Лекция № 10. Тема:Биоэкологический мониторинг

Тема: Биоэкологический мониторинг

1. Сущность биоэкологического мониторинга

2. Биологические тесты

3. Критерии оценки состояния биоты. Исследование растительности, как индикатора состояния окружающей среды

1. Сущность биоэкологического мониторинга. Этот вид мониторинга рассматривается как система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения (Федоров, 1975; Бурдин, 1985 и др.). Его объектом выступает биологические системы различных уровней организации и их реакции на внешние естественные и антропогенные воздействия. Субклеточному уровню организации систем соответствует генетический мониторинг, клеточному - биохимический мониторинг, организменному - физиологический мониторинг, популяционному и биоценологическому уровням - экологический мониторинг (в узком смысле этого понятия).

Для каждого уровня биологических систем разрабатывается методика наблюдений и устанавливается определенный набор функциональ­ных характеристик. Так, мониторинг популяций и биоценозов должен проводиться в стационарных условиях, как на эталонных участках, так и территориях, подверженных антропогенному воздействию. Он включает наблюдения за видовым составом, обилием, структурой, продуктивностью и другими характеристиками. Необходим контроль за изменением популяций и биоценозов под влиянием разных видов антропогенного воздействия и их функционированием в условиях ин­тенсивной хозяйственной деятельности человека. Особый интерес представляют наблюдения за аккумуляцией растениями и животными хи­мических веществ, выделяемых в процессе промышленного производст­ва, при аварийных выбросах или применяемых в сельском и лесном хозяйстве, их миграцией по цепям питания и распределением по трофическим уровням в биоценозах, расположенных в различных при­родных зонах.

2. Биологические тесты. Хотя все химические тесты позволяют получить важную информацию о текущем состоянии воды и ее возможном загрязнении, они не несут какой-либо информации о биологическом качестве, воды иди об истинных последствиях для окружающей среды.

Такая информация может быть получена только с помощью тестов, использующих биологические эффекты.

Тесты на токсичность могут проводиться на отдельных организмах или смешанных популяциях. Индивидуальные формы выбирают таким образом, чтобы использовать различные классы организмов, важных для водных систем, и на них изучают в лабораторных условиях тест на эффект пагубного воздействия тестируемого вещества.

Существуют статические и динамические тест-системы, которые позволяют определять острый и хронический токсикологические эффекты, например токсикологические влияния на скорость размножения организмов.

Условия тестов стандартизируют. В зависимости от природы теста регламентируют состав разбавляющей воды и питательных растворов, значений рН и температуру среды при тесте, а также подачу кислорода или освещенность.

Важную роль играет число организмов в анализируемой среде. В случае микроорганизмов оценка может быть проведена по мутности или концентрации твердых частиц. Одна из тестовых сред служит контрольным опытом, а к другим добавляют различные количества испытуемого вещества. Спустя определенное время или через определенные интервалы времени измеряют оценочный критерий. Помимо гибели тест-организмов в качестве оценочного критерия могут использоваться скорость размножения организмов, респираторная активность и способность удерживаться на плаву.

Тест на рыбах. Продолжается от 24 ч. до 3 мес., в зависимости от того, какой токсикологический эффект определяется: острый или хронический.

Например, форель используют в Германии для тестов на приспосабливаемость в случае регулярных выпусков сточных вод.

Готовят пробы сточной воды различного разбавления с помощью разбавляющей воды регламентированного состава и переносят в стеклянные аквариумы. Объем среды составляет примерно 5 л, рН в начале теста поддерживают равным 7±0,2. Кроме среды для теста одновременно тестируется контрольная среда, содержащая только воду для разбавления. В начале теста в каждый аквариум помещают по пять форелей. Температура воды должна быть (20 ± 1)^оС, концентрация кислорода не ниже 4 мг/л. Продолжительность теста 48 ч. По окончанию теста определяют, сколько рыб выжило. При этом не одна из рыб не должна умереть в контрольной среде. Результат теста выдается в виде фактора разбавления.

Фактор GF - токсичность, показывает, во сколько раз объем сточной воды следует разбавить, чтобы приготовить безвредную тестовую среду. Наименьшее значение GF, при котором все рыбы выживают в условиях теста называют фактором разбавления, выражают целым числом.

Дафнии - выбраны как представители класса ракообразных и корма рыб. Продолжительность теста: 24 часа (в острой форме) или примерно 3 недели для определения поведения дафний при размножении - так называемый тест жизненного цикла.

В тесте на водорослях определяют задержку ассимиляции или ингибирования роста конкретных форм водорослей.

Бактериальные тесты. Типичным оценочным критерием служит эффект подавления размножения бактериальных клеток. Удобным для измерения параметром является респираторная активность. Она может быть получена на основе БПК.

Определение ферментативной активности и ее возможное ингибирование токсичным веществом. Примером служит определение активности дегидрогеназы с помощью хлорида 2, 3, 5-трифенилтетразалия.

Воспроизводимость биологических тестов не может быть сопоставима с воспроизводимостью химических или физических измерений по причине сложности биологических систем. При тесте на рыбе, например, стандартное отклонение на уровне 20 % считается удовлетворительным.

Результаты стандартных тестов могут давать только грубую оценку областей концентраций веществ, в которых можно ожидать токсикологический эффект.

Биоаккумуляторные тесты предварительно проводят со специфическими веществами. Используют для изучения раковины или рыбы. Живые организмы экстрагируют в течение длительного периода при сублетальных концентрациях тест-вещества. Через установленные временные интервалы специфическими аналитическими методами определяют тест-вещества в живых организмах и сравнивают результаты со значениями, полученными для соответствующих контрольных объектов. Факторы аккумулирования находят для живого организма в целом или его отдельных частей (печень, почки, кости, мышцы) и сравнивают с концентрацией этого вещества в образце воды.

3. Критерии оценки состояния биоты. Исследование растительности, как индикатора состояния окружающей среды. В качестве критериев оценки экологического состояния популяций и биоценозов выступают структурные и функциональные показа­тели, характеризующие состояние растительности и животного населения. Среди них следует выделить такие показатели, как изменение видового состава фито- и зооценозов, уменьшение разнообразия ви­дов в биоценозах, сокращение площади коренных ассоциаций, изме­нение плотности (численности) популяций видов-индикаторов, умень­шение проективного покрытия и продуктивности растительности и другие. Оценка разнообразия видов производится по критерию Симпсона (Д), который рассчитывается по следующей формуле:

где P1…Pn - доля каждого вида в суммарном обилии, взятом за единицу. Для получения оценки необязательно использовать данные по всей флоре или фауне, можно ограничиться анализом характерных групп видов растений и животных, по которым имеется достаточно надежная информация.

Некоторые критерии состояния растительности и животных приме­нительно к выделению зон экологического риска (ЭР), кризиса (ЭК) и бедствия (ЭБ) представлены в таблице 1 (Критерии оценки..., 1992; Виноградов и др., 1993)

Таблица 1 - Критерии экологической оценки состояния растительности и животного населения

Показатели	Норма	ЭР	ЭК	ЭБ
Разнообразие видов растений и животных (уменьшение критерия Симпсона, %)	<10	10-20	20-50	>50
Плотность популяции вида – индикатора антропогенной нагрузки, % от исходной	<10	10-20	20-50	>50
Относительная площадь коренных ассоциаций, %	>60	40-60	40-20	<10
Повреждение древостоев техногенными выбросами, % от общей площади	<5	5-30	30-50	>50
Проективное покрытие степной пастбищной растительности, % от нормального	>80	60-70	20-50	<10
Продуктивность пастбищной расти- тельности, % от потенциальной	>80	60-70	10-30	<5
Уменьшение численности охотничье промысловых видов животных, число раз от нормального	<2	2-3	3-10	>10
Биомасса почвенной мезофауны, % от нормальной	>90	60-80	30-50	<20

Важными функциями биологического мониторинга являются разра­ботка систем раннего оповещения, диагностика и прогнозирование изменения биологических сообществ (Бурдин, 1985). При разработке систем раннего оповещения необходим отбор подходящих организмов и создание автоматизированных устройств, позволяющих достаточно чет­ко выявлять реакцию биоты на антропогенные изменения окружающей природной среды. Такие устройства могут быть использованы для оп­ределения качества воды в водоемах и получения оперативной инфор­мации о возникновении опасной токсикологической ситуации.

Диагностический блок мониторинга включает выявление, идентифи­кацию и определение концентрации загрязняющих веществ в биоте. Данные диагноза служат информационной базой для прогнозирования эволюции живых организмов. Прогнозирование позволяет установить скорости накопления загрязняющих веществ, пути их миграции по це­пям питания и в конечном итоге определить будущее состояние био­логических объектов и окружающей их среды обитания.

Дата добавления: 2014-01-05