Биологические методы оценки качества объектов окружающей среды
 Скачать 2.82 Mb.
|
|
3.7. Оценка степени эвтрофикации водоёма по зообентосу Уровень загрязнения (эвтрофикации) водоёма К Э можно оценить по видовому составу зообентоса как отношение количе- ства организмов-детритофагов к общему количеству организмов. Наиболее часто из детритофагов для этих целей используют представителей типа малощетинковые черви – олигохет. Коэф- фициент эвтрофикации рассчитывают по формуле К Э = n ол / n общ ⋅ 100 %, где n ол – количество особей олигохет в 4 мл пробы зообентоса; n общ – общее количество особей зообентоса. Чем больше коэффициент эвтрофикации, тем сильнее за- грязнение водоёма и тем выше уровень эвтрофикации водоёма (табл. 3.8). 68 Таблица 3.8 Классификация качества поверхностных водоемов по зообетносу Класс вод Качество вод Относительная численность олигохет, % от общего количе- ства донных организмов К Э Биотический индекс 1-й Очень чистые 1 – 20 10 – 8 2-й Чистые 21 – 35 7 – 5 3-й Умеренно загрязнённые 36 – 50 7 – 3 4-й Загрязнённые 51 – 65 2 – 1 5-й Грязные 66 – 85 1 – 0 6-й Очень грязные 86 – 100 0 3.8. Оценка устойчивости водоёма к антропогенному загрязнению по видовому составу гидробиоценоза Устойчивость любой экосистемы зависит от её способности к самоочищению и самовосстановлению. Естественное самоочищение водоёма – это непрерывный процесс физико-химической и биохимической утилизации и обезвреживания веществ, загрязняющих водный объект. Физико-химическое самоочищение осуществляется путём осаждения взвешенных частиц и окисления растворённых соеди- нений кислородом воды. Сущность процессов биохимического самоочищения сво- дится к постепенной минерализации поступающего органическо- го вещества до стабильных соединений (СО 2 , Н 2 O, SO 4 2- , NO 3 и др.). Биогенные элементы (N, Р, С, S, К и др.), образующиеся в результате минерализации, вновь включаются в круговорот ве- ществ водоёма. В биологическом самоочищении участвуют все живые организмы водоёма: микроорганизмы, водоросли, высшая растительность, беспозвоночные и позвоночные животные. 69 Устойчивость экосистемы (гидробиоценоза) определяется количеством видов, обитающих в ней. Наибольшей устойчиво- стью обладают водоёмы с высоким индексом биоразнообразия. Индекс биоразнообразия К б вычисляют по формуле К б =1,44 ⋅ N / (n 1 + n 2 + n 3 +…n n ), где N – число видов на исследуемом участке водоёма; n 1 , n 2 , n 3 , n n – среднее количество особей каждого вида в по- следней пробе (4 мл). Степень деградации водоёма можно оценить по величине коэффициента биологического сходства Р. Жаккара. Этот коэф- фициент показывает степень оскуднения биоценоза загрязнённо- го водоёма по сравнению с контрольным, относительно чистым и ненарушенным. Коэффициент Р. Жаккара рассчитывают по фор- муле К = V 3 ⋅ 100 / (V 1 +V 2 – V 3 ), где V 1 – число видов в исследуемом водоёме; V 2 – число видов в контрольном водоёме; V 3 – число видов, общих для обоих водоёмов. Количество видов устанавливают с помощью определителей водных растений и беспозвоночных и рисунков (прил. 1 – 2). Чем выше К, тем чище водоём. Оборудование: − пипетки вместимостью 4 см 3 ; − драга с сетью из мельничного газа; − водный сачок; микроскоп; − ёмкости для хранения проб грунта; − лупа; − формальдегид, 4%-ный раствор; пенициллиновые флаконы; определитель водных беспозвоночных; гербарная папка. Порядок выполнения работы: 1. С помощью драги отбирают 250 – 300 мл природного грунта в стеклянные банки или пластмассовые ведерки. Крупных 70 беспозвоночных помещают в пенициллиновые флакончики с 4%-ным раствором формальдегида. 2. Отбирают пробы воды с водной растительностью и по- мещают в стеклянные банки или пластмассовые ведерки. 3. С помощью определителей устанавливают видовой со- став макробионтов. 4. Определяют по определителю крупных беспозвоночных. 5. Подсчитывают общее количество видов (таксонов) зоо- бентоса в 4 мл отобранной пробы с помощью рисунков (см. прил. 1 – 2) и определителей (для исследуемого и контрольного водо- ема). 6. Определяют количество особей каждого вида в несколь- ких пробах исследуемого образца и устанавливают n 1 , n 2 , n 3 и n n . Рассчитывают индекс биоразнообразия и коэффициент эвтрофи- кации. 7. Данные заносят в (табл. 3.9). Таблица 3.9 Индекс биоразнообразия водоема Количество особей каждого таксона (в 4 мл) Водо- ем Таксоны (отряд, тип) Количе- ство так- сонов n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n n Индекс био- разнообразия, К б 8. Оценивают сапробность водоёмов по видовому составу растений-биоиндикаторов и дают комплексную оценку состояния исследуемого водоёма. Тесты для самоконтроля 1. Биоиндикация загрязнения природных вод по методу С.Г. Николаева производится по видовому составу: а) макрофитов; б) перифитона; в) зообентоса; г) зоопланктона. 71 2. Метод С.Г. Николаева используется для биоиндикации загрязнения малых рек: а) биогенными элементами; б) токсичными веществами; в) органическими веществами; г) любыми веществами. 3. Отбор проб при биомониторинге производится с участков субстрата, располагающихся в местах: а) с возможно более благоприятными условиями аэрации; б) мелководной густой растительностью; в) с затонов с застойной водой; г) ниже по течению от источника загрязнения. 4. Личинки веснянок и ручейников встречаются в водах: а) очень грязных; б) чистых; в) очень чистых; г) загрязненных. 5. Плоские пиявки и мелкие двустворчатые моллюски ха- рактерны для вод: а) очень грязных (6-й класс); б) удовлетворительно чистых (3-й класс); в) очень чистых (1-й класс); г) загрязненных (4-й класс). 6. Оценка качества вод по индексу Шеннона основывается на определении: а) видового состава перифитона; б) относительного обилия видов; в) видового состава зообентоса; г) видового состава зоо- планктона. 7. При загрязнении водоемов биогенными элементами про- исходит: а) увеличение видового состава гидробионтов; б) возраста- ние численности некоторых макрофитов; в) возрастание числен- ности некоторых видов зоопланктона; г) гибель всех макрофитов. 72 8. Олигосапробные зоны водоемов характеризуются: а) наибольшей загрязненностью воды биогенными элемен- тами; б) наибольшей загрязненностью воды токсичными вещест- вами; в) наименьшей загрязненностью воды биогенными элемен- тами; г) умеренно загрязненной водой. 9. Элодея канадская и ряска малая характерны для зон: а) олигосапробных; б) мезосапробных; в) всех; г) полиса- пробных. 10. Относительная численность олигохет в процентах от об- щего количества донных организмов в очень чистых водоемах составляет: а) 20 − 30; б) 1 − 20; в) 30 − 40; г) 60 − 80. 11. Какие из указанных загрязняющих веществ, попав в больших количествах в водоем, могут вызвать его эвтрофика- цию? а) NaCl, CaCl 2 ; б) NaHCO 3 , Ca(HCO 3 ) 2 ; в) Na 2 SO 4 , CuSO 4 ; г) KNO 3 , CaHPO 4 12. Какие из указанных веществ являются наиболее токсич- ными для гидробионтов? а) Ca(HCO 3 ) 2 , Mg(HCO 3 ) 2 ; б) NaCl, КCl; в) Hg(NO 3 ) 2 , CdCl 2 ; г) CaSO 4 , MgSO 4 73 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Применяемая в настоящее время в Российской Федерации методология нормирования и аналитического контроля загрязне- ния объектов окружающей среды (воздуха, почв, природных и сточных вод) не отвечает современным требованиям экологиче- ского контроля состояния окружающей среды, поскольку: • охватывает лишь незначительную часть реально присутст- вующих в окружающей среде загрязняющих веществ; • не учитывает воздействие загрязняющих веществ на все виды живых организмов, обитающих в почве, воздухе, природ- ных водах; • не учитывает воздействие комплекса загрязняющих ве- ществ на процессы самоочищения в почвах и водоёмах; • не выявляет эффектов синергизма и антагонизма химиче- ских соединениях на живые организмы; • не выявляет воздействия комплекса вредных факторов на популяции и экосистемы. В настоящее время в связи с экологическим кризисом, охва- тившим многие регионы планеты, биоиндикаторы нашли широ- кое применение при мониторинге и контроле качества природной среды. Метод биоиндикации стал крупным разделом в системе экологического мониторинга во многих странах. Ценный опыт выявления зон с опасным уровнем загрязнения воздуха накоплен в странах Западной Европы, особенно в Германии, Великобрита- нии. Среди методов биоиндикации, применяемых в этих странах, большой популярностью пользуются методы лихеноиндикации загрязнения воздуха. 74 Возросшая антропогенная нагрузка на окружающую среду приводит к изменению химического состава биотопов и, как следствие, к сокращению естественной биоты в объёме, превы- шающем пороговое значение, сокращению биоразнообразия, ли- шает экосистемы устойчивости, так как вид организма может су- ществовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям при- способления этого вида к её колебаниям и изменениям. Методы биоиндикации позволяют получить интегральную оценку качест- ва объектов окружающей среды для живых организмов, выявить критические уровни нагрузки химических загрязнителей для на- земных и водных экосистем. О качестве среды, степени её загрязнения судят по видовому составу, соотношению видов и состоянию отдельных видов в экосистеме, накоплению в биомассе некоторых видов различных веществ (тяжёлых металлов, пестицидов, радионуклидов, нитра- тов и т.д.). Биологические методы просты в исполнении, не требуют дорогостоящего оборудования и в то же время за короткий про- межуток времени позволяют собрать информацию о состоянии окружающей среды на больших территориях, о влиянии крупных источников загрязнения на окружающую среду. Исходя из выше- изложенного, студенты экологических специальностей должны овладеть общепринятыми методами оценки качества воздуха, почв и природных вод методами биоиндикации. Указанные мето- ды могут быть использованы при выполнении учебно- исследовательских работ в лабораторных практикумах по эколо- гии, экотоксикологии и экологическому мониторингу, а также дипломных работ. Применение методов биоиндикации загрязне- 75 ний природной среды позволит студентам овладеть приемами на- учного эксперимента, необходимыми будущим специалистам- экологам, глубже осознать процессы, происходящие в окружаю- щей природной среде под воздействием антропогенных факторов и принимать адекватные решения по восстановлению природных экосистем, нормированию экологических нагрузок на окружаю- щую природную среду. Биоиндикация уровня загрязнения окружающей природной среды является начальным этапом комплексной системы эколо- гического мониторинга состояния компонентов окружающей сре- ды, включающей использование современных физических, физи- ко-химических и химических методов анализа. 76 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Пресноводные моллюски-биоиндикаторы чистоты водоёма 1. Роговая шоровка. 2. Прудовик обыкновенный. 3. Прудовик ушковый. 4. Физа ключевая. 5. Прудовик яйцевидный. 6. Лужанка настоящая. 7. Лужанка полосатая. 8. Битиния щупальцевая. 9 А,Б . Горошина. 10 А, Б . Ка- тушка обыкновенная. 11 А, Б . Катушка килевая. 12 А,Б . Перловица вздутая. 13. Перловица-живописец. 14. Беззубка утиная. 15. Катушка завитая. 16 Катушка гладкая 77 Приложение 2 Животное население малых рек и озёр 1. Молочно-белая планария. 2. Малая ложноконская пиявка. 3. Ложнокон- ская пиявка. 4. Улитковая пиявка. 5. Дождевой червь. 6. Трубочник. 7. Волосатик. 8. Шаровка. 9. Физа заострённая. 10. Яйцевидный прудовик. 11. Ушковый прудовик. 12. Обыкновенный прудовик. 13. Прудовик малый. 14. Лужанка настоящая. 15. Роговая катушка. 16. Битиния щупальцевая. 17. Катушка килевая. 18. Катушка гладкая. 19. Катушка круговая. 20. Циклоп 78 Продолжение прил. 2 21. Дафния. 22. Водяной ослик. 23. Бокоплав. 24. Гидракарина ацеркус торрис. 25. Водяной паук (самка). 26. Личинка настоящей стрекозы. 27. Личинка стрекозы коромысла. 28. Личинка стрекозы-лютки. 29. Плавт 79 Продолжение прил. 2 30. Личинка подёнки. 31. Личинка подёнки кенис макрура. 32. Личинка веснянки Перла маргината. 33. Гладыш (клоп). 34. Гребляк малый. 35. Водомерка панцирная. 36. Водяной скорпион. 37. Личинка вислокрылки с трахейными жабрами 80 Окончание прил. 2 38. Ручейник. 39. Чехлик агрипнии. 40. Чехлик ручейника граммотаулиуса. 41. Чехлик стенофилакса. 42, 43, 46. Чехлик лимнофиуса. 44. Чехлик кол- чанки. 45. Чехлик стенофилакса ротундипенниса. 47. Личинка большого ручейника. 48. Личинка ручейника, не строящая чехликов. 49. Пеструшка. 50. Желтушка. 51. Личинка плавунца окаймлённого. 52. Личинка бабочки рясковой огневки. 53. Чехлик из ряски. 54. Личинка комара-коретры. 55. Личинка комара-дергуна. 56. Личинка комара обыкновенного. 57. Личинка слепня. 58. Личинка иловой мухи. 59. Птихоптера. 60. Личинка мокреца. 61. Личинка мухи-львинки 81 Приложение 3 Ответы к тестам Ответы к главе Номер вопроса 1-й 2-й 3-й 1 в б в 2 б а б 3 а в а 4 в б в 5 б г а 6 г в б 7 г б б 8 а а в 9 в б г 10 в б б 11 а в г 12 в в в 82 Библиографический список 1. Израэль, Ю. А. Экология и контроль состояния природ- ной среды / Ю. А. Израэль. – М. : Гидрометеоиздат, 1984 – 560 с. 2. Вайнерт, Э. Биоиндикация загрязнения наземных экоси- стем / Э. Вайнерт [и др.]. – М. : Мир, 1988 – 350 с. 3. Николаевский, В. С. Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами фитоиндикации / В. С. Николаевский. – Пущино : ВНИИЛМ, 2002 – 220 с. – ISBN 5-94219-030-5. 4. Загрязнения воздуха и жизнь растений / под. ред. М. Трешоу. – Л. : Гидрометеоиздат, 1998 – 380 с. 5. Гюнтер, Л. И. Самоочищение и биоиндикация загряз- ненных вод / Л. И. Гюнтер [и др.]. – М. : Наука, 1980. – 241 с. 6. Биоиндикация и биомониторинг / под ред. Д. А. Криво- лучкого. – М. : Наука, 1991. – 288 с. – ISBN 5-02-005419-4. 7. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. – Л. : Гидрометеоиздат, 1983. – 239 с. 8. Тарарина, Л. Ф. Экологический практикум для студен- тов и школьников (биоиндикация загрязнений среды) / Л. Ф. Та- рарина. – М. : Apryc, 1997. – 80 с. – ISBN 5-85549-163-3. 9. Фёдорова, А. И. Практикум по экологии и охране окру- жающей среды : учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведе- ний / А. И. Фёдорова, А. Н. Никольская. – М. : Гумманит, ВЛАДОС, 2001. – 288 с. – ISBN 5-691-00309-7. 10. Маннинг, У. Дж. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений / У. Дж. Маннинг, У. А. Федер. – М. : Гид- рометиоиздат, 1985. – 143 с. 11. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / под ред. Р. Шуберта. – М. : Мир, 1988. – 348 с. 83 12. Определитель пресноводных беспозвоночных Европей- ской части СССР / отв. ред. Л. А. Кутикова, Я. И. Старобогатов. – М. : Гидрометеоиздат, 1977. – 670 с. 13. Чеснокова, С. М. Лихеноиндикация загрязнения окру- жающей среды : практикум / С. М. Чеснокова ; Владим. гос. ун-т. – Владимир, 1999. – 36 с. – ISBN 5-89368-141-Х. 14. Бабьева, И. П. Биология почв / И. П. Бабьева, Г. М. Зенова ; под ред. Д.Г. Звягинцева. – М. : Изд-во МГУ, 1989. – 336 с. – ISBN 5-211-00459-0. 15. Чеснокова, С. М. Практикум по экологическому монито- рингу / С. М. Чеснокова, Е. П. Гришина ; Владим. гос. ун-т. – Владимир, 2004. – 144 с. – ISBN 5-89368-476-1. 16. Орлов, Д. С. Экология и охрана биосферы при химиче- ском загрязнении : учеб. пособие для хим., хим.-технол. и биол. специальностей вузов. – М. : Высш. шк., 2002. – 334 с. – ISBN 5-06-004099-2. 84 Учебное издание ЧЕСНОКОВА Светлана Михайловна БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Учебное пособие Ч. 1. Методы биоиндикации Подписано в печать 20.02.07. Формат 60х84/16. Усл. печ. л. 5,25. Тираж 100 экз. Заказ Издательство Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горького, 87. |