Растения индикаторы загрязнения окружающей среды

Сегодня рассмотрим материал на тему: "Растения индикаторы загрязнения окружающей среды", собранный из ведущих авторитетных источников. На все вопросы вам готов ответить дежурный юрист.

Оценка качества окружающей среды при помощи растений–индикаторов

Е.А. Машинцов, Е.Н. Ивановская
Тульский государственный университет,
г. Тула

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор, как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объем этого вмешательства, оно стало многообразнее, и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества.

Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Безусловно, посредством методов химического анализа можно установить присутствие вредных веществ в окружающей среде даже в самых незначительных количествах. Однако этого оказывается недостаточно для того, чтобы определить качественное воздействие этих веществ на человека и окружающую среду, и тем более, отдаленные последствия. Преимущество биологического мониторинга определяется рядом обстоятельств. Во-первых, в изменение физических и химических параметров загрязненности природной среды более трудоемко по сравнению с методами биоиндикации. Во-вторых, в окружающей среде нередко присутствует не один, а несколько токсических компонентов, которые в комплексе воздействуют на живые организмы куда сильнее, чем каждый в отдельности.

Важный элемент биологического мониторинга – растения. Использование фитоиндикационных методов позволяет получить более объективную информацию о состоянии растений, произрастающих в зонах повышенной антропогенной нагрузки, а также дает основание для экологического прогноза на исследуемой территории.

Целью работы явилось изучение методов фитоиндикации, пригодных для использования при оценке экологического состояния городской среды.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений – теплоэлектростанции, бытовые котельные, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Основные источники загрязнения атмосферы в городах – автотранспорт и промышленные предприятия. В то время как промышленные предприятия в черте города неуклонно снижают количество вредных выбросов, автомобильный парк представляет собой настоящее бедствие. Решению этой проблемы поможет перевод транспорта на высококачественный бензин, грамотная организация движения.

Одним из важнейших направлений экологического мониторинга выступает сегодня фитоиндикация. Фитоиндикация это один из способов биоиндикации, т.е. оценка состояния окружающей среды по реакции растений. Качественный и количественный состав атмосферы влияет на жизнь и развитие всех живых организмов. Присутствие вредных газообразных веществ в воздухе оказывает различное влияние на растения.

У растений можно в процессе индикации обнаружить следующие морфологические изменения (таблица)

Признаки повреждения растений — индикаторов под влиянием химических веществ — загрязнителей атмосферы

Внешние признаки повреждения растений

Серые, с металлическим оттенком пятна на верхней стороне листа.

Появление белых и бледно-серых точек и пятен на листьях.

Концы хвоинок приобретают бурый оттенок.

Хвоя буреет и опадает.

Обширное, междужилковое обесцвечивание листьев.

Бегония, бобы, томаты

Погибают при образовании смога.

На нижней части листьев появляется глянцевитость или серебристость; при значительных концентрациях листья становятся тускло-зелеными, затем буреют и даже чернеют.

Некротическая ткань появляется на вершине листа, а затем распространяется вниз по всей ширине листа.

Удобными объектами для изучения влияния условий обитания являются виды хвойных. Хвойные рассматриваются в связи с возможностью круглогодичных наблюдений. При исследовании хвойных для биоиндикации используют разнообразные параметры (опадаемость хвои, ее пигментация, количество воска кутикулы, содержание фенолов, интенсивность фотосинтеза). Анализируется окраска хвои (нарушение пигментации), количество воска, содержание фенольных соединений. Соединения фтора дают специфическую реакцию хвои, побеление листовой пластинки у основания, и последующее потемнение, связанное с некрозом, уменьшается площадь листьев у хвойных и лиственных.

Самым уязвимым процессом в организме растения, является фотосинтез. Наличие загрязнителей вызывает его нарушения. В приделах малых концентраций токсиканта изменения можно обнаружить по снижению активности фотосинтеза. Нарушения происходят также во многих биохимических процессах. О них можно судить по показателям водного режима, количественному составу пигментного аппарата, активности ферментов, состоянию антиоксидантной системы, накоплению фенольных соединений, свободных аминокислот, пролина. Показатели асимметричности листовой пластинки, как критерии нарушения стабильности развития органов растений, связанного с действием поллютанта. Уровень транспортного загрязнения атмосферы влияет на такие морфометрические показатели состояния деревьев как высота, средние размеры листовых пластинок, количественный показатель ажурности кроны. Доля жизнеспособной, дефектной пыльцы, показатели метаболизма пыльцевых зерен, являются точным показателем за счет уязвимости мейоза.

В процессе исторического развития сложились виды или сообщества растений, связанные с определёнными условиями обитания настолько прочно, что экологические условия могут быть распознаны по присутствию этих видов растений или их сообществ. В этой связи выделены группы растений, связанных с наличием в составе почвы химических элементов:

Ø нитрофилы (марь белая, крапива двудомная, кипрей узколистный и др.);

Ø кальцефилы (лиственница сибирская, мордовник, венерин башмачок, др.);

Ø кальцефобы (вереск, сфагновые мхи, пушица, вейник тростниковидный, плаун сплюснутый, плаун булавовидный, хвощи, папоротники).

Кислотность почв определяется наличием следующих групп растений:

Ацидофильные – кислотность почвы от 3,8 до 6,7 (овёс посевной, рожь посевная, седмичник европейский, белоус торчащий, ячмень гривастый, др.);

Нейтрофильные – кислотность почвы от 6,7 до 7,0 (ежа сборная, тимофеевка степная, душица обыкновенная, таволга шестилепестная, др.);

Базофильные – от 7,0 до 7,5 (клевер луговой, лядвенец рогатый, тимофеевка луговая, костёр безостый, др.).

Другой апробированной методикой является изучение состояния берез как индикаторов засолённости почвы в условиях города. Такая фитоиндикация осуществляется с начала июля по август. Повреждение листвы березы под действием соли, применяемой для таяния льда, проявляется следующим образом: появляются ярко – жёлтые, неравномерно расположенные краевые зоны, затем край листа отмирает, а жёлтая зона продвигается от края к середине и основанию листа.

Читайте так же:  Проживание без регистрации по месту жительства штраф

Анализом мхов методом масс-спектрометрии можно выявить загрязнение тяжелыми металлами, мхи проявляют наибольшую способность к их накоплению.

Одним из важнейших направлений экологического мониторинга выступает сегодня фитоиндикация. Фитоиндикация это один из способов биоиндикации, т.е. оценка состояния окружающей среды по реакции растений. Этот метод обеспечивает более раннее, по сравнению с инструментальным, распознаванием возможностей опасности, исходящей от вредных веществ. Спецификой этого метода является подбор растений – индикаторов, обладающих характерными чувствительными свойствами при контакте с вредными веществами. Методы биоиндикации, с учетом климатических и географических особенностей региона, могут быть успешно применены в качестве составной части отраслевого производственного экологического мониторинга.

В условиях города эффективным зарекомендовал себя метод биоиндикации газодымовых загрязнений по состоянию хвои сосны. В обследовании выявлялись два важных биоиндикационных показателя: класс повреждения и усыхания хвои и продолжительность жизни хвои. Усиление антропогенной нагрузки (рекреация, выбросы котельных и автотранспорта), особенно в зимний период, сказывается на состоянии хвойных видов, что представляет угрозу для пригородных и городских хвойных насаждений. При этом благоприятными условиями для хвойных являются парки и скверы, т.к. в них деревья практически здоровые. Более устойчивыми видами в условиях урбанизированной среды являются лиственница и сосна, менее устойчивыми – ель и пихта, что необходимо учитывать при озеленении районов агломерации в зависимости от степени действия неблагоприятных факторов и устойчивости к ним хвойных.Другими растительными объектами биоиндикации загрязнений наземных экосистем могут выступать: 1) кресс-салат как тест-объект для оценки загрязнения почвы и воздуха; 2) лишайниковая растительность – при картировании местности по их видовому многообразию. Лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха и погибают при высоком содержании в нем угарного газа, соединений серы, азота и фтора.

В заключение отметим, что растения выступают важными объектами биоиндикации загрязнений экосистем, а исследования их морфологических признаков при распознавании экологической обстановки является особенно эффективным и доступным в черте города и его окрестностях.

Широкое применение метода биоиндикации предприятиями позволит более оперативно и достоверно оценивать качество природной среды и в комплексе с инструментальными методами стать существенным звеном в системе промышленного экологического мониторинга (ПЭМ) объектов промышленности.

1. Алексеев С.В. Изучаем экологию экспериментально/ С.В. Алексеев, А.М. Беккер. – СПб, УПМ,1993.

2. Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг / Т.Я. Ашихмина. — М.: АГАР, 2002.

3. Босняцкий Г.П. Методы биоиндикации для контроля состояния окружающей среды. / Экология в газовой промышленности / Г.П. Босняцкий. – ВНИИгаз, 2004.

4. Горышина Т.К. Растения в городе / Т.К. Горышина. – Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1991.

5. Макеева Т.И. Оценка антропогенной нагрузки на территории по показателям стабильности развития растений // Проблемы и пути их решения: научно-практическая конференция / Т.И. Макеева, Г.Н. Никонова. -Москва, 30-31 окт., 2002. Мат-лы конференции. М., 2002. — С. 201-207.

Растения как индикаторы состояния окружающей среды

Видео (кликните для воспроизведения).

страница 5/5
Дата 16.05.2018
Размер 93.4 Kb.
Название файла Мерзлова Виктория 102Ф Растения как индикаторы состояния окр. среды.docx
Учебное заведение Национальный Исследовательский Мордовский Государственный Университет им н. п. Огарева
Тип Реферат
    Навигация по данной странице:
  • 6. Заключение
  • 7. Список литературы
  • 5. Индикаторы грунтовых вод
    По требовательности к водному режиму выделяют следующие группы растений: ксерофиты, мезофиты и гигрофиты. Первые произрастают в сухих местообитаниях, они способны переживать продолжительные периоды сухости почвы и воздуха. Вторые приспособлены к жизни в условиях умеренного увлажнения. Третьи растут во влажных местообитаниях, с большим количеством осадков и высокой влажностью воздуха. Ввиду огромного многообразия природных условий выделяют также промежуточные группы: ксеромезофиты и мезогигрофиты. Донник белый, ковыль, кошачья лапка, незабудка мелкоцветковая, очиток едкий, песчанка узколистна, тимьян ползучий, цикорий обыкновенный, чистец пушистый указывают на сухость почв. Индикаторами повышенной влажности являются белокрыльник, водяной перец, дербенник, или плакун-трава, калужница, лабазник вязолистный, лютик ползучий, незабудка болотная, рогоз узколистный. Важно знать не только степень влажности почвы, но и глубину залегая почвенных вод, в чем могут помочь растения-индикаторы. В пустынях есть свои растения-индикаторы, с помощью которых можно определить наличие подземных запасов воды, глубину ее залегания, ее качество и степень минерализации.
    6. Заключение
    Биологические индикаторы — организмы, реагирующие на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением химического состава и поведения. При экологическом мониторинге загрязнений использование биологических индикаторов зачастую дает более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как биологические индикаторы реагируют на весь комплекс загрязнений. На листьях деревьев при загрязнении атмосферы появляются некрозы. По присутствию некоторых устойчивых к загрязнению видов и отсутствию неустойчивых видов определяется уровень загрязнения атмосферы городов.

    При использовании биологических индикаторов важную роль играет способность некоторых видов накапливать загрязняющие вещества. О повышенном содержание бария и стронция в окружающей среде могу сигнализировать береза и осина неестественно зеленым цветом листьев. Аналогично в ареале рассеяния урана вокруг месторождений лепестки иван-чая становятся белыми (в норме – светло-розовые), у голубики синие плоды приобретают белый цвет и т. д.

    Разные виды биологических индикаторов используют для выявления различных загрязняющих факторов: для общего загрязнения – лишайники и мхи; для загрязнения тяжелыми металлами — слива и фасоль; диоксидом серы — ель и люцерна; аммиаком – подсолнечник; сероводородом — шпинат и горох; полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) — недотрога и др. Часто используются и так называемые «живые приборы» — растения-индикаторы, высаженные на грядках, помещенные в вегетационные сосуды или в специальных коробочках.

    «Живые приборы» устанавливают в наиболее загрязненных частях города. При оценке загрязнения водных экосистем в качестве индикаторов могут выступать высшие растения или микроскопические водоросли, организмы зоопланктона и зообентоса. В средней полосе России в водоемах при загрязнении воды разрастаются роголистник, ряски, а в чистой воде — водокрас лягушачий и сальвиния. С помощью биологических индикаторов можно оценивать засоление почвы, изменение режима увлажнения, интенсивность выпаса и т. д. В этом случае как биологический индикатор обычно используется весь состав фитоценоза. Каждый вид растений имеет определенные пределы распространения по каждому фактору среды, и потому сам факт их совместного произрастания позволяет в достаточной степени оценивать экологические факторы.

    7. Список литературы

    1. Вронский, В.А. Прикладная экология / В.А. Вронский − г. Ростов-на-Дону, 1996.

    2. Викторов, С.В. Основы индикационной геоботаники / С.В. Викторов, Е.А. Востокова, Д.Г. Вышивкин − М., 1961.

    3. Гудериан, Р. Загрязнение воздушной среды / Р. Гудериан, У. Мэннинг, Р. Шуберт – М.: «Мир», 1973.

    4. Николаевский, В.С. Биологические основы газоустойчивости растений / В.С. Николаевский. – Новосибирск: Наука, 1979. − 278 с.

    5. Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России / В.Ф. Протасов − М., 2000.

    Растения — индикаторы загрязнения окружающей среды?

    Ученые давно заметили взаимосвязь растений с условиями окружающей среды. Оказалось, что те или иные растения чутко реагируют качественно и количественно на загрязнения окружающей среды, наличие металлов и минералов, водоносных слоев и тому подобное. Была создана целая наука «Индикационная геоботаника», основу которой составляют растения-индикаторы, обладающие гораздо большей чувствительностью, чем созданные человеком приборы. По этим растениям можно количественно и качественно оценивать окружающую среду. Индикаторные растения это внутривидовые единицы и виды, аномальные формы, возникающие при том или ином воздействии окружающей среды. Объектами индикации являются присутствие определенных элементов, горные породы, наличие подземных вод. Одной из групп растений-индикаторов является группа растений, чутко реагирующих на состояние загрязнения окружающей среды. Под действием загрязнения у этих культурных и дикорастущих растений развивается хлороз и некроз листьев, раннее опадание листвы, меняется густота опушения, увеличивается толщина кутикулы и количество устьиц. Вот какие растения-индикаторы служат для оценки загрязнения:

    компонент культурное растение дикорастущее растение

    Аммиак сельдерей, табак липа

    Тяжелые металлы орхидеи, овсяница боярышник, вяз

    Диоксид серы фиалка, клевер, пшеница, горох ясень, пихта, сосна, ель

    Хлористый водород редис, фасоль, смородина ольха, пихта, лещина, ель, лиственница

    Озон томаты, цитрусовые, картофель сосна

    Фтористый водород тюльпан, абрикос, петрушка пихта, сосна, ель

    По наличию лишайников и хвое сосны можно судить о наличии сернистого газа в атмосфере. Кроме того, меняется окраска различных частей растений.

    Растения и животные – индикаторы загрязнения окружающей среды (стр. 4 из 4)

    Лишайники являются симбиотическими организмами. Многими исследователями показана их пригодность для целей биоиндикации. Они обладают весьма специфическими свойствами, так как реагируют на изменение состава атмосферы, обладают отличной от других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов, начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев, удобны для экспозиции в загрязненных районах.

    Выделяют четыре основные экологические группы лишайников: эпифитные — растущие на коре деревьев и кустарников; зпиксильные — растущие на обнаженной древесине; эпигейные — на почве; эпилитные — на камнях. Из них наиболее чувствительны к загрязнению воздуха эпифитные виды. С помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при невысоких уровнях загрязнения атмосферы эти ми веществами. Процедура определения качества воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации.

    Оценку чистоты воздуха можно проводить с помощью высших растений. Например, голосеменные — отличные индикаторы чистоты атмосферы. Возможно также изучение мутаций в волосках тычиночных нитей традесканции. Французские ученые подмети ли, что при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания, окраска ее тычиночных нитей меняется от синей к розовой. По следствия нарушений в индивидуальном развитии растений могут быть выявлены также по частоте встречаемости морфологических отклонений (фенодевиантов), величине показателей флуктуирующей асимметрии (отклонение от совершенной билатеральной и радиальной симметрии), методом анализа сложноорганизованных комплексных структур (фрактал-анализ). Уровни любых отклонений от нормы оказываются минимальными лишь при оптимальных условиях и возрастают при любых стрессирующих воз действиях.

    окружающий среда загрязнение биоиндикатор

    2.5.2 Оценка качества воды

    Для биологической индикации качества вод могут быть использованы практически все группы организмов, населяющие водоемы: планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие, водоросли, макрофиты, бактерии и рыбы. Каждая из них, выступая в роли биологического индикатора, имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации, так как все эти группы играют ведущую роль в общем круговороте веществ в водоеме. Организмы, которые обычно используют в качестве биоиндикаторов, ответственны за самоочищение водоема, участвуют в создании первичной продукции, осуществляют трансформацию веществ и энергии в водных экосистемах. Всякое заключение по результатам биологического исследования строится на основании совокупности всех полученных данных, а не на основании единичных находок индикаторных организмов. Как при выполнении исследования, так и при оценке полученных результатов необходимо иметь в виду возможность случайных, местных загрязнений в точке наблюдения. Например, разлагающиеся растительные остатки, труп лягушки или рыбы могут вызывать местные изменения в характере населения водоема.

    2.5.3 Диагностика почв

    Особенно ценны и удобны для индикационных работ сообщества крупных беспозвоночных (дождевые черви, многоножки, личинки насекомых). Так, стафилиниды рода Blediusи чернотелки рода Belopusпоказательны для солончаково-солонцовых почв, многоножки-кивсяки, некоторые мокрецы и легочные моллюски служат индикаторами содержания в почве извести. Дождевые черви Octolasiumlacteumи некоторые виды проволочников являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах.

    Интерес представляет почвенно-альгологическая диагностика, в основе которой лежит положение о том, что зональности почв и растительности соответствует зональность водорослевых группировок. Она проявляется в общем видовом составе и комплексе доминантных видов водорослей, наличии специфических видов, характере распространения по почвенному профилю, преобладании определенных жизненных форм.

    3. Биотестирование окружающей среды

    3.1 Задачи и приёмы биотестирования качества среды

    В выявлении антропогенного загрязнения среды наряду с химико-аналитическими методами находят применение приёмы, основанные на оценке состояния отдельных особей, подвергающихся воздействию загрязнённой среды, а также их органов, тканей и клеток. Их применение вызвано технической усложнённостью и ограниченностью информации, которую могут предоставить химические методы. Кроме того, гидрохимические и химико-аналитические методы могут оказаться неэффективными из-за недостаточно высокой их чувствительности. Живые организмы способны воспринимать более высокие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами.

    Биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или накапливающегося загрязнения по индикаторным видам живых организмов и экологическим характеристикам сообществ организмов. Пристальное внимание в настоящее время уделяется приёмам биотестирования, т.е. использования в контролируемых условиях биологических объектов в качестве средства выявления суммарной токсичности среды. Биотестирование представляет собой методический приём, основанный на оценке действия фактора среды, в том числе и токсичного, на организм, его отдельную функцию или систему органов и тканей. Кроме выбора биотеста существенную роль играет выбор тест-реакции – того параметра организма, который измеряется при тестировании.

    3.2 Основные подходы биотестирования

    «Подходами» можно условно назвать группы методов, характеризующих сходные процессы, происходящие с тест-объектами под влиянием антропогенных факторов. Основные подходы:

    Стрессовое воздействие среды можно оценивать по эффективности биохимических реакций, уровню ферментативной активности и накоплению определённых продуктов обмена. Изменение содержания в организме определённых биохимических соединений, показателей базовых биохимических процессов и структуры ДНК в результате биохимических реакций могут обеспечить необходимую информацию о реакции организма в ответ на стрессовое воздействие.

    Видео (кликните для воспроизведения).

    Наличие и степень проявления генетических изменений характеризует мутагенную активность среды, а возможность сохранения генетических изменений в популяциях отражает эффективность функционирования иммунной системы организмов.

    В норме большинство генетических нарушений распознаются и элиминируются клеткой, например путем апоптоза за счет внутриклеточных систем или посредством иммунной системы. Достоверное превышение спонтанного уровня таких нарушений является индикатором стресса. Генетические изменения могут выявляться на генном, хромосомном и геномном уровнях. Принято выделять следующие типы мутаций. Генные, или точковые, — их делят на две группы: замены оснований в ДНК и вставки или выпадения нуклеотидов, приводящие к сдвигу рамки считывания генетического кода. Генные мутации делят также на прямые и об ратные (реверсии). Мутации типа сдвига рамки считывания значительно менее склонны к спонтанным реверсиям, чем мутации типа замен оснований. Хромосомные перестройки (аберрации) заключаются в различных нарушениях структуры хромосом. Геномные мутации — изменение количества хромосом в ядре.

    Для диагностики воздействия загрязнений на морфологические характеристики применяются методы оценки флуктуирующей асимметрии.

    В качестве тест-функций применяются физиологические параметры пресноводных беспозвоночных гидробионтов разных уровней филогенеза.

    Иммунологический подход при оценке состояния окружающей среды заключается в изучении изменений врождённого и приобретённого иммунитета у беспозвоночных и позвоночных животных.

    1.Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие для студ. высш. учеб. Заведений/ О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева и др; под ред. О.П. елеховой и Е.И. Сарапульцевой. – 2-е издание, испр. – М.:Издательский центр «Академия», 2008

    2.Биологические методы оценки природной среды/Под редакцией Н.Н. Смирнова – М.: издательство «Наука»,1978 г.

    3.Биологическая роль микроэлементов. – М.: Наука, 1983, 238с.

    Растения и животные – индикаторы загрязнения окружающей среды (стр. 2 из 4)

    Необходимо различать цели и способы нормирования и оценки качества среды обитания человека по основным физико-химическим параметрам, с одной стороны, и экологического прогноза будущего изменения состояния экосистемы и здоровья людей в условиях антропогенного пресса — с другой.

    Для общей оценки состояния окружающей среды и определения доли участия отдельных источников в ее загрязнении применяют санитарно-гигиенические и токсикологические нормативы (предельно допустимые концентрации — ПДК — поллютантов, предельно допустимые уровни воздействия — ПДУ). Однако для прогноза результатов влияния антропогенных факторов как на экосистемы, так и на здоровье людей необходимо учитывать так же и многие показатели, характеризующие реакцию отдельных организмов и экосистемы в целом на техногенное воздействие.

    Антропогенные загрязнения действуют на живые организмы, и в том числе на человека, в самых различных сочетаниях, комплексно. Их интегральное влияние можно оценить только по реакции живых организмов или целых сообществ. Прогноз действия на человека загрязненной воды, химических добавок в пище или за грязненного воздуха правомочен, если в оценку токсичности входят не только аналитические методы, но и биологическая диагностика действия среды на животных. Кроме того, многие ксенобиотики (чуждые для биосферы вещества) накапливаются в организме, и в результате длительное воздействие даже малых концентраций этих веществ вызывает патологические изменения в организме. Наконец, известен парадоксальный эффект малых доз многих биологически активных соединений, когда сверхслабые дозы (ниже ПДК) оказывают на организм более сильное действие, чем их средние дозы и концентрации.

    Универсальным показателем изменения гомеостаза тест-организма является состояние стресса при попадании из «чистой» среды в «загрязненную».

    В биологии под стрессом понимается реакция биологической системы на экстремальные факторы среды (стрессоры), которые могут в зависимости от силы, интенсивности, момента и продолжительности воздействия более или менее сильно влиять на систему.

    Стрессовое воздействие среды приводит к отклонению основных параметров организма от оптимального уровня.

    В настоящее время оценка степени экологической опасности традиционно осуществляется путем определения в окружающей среде отдельных потенциально вредных веществ или воздействий и сравнения полученных результатов с законодательно установленными для них предельно допустимыми величинами.

    Реализация основных принципов устойчивого развития цивилизации в современных условиях возможна лишь при наличии соответствующей информации о состоянии среды обитания в ответ на антропогенное воздействие, собранной в ходе проведения биологического мониторинга. Оценка качества среды является ключевой задачей любых мероприятий в области экологии и рационального природопользования. Сам термин «мониторинг» (от англ. monitoring контроль) подразумевает проведение мероприятий по непрерывному наблюдению, измерению и оценке состояния окружающей среды.

    Объектами мониторинга являются биологические системы и факторы, воздействующие на них. При этом желательна одновременная регистрация антропогенного воздействия на экосистему и биологического отклика на воздействие по всей совокупности показателей живых систем.

    Основополагающим принципом биологического мониторинга является установление оптимального — контрольного — уровня, любые отклонения от которого свидетельствуют о стрессовом воз действии. Обычно при оценке оптимума по какому-либо одному параметру возникает вопрос о том, будут ли данные условия оптимальными также для других характеристик организма. Однако если исследуемые параметры характеризуют основные свойства организма в целом, то их оптимальный уровень оказывается сходным. Например, столь разные и, казалось бы, совершенно независимые параметры, как асимметрия морфологических признаков, показатели крови, интенсивность потребления кислорода, ритмика роста и частота хромосомных аберраций, могут изменяться синхронно, когда при определенном стрессовом воздействии в действительности изменяется наиболее общая базовая характеристика организма — гомеостаз развития.

    2.Биоиндикация окружающей среды

    2.1 Общие принципы использования биоиндикаторов

    Биоиндикаторы (от био и лат. indico— указываю, определяю) — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Их индикаторная значимость определяется экологической толерантностью биологической системы. В пределах зоны толерантности организм способен поддерживать свой гомеостаз. Любой фактор, если он выходит за пределы «зоны комфорта» для данного организма, является стрессовым. В этом случае организм реагирует ответной реакцией различной интенсивности и длительности, проявление которой зависит от вида и является показателем его индикаторной ценности. Именно ответную реакцию определяют методы биоиндикации. Биологическая система реагирует на воздействие среды в целом, а не только на отдельные факторы, причем амплитуда колебаний физиологической толерантности модифицируется внутренним состоянием системы — условиями питания, возрастом, генетически контролируемой устойчивостью.

    Многолетний опыт ученых разных стран по контролю состояния окружающей среды показал преимущества, которыми обладают живые индикаторы:

    · в условиях хронических антропогенных нагрузок могут реагировать даже на относительно слабые воздействия вследствие кумулятивного эффекта; реакции проявляются при накоплении не которых критических значений суммарных дозовых нагрузок;

    · суммируют влияние всех без исключения биологически важных воздействий и отражают состояние окружающей среды в целом, включая ее загрязнение и другие антропогенные изменения;

    · исключают необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды;

    · фиксируют скорость происходящих изменений;

    · вскрывают тенденции развития природной среды;

    · указывают пути и места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений и ядов, возможные пути их попадания в пищу человека;

    · позволяют судить о степени вредности любых синтезируемых человеком веществ для живой природы и для него самого, при чем дают возможность контролировать их действие.

    Выделяют две формы отклика живых организмов, используемых в целях биоиндикации, — специфическую и неспецифическую. В первом случае происходящие изменения связаны с действием одного какого-либо фактора. При неспецифической биоиндикации различные антропогенные факторы вызывают одинаковые ре акции.

    В зависимости от типа ответной реакции биоиндикаторы под разделяют на чувствительные и кумулятивные. Чувствительные биоиндикаторы реагируют на стресс значительным отклонением от жизненных норм, а кумулятивные накапливают антропогенное воздействие, значительно превышающее нормальный уровень в природе, без видимых изменений.

    В качестве биоиндикаторов могут быть использованы представители всех «царств» живой природы. Для биоиндикации не при годны организмы, поврежденные болезнями, вредителями и паразитами. Идеальный биологический индикатор должен удовлетворять ряду требований:

    · быть типичным для данных условий;

    · иметь высокую численность в исследуемом экотопе;

    · обитать в данном месте в течение ряда лет, что дает возможность проследить динамику загрязнения;

    · находиться в условиях, удобных для отбора проб;

    · давать возможность проводить прямые анализы без предварительного концентрирования проб;

    · характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией загрязняющих веществ в организме-индикаторе и объекте исследования;

    · использоваться в естественных условиях его существования; »иметь короткий период онтогенеза, чтобы была возможность отслеживания влияния фактора на последующие поколения.

    Ответная реакция биоиндикатора на определенное физическое или химическое воздействие должна быть четко выражена, т.е. специфична, легко регистрироваться визуально или с помощью приборов.

    Для биоиндикации необходимо выбирать наиболее чувствительные сообщества, характеризующиеся максимальными скоростью отклика и выраженностью параметров. Например, в водных эко системах наиболее чувствительными являются планктонные со общества, которые быстро реагируют на изменение среды благо даря короткому жизненному циклу и высокой скорости воспроизводства. Бентосные сообщества, где организмы имеют достаточно длинный жизненный цикл, более консервативны: перестройки происходят в них при длительном хроническом загрязнении, приводящем к необратимости процессов.

    К методам биоиндикации, которые можно применять при ис следовании экосистемы, относится выявление в изучаемой зоне редких и исчезающих видов. Список таких организмов, по сути, является набором индикаторных видов, наиболее чувствительных к антропогенному воздействию.

    2.2 Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов

    С помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы (Festucaovinaи др.), полевицы (Agrostistenuisи др.); цинка — виды фиалки (Violatricolorи др.), ярутки (Tlaspialpestreи др.); меди и кобальта — смолевки (Silenevulgarisи др.), многие злаки и мхи.

    Что является индикаторами загрязнения атмосферного воздуха

    21 век стал эпохой огромного влияния человека на окружающую среду. Чтобы контролировать свое влияние на планету, человек начал использовать растения и животных для оценки состояния окружающей среды, биондикации. Близкие по строению животные показывают, что произойдет с человечеством, если не снизить уровень вредоносных выбросов. Растительность же покажет будущее планеты, если человек не позаботится о ней.

    Растения как индикаторы загрязнения

    В качестве индикатора загрязнения окружающей среды используются бактерии, растения, животные и прочие вещества. Растения выступают основным индикатором загрязнения. С их помощью можно определить уровень примесей:

    • в воздухе;
    • в воде;
    • в почве.

    Важным свойством биоиндикаторов является чувствительность к токсичным выбросам. Растения, как индикаторы загрязнения окружающей среды делятся на аккумулятивные — это те многоклеточные, которые накапливают вредные вещества, и чувствительные — организмы, которые дают быструю реакцию на изменения среды.

    Используются как индикатор загрязнения по следующим причинам:

    • Растительные не могут перемещаться, они связаны со своим местом обитания, это облегчает сбор данных.
    • Благодаря развитым корневым системам, возможен анализ литосферы.
    • Из-за способа получения энергии, растительные организмы показывают более высокую чувствительность к загрязнению атмосферы токсинами, парами тяжелых металлов относительно животных.

    Опыты с растениями, выбранными в качестве индикаторов загрязнения воздуха, показывают высокую уязвимость фотосинтеза к вредным соединениям. Небольшая концентрация токсичного вещества нарушает только процесс фотосинтеза.

    При увеличении концентрации токсичных веществ, происходит:

    • Нарушение окраски листьев и органоидов.
    • Изменения работы ферментов.
    • Падение выработки антиоксидантов.
    • Снижение стабильности развития составных частей организма.
    • Снижение продуктивности и жизнеспособности.

    Работа индикаторов загрязнения окружающей среды на основных ступенях организации заключается в оценке показателей загрязнения атмосферы. Проводится на уровнях:

    • Молекулярный.
    • Клеточный.
    • Тканевый.
    • Организменный.
    • Популяционный.

    Низшие ступени биоиндикации позволяют рассмотреть прямое влияние среды и специфические изменения отдельных образцов. Высшие дают возможность увидеть косвенные и нехарактерные изменения. Комплексное рассмотрение всех уровней материи оценивает антропогенное воздействие на планету.

    Клеточный уровень

    Биондификация проводится через рассмотрение физиологического влияния внешней среды. Клетки являются ярко выраженными показателями загрязнения атмосферного воздуха. Растительные клетки отражают ранние нарушения во внешней среде:

    • Разрушение мембран клеток.
    • Нарушение баланса основных веществ — белков, ферментов, аминокислот.
    • Накопление токсина внутри клетки.

    Многие растения являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха, какие-то дают возможность определить степень по нескольким критериям, а некоторые сразу гибнут, не справляясь с изменениями.

    Хвойники

    Хвойные деревья используются как объект изучения чаще остальных, Они являются основными индикаторами загрязнения окружающего воздуха. При анализе рассматривается множество параметров:

    • Цвет хвои.
    • Опадаемость.
    • Концентрация фенолов.
    • Наличие воска у иголок.
    • Темп фотосинтеза и проч.

    Благодаря круглогодичным процессам хвойных, можно прослеживать уровень загрязнения атмосферного воздуха в динамике. Показателями загрязнения воздуха и почвы фтором станут: побеление иголок у основания и потемнение иголок, связанные с отмиранием.

    Лишайники

    Исследования демонстрируют пригодность симбиотов для биоиндикации. Лишайники, которые относятся к симбиотическим организмам, используются в роли индикаторов загрязнения воздуха:

    1. Автотрофы реагируют на загрязнение атмосферы, на изменения ее состава.
    2. Отличаются биохимически от других видов и царств.
    3. Произрастают в различных климатических условиях.

    Живущие на загрязненных территориях, они демонстрируют достоверные сведения о степени токсичности воздуха. Существует группа элементов, к которым особо чувствительны — оксид азота, фтороводород, оксид серы, тяжелые металлы и хлороводород. Часто гибнут даже при невысоком содержании данных веществ в атмосфере.

    Оценка загрязнения почвы с помощью растений

    Растения служат индикаторами увеличения концентрации металлов и токсинов в почве. Выделяют следующие характеристики грунта, который подвергается биоиндикации: влажность, концентрация питательных веществ, концентрация токсичных веществ, кислотность.

    Примеры растений-индикаторов загрязнения окружающей среды

    Фитоиндикация — оценка состояния атмосферы, почвы с использованием растений, относится к основным инструментам анализа. Состав воздуха, оказывает влияние на жизнедеятельность и развитие каждого организма. Увеличение концентрации токсичных соединений в атмосфере пагубно влияет на автотрофные организмы.

    Как растения, которые являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха реагируют на изменения:

    1. Увеличение концентрации бария в воздухе будет отражаться на лиственных деревьях, таких как осина или береза. Листья приобретут слишком яркий цвет.
    2. Кресс-салат реагирует на выбросы промышленных газов, нарушается фотосинтез, растение быстрее гибнет.
    3. Некоторые комнатные растения являются показателями загрязнения атмосферы. Домашний бальзамин реагирует на выброс тяжелых металлов в атмосферу и гибнет.
    4. Листья Гардении станут желтоватыми при резком повышении концентрации угарного газа. Организм реагирует в течение нескольких часов и спасает владельцев от удушья.
    5. При смоге гибнут томаты, бегонии и бобовые.
    6. Фрезия и Гладиолус гибнут при попадании фтора в воздух. Листья начинают отмирать, затем гибнет все растение.
    7. Выброс аммиака губителен для подсолнухов.
    8. Картофель и кукуруза чувствительны к появлению озона в атмосфере. Листья растений становятся серыми и покрываются пятнами.
    9. Листья табака в аналогичных условиях становятся белыми, покрываются пятнами.

    Индикаторами загрязнения почвы среди растений также являются:

    • Иван-чай теряет пигментацию лепестков при наличии Урана в почве.
    • Повышенная насыщенность солью отражается на березах. Листья покрываются желтыми пятнами, по краям начинает отмирать.

    Основным показателем, характеризующим загрязнение воздуха помещений, является концентрация углекислого газа. При содержании вещества выше 3% относительно количества воздуха в помещении, газ оказывает токсическое действие. Выработке кислорода помогают автотрофные организмы.

    Оценка качества окружающей среды с помощью растений

    Некоторые виды автотрофов особо подвержены влиянию загрязнений воздуха. В 21 веке используется концепция экологического анализа среды. Организмы могут отражать:

    • Проявления отдельных токсичных веществ.
    • Качественное изменения среды.

    После обнаружения наличие загрязнителей в среде, ученые проводят измерения концентрации токсинов. Состояние окружающих условий на видовом и популяционном уровнях выражается через продуктивность организмов. Промышленные районы могут стать «лишайниковой пустыней», так как представители этих видов острее всего реагируют на выбросы фтора и сернистого газа.

    Транспорт и предприятия являются источниками токсичных веществ. Последствия выбросов обусловлены соединениями газов, которые попадают в организм и образуют вредные соединения. Растения становятся индикаторами загрязнения воздуха из-за своей зависимости от качества среды. Влияние поллютантов (токсинов) определяется:

    1. Концентрацией токсичных веществ в воздухе.
    2. Длительностью воздействия веществ на организм.
    3. Относительного влияния токсина на конкретный вид.

    Выделяется 3 основных индикатора загрязнения атмосферного воздуха у хвойного растения:

    1. Нарушение работы хлоропластов.
    2. Повреждение других органелл клетки.
    3. Полное разрушение органелл или переход их в бесструктурное состояние.

    Биология разделяет 2 вида реакции растительных на токсичные выбросы в воздух:

    • Газоустойчивость. Организм способен поддерживать процессы жизнедеятельности независимо от уровня заражения воздуха.
    • Газочувствительность. Развитие прошло под воздействием токсичных веществ, которые изменили работу основных процессов внутри организма.

    Обе реакции протекают незаметно, но нарушают и ухудшают качество и состояние растения.

    Животные — индикаторы

    Индикаторами загрязнения окружающей среды выступают как растения, так и животные. Животные в роли индикатора загрязнения окружающей среды становятся объектом изучения, так как максимально близки к человеку физиологически. Их поведение при ухудшении экологии позволит предсказать реакцию не только растительности, но и человека.

    Позвоночные используются как показатель из-за следующих причин:

    1. Относятся к консументам, занимают место в каждом уровне экосистем, накапливают токсины, которые получают по пищевой цепи.
    2. Активный обмен веществ способствует быстрой реакции на негативное влияние внешней среды.
    3. Ткани неоднородны по строению и характеристикам. Отличаются по способности аккумулировать токсичные вещества. Возможен глубокий анализ тканей и их функционирования.
    4. Животные с высокой рождаемостью и недлительным периодом развития используются для экспериментов, требующих анализ влияния условий на потомство.
    5. Животные дольше адаптируются к антропогенному воздействию. Это позволяет изучать реакцию на внешние факторы.

    Преимущество животных как биоиндикаторов — схожесть с человеком по физиологическим качествам.

    • Эксперименты требуют большего времени, чем опыты с растениями.
    • Работа с животными требует больших затрат.

    Опыты с животными предоставляют возможность оценки состояния многоклеточных и внешней среды на каждой ступени биоценоза. На уровне организма анализируются: поведенческие, физиологические, биохимические и морфологические показатели. Морфологический анализ дает оценку строения животного, внешние и внутренние изменения вследствие конкретных факторов. Биохимические и физиологические показатели реагируют на внешние изменения. Токсичные вещества попадают в кровь животного, меняют работу систем жизнедеятельности. Характерными изменениями являются:

    • Изменения ритма дыхания.
    • Нарушение сокращений сердца.
    • Изменение репродуктивных процессов.

    Основными критериями выбора животных для биоиндикации являются:

    • Обширный ареал.
    • Высокая численность вида.
    • Животные ведут оседлый образ жизни, не совершают миграций.

    В условиях повышения загрязненности внешней среды биоиндикация становится одним из ключевых способов изучения воздействия человека на планету. Дает возможность найти баланс между человеком и природой.

    Источники

    Читайте так же:  Административное задержание коап рф 27 2 коап сроки
    Растения индикаторы загрязнения окружающей среды
    Оценка 5 проголосовавших: 1

    ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

    Please enter your comment!
    Please enter your name here