Биологические методы оценки качества объектов окружающей среды
 Скачать 2.82 Mb.
|
|
Членистоногие Членистоногие (Anthropoda) – самая многочисленная и раз- нообразная группа почвенных животных. Среди них есть пред- ставители микро-, мезо- и макрофауны почв. К мезофауне почв относятся пауки, мокрицы, многоножки и насекомые (рис. 2.4). Пауки чаще всего встречаются в почвах па- стбищных угодий. Все пауки – хищники, поедающие насекомых и других беспозвоночных. Рис. 2.4. Многоножки: 1 – кивсяк; 2 – геофил; 3 – мухоловка Мокрицы (Oniscoidea) – равноногие ракообразные, полно- стью перешедшие на сухопутный образ жизни. Предпочитают места с повышенной влажностью. Многоножки (Myriapoda) имеют тело, разделенное на два отдела, – голову и длинное туловище, почти каждый членик ко- торого снабжен конечностями (см. рис. 2.4). Всего сегментов бы- вает до 170 и более. Среди многоножек есть мелкие виды. Длина 39 их тела 1,5 – 2,0 мм, а самые крупные достигают 10 – 15 см и мо- гут быть отнесены к макрофауне почв. Наиболее многочисленны и разнообразны в почве диплоподы (Diplopoda) – двупарноногие многоножки. К ним относятся широко распространенные в поч- вах кивсяки. Насекомые (Insecta, или Hexapoda) – класс наземных члени- стоногих, имеющих тело, расчлененное на голову, грудь и брюш- ко. Грудь имеет 3 пары членистых конечностей – ног, число ко- торых – характерный признак насекомых (шестиногие) (рис. 2.5). Рис. 2.5. Насекомые: 1 – личинка жужелицы; 2 – личинка щелкуна; 3 – личинка хруща; 4 – пустынный муравей-бегунок; 5 – пустынный муравей-бегунок; 6 – жук-навозник 2.5. Методы учета почвенных беспозвоночных Выбор приемов для учета разных групп обитающих в почве животных определяется особенностями почвы и объектами ис- следования. Учет крупных беспозвоночных (мезофауна) произ- водят методом выборки животных из почвы. Простой способ выборки животных – метод почвенных рас- копок. Размеры выбираемой пробной площадки зависят от степе- 40 ни увлажненности почвы, чаще всего 0,5×0,5 м (0,25 м 2 ), в сухих районах до 1 – 2 м 2 . Чем больше заложено почвенных раскопок, тем точнее проводится выявление видового состава и количества животных. Расстояние между раскопками 5 – 10 м. Глубина поч- венных раскопок 30 – 50 см, в сухих местах на легких почвах – до 100 см и более. Из раскопки почву выбирают послойно. Раскопки проводят следующим образом: отмечают размеры площадки, за- бивают по углам колышки, натягивают между ними бечевку. За- тем от границ отмеренной площадки отгребают в разные стороны опад или подстилку (если проба берется в лесу) или сухую землю поверхностного слоя. Рядом с площадкой помещают клеенку или плотную материю, на которую затем кладут выбранную из рас- копки почву. Сначала с площадки снимают опад и другие расти- тельные остатки, которые тщательно вручную перебирают, учи- тывая и собирая всех найденных при этом животных, а траву выщипывают для того, чтобы облегчить разборку почвы из верх- него слоя. Встреченных на поверхности почвы животных учиты- вают отдельно от тех, которых выбирают непосредственно из нее. После удаления разобранных растительных остатков приступают к выкапыванию почвы лопатой. Выбрасываемые на разложенную рядом с площадкой клеенку небольшие порции почвы тщательно перетирают руками, разбивают крупные комки, разрывая дерно- вину. Всю почву из разбираемого слоя порцию за порцией пере- тирают на весу между ладонями, тщательно следя за ссыпающей- ся на клеенку почвой и собирая падающих животных. Животных собирают отдельно из каждой пробы и каждого слоя. 2.6. Биоиндикация загрязнения почв по изменению видового биоразнообразия Видовое биоразнообразие – наиболее часто используемый показатель, учитывающий два компонента – видовое разнообра- 41 зие (количество видов, наблюдаемых в естественных условиях обитания на определенной площади или объеме) и количествен- ное распределение по видам. Количественно видовое разнообра- зие (ВР) характеризуют с помощью индексов. Наиболее широко используют индекс Симпсона. При вычислении индекса исполь- зуют численность организмов i-го вида n i , найденных наблюдате- лем на площадке биоиндикации, и общую численность всех ви- дов N на площадке биоиндикации. Методика обеспечивает выявление зон экологических ано- малий на местности с вероятной ошибкой не более 20 %. Вели- чина погрешности гарантируется при соблюдении следующих норм биоиндикации: − количество площадок обследуемой местности биоиндика- ции не менее 5; − размер площадки биоиндикации почвенного покрова не менее 1 м 2 ; − размеры почвенной прикопки: 0,25×0,25 м, на глубину встречаемости беспозвоночных (20 см). В данной методике индекс Симпсона рассчитывается по формуле 2 2 1 1/( ), i i D P P = + + (1) где D i – индекс Симпсона, рассчитанный для каждой площадки биоиндикации; P 1 ... P i – доля каждого вида в суммарном обилии, взятом за единицу. P i рассчитывают следующим образом: / , i i P n N = (2) где n i – численность i-го вида на площадке биоиндикации; N – общая численность всех видов на площадке биоиндика- ции. 42 Относительный показатель видового биоразнообразия на площадке биоиндикации исследуемой территории рассчитывают по формуле контр / 100. i i D D D = ⋅ (3) Для проведения данной оценки необязательно использовать данные по всей фауне, можно ограничиться анализом характер- ных групп видов, по которым имеется надежная информация. 2.7. Пример реализации методики Пример приведен для пяти площадок биоиндикации кон- трольной и исследуемой территории. В результате проведенного экологического обследования были получены следующие данные (табл. 2.1 и 2.2). Таблица 2.1 Численность и видовой состав почвенных беспозвоночных животных на «условно чистой» (контрольной) территории Виды и количество биоиндикаторов Номер прикопки Дождевые черви Моллюски (слизни, улитки) Много- ножки (геофилы) Пауко- образные Равноно- гие (мокрицы) Насе- комые 1 9 5 4 5 4 7 2 10 4 5 4 5 4 3 8 4 3 6 7 6 4 8 5 5 5 6 7 5 7 3 3 4 3 5 43 Таблица 2.2 Численность и видовой состав почвенных беспозвоночных животных на исследуемой территории Виды и количество биоиндикаторов Номер прикопки Дождевые черви Моллю- ски (слизни, улитки) Много- ножки (геофилы) Пауко- образные Равноно- гие (мокрицы) Насе- комые 1 9 3 2 1 5 4 2 8 2 2 1 3 1 3 3 3 0 0 1 2 4 3 1 6 7 9 3 5 4 4 5 2 8 2 Расчет показателя изменения видового биоразнообразия (для контрольной территории) Расчет показателя видового биоразнообразия (индекса Симпсона) проводят по формуле (1), используя эксперименталь- ный материал (см. табл. 2.1). Площадка № 1 Дождевые черви Количество животных на площадке биоиндикации 9. Сред- нее количество животных на площадке биоиндикации контроль- ной территории 32. Отсюда Р 1 =9 ⋅1 /32 = 0,28. Моллюски Количество животных на площадке биоиндикации 5. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 2 = 5 ⋅1 /32 = 0,15. 44 Многоножки Количество животных на площадке биоиндикации 4. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 3 = 4 ⋅1 /32 = 0,12. Паукообразные Количество животных на площадке биоиндикации 5. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 4 = 5 ⋅1 /32 = 0,15. Мокрицы Количество животных на площадке биоиндикации 4. Сред- нее количество животных на площадке биоиндикации контроль- ной территории 32. Отсюда Р 5 = 4 ⋅1 / 32 = 0,12. Насекомые Количество животных на площадке биоиндикации 7. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 6 = 7 ⋅1 / 32 = 0,22. Подставив найденные значения в формулу (1), получаем: 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 5,0 0,2 0,28 0,15 0,12 0,15 0,12 0,22 i D P = = = = + + + + + ∑ 45 Площадка № 2 Дождевые черви Количество животных на площадке биоиндикации 10. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 1 = 10 ⋅1 / 32 = 0,31. Моллюски Количество животных на площадке биоиндикации 4. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 2 = 4 ⋅1 /32 = 0,12. Многоножки Количество животных на площадке биоиндикации 5. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 3 = 5 ⋅1 /32 = 0,15. Паукообразные Количество животных на площадке биоиндикации 4. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 4 = 4 ⋅1 / 32 = 0,12. Мокрицы Количество животных на площадке биоиндикации 5. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 5 = 5 ⋅1 / 32 = 0,15. 46 Насекомые Количество животных на площадке биоиндикации 4. Сред- нее количество всех животных на площадке биоиндикации кон- трольной территории 32. Отсюда Р 6 = 4 ⋅1 / 32 = 0,12. Подставив найденные значения в формулу (1), получаем: 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 5,42 0,1843 0,31 0,12 0,15 0,12 0,15 0,12 i D P = = = = + + + + + ∑ На остальных площадках биоиндикации показатель измене- ния видового биоразнообразия рассчитывают аналогичным обра- зом. Полученные результаты экологического обследования кон- трольной (эталонной) территории представлены в табл. 2.3. Таблица 2.3 Результаты биоиндикации контрольной территории Номер площадки биоиндикации 1 2 3 4 5 Показатель изменения видового биоразнообразия (индекс Симпсона D o ) 5,0 5,42 5,0 4,76 10,0 Расчет усредненного показателя изменения видового био- разнообразия биоиндикаторов на контрольной территории про- водят по формуле контр / , i D D b = ∑ где b – количество площадок биоиндикации. Отсюда D контр = (5,0+5,42+5,0+4,76+10,0)/5 =30,18/5 = 6,04. 47 Расчет относительного показателя изменения видового биоразнообразия (для исследуемой территории) Расчет проводят по формуле (1), используя эксперименталь- ный материал (см. табл. 2.2). Площадка № 1 Дождевые черви Количество животных на площадке биоиндикации 9. Общее количество животных на площадке биоиндикации 24. Отсюда Р 1 = 9 ⋅1 /24 = 0,37. Моллюски Количество животных на площадке биоиндикации 3. Общее количество животных на площадке биоиндикации 24. Отсюда Р 2 = 3 ⋅1 / 24 = 0,12. Многоножки Количество животных на площадке биоиндикации 2. Общее количество животных на площадке биоиндикации 24. Отсюда Р 3 = 2 ⋅1 / 24 = 0,08. Паукообразные Количество животных на площадке биоиндикации 1. Общее количество животных на площадке биоиндикации 24. Отсюда Р 4 = 1 ⋅1 / 24 = 0,04. Мокрицы Количество животных на площадке биоиндикации 5. Общее количество животных на площадке биоиндикации 24. Отсюда Р 5 = 5 ⋅1 / 24 = 0,2. 48 Насекомые Количество животных на площадке биоиндикации 4. Общее количество животных на площадке биоиндикации 24. Отсюда Р 6 = 4 ⋅1 /24 = 0,17. Подставив найденные значения в формулу (1), получаем: 2 2 2 2 2 2 1 1 1 4,54 0,22 0,37 0,12 0,08 0,04 0,2 0,17 i i D P = = = = + + + + + ∑ Относительный показатель изменения видового биоразно- образия [рассчитывают по формуле (3)] на данной площадке био- индикации 4,54 100 75,1 6,04 i D = = Сравнив полученное значение с критериальными (табл. 2.4), получаем соответствие экологической обстановки «относитель- ной удовлетворительной ситуации». Таблица 2.4 Критерии изменения экологического состояния почвенного покрова Параметр Показатель Экологи- ческое бедствие Чрезвычайная экологическая ситуация Относительно удовлетворительная ситуация Относительное изме- нение видового биоразнообразия (индекс Симпсона) (D i ) Менее 25 25 – 50 Более 50 49 По остальным площадкам биоиндикации исследуемой тер- ритории относительный показатель изменения видового биораз- нообразия рассчитывают аналогичным образом. По расчетным данным дается оценка экологического состояния почвенного по- крова на исследуемой территории. Полученные значения записы- вают в табл. 2.5. Таблица 2.5 Классификация экологического состояния почвенного покрова по видовому биоразнообразию Номер площадки биоиндикации 1 2 3 4 5 Относительный показатель измене- ния видового биоразнообразия D i 75,1 59,1 59,4 20,3 10,6 Параметр экологического состояния почвы Относи- тельно удовлет- во- рительная ситуация Относи- тельно удовлет- во- рительная ситуация Относи- тельно удовлет- во- рительная ситуация Экологи- ческое бедствие Экологи- ческое бедствие Тесты для самоконтроля 1. В качестве биоиндикаторов при мониторинге почв целе- сообразнее использовать виды: а) эврибионтные; б) стенобионтные; в) любые; г) исчезающие. 2. Геобионтами называют: а) постоянных обитателей почв; б) виды, укрывающиеся в почве; в) виды, живущие в почве на протяжении части жизненно- го цикла; г) всех обитателей почв. 50 3. При мониторинге почв в качестве биоиндикаторов чаще всего используют представителей: а) микрофауны; б) мегафауны; в) мезофауны; г) нанофауны. 4. Дождевые черви являются представителями: а) мезофауны; б) макрофауны; в) мегафауны; г) микрофауны. 5. Какие из указанных представителей педобионтов отно- сятся к фитофагам? а) многоножки; б) мокрицы; в) личинки насекомых; г) ли- чинки майского хруща. 6. Улитки и слизни, используемые в качестве биоиндикато- ров при мониторинге почв, являются представителями: а) круглых червей (нематод); б) кольчатых червей (олиго- хет); в) моллюсков; г) членистоногих. 7. Кивсяки являются представителями: а) моллюсков; б) членистоногих; в) круглых червей; г) насе- комых. 8. Индекс Симпсона является показателем: а) изменения видового биоразнообразия под действием за- грязнения; б) загрязнения почв тяжелыми металлами; в) плодоро- дия почв; г) показателем засоленности почв. 9. При величине индекса Симпсона, равной 30, экологиче- ское состояние почвы характеризуется: а) как экологическое бедствие; б) чрезвычайная экологиче- ская ситуация; в) относительно удовлетворительная ситуация; г) хорошее экологическое состояние. 51 10. Экологическое состояние почвы характеризуется как от- носительно удовлетворительная ситуация при индексе Симпсона, равном: а) 25; б) 75; в) 30; г) менее 25. 11. Размер выбираемой пробной площадки при биомонито- ринге почв по видовому составу почвенных беспозвоночных за- висит: а) от температуры почвы; б) степени засоленности почвы; в) степени увлажненности почвы; г) для всех почв одинаков. 12. В какие месяцы года наиболее целесообразно проводить биомониторинг почв по видовому составу почвенных беспозво- ночных в средней полосе Российской Федерации? а) март − май; б) сентябрь − октябрь; в) май − сентябрь; г) апрель − ноябрь. 52 3. МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОДОЁМОВ 3.1. Биоиндикация загрязнения малых рек по видовому составу макрозообентоса Природные водоемы постоянно испытывают огромную ан- тропогенную нагрузку. Они загрязняются промышленными, коммунально-бытовыми, сельскохозяйственными стоками, а так- же ливневыми стоками с населенных мест. Исходя из этого в во- доемы попадают как токсичные для гидробионтов вещества (соли Cu 2+ , Hg 2+ , Cd 2+ , Zn 2+ , нефтепродукты, пестициды), так и биоген- ные элементы (соединения фосфора, азота, калия), вызывающие эвтрофикацию водоемов. Для биоиндикации качества воды в во- доемах в настоящее время используются различные группы вод- ных организмов: водоросли, макрофиты, животные различных экологических групп. О чистоте природного водоема можно су- дить по видовому разнообразию и обилию различных видов гид- робионтов. К макрозообентосу относят наиболее крупных представите- лей бентоса, с размером тела более 2 мм. Относительно крупные размеры представителей микрозообентоса облегчают задачу их обнаружения и распознавания. Высокая стенобионтность (требо- вательность к условиям существования) ряда видов, формирова- ние сложных многокомпонентных систем, приуроченность к оп- ределенным субстратам, относительная малоподвижность позво- ляют использовать зообентос для регистрации антропогенного воздействия на водные экосистемы. 53 Наиболее часто для оценки уровня загрязнения малых рек используется метод С. Г. Николаева. В основе метода лежит за- висимость видового состава крупных донных беспозвоночных от уровня загрязнения речной воды. В качестве биоиндикаторов ис- пользуют организмы, широко распространенные в водоемах Цен- тральной России: червей, губок, моллюсков, ракообразных, ли- чинок насекомых (ручейников, стрекоз, веснянок и др.). Среди них для целей биоиндикации выбраны наиболее ха- рактерные таксоны, т. е. конкретные представители систематиче- ских групп беспозвоночных, наличие которых в донных отложе- ниях отчетливо характеризует уровень загрязнения воды. В каче- стве индикаторных групп выступают как отдельные виды, так и таксоны более высокого ранга: роды, семейства. отряды, классы, типы; а также экологические группы. Это объясняется тем, что организмы одного таксона, рангом более высокого, чем вид, мо- гут иметь практически одинаковую чувствительность к загрязне- ниям и, таким образом, также служить в качестве биоиндикато- ров загрязнения. Многие индикаторные организмы представлены насекомы- ми, находящимися в личиночной стадии. Поэтому для обследова- ния рек следует выбирать периоды либо до вылета насекомых, либо после вылета, т. е. весну или начало осени. |