Биомониторинг и его особенности. Реферат по МОС (Биомониторинг). Биомониторинг атмосферы и его особенности

• Название: Биомониторинг атмосферы и его особенности
• Анкор: Биомониторинг и его особенности
• Дата: 07.01.2023
• Размер: 2.24 Mb.
• Имя файла: Реферат по МОС (Биомониторинг).docx
• Тип: Реферат; #875849
• страница: 1 из 3

ФГБОУ ВО УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра БП и ПЭ

Реферат

по дисциплине «Мониторинг окружающей среды»

на тему:

«Биомониторинг атмосферы и его особенности»

Группа ТБ-419а
Выполнил	____25.11.2022__	______________	А. А. Галеева
	(дата)	(подпись)	(И.О.Фамилия)
Принял	_______________	______________	д.т.н. Н. Г. Курамшина
	(дата)	(подпись)	(И.О.Фамилия)

Уфа - 2022

Содержание

Введение………………………………………………………………………………...3

Глава 1. Биомониторинг как составная часть экологического мониторинга………..4

1.1 Понятие экологического мониторинга………………………………….………4

1.2 Место биологического мониторинга в системе экологического мониторинга.....................................................................................................................6

3. 
   Общие сведения о биомониторинге……………………………………………..8
   
4. 
   Методы биологического мониторинга………………………………………...10
   
   1. 
      Биотестирование………………………………………………………….11
      

1.4.2 Биоиндикация……………………………………………………………....13

3. 
   Основные преимущества и недостатки биомониторинга……………………16
   

Глава 2. Состояние атмосферного воздуха…………………………………………..18

2.1 Состояние атмосферного воздуха на территории России…………………….18

2.2 Состояние атмосферного воздуха на территории Республики Башкортостан……………………………………………………………………….…22

Глава 3. Биомониторинг атмосферного воздуха…………………………………….27

3.1 Биоиндикация загрязнения воздуха по состоянию сосны……………………28

3.2 Биоиндикация загрязнения воздуха по лишайникам (лихеноиндикация)…..31

3.3 Флуктуирующая асимметрия древесных и травянистых форм растений как тест-система оценки качества среды…………………………………………………35

3.4 Индикация загрязнения окружающей среды по качеству пыльцы растений..........................................................................................................................37

Глава 4. Наблюдение за состоянием атмосферного воздуха……………………….39

Выводы………………………………………………………………………………...41

Список использованных источников………………………………………………...4


Введение
Интенсивное антропогенное изменение окружающей среды достигло к нашему времени катастрофического уровня. Оно реально угрожает уже не только благополучию, но и самому существованию многих биологических видов, включая человека. Поэтому проблемы охраны, восстановления окружающей среды и рационального природопользования стали сейчас первоочередными, жизненно важными. Однако любые действия и меры по решению этих проблем должны базироваться, прежде всего, на надежных сведениях о состоянии окружающей среды и ее изменениях. Именно для обеспечения такой информационной основы природоохранной деятельности и предназначен экологический мониторинг.

Термин «мониторинг» появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5–16 июня 1972 г.).

Биологический мониторинг - экологический мониторинг, основанный на наблюдении за реакцией живых организмов на загрязнение окружающей среды. Наблюдения за отдельными видами живых существ и состоянием некоторых сообществ — часто самый простой путь оценки изменений в экосистеме в целом. Изменение морфологии особей, численности, распределения видов и экологических групп обычно четко отражает перестройки на экосистемном уровне, в том числе в результате деятельности человека.

Глава 1. Биомониторинг как составная часть экологического мониторинга

1. 
   Понятие экологического мониторинга
   

Экологический мониторинг — это долгосрочные наблюдения за состоянием окружающей среды, ее загрязнением и происходящими в ней природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния природной среды.

Мониторинг включает три основных направления деятельности:

• 
  наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;
  
• 
  оценку фактического состояния среды;
  
• 
  прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.
  

Структуру системы мониторинга принято изображать в виде блок-схемы (рис. 1), на которой показаны прямые и обратные связи между основными системообразующими блоками.

Блоки «Наблюдения» и «Прогноз состояния» тесно связаны между собой, так как прогноз состояния окружающей среды возможен лишь при наличии информации о фактическом ее состоянии (прямая связь). Построение прогноза, с одной стороны, подразумевает знание закономерностей изменений состояния природной среды, а с другой — направленность прогноза должна определять структуру и состав наблюдений (обратная связь) для выведения экологической ситуации в благоприятное русло. Данные, полученные в результате прогноза и наблюдений, должны оцениваться в зависимости от того, в какой области человеческой деятельности они используются.

Рисунок 1 –Блок-схема структуры экологического мониторинга (по Ю. А. Израэлю)

Оценка состояния окружающей среды включает определение ущерба от воздействия, с одной стороны, и выбор оптимальных условий для человеческой деятельности — с другой. Система мониторинга антропогенных изменений является составной частью регулирования качества среды (блок «регулирование качества среды»), которое осуществляется путем установления нормативов предельно допустимых воздействий человека на окружающую природную среду. [1]

По объектам наблюдения различают геофизический и биологический экологический мониторинг.

Геофизический мониторинг включает в себя элементы наблюдения, контроля, оценки, прогноза состояния и изменений геофизической среды, изменений абиотической составляющей биосферы. Основными задачами биологического мониторинга (биомониторинга) являются определение состояния биотической составляющей биосферы, ее отклика, реакции на антропогенное воздействие, определение функции состояния и отклонения этой функции от естественного состояния на различных уровнях организации биосистем.

2. 
   Место биологического мониторинга в системе экологического мониторинга
   

В последнее время весьма актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами. Система этих наблюдений и прогнозов составляет суть экологического мониторинга. В этих целях все чаще применяется и используется достаточно эффективный и недорогой способ мониторинга среды – биоиндикация, т.е. использование живых организмов для оценки состояния окружающей среды. Последствия загрязнения окружающей среды отражаются на внешнем виде растений. У растений под влиянием вредных веществ происходит увеличение числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения, развивается хлороз и некроз листьев, раннее опадание листвы. Некоторые растения наиболее чутко реагируют на характер и степень загрязнения атмосферы. Это означает, что они могут служить живыми индикаторами состояния среды. В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды, составной частью которого является биологический мониторинг. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки качественного состояния природной среды. Обнаружив по состоянию растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ различными методами, например, испытанием растений в лабораторных условиях. На уровне вида и сообщества о состоянии природной среды можно судить по показателям продуктивности растений. Индикаторами присутствия сернистого газа являются лишайники и хвойные породы, наиболее сильно страдающие от загрязнений. Во многих промышленных городах вокруг заводов возникают зоны, где лишайники вообще отсутствуют – «лишайниковые пустыни». Хвоя сосны образует на своей поверхности тем более толстый слой воска, чем выше концентрация или продолжительнее действие на нее сернистого газа. На этом основании был разработан метод индикации в атмосфере сернистого газа – «тест помутнения по Гертелю». Другой признак действия двуокиси серы на растения – снижение рН содержимого клеток. Весь комплекс экологических факторов (температура воздуха и почвы, влагообеспеченность, рН среды, загрязнение почв и воздуха металлами) сказывается на биосинтезе пигментов, изменяя окраску различных частей растения. Этот биоиндикатор может оказаться наиболее информативным. Исследования, проведенные на древесных растениях, показали, что тяжелые металлы могут накапливаться в растениях, и по их содержанию можно оценить экологическую обстановку территории. Загрязнение медью сказывается на росте растений, цинком – приводит к отмиранию листьев у 8 растений, кобальтом – к ненормальному развитию и т.д. Индикаторами присутствия фтора являются чувствительные растения, накапливающие его и реагирующие на этот фитотоксикант некрозом листьев (гладиолусы, фрезия).

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.

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. [2]

1.3 Общие сведения о биомониторинге

Биологический мониторинг – система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения, проявляющихся на организменном, популяционном или экосистемном уровнях.

Биологический мониторинг (сокращенно — биомониторинг) предназначен для решения трех основных задач.

1. Информационное обеспечение деятельности по сохранению биоты: определение состояния биотической составляющей биосферы (на различных уровнях организации биосистем) и ее реакции на антропогенное воздействие. Учитывая важнейшую роль живых организмов в образовании и регулировании всей окружающей среды, ясно, что задача сохранения биоты имеет для человечества первоочередное практическое значение. Очевидны также этический и эстетический аспекты данной проблемы.

2. Оценка состояния окружающей среды по биотическим параметрам. Особую роль играет выявление начальных стадий неблагоприятных изменений среды, к которым многие компоненты биоты намного чувствительнее, чем человек.

3. Исследование содержания различных ингредиентов в биоте относится к биологическому мониторингу довольно условно; скорее, это одна из составляющих общей задачи определения содержания поллютантов в различных средах.

Кроме того, существуют многие частные формы биологического мониторинга для информационного обеспечения конкретных направлений деятельности по охране окружающей среды.

Особой подсистемой биомониторинга может считаться мониторинг популяций конкретных биологических видов. Наблюдения ведутся:

• за средообразующими популяциями, очевидно необходимыми для существования всей экосистемы (например, популяции доминирующих видов деревьев в лесных экосистемах);

• за популяциями-индикаторами, хорошо характеризующими своим состоянием степень благополучия той или иной экосистемы и наиболее чувствительными к антропогенному воздействию (например, планктонные рачки Epishura baikalensis в озере Байкал в зоне воздействия ЦБК);

• за популяциями, имеющими большую хозяйственную ценность (например, ценных видов рыб).

В последнее время увеличивается роль генетического мониторинга. Представляющего собой наблюдение возможных изменений в генофонде различных популяций.

Мониторинг популяции человека (как компонента биосферы) тоже может, в известной степени, считаться одной из форм популяционного биомониторинга. Постановлением Правительства РФ № 426 от 01.06.2000 г. от 1 июня 2000 г. утверждено положение о социально-гигиеническом мониторинге — государственной системе наблюдения, анализа, оценки и прогноза состояния здоровья населения и среды обитания человека (на уровнях: федеральном, субъектов федерации, муниципальных образований). Заявленные цели социально-гигиенического мониторинга — формирование федерального информационного фонда, изучение причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и условиями среды, а также обеспечение межведомственной координации деятельности по контролю санитарно–эпидемиологической остановки. [3]

1.4 Методы биологического мониторинга

Существуют два методологически различных пути оценки состояния среды по характеристикам биоты: биотестирование и биоиндикация.

Современную функционально-иерархическую систему биологического мониторинга представлена на рисунке 2. [4]

Рисунок 2 – прикладные системы биологического мониторинга

Главным способом получения информации при проведении биологического мониторинга является биоиндикация – контроль состояния окружающей среды с помощью биоиндикаторов.

Следует отметить, что на начальном этапе становления системы экологического мониторинга ведущим методом оценки качества окружающей среды с помощью биологических объектов было биотестирование – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов. Этот метод уже имел и теоретическую основу и довольно богатый практический опыт в связи с разработкой системы санитарно-гигиенических нормативов, история которой началась еще в 1896 г. с установления предельно допустимой концентрации (ПДК) содержания хлористого водорода в воздухе рабочих помещений.

1.4.1 Биотестирование
Биотестирование — это оценка качества среды при активном вмешательстве в природные процессы путем постановки эксперимента в природных или лабораторных условиях.

Суть биотестирования сводится к определению последствий взаимодействия подопытных организмов («тест-объектов») с испытываемой средой. О степени вредного воздействия среды судят, сопоставляя изменения характеристик тест-объектов при различной продолжительности опыта в изучаемых средах.

Результаты лабораторных токсикологических опытов с тест-объектами путем интегрирования полученных пороговых концентраций (при которых происходит гибель определенной доли особей или патологические изменения физиологических, биохимических и др. показателей) позволяют вычислить значения ПДК.

Критерием токсичности является достоверное количественное значение тес-тпараметра (тест-реакции), на основании которого делается вывод о токсичности образца. Среди тест-параметров наиболее часто используют поведенческие реакции, выживаемость, плодовитость, изменение ферментативной и метаболической активности организмов, а также их морфологических характеристик.

Биотестирование включает:

• изучение связи доза-эффект на тест-объектах;

• изучение порога отклика;

• острые, подострые, хронические, короткие и продолжительные опыты на генетическом, клеточном и организменном уровнях;

• зависимость продолжительности жизни от дозы вещества;

• влияние на плодовитость и потомство;

• изучение механизмов токсичности и детоксикации. [5]

Объектами биотестирования могут быть химические соединения (при определении санитарно-токсикологических характеристик), вода природных водоемов, водопроводная и сточные воды, водные вытяжки из почв, отходов, различных изделий, кормов и др.

Разнообразие тест-организмов. В качестве тест-организмов в биотестировании могут быть использованы либо целостные организмы (тест-организмы), либо изолированные органы, ткани (в биомедицинских исследованиях), эмбрионы (например, моллюсков), или клетки (например, половые клетки млекопитающих).

К настоящему времени для целей биотестирования используется большое разнообразие организмов из разных систематических групп. Широкое распространение получили методы с использованием гидробионтов в качестве биотестеров. К распространенным группам организмов, используемых в биотестировании, относятся бактерии, цианобактерии, микроводоросли, высшие растения, простейшие (инфузории, жгутиконосцы), кишечнополостные (гидры), черви (планарии, пиявки), моллюски (пластинчатожаберные, брюхоногие), ракообразные (дафнии, артемии, гаммариусы, речные раки), скрыточелюстные (коллемболы), коловратки, насекомые, рыбы (гуппи, данио, осетровые), мелкие млекопитающие (грызуны). [6]

Поскольку основой мониторинговых исследований является наблюдение, а не эксперимент, основной методологией биологического мониторинга является биоиндикация. Однако некоторые методы биотестирования в полевых и лабораторных условиях также используются для оценки качества среды и выявления ее антропогенных изменений.

1.4.2 Биоиндикация
Биоиндикация — это оценка качества среды по состоянию тех или иных представителей ее населения — биоты, осуществляемая путем наблюдения за ними, без активного (экспериментального) вмешательства в природные процессы. Объектами таких наблюдений (биоиндикаторами) могут служить биосистемы любого уровня организации. Оценка качества среды производится по биоиндикаторным признакам — тем характеристикам наблюдаемых биосистем, которые наиболее полно и точно отражают степень их благополучности.

Биоиндикация — родственный биотестированию прием, когда используют организмы, обитающие в исследуемой среде. Выбранные организмы должны давать четкий, воспроизводимый и объективный отклик на воздействие внешних факторов с достаточно высокой чувствительностью. Так, различные виды растений и животных могут определить, чем загрязнена окружающая среда (воздух, вода, почва).

По наличию определенных растений геологи находят воду под землей или различные месторождения. Например, известно, что присутствие определенного цвета фиалок в тайге говорит о наличии в земле кимберлитовых «трубок», что свидетельствует об алмазном месторождении. На полях Алтая, где растут маки с черным пятном в виде креста, в почве присутствует кадмий. Вредные фракции нефти нарушают морфогенез, поэтому в зонах, где появились уродливые формы растений с наростами, неправильным расчленением листьев, можно искать битумы и нефть. Механизмы живой природы оттачивались эволюцией на протяжении миллионов лет, и их «профессионализм» не подвергается сомнению.

При выборе биоиндикаторов учитывают следующее:

1. Стенотопные виды (т. е. виды, приспособленные к существованию в строго определенных условиях), более редкие в сообществах, как правило, являются лучшими индикаторами, нежели эвритопные (широко распространенные, обладающие широким диапазоном экологической выносливости).

2. Более крупные виды являются обычно лучшими индикаторами, чем мелкие, так как скорость оборота последних в биоценозах выше, и они могут не попасть в пробу в момент исследований (при наблюдениях с длительной периодичностью).

3. При выделении вида (или группы видов), используемого в качестве индикатора воздействия того или иного фактора, необходимо иметь полевые и экспериментальные сведения о лимитирующих значениях данного фактора с учетом возможных компенсаторных реакций организма и толерантного вида (группы видов).

4. Численное соотношение разных видов (популяций или сообществ) более показательно и является более важным индикатором, нежели численность одного вида («целое лучше, чем часть, отражает общую сумму условий»).

Биоиндикацию можно проводить на уровне молекул, клеток, органов, организмов, популяций и даже биоценоза.

Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции. Первая позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а вторая использует свойство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пищевой цепочки, может достигать 100...300 ПДК). В соответствии с этими методами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы.

Регистрирующие биоиндикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью), изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками. В качестве примера регистрирующих биоиндикаторов можно назвать лишайники, хвою деревьев (хлороз, некроз) и их суховершинность. Однако с помощью регистрирующих биоиндикаторов не всегда возможно установить причины изменений, т. е. факторы, определившие численность, распространение, конечный облик или форму биоиндикатора. Это один из основных недостатков биоиндикации, поскольку наблюдаемый эффект может порождаться разными причинами или их комплексом.

Накапливающие индикаторы концентрируют загрязняющие вещества в своих тканях, определенных органах и частях тела, которые в последующем используются для выяснения степени загрязнения окружающей среды при помощи химического анализа. Примером подобных индикаторов могут служить хитиновые панцири ракообразных и личинок насекомых, обитающих в воде; мозг, почки, селезенка, печень млекопитающих; раковины моллюсков; мхи.

Этот прием биотестирования применяют при исследовании процессов миграции токсичных веществ в окружающей среде. В качестве тест-организмов выбирают те из них, которые имеют высокий коэффициент бионакопления (КБН) токсикантов из окружающей среды. Фитопланктон, например, имеет КБН по тяжелым металлам 10²...10⁴, по полихлорироанным бифенилам — 1,7*10⁵. Величина КБН зависит от природных факторов. Бензапирен в гидробиоте Берингова моря накапливается с КБН, равным 2,9*10³, а в теплых водах Средиземного моря накопление возрастает в 5 раз.

Определение КБН оказалось удобным для глобального и регионального мониторинга окружающей среды. Для оценки загрязнения природных вод кадмием можно использовать результаты анализа его содержания в водорослях, загрязнение полихлорированными бифенилами Мирового океана можно определять по их содержанию в жировых тканях морских млекопитающих, загрязнение никелем Средиземного моря — по анализу этого элемента в устрицах. Содержание ртути в почвах региона удобно отследить по накоплению этого токсиканта в капусте, галогенидов — по иглам сосны, лишайникам. Лучшим индикатором загрязнения автострад свинцом и кадмием является растущий вдоль них подорожник.

1.5 Основные преимущества и недостатки биомониторинга

К числу основных преимуществ биомониторинга относят:

- выявление более широкого круга загрязняющих веществ;

- возможность определения совместного действия на живые организмы различных загрязнителей;

- возможность оценить последствия прежних воздействий на компоненты окружающей среды;

- оценку мутагенности и биологической активности загрязняющих веществ;

- контроль интегрального воздействия всей среды на тест-организмы;

- определение скорости и направления неблагоприятных изменений в окружающей среде;

- методы биомониторинга при правильной организации эффективны с экономической точки зрения и не требуют больших затрат на приобретение аппаратуры, а необходимая информация может быть получена достаточно просто и оперативно.

Биомониторинг в целом является относительно новым видом контроля состояния окружающей среды, в частности, на промышленных предприятиях. Тем не менее определенный опыт в создании автоматизированной сети мониторинга опасных объектов накоплен международными организациями. Одновременно существуют и недостатки применяемых методик биомониторинга экологических систем:

- каждая из них предназначена для оценки веществ только по какой-либо одной биологической характеристике (например, токсичности или бактерицидной, фунгицидной, стимулирующей активности);

- требуется длительное время (от нескольких часов до нескольких суток), в качестве тест-организмов для каждой операции используются отдельные культуры специальных микроорганизмов;

- низкая селективность и чувствительность биотестов по сравнению с физико-химическими методами анализа.

- он позволяет выявить только характер воздействия местной среды на живые организмы, но не дает возможности установить причины и факторы, обусловившие такое воздействие. Поэтому биоиндикация обычно используется как контрольный метод мониторинга среды обитания, призванный подтвердить или опровергнуть статистические данные о состоянии окружающей среды, полученные в ходе других объектных видов мониторинга.

Таким образом, биомониторинг является составной часть экологического мониторинга. Биологические методы более выгодны в экономических аспектах по сравнению с методами химического анализа, так как они значительно их дешевле. Кроме того, они позволяют оценить синергические эффекты загрязняющих веществ и возможные влияния сверхмалых доз экотоксикантов. Среди недостатков биоиндикации можно отметить сложность учета различных биотических и абиотических факторов, влияющих на живые организмы в природных условиях.