Cлайд 3

Наиболее часто цитируемой и, в то же время, наиболее идеологически расплывчатой областью экологии является некоторая совокупность методов, называемая “биоиндикацией” (Шитиков с соавт., 2003). Биоиндикация – совокупность методов и критериев оценки качества среды обитания на основе реакций живых организмов и их сообществ в естественных условиях. Биоиндикация – определение и обнаружение биологически значимых антропогенных нагрузок на основании реакции на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биоиндикация – метод обнаружения и оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем. Биоиндикация - оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях. Биоиндикация – метод определения качества среды обитания организмов по видовому составу и показателям количественного развития видов биоиндикаторов и структуре образуемых ими сообществ. Биоиндикация – это оценка качества среды по состоянию тех или иных представителей ее населения – биоты, осуществляемая путем наблюдения за ними, без активного (экспериментального) вмешательства в природные процессы.

Cлайд 4

Ключевые положения Биоиндикация – область и Экологии и Биологического мониторинга Оценивается Качество среды обитания и Факторы среды обитания В качестве оценочного параметра используется Реакция живых организмов Оценка реальной ситуации, а не эксперимент* * - активная биоиндикация

Cлайд 5

Биоиндикация как наука? - специальная терминология - специальные законы Экосистема / окружающая среда Биоиндикатор - особь-группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде Информация об объекте системы Информация о системе Экология Общая теория систем, Системная экология/биология

Cлайд 6

Экосистема / окружающая среда Разнообразие биологических переменных характеризующих биоиндикатор специфические реакции неспецифические реакции Многообразие естественных факторов Многообразие анторопогенных факторов Разнообразие критериев качества среды Проблемы биоиндикации

Cлайд 7

существенной многомерностью факторов среды и измеряемых параметров экосистем; сильной взаимообусловленностью всего комплекса измеренных переменных, не позволяющей выделить в чистом виде функциональную связь двух индивидуальных показателей F(y,x); нестационарностью большей части информации об объектах и среде; трудоемкостью проведения всего комплекса измерений в единых координатах пространства и времени, в результате чего обрабатываемые данные имеют обширные пропуски. Задача биоиндикации – плохо формализуемая, по причине сформированы банки многолетних данных по наблюдениям за природными экосистемами; разработан и апробирован ряд методов и математических моделей интегральной оценки состояния сложных систем различного типа, позволяющих, по терминологии А.П. Левича и А.Т.Терехина , осуществлять “поиск детерминации и распознавание образов в многомерном пространстве экологических факторов для выделения границ между областями нормального и патологического функционирования экосистем”; развиваются аппаратные и программные информационные компьютерные технологии, позволяющие анализировать необходимые массивы экологических данных; существует огромный объем неформальных знаний высококвалифицированных специалистов, частично сконцентрированный в методических разработках [Экологический мониторинг.., 1995; Мокров, Гелашвили, 1999]. Пути решения

Cлайд 8

Cлайд 9

Первое направление работ по биоиндикации – утилитарные работы, в области общей экологии. Биоиндикаторы как дешевый аналог аналитического прибора. Внимание на факторах антропогенной природы не акцентируется. …Белка низко гнездо строит - быть морозной зиме, высоко -жди теплой погоды… …Если рано утром пчелы дружно отправляются на медосбор - будет ясный день, сидят на прилетных досках - быть дождю…

Cлайд 10

Второе направление работ по биоиндикации – описание фактического состояния биологического объекта, с нечеткой привязкой к факторам антропогенной природы. В качестве меры сравнения часто используется фон. Образцы отбирались в пределах г. Красноярска с четырёх пробных площадок (ПП), разных по уровню атмосферного загрязнения, три из которых являются территориями, подверженными группам загрязнителей достаточно специфичных, ввиду расположения на них промышленных предприятий: р-н. КрасТЭЦ (зона сильного промышленного загрязнения), Свердловский р-н, прилежащая территория завода медицинских препаратов «КрасФарма» (интенсивные выбросы биологических загрязнителей) и р-н Предмостной площади (интенсивные выбросы выхлопных газов автомобильного транспорта). В качестве чистого (контрольного) района взята территория парка «Роев ручей». Таким образом, введение расчетного параметра А позволяет количественно оценить сравнительный уровень загрязнения атмосферы в разных районах города, что позволяет эффективно использовать метод регистрации термоиндуцированных изменений нулевого уровня флуоресценции для биоиндикации.

Cлайд 11

Третье направление работ по биоиндикации – описание функциональной связи между биологической переменной и фактором / факторами Выделение одного или нескольких факторов среды Сбор полевых данных биоты в широком диапазоне варьирования исследуемого фактора Оценка индикаторной значимости вида или группы видов Состояние биологического объекта,Y y1 y2 y3 y4 Состояние фактора,X x1 x2 x3 x4

Cлайд 12

Токсикология Биоиндикация Изучение взаимосвязи – доза-эффект Возможность моделирования, Возможность оценки доза-эффект, Отсутствие экологического реализма Сложности в формализации, Сложности оценки доза-эффект, Полный экологический реализм ПДК ЭДУ (экологически допустимые уровни воздействия) Биоиндикация НЕ является недорогой заменой физ.хим методам контроля!

Cлайд 13

Четвертое направление работ по биоиндикации – разработка нормативов качества среды на основе априорных суждений или/и выявленной взаимосвязи между факторами и реакцией биоиндикаторов. Пятое направление работ по биоиндикации – оценка качества среды по разработанным нормативам "Правила контроля качества воды водосливов и водотоков" [ГОСТ 17.1.3.07–82]

Cлайд 14

Оценка реакции биологических объектов Оценка физико-химических факторов Возможность непосредственного контроля источника загрязнения Ясность в постановки задачи и интерпретации результатов мониторинга Получение результатов в четких количественных единицах Высокая точность измерения показателей Возможность автоматизации процесса получения данных Возможность оценки воздействия неизученных, трудно-обнаружимых веществ или веществ, в данный момент не присутствующих в биоте. Возможность оценки крайне малых доз веществ Возможность оценки эффектов синергизма и антагонизма, комплекса факторов Относительная дешевизна методов Методы экологического мониторинга Физико-химические методы мониторинга Биоиндикация

Cлайд 15

Биоиндикатор - группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде (чувствительные и кумулятивные). Биологические переменные – любой признак, свойство или функция организма (биоиндикатора), популяции, экосистемы Чем ниже ранг биологической переменной, используемой в качестве биоиндикатора, тем более частными и специфичными могут быть выводы о воздействиях факторов среды, и наоборот. Уровни Ступени Молекулярно-клеточная Организменная Надорганизменная Низший Молекулы одного класса Ткани Популяции Средний Органоиды, клетки Органы, их системы Биоценотические комплексы Высший Клетки Организмы Биоценозы

Cлайд 16

Действие поражающего вещества (фактора) Острое Хроническое Материальная кумуляция Функциональная кумуляция Чувствительный биоиндикатор Кумулятивный биоиндикатор

Cлайд 17

Принципы выбора биоиндикаторов (биологических переменных) Фундаментальность биологического воздействия Эффективность биологических измерений Экономическая целесообразность Фундаментальность биологического воздействия Эффективность биологических измерений Существование связи между переменной и переменными роста, воспроизводства, выживаемости особей, популяции и экосистемы Характер связи отклика переменной с действующим загрязнением Характер связи между переменной и откликами на высшем и низшем уровнях Интенсивность действующего фактора, вызывающего наблюдаемый отклик переменной Специфичность отклика к фактору, его вызывавшему Пределы изменения величины действующего фактора, вызывающие наблюдаемый эффект Возможность возврата переменной к своему первоначальному значению после прекращения действия вызвавшего его фактора Величина отрезка времени, в течение которого формируется отклик Легкость обнаружения превышения сигнала над природным фоном Точность измерения отклика

Cлайд 18

Cлайд 19

Cлайд 20

Организм и суборганизменные структуры химический состав клеток; состав, структура и степень функциональной активности ферментов; структурно-функциональные характеристики клеточных органоидов; размеры клеток, их морфологические характеристики, уровень активности; гистологические показатели; концентрации поллютантов в тканях и органах (кумулятивные биоиндикаторы); частота и характер мутаций, канцерогенеза, уродств; физиологические и анатомические показатели организма

Cлайд 21

Оценка стабильности развития (гомеостаз) живых организмов Стабильность: Морфологическая Генетическая Физиологическая Биохимическая Иммунологическая Фоновый мониторинг Локальный мониторинг Оценка стабильности морфологического развития (наиболее простой и оперативный подход) Определение частоты появления фенодевиантов – отклонений в развитии Определение величины флюктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков (Захаров и др., 2000).

Cлайд 22

Популяции Показатели неравномерности пространственного распределения особей (простейшая характеристика 2/ Скорость абсолютного изменения популяционной плотности Скорость абсолютного изменения биомассы популяции Скорость относительного изменения популяционной плотности rN = , где Скорость относительного изменения популяционной биомассы rB = , где Удельная рождаемость b = Nb Удельная смертность d = Nd Реализуемая доля «биотического потенциала» вида Скорость продуцирования популяции Статические характеристики (в момент времени t) Численность (общее число особей в популяции) Плотность (число особей в единице объема или на единице площади) Биомасса (суммарная масса особей в единице объема или на единице площади) Средняя масса особи (соотношение биомассы и плотности (простейшая характеристика размерно-весовой структуры) Соотношение плотности особей разного пола (простейшая характеристика половой структуры популяции) Показатели неравномерности пространственного распределения особей

Cлайд 23

Динамические характеристики (за период времени Δt = t2 t1) Скорость абсолютного изменения популяционной плотности и биомассы Скорость относительного изменения популяционной плотности биомассы популяции Удельная смертность и рождаемость Реализуемая доля «биотического потенциала» вида (соотношение максимального значения рождаемости, реализуемого изучаемой популяцией, и «биотического потенциала» вида, т.е. максимального значения рождаемости, реализуемого данным видом в идеальных условиях Продукция популяции Скорость продуцирования популяции

Cлайд 24

Многовидовые биосистемы Экосистемы Сообщества (планктон, бентос, почвенная фауна, фитоценоз и др.) Биоиндикаторные показатели сообщества Структурные, статические Функциональные, динамические

Cлайд 25

Видовое разнообразие (количество видов в сообществе); Показатели обилия (численность и биомасса); Соотношение суммарных показателей обилия: видов (видовое разнообразие) или более крупных таксонов; представителей разных стратегий питания (трофическая структура); особей с разными размерами, массой (размерно-весовая структура); видов с различными ценотическими стратегиями (например, r- и К-стратегов; виолентов, патиентов и эксплерентов); видов с разной чувствительностью к воздействиям (эври- и стенобионтов); видов с разным поведением. Структурные и статические показатели сообщества

Cлайд 26

Функциональные и динамические показатели сообщества Показатели динамики статических характеристик сообщества Эколого-физиологические показатели сообщества изменение какой-либо статической характеристики X (плотности, биомассы сообщества, индексов разнообразия) ΔXΔt = X2 – X1 за изучаемый период времени Δt = t2 – t1; скорость абсолютного изменения значений статической характеристики dX/dt ≈ (X2 – X1)Δt 1 в момент времени t; скорость относительного изменения значений статической характеристики rX = (dX/dt) Траты на обмен сообщества (или экосистемы) R = Первичная продукция Вторичная продукция Соотношения продукции, деструкции и биомассы P/B и P/R-коэффициенты

«Почвенные ресурсы» - На севере лесной зоны на подзолистых почвах выращивают лен, овес и др. культуры. Восточно-Европейская равнина богата почвенными ресурсами, и большую ценность представляют агроклиматические ресурсы. «За». Почвенные ресурсы. Вся средняя полоса равнины и юг обладают плодородными почвами.

«Разрушение почвы» - Водная эрозия. Ветровая эрозия (дефляция). Овражная эрозия. Чернозём мордовии. Пыльные бури. Почва. Через почву проходит взаимодействие литосферы с атмосферой. Загрязнения почв. Ирригационная эрозия. Наиболее плодородными на территории Мордовии являются чернозёмы. Выщелоченные. Человек получает из почвы не только пищу, но и сырьё, материалы(лес).

«Разнообразие почв» - Материалов накопилось очень много. Ключевые слова темы. Как произошли почвы? Почвы. План урока. Значит, нужна классификация. Докучаев Василий Васильевич. В 1875 году Докучаеву было поручено дать описание русского чернозема. Что является основной причиной образования различных типов почв?

«Уход за почвой» - Садовые ножовки. Копательная. Тема 6. Садово-огородный инвентарь. Скребок с тулейкой. Почвообрабатывающий инструмент. Мотыга. Грабли сварные 14-ти зубые. Косы Серпы вилы. Серпы и косы. Садовые ножи. Инструменты для уборки урожая. Рыхлитель 3-х зубый. Секаторы Сучкорезы шестовые Ножи прививочные Ножи садовые.

«Почвы» - 3 группа. Основополагающий вопрос. Творческое название проекта: «Почвенный покров нашей страны». Дидактические цели проекта. Методические задачи. Тема: «Механический состав почвы и структура почвы». Тема: «Основные свойства почв». Этапы работы над проектом. 4 этап (презентативный). Тема: «Почвенные ресурсы России».

«Загрязнение почвы» - Растения служат хорошим показателем изменения окружающей среды антропогенными загрязнениями. Научное кафе «Изменение климата – изменение образования». А животные в свою очередь интересны как объект, физиологически близкий человеку. Биоиндикаторы кислотных почв. Виды биоиндикаторов. Методы Биоиндикации.

Всего в теме 22 презентации

Джалилова Наташа, Тимофеева Элина

Биоиндикаторы окружающей средыБиоиндикаторы окружающей среды

Одной из проблем безопасности ХХI в. является обнаружение загрязнения атмосферы и его нейтрализация. Сделать это можно с помощью биологических индикаторов, в качестве которых можно использовать лишайники. В сравнении с точными аналитическими методами лихеноиндикация позволяет в короткий срок без применения дорогостоящих приборов оценить многолетнее среднее состояние воздушной среды.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

«Значение лишайников в природе и в жизни человека»

Одной из проблем безопасности 21 века является загрязнение атмосферы и её нейтрализации. Сделать это можно с помощью биологических индикаторов, в качестве которых можно использовать лишайники. В сравнении с аналитическими методами, лихеноиндикация позволяет в кроткий срок без применения дорогостоящих приборов, оценить многолетнее среднее состояние воздушной среды. Одной из проблем безопасности 21 века является загрязнение атмосферы и её нейтрализации. Сделать это можно с помощью биологических индикаторов, в качестве которых можно использовать лишайники. В сравнении с аналитическими методами, лихеноиндикация позволяет в кроткий срок без применения дорогостоящих приборов, оценить многолетнее среднее состояние воздушной среды.

План исследовательской работы: 1. Введение 2. Происхождение лишайников. 3. Общая характеристика. 4. Лишайник как симбиотический организм. 5. Лишайники как пионеры почвы. 6. Биоиндикаторы окружающей среды. 7. Общее значение лишайников. 8. Исследование, схема проведенной работы и её анализ.

Происхождение лишайников Предполагается, что лишайники найденные мезозойской, кайнозойской эрах, более 200 млн. лет назад. Великий Теофраст в 4-3 вв. до нашей эры, впервые описал лишайники. Карл Линней описал 80 лишайников, назвав их «скудной крестьянской растительностью».

Лишайники по внешнему виду делятся: накипные листоватые кустистые

Кустистые лишайники

Накипные лишайники

листоватые

Общая характеристика

Лишайники как пионеры почвы

Лишайники не имеют никаких специальных органов для извлечения влаги из субстрата, а поглощают её всем талломом. Лишайники как биоиндикаторы окружающей среды.

Значение лишайников

Исследовательская работа по изучению загрязнению атмосферы методом биоиндикации (лихеноиндикация - изучение загрязнения воздуха при помощи лишайников Пояснение: исследование ведется «пассивным мониторингом», учитывается частота встречаемости лишайников. БИОИНДИКАТОРЫ, организмы, наличие, отсутствие или состояние которых служат показателями естественных процессов или изменений окружающей среды.

Цель работы: - установить взаимосвязи между загрязнением атмосферы и количеством лишайников - изучить природу лишайников в нашем городе. - на основании полученных в ходе исследовательской работы результатов, сделать вывод о чистоте воздуха города Бавлы.

Этапы работы: карту города разделили на сектора, рассматривали распространение накипных лишайников на крышах и стенах домов, на стволах деревьев. определили плотность их распространения сделали вывод о загрязнение воздуха по секторам города

1 сектор - нижняя часть города 2-микрорайон 3- центральная часть города 4- северо-западная часть города

Пожалуйста подождите, будет видеоролик.

Таблица результатов анализа исследовательской работы № сектора Исследование 10 покрытий крыш, по произрастанию лишайников Название сектора по произраста - нию лишайников. Количество баллов (по 5-ти бальной системе) 1 из 10-7 нормальная зона 4 2 из 10-3 Зона исчезновения лишайников 3 3 из 10-6 Нормальная зона 4 4 из 10-9 З она произраста - ния лишайников 5

Практическая значимость работы обусловлена возможностью использования полученных результатов на уроках биологии, а также для решения экологических проблем города.

список использованной литературы: А.А. Федоров. Жизнь растений. - В 6 т. - Т. 3. М.: Просвещение, 1977. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. «Общая биология 10 – 11 кл » Изд. «Дрофа» М. 2009Кузнецов В. Н. «Справочные и дополнительные материалы к урокам экологии» Изд. «Дрофа» М. 2002ИХЕНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ http:// nature.vspu.ru/lichens/index.htm Web Directory: Lichen Information System (информационная система по лишайникам) http:// www.sbg.ac.at/pfl/projects/lichen/index.htm

Наш край родной!!! Спасибо за внимание

Специальность «Медицинская
экология»

Биологическая
индикация.
Экологические основы
биоиндикации.

Биоиндикация

Биоиндикация – это оценка состояния среды с
помощью живых объектов.
Живые объекты (или системы) – это клетки,
организмы, популяции, сообщества.
С их помощью может проводиться оценка как
абиотических факторов (температура,
влажность, кислотность, соленость, содержание
поллютантов и т.д.), так и биотических
(благополучие организмов, их популяций и
сообществ).

Биоиндикация

Биоиндикацию следует понимать как
метод экологических исследований,
позволяющий с помощью
биологических систем с определенной
точностью устанавливать основные
качественные и количественные
характеристики среды обитания.

Биоиндикация

Основная задача биоиндикации – разработка
методов и критериев, которые могли бы
* адекватно отражать уровень антропогенных
воздействий с учетом комплексного характера
загрязнения;
* диагностировать ранние нарушения в наиболее
чувствительных компонентах биотических
сообществ.

в реальной экологической ситуации
изолированного действия стрессора не
существует – есть лишь совместное действие
комплекса факторов
по результатам токсикологических лабораторных
тестов на живых организмах установлены ПДК
для более чем 1000 химических соединений.
число веществ-загрязнителей, способных влиять
на экологическое состояние биоты
самостоятельно, или комбинируясь, превышает
миллион наименований.

Область применения биоиндикации

Биоиндикация не дает ответа на вопрос о
характере загрязняющего вещества или их
смеси.
обычно методы биоиндикации используют до
химического анализа, что позволяет провести
экспресс-оценку природной среды и выявить
«горячие» точки, указывающие на наиболее
загрязненные участки территории.
На участках, где методами биоиндикации
выявлены какие-либо отклонения, и исследуемая
среда характеризуется как токсичная,
аналитическим путем необходимо установить
причины этого явления.

Уровни биоиндикации

внутриклеточные реакции (биохимические,
физиологические);
реакции организма (анатомические,
морфологические, биоритмические,
этологические);
популяционно-динамические изменения
(колебания структуры, численности, плотности
популяции);
изменения в природных сообществах (состояние
продуцентов, консументов, редуцентов);
биогеоценотический уровень (стрессовое
влияние на биогеоценозы);
изменения ландшафтов.

Биоиндикация на клеточном и субклеточном уровнях

Биоиндикация на этих уровнях основана на узких
пределах протекания биотических и
физиологических реакций.
Ее достоинства заключаются в высокой
чувствительности к нарушениям, позволяющим
выявить даже незначительные концентрации
поллютантов, и выявить их быстро.
Именно на этих уровнях возможно наиболее
раннее выявление нарушений среды.
Этот уровень биоиндикации - наиболее сложный,
требующий специального оборудования

Изменения на клеточном уровне:

изменения биомембран (особенно их
проницаемости);
изменение концентрации и активности
макромолекул (ферменты, белки, аминокислоты,
жиры, углеводы, АТФ);
аккумуляция вредных веществ в клетке;
нарушение физиологических процессов в клетке;
изменение размеров клеток.

Изменение окраски
(неспецифическая
реакция на
различные
стрессоры):
хлороз, некроз
листьев

Биоиндикация на организменном уровне

Макроскопические изменения растений
Преждевременное увядание;
Дефолиация (влияние SO2, хлоридов);
Изменение размеров органов (удлинение хвои под
действием нитратов);
Изменение формы, количества и положения органов
(при действии радиоактивного облучения);
Изменение направления формы роста и ветвления
(изменение направления роста корней одуванчика
при изменении уровня грунтовых вод, изреживание
кроны при газодымовом загрязнении);
Изменения прироста (изменения радиального
прироста древесных стволов, прироста в длину
побегов и листьев).

1. Плотность популяции – количество
особей вида на единицу площади или
объема
Площадь покрытия лишайников хорошо
коррелирует с концентрацией сернистого
газа в воздухе.
Увеличивать плотность могут популяции
сорняков, галофитов и других устойчивых
к антропогенному прессу видов.

Популяционно-динамические изменения у растений

2. Возрастная структура популяций соотношение между молодыми,
размножающимися и старыми особями:
популяция омолаживается, если смертность
возрастает, а стадии развития укорачиваются
(отмечено на сенокосных лугах, по сравнению с
некосимыми, на городских газонах, в
напочвенной растительности после
прореживания лесов);
популяция стареет, если нарушается
возобновление.

Популяционно-динамические изменения у растений

3. Экологическая структура популяций
Природные популяции обычно состоят из
нескольких экотипов – групп особей,
приспособленных к разным условиям среды.
Экотипы способствуют выживанию популяции
при изменении условий местообитания.
В условиях негативных воздействий
происходит распространение устойчивых,
вытеснение ими чувствительных экотипов

1. Плотность популяций
Для биоиндикации важен выход этого показателя за
пределы нормы:
а) сокращение популяций:
сокращение плотности популяций зерноядных птиц в
результате массового отравления ртутьсодержащими
соединениями, в Швеции в начале 50-х годов ХХ в.;
хлорорганические соединения (ДДТ) привели к
сокращению популяций дневных хищных птиц;
б) рост популяций:
озерных чаек в Средней Европе обусловлен
эвтрофикацией культурных ландшафтов;
сосущих растительноядных насекомых (в основном тлей)
при действии выхлопных газов (причины – уменьшение
врагов, а также физиологические и биохимические
изменения растений-хозяев под действием поллютантов).

Популяционно-динамические изменения у животных

2. Динамика численности популяций
Обычно возрастает амплитуда колебаний
плотности популяций:
навозные и компостные виды коллембол в
городе: сезонные пики численности могут
смещаться на иные сроки (в городе, где
среднегодовая температура выше, чем в
природе, на несколько градусов, коллемболы
имеют ранневесенний пик, как в более южных
зонах).

Популяционно-динамические изменения у животных

3. Пространственная структура
Распределение особей в пространстве
обычно становится более мозаичным,
поскольку животные концентрируются на
менее нарушенных участках.
Нарушается размещение особей,
свойственное природным популяциям.

Биоиндикация на биоценотическом уровне

Сообщества (или биоценозы) - совокупность видов
растений, животных, микроорганизмов и грибов
определенного местообитания.
Для описания сообществ используют:
общая численность,
видовое богатство и разнообразие,
видовая структура,
экологическая структура (спектры жизненных форм,
биотопических групп),
изменение показателей во времени.

1. Общая численность

1. Общая численность
Обычно падает, а если повышается, то за
счет численности очень немногих
устойчивых к нарушениям видов.
Например, в городе численность птиц
поддерживают стаи голубей, воробьев,
ворон.
На полях высокая численность насекомых
достигается за счет вспышек численности
вредителей.

2. Видовой состав и разнообразие сообществ
При слабом нарушении среды количество видов
растет, так как сообщество становится
«открытым» для видов других сообществ,
больше становится рудеральных и синантропных
видов.
Дальнейшее усиление воздействия
сопровождается выпадением редких и
чувствительных к нарушению видов.

3. Видовая структура

3. Видовая структура
Все виды в сообществе можно разделить на 4 группы:
а) многочисленные – доминанты,
б) менее многочисленные – субдоминанты,
в) малочисленные
г) редкие виды.
Распределение видов по группам численности в
природном и нарушенном сообществе различается
При нарушении в сообществе сокращается «запас
прочности» – группы малочисленных и редких видов.
Иногда для выделения этих групп используют не
численность, а биомассу, встречаемость или
проективное покрытие, как у растений, но общая
закономерность сохраняется.

4. Спектр жизненных форм

4. Спектр жизненных форм
При нарушениях наблюдается замещение одних
жизненных форм другими.
При рекреационной нагрузке в сообществе
коллембол начинают исчезать группы
подстилочной жизненной формы, но
сохраняются почвенная и поверхностнообитающая группы.

Биоиндикация на экосистемном уровне
Экосистемный уровень предполагает изучение
круговорота веществ и потоков энергии.
Круговорот веществ осуществляется при
участии запаса биогенных элементов,
организмов-продуцентов, организмовконсументов и организмов-редуцентов.
Среди различных показателей экосистем для
биоиндикации представляют интерес
трофическая структура и сукцессионные
изменения.

Трофическая структура
Нарушение соотношения между блоками
продуцентов, консументов, редуцентов.
Например, вблизи комбинатов цветной
металлургии, расположенных в таежной зоне,
толщина подстилки достигает 20 см, превышая
норму в 3–4 раза.
Это происходит из-за угнетения почвенных
беспозвоночных, ускоряющих процесс
разрушения растительных остатков.

2. Сукцессии – естественные смены
сообществ от простых и неустойчивых до
сложных и устойчивых.
Антропогенный пресс нарушает
естественный ход сукцессий.
Страдают, прежде всего, заключительные
стадии – зрелые климаксные сообщества не
формируются.
Например, при лесной рекультивации отвалов
угледобывающей промышленности
посаженные деревья не образуют настоящих
лесов.

В целом, нарушения среды на ценотическом и
экосистемном уровнях приводят:
к упрощению структуры сообществ и экосистем;
нарушению внутренних связей (между видами,
экологическими группами, блоками экосистемы и
т.д.), т.е. механизмов саморегуляции сообществ
и экосистем.

Биоиндикаторы

Биоиндикаторы – это биологические объекты
(от клеток и биологических макромолекул до
экосистем и биосферы), используемые для
оценки состояния среды.
Биоиндикаторы – организмы или сообщества
организмов, жизненные функции которых так
тесно коррелируют с определенными факторами
среды, что могут применяться для их оценки.

Биоиндикаторы

Критерии выбора биоиндикатора:
быстрый ответ;
надежность (ошибка <20%);
простота;
мониторинговые возможности (постоянно
присутствующий в природе объект).

Типы биоиндикаторов:

Чувствительный - быстро реагирует на
незначительные отклонения показателей
от нормы.
Аккумулятивный - накапливает
воздействия определенное время без
проявляющихся нарушений.

Биоиндикаторы

Характеристики биоиндикаторов:
Специфичность: при низкой специфичности
биоиндикатор реагирует на разные факторы, при
высокой – только на один
Чувствительность: при низкой
чувствительности биоиндикатор отвечает только
на сильные отклонения фактора от нормы, при
высокой – на незначительные.

Требования к биоиндикаторам

накопление загрязняющих веществ не должно
приводить к гибели организмов;
численность организмов должна быть
достаточной для отбора, т.е. без влияния на их
воспроизводство;
в случае долгосрочных наблюдений
предпочтительны многолетние виды;
биотесты должны быть генетически
однородны;
должна быть обеспечена легкость отбора проб;

Требования к биоиндикаторам

должна реализоваться относительная
быстрота проведения тестирования;
биотесты должны обеспечивать получение
достаточно точных и воспроизводимых
результатов;
биоиндикаторы должны быть одновозрастными
и характеризоваться, по возможности,
близкими свойствами;
диапазон погрешностей измерений (по
сравнению с классическими или эталонными
методами тестирования) не должен превышать
20-30%;

I. Биоиндикатор
проявляет спустя
определенное время
внезапную и сильную
реакцию,
продолжающуюся
некоторое время, после
чего перестает
реагировать на
загрязнитель.

Типы чувствительности биоиндикаторов в зависимости от времени

II. Биоиндикатор в
течение
длительного
времени линейно
реагирует на
воздействие
возрастающей
концентрации
загрязнителя.

III. Биоиндикатор
реагирует с
момента
появления
нарушающегося
воздействия с
одинаковой
интенсивностью в
течение
длительного
времени.

IV. После
немедленной,
сильной реакции
у биоиндикатора
наблюдается ее
затухание,
сначала резкое,
затем
постепенное.

V. Под влиянием
загрязнителя
реакция
биоиндикатора
постепенно
становится все
более интенсивной,
однако, достигнув
максимума,
постепенно
затухает.

VI. Реакции и типы
неоднократно
повторяются,
возникает
осцилляция
биоиндикаторных
параметров.

Формы биоиндикации

В зависимости от реакции, проявляемой
системой на действие того или иного фактора,
различают 2 вида биоиндикации:
регистрирующая: позволяет судить о
воздействии факторов среды по состоянию
особей вида или популяции
биоиндикация по аккумуляции: использует
свойство живых организмов накапливать те или
иные химические вещества.

Формы биоиндикации

Специфическая: изменения живой системы
можно связать с конкретным фактором среды
(высокая концентрация в воздухе озона
вызывает появление на листьях табака (сорта
Bel W3) серебристых некрозных пятен.
Неспецифическая: различные факторы среды
вызывают одну и ту же реакцию (снижение
численности почвенных беспозвоночных при
различных видах загрязнения почвы, при
вытаптывании, в период засухи и по другим
причинам).

Формы биоиндикации

НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ
биоиндикация
Факторы
среды
Реакция
живой системы
среды
СПЕЦИФИЧЕСКАЯ
биоиндикация
Факторы
среды
А
А
Б
Б
В
Г
α
В
Г
Реакция
живой системы
среды
α

Формы биоиндикации

Если антропогенный фактор действует
непосредственно на биологический элемент, то
речь идет о прямой биоиндикации
(серебристые пятна на листьях табака возникают
от прямого действия озона).
Если биоиндикация становится возможной
только после изменения состояния под влиянием
других непосредственно затронутых элементов,
говорят о косвенной биоиндикации (действие
гербицида изменение растительного покрова
падение численности саранчовых и рост
численности тлей).

ПРЯМАЯ БИОИНДИКАЦИЯ
Факторы
среды
А
КОСВЕННАЯ БИОИНДИКАЦИЯ
Реакция
живой системы
α
Факторы
среды
А
Реакция
живой системы
Б
α

Биоиндикация состояния водных экосистем

Олигохетный индекс (ОИ) впервые был
предложен Гуднайтом и Уотлеем в 1961 г.
массовое развитие олигохет – индикатор
спуска бытовых отходов.
отношение количества малощетинковых
червей к общему количеству зообентоса в
водоеме

Классификация таксонов крупных организмов по отношению к чистоте воде (трёхуровневая оценка степени загрязнения)

Таксоны 1-й
группы
Личинки поденок
Личинки (нимфы)
веснянок
Таксоны 2-й
группы
Личинки комарадолгоножки
Личинки стрекоз
Речные раки
Личинки
вислокрылок
Личинки
ручейников
Двустворчатые
моллюски
Таксоны 3-й
группы
Личинки комаразвонца (мотыть)
Моллюскипрудовики
Пиявки
Бокоплавы
Водяные ослики
Моллюски
(катушки и
лужанки)
Личинки мошки
Олигохеты

Группа 1. Эти организмы погибают в
грязной воде. Преобладание их – признак
очень чистой воды.
Группа 2. Эти организмы могут
существовать в воде различной степени
загрязненности.
Группа 3. Эти организмы выживают
даже в очень грязной воде.

Оценка качества воды проводится следующим образом

Загрязненная
вода – 90% организмов и более
относятся к 3-й группе индикаторов.
Малозагрязненная вода (удовлетворительного
качества) – от 11 до 30% организмов в пробе
относятся к индикаторным таксонам 1-й и 2-й
групп.
Чистая вода – 30% и более организмов в
пробе относятся к индикаторным таксонам 1-й
группы.

Индекс Майера использует приуроченность различных групп водных беспозвоночных к водоемам с определенным уровнем загрязненности

Обитатели чистых
вод, X
Личинки веснянок
Личинки подёнок
Личинки ручейников
Личинки вислокрылок
Двустворчатые
моллюски
Организмы средней
чувствительности,
Y
Бокоплав
Речной рак
Личинки стрекоз
Личинки комаровдолгоножек
Моллюски-катушки
Моллюски живородки
Обитатели
загрязнённых
водоёмов, Z
Личинки комаровзвонцов
Пиявки
Водяной ослик
Прудовики
Личинки мошки
Малощетинковые
черви

Представители организмов-индикаторов каждой из групп

1-ая гр.: личинки
ручейников
2-ая гр. : бокоплав

Индекс Вудивисса учитывает сразу
два параметра бентосного сообщества:
общее разнообразие беспозвоночных
наличие в водоеме организмов,
принадлежащих к "индикаторным" группам.
При повышении степени загрязненности
водоема представители этих групп
исчезают из него примерно в том порядке,
в каком они приведены в таблице.

Таблица. Представители видов-индикаторов

Оценка состояния атмосферного воздуха Виды повреждения и усыхания хвои

а) хвоя без пятен (КП1), нет сухих
участков (КУ1); б) хвоя с
небольшим числом мелких пятен
(КП2), нет сухих участков (КУ1);
в) хвоя с большим числом желтых и
черных пятен (КП3), кончик усох на
2-5 мм (КУ2); г) усохла треть
хвоинки (КУ3); д) усохло более
половины длины хвоинки (КУ4);
е) вся хвоя желтая и сухая (КУ4).
КП – класс повреждения (некрозы),
КУ – класс усыхания хвои.

Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны обыкновенной Работу выполнил: Рзаханов Маил Шихалиевич Уч-ся 219 группы

Цель моей работы: Изучить экологическое состояние атмосферного воздуха, используя в качестве индикатора сосну обыкновенную, и на основе этого показателя определить качество здоровья среды для данного вида.

Поставленные задачи: Определения состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосферы; Уточнить данные относительно экологического состояния леса; Предложить практические рекомендации по мерам охраны на исследуемой территории.

Выбор точек обследования В качестве I участка исследования был выбран (хвойный лес вдоль автотрассы- Лангепас – Покачи –Когалым); В качестве ІІ участка исследования была выбрана лыжная трасса.

Выбор объекта исследования В настоящее время установлено, что на атмосферное загрязнение воздуха более остро реагируют хвойные породы, по сравнению с лиственными. Повышенная чувствительность хвойных связана с длительным сроком жизни хвои (у сосны вместо пяти лет хвоя живет всего 1-2 года, а у ели вместо семи лет - 1-3 года) и поглощением газов, а также снижением массы хвои (ожог, уменьшение длины). Хвойные растения удобны тем, что могут служить биоиндикаторами круглогодично. К тому же сосна обыкновенная достаточно распространенная древесная порода в Западно-Сибирской равнине.

Западно-Сибирская тайга удивляет своей молчаливой красотой. В густых, дремучих, порой непроходимых лесах растут пихты, ели, сосны, лиственницы, осины, красавицы берёзы и др. деревья. СОСНА Сосна - светолюбивое холодостойкое дерево высотой до 40 метров. Сосна растёт в сухих местах. Может расти даже на песках. Сосновые леса всегда сухие. Поэтому в сосновых лесах нужно особенно осторожно обращаться с огнём. Хвоинки сосны длинные, расположены на стебле пучками, по две хвоинки в каждом пучке. Стебель сосны покрыт оранжево-бурой корой. Семена созревают в шишках и лежат на их чешуйках открыто, голо. Шишки короткие, каплевидные – напоминают по форме очень крупные капли воды. На открытых, хорошо освещенных местах у сосны крона пышная, раскидистая, в лесу крона на вершине дерева. Сосна – ценное дерево. Её древесину ценят в строительстве больше, чем древесину ели. Древесину сосны используют в кораблестроении, вагоностроении, в авиационной промышленности. Из смолы сосны получают скипидар, канифоль. Сосна выделяет вещества, которые делают воздух целебным. Не случайно большинство санаториев и домов отдыха построено именно в сосновых лесах. Хвоя сосны содержит много витамина С. Биологическая характеристика вида сосна обыкновенная. (Pinus Silvestris)

Мы на экологической тропе.

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обусловливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за «эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. При хроническом загрязнении лесов диоксидом серы наблюдаются повреждения и преждевременное опадение хвои сосны. В зоне техногенного загрязнения отмечается снижение массы хвои на 30-60%. Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны обыкновенной

Тест для определения уровня загрязнения атмосферы. Шкала оценки повреждения хвои: Хвоинки не имеют пятен. Хвоинки имеют немногочисленные пятна. На хвоинках большое количество желтых и черных пятен, в том числе во всю ширину хвоинки. Шкала оценки усыхания хвои: Сухие участки отсутствуют. Кончики усохли на 2-5 мм (светлый шипик на конце хвоинки не учитывается). Усохла треть хвоинки. Усохло более половины хвоинки или вся жесткая.

Определение продолжительности жизни хвои

Определение некрозов и усыханий хвои 1 – хвоинки без пятен; 2, 3 – хвоинки с черными и желтыми пятнами; 4,5,6 – хвоинки с усыханием

Повреждение и усыхание хвойных 1 участок вблизи дороги 2 участок в глубине леса Общее число обследованных хвоинок 100 100 Количество хвоинок с пятнами 40 23 Процент хвоинок с пятнами 40 23 Количество хвоинок с усыханием 18 27 Процент хвоинок с усыханием 18 27 Количество неповрежденных хвоинок 42 50 Процент неповрежденных хвоинок 42 50 Дата отбора проб осень весна Результаты исследования

Диаграмма, показывающая соотношение повреждённых хвоинок (некрозы) на исследуемых участках

В данной работе я попытался рассмотреть основные экологические проблемы и пришел к выводу, что из-за увеличения масштабов антропогенного воздействия (хозяйственной деятельности человека), особенно в последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может привести к необратимым процессам и поставить вопрос о возможности жизни на планете. 1. Проанализировав научные данные о сосне обыкновенной, я изучил их индикационные способности. 2. По итогам моей работы можно сказать, что, несмотря на усиливающуюся антропогенную нагрузку, сохраняется устойчивость данной экосистемы. 3. По изучению растений – биоиндикаторов в данной местности можно сделать вывод, что в разных частях экосистемы – разное загрязнение, но антропогенное воздействие на экосистему усиливается. 4. Загрязненность воздуха в нашем лесу низкая. 5. Вдоль дороги загрязненность воздуха выше, чем в глубине леса. 6. Наш лес хорошее место для отдыха и восстановления сил.

Предлагаю рекомендации по мерам охраны леса 1. Регулярно проводить мониторинг состояния леса 2. Отдыхающим соблюдать Правила пользования лесными богатствами. 3. Проводить экологическое просвещение населения: каждый водитель должен знать, что причина дымления автомобиля – неисправность двигателя, неотлаженность системы питания или зажигания. Только за счет правильной регулировки автодвигателей выброс вредных веществ в атмосферу можно уменьшить до 5 раз. 4. Улучшение качества дорожного полотна; 5. Использовать более безвредное топливо. Мне сейчас стало понятно, что если увеличится количество автотранспорта, то это повлечет за собой ряд нежелательных последствий – такое растение как сосна не сможет существовать в условиях загрязнения. Я выяснил, что деревья с поврежденной хвоей сосны расположены вблизи дорог, а с неповрежденной дальше от дороги. Сосна является индикатором чистого воздуха, там, где воздух сильно загрязнен на хвое сосны появятся повреждения и снизится продолжительность жизни дерева. Таким образом, сосна является основным чистильщиком окружающего воздуха, дает людям тепло, жилище, строительные материалы. Помогает сохранять здоровье. Ее шишками кормятся животные. Свое рассуждение я хочу закончить стихотворением Е.Евтушенко: Берегите эти земли, эти воды, Даже малую былиночку любя. Берегите всех зверей внутри природы, Убивайте лишь зверей внутри себя!

Благодарности Спасибо Всем кто помогал мне в подготовке к исследовательской работе и в обработке результатов и написания отчетов: научному руководителю исследования Асхабовой С.С., преподавателю информатики Фахриевой А.Р., преподавателю информатики и математики Абдусемедовой В.М и одногруппникам.