Метод комплексної біоіндикації

Показові ознаки екосистемного рівня

Екосистемний рівень

Негативний вплив анторопогенних факторів на природні екосистеми проявляється у зміні їх видового складу. Володіючи певною стійкістю до негативних впливів, види формують спільноти, що відрізняються біорізноманіттям, яке може бути використане для біоіндикаціоні цілей. Показовими ознаками є:

1) видовий склад, видове різноманіття;

2) характер поширення виду; динаміка ареалу, в тому числі розширення ареалів синантропних видів;

3) популяційний аналіз (продуктивність, щільність, динаміка ареалу, вікова структура, смертність, внутрішньовидова диференціація, відбір стійких екотипів).

Оцінка впливу забруднюючих речовин на екосистемному рівні зводиться до використання даних, отриманих для рівнів популяції або співтовариств з яких воно складається. Структурною основою екосистеми є неорганічні та органічні речовини, фактори середовища (температура, світло, вітер і ін..), продуценти, консументи і, редуценти. Складні взаємозалежні процеси функціонування екосистеми здійснюються за рахунок потоку енергії, харчових ланцюгів, кругообігу поживних речовин, зміни різноманітності, розвитку та еволюції у часі і просторі, продуктивним виявилося попереднє з'ясування чутливих ланок екосистем, за якими можна судити про стан екосистем.

Для оцінки стану навколишнього середовища використовується метод комплексної біоіндикації. Він полягає в комбінації фіто-і зооіндікаторів на різних системних рівнях. Перевагою цього методу є:

- Можливість оцінити стан екосистеми, як результат взаємодії природних елементів екосистем і антропогенного впливу,

- Виявити ступінь стійкості і реакцію екосистем на вплив людини;

- Використання біоіндикаторів, а саме їх фізіологічних індикаційних ознак, дозволяє визначити зміни в екосистемах на дуже ранніх стадіях, коли вони ще не проявляються морфологічними та структурними змінами і їх не можна виявити іншими методами;

- Можливість передбачати порушення екосистем і вчасно вживати заходів, щоб захистити екосистему від збитку і тим самим не допустити великих народногосподарських втрат.

Методика має кілька послідовних етапів, на яких використовуються різні методи (малюнок).

По-перше: вивчення структури території за фізико-географічним та економіко-географічним чинникам, виявлення антропогенного впливу і на основі цього - визначення однорідних географічних одиниць.

По-друге: визначення мережі ключових ділянок та їх характеристик. Для однакових типів екосистем необхідно мати кілька однотипних ключових ділянок, які відрізняються лише ступенем антропогенного впливу.

Рис. Логічна схема досліджень по методу комплексної біоіндикація

По-третє: вибір індикаторів і біоіндикаційні дослідження обраних індикаторів, проводяться протягом трьох років, три рази на рік - навесні, влітку і восени, щоб виявити не тільки стан індикаторів, але й динаміку їх змін.

По-четверте: збір додаткової інформації про стан ґрунту, води і господарської діяльності людини.

По-п'яте: оцінка стану навколишнього середовища, яке має два етапи:

1) виявлення основних кількісних співвідношень між станом індикаторів і станом екосистем; побудова оцінних шкал;

2) екстраполяція станів екосистем на більш великі однорідні географічні одиниці. Побудова карти стану навколишнього середовища. Біоіндикаційні спостереження ведуться на двох системних рівнях - популяції та індивіда. Для кожного рівня розроблені критерії для вибору індикаторів та індикаційних ознак.

Ступінь зміни екосистем відбивається екологічними індексами цих пологів. Особливо показовий індекс різноманітності спільноти Н '(індекс Шеннона), де високе значення свідчить про високу міру стабільності і саморегуляції екосистеми:

де N - загальне число особин, N_і - число особин і -го виду, s - число видів; Також використовується індекс домінантності С, де високе значення індексу показує порушені екосистеми:

На рівні індивіда вибирають індикаційні ознаки за наступними критеріями:

· тісний зв'язок зі значимими для життя реакціями організму;

· здатність відбивати поступові зміни стану організму, причому в ранніх стадіях, поки вони не виявляються в патологічному стані організму;

· здатність відображати різну силу і якість фактора, який викликає зміни, повернутися в первісний стан у зв'язку з адаптацією організму до чинника або із зникненням фактора;

· стандартний і простий спосіб відбору проб та їх збереження, стандартні і прості методи аналізу.

Останні два критерії особливо важливі при фізіологічних спостереженнях, так як більшість з них потребують дотримання точних експериментальних умов.

На рівні індивіда ми вибрали фіто-і зооіндікатори та наступні індикаційні ознаки.

Основний критерій, за яким визначається стан фітоіндікатора – рівень фотосинтезу. Фотосинтез визначає життєздатність рослин, їх врожайність і добре відображає всі зміни середовища проживання. Але його рівень дуже важко виміряти безпосередньо, тому використовуються непрямі індикаційні ознаки - суха біомаса, кількість розчинних білків, активність ферменту пероксидази. Чим сильніше змінюється стан екосистеми в небажаному напрямку, тим менше проходить фотосинтез. У зелених наземних частинах рослин зменшується їх суха біомаса, концентрація розчинних білків та активність фотосинтетичних ферментів.

Зооіндікатори: наприклад, гризуни різних родів часто зустрічаються на територіях, що вивчаються і їх екологічні особливості добре вивчені. Індикаційні ознаки – маса організму, маса його органів (печінки, нирок), вміст важких металів в органах і шерсті, активність ферменту церулопласміна.

Церулопласмін є одним з стресових ферментів. Це фермент крові, який містить у своїй молекулі іони Сu (він блакитний) і чітко відображає стан організму, підвищуючи свою активність при раку, запаленнях та інших патологічних станах. Він також чітко відображає і вплив факторів середовища проживання, наприклад, при введенні в організм важких металів і при іммобілізації тварини. Це підвищення відповідає силі впливу - концентрації металу.

Стан екосистем визначають співставленням стану індикаторів - відхиленням їх индикационних ознак від фонового (оптимального) стану. Для побудови оціночних шкал доцільно виражати відхилення не в абсолютних величинах, а у відсотках, де за 100% береться величина фонового стану. При оцінці можна випускати з уваги, в яку сторону йде відхилення від фону в екологічному і фізіологічному сенсі. В екстремальних випадках спостерігаються відхилення і в позитивну сторону. У кінцевому підсумку виходить набір величин, кількість і величина відхилень яких відображає стан екосистеми. Чим більше відміну від фону і чим вище відхилення, тим «гірше» стан екосистем. В залежності від розподілу відхилень за рівнями індикаторів (популяцій і індивідів) можна судити про ступінь і характер змін стану екосистем (малюнок).

Малюнок - Модель оцінної шкали

1 - кількість видів; 2 - чисельність; 3 - біомаса; 4 - вага органів; 5 - активність ферментів

Різке відхилення фізіологічних індикаційних ознак і майже фонове значення екологічних свідчать про порушення екосистем на ранніх стадіях. На стадії структурного порушення екосистем екологічні та фізіологічні ознаки досягають майже однакових відхилень і вони пропорційні. Про функціональне порушення екосистем свідчить перевищення відхилень екологічних ознак над фізіологічними. На цьому етапі фізіологічні ознаки вже не змінюються, більш якісна оцінка виходить за рахунок екологічних ознак.

Комбінацією різних фіто-і зооіндикаторів на двох системних рівнях можна оцінити поступові і дуже незначні зміни в стані екосистем. І при чіткому наборі характерних для досліджуваної території ключових ділянок можна оцінити і більш великі географічні одиниці і скласти карту стану навколишнього середовища. На основі карти і оціночних шкал можна в майбутньому дуже швидко оцінити стан будь-якої екосистеми відповідного типу даного регіону або при наявності фонових екосистем та інших регіонів і дати рекомендації про оптимальну господарську діяльність на даній території.

Дата добавления: 2014-01-07