X
Код презентации скопируйте его
Биоиндикация
Скачать эту презентацию
Презентация на тему Биоиндикация
Скачать эту презентациюCлайд 1
Лекция № 5. Методы и основы биоиндикации Дисциплина «БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ» Зуев И.В. ©
Cлайд 2
Биологический мониторинг Биотестирование Биоиндикация Летопись природы (фоновый мониторинг) Токсикология Система нормирования Структура биологического мониторинга Экотоксикология
Cлайд 3
Наиболее часто цитируемой и, в то же время, наиболее идеологически расплывчатой областью экологии является некоторая совокупность методов, называемая “биоиндикацией” (Шитиков с соавт., 2003). Биоиндикация – совокупность методов и критериев оценки качества среды обитания на основе реакций живых организмов и их сообществ в естественных условиях. Биоиндикация – определение и обнаружение биологически значимых антропогенных нагрузок на основании реакции на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биоиндикация – метод обнаружения и оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем. Биоиндикация - оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях. Биоиндикация – метод определения качества среды обитания организмов по видовому составу и показателям количественного развития видов биоиндикаторов и структуре образуемых ими сообществ. 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.
Cлайд 4
Ключевые положения Биоиндикация – область и Экологии и Биологического мониторинга Оценивается Качество среды обитания и Факторы среды обитания В качестве оценочного параметра используется Реакция живых организмов Оценка реальной ситуации, а не эксперимент* * - активная биоиндикация
Cлайд 5
Биоиндикация как наука? - специальная терминология - специальные законы Экосистема / окружающая среда Биоиндикатор - особь-группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде Информация об объекте системы Информация о системе Экология Общая теория систем, Системная экология/биология
Cлайд 6
Экосистема / окружающая среда Разнообразие биологических переменных характеризующих биоиндикатор специфические реакции неспецифические реакции Многообразие естественных факторов Многообразие анторопогенных факторов Разнообразие критериев качества среды Проблемы биоиндикации
Cлайд 7
существенной многомерностью факторов среды и измеряемых параметров экосистем; сильной взаимообусловленностью всего комплекса измеренных переменных, не позволяющей выделить в чистом виде функциональную связь двух индивидуальных показателей F(y,x); нестационарностью большей части информации об объектах и среде; трудоемкостью проведения всего комплекса измерений в единых координатах пространства и времени, в результате чего обрабатываемые данные имеют обширные пропуски. Задача биоиндикации – плохо формализуемая, по причине сформированы банки многолетних данных по наблюдениям за природными экосистемами; разработан и апробирован ряд методов и математических моделей интегральной оценки состояния сложных систем различного типа, позволяющих, по терминологии А.П. Левича и А.Т.Терехина [1997], осуществлять “поиск детерминации и распознавание образов в многомерном пространстве экологических факторов для выделения границ между областями нормального и патологического функционирования экосистем”; развиваются аппаратные и программные информационные компьютерные технологии, позволяющие анализировать необходимые массивы экологических данных; существует огромный объем неформальных знаний высококвалифицированных специалистов, частично сконцентрированный в методических разработках [Экологический мониторинг.., 1995; Мокров, Гелашвили, 1999]. Пути решения
Cлайд 8
Истоки биоиндикации
Cлайд 9
Первое направление работ по биоиндикации – утилитарные работы, в области общей экологии. Биоиндикаторы как дешевый аналог аналитического прибора. Внимание на факторах антропогенной природы не акцентируется. …Белка низко гнездо строит - быть морозной зиме, высоко -жди теплой погоды… …Если рано утром пчелы дружно отправляются на медосбор - будет ясный день, сидят на прилетных досках - быть дождю…
Cлайд 10
Второе направление работ по биоиндикации – описание фактического состояния биологического объекта, с нечеткой привязкой к факторам антропогенной природы. В качестве меры сравнения часто используется фон. Образцы отбирались в пределах г. Красноярска с четырёх пробных площадок (ПП), разных по уровню атмосферного загрязнения, три из которых являются территориями, подверженными группам загрязнителей достаточно специфичных, ввиду расположения на них промышленных предприятий: р-н. КрасТЭЦ (зона сильного промышленного загрязнения), Свердловский р-н, прилежащая территория завода медицинских препаратов «КрасФарма» (интенсивные выбросы биологических загрязнителей) и р-н Предмостной площади (интенсивные выбросы выхлопных газов автомобильного транспорта). В качестве чистого (контрольного) района взята территория парка «Роев ручей». Таким образом, введение расчетного параметра А позволяет количественно оценить сравнительный уровень загрязнения атмосферы в разных районах города, что позволяет эффективно использовать метод регистрации термоиндуцированных изменений нулевого уровня флуоресценции для биоиндикации.
Cлайд 11
Третье направление работ по биоиндикации – описание функциональной связи между биологической переменной и фактором / факторами Выделение одного или нескольких факторов среды Сбор полевых данных биоты в широком диапазоне варьирования исследуемого фактора Оценка индикаторной значимости вида или группы видов Состояние биологического объекта,Y y1 y2 y3 y4 Состояние фактора,X x1 x2 x3 x4
Cлайд 12
Токсикология Биоиндикация Изучение взаимосвязи – доза-эффект Возможность моделирования, Возможность оценки доза-эффект, Отсутствие экологического реализма Сложности в формализации, Сложности оценки доза-эффект, Полный экологический реализм ПДК ЭДУ (экологически допустимые уровни воздействия) Биоиндикация НЕ является недорогой заменой физ.хим методам контроля!
Cлайд 13
Четвертое направление работ по биоиндикации – разработка нормативов качества среды на основе априорных суждений или/и выявленной взаимосвязи между факторами и реакцией биоиндикаторов. Пятое направление работ по биоиндикации – оценка качества среды по разработанным нормативам "Правила контроля качества воды водосливов и водотоков" [ГОСТ 17.1.3.07–82]
Cлайд 14
Оценка реакции биологических объектов Оценка физико-химических факторов Возможность непосредственного контроля источника загрязнения Ясность в постановки задачи и интерпретации результатов мониторинга Получение результатов в четких количественных единицах Высокая точность измерения показателей Возможность автоматизации процесса получения данных Возможность оценки воздействия неизученных, трудно-обнаружимых веществ или веществ, в данный момент не присутствующих в биоте. Возможность оценки крайне малых доз веществ Возможность оценки эффектов синергизма и антагонизма, комплекса факторов Относительная дешевизна методов Методы экологического мониторинга Физико-химические методы мониторинга Биоиндикация
Cлайд 15
Биоиндикатор - группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде (чувствительные и кумулятивные). Биологические переменные – любой признак, свойство или функция организма (биоиндикатора), популяции, экосистемы Чем ниже ранг биологической переменной, используемой в качестве биоиндикатора, тем более частными и специфичными могут быть выводы о воздействиях факторов среды, и наоборот. Уровни Ступени Молекулярно-клеточная Организменная Надорганизменная Низший Молекулы одного класса Ткани Популяции Средний Органоиды, клетки Органы, их системы Биоценотические комплексы Высший Клетки Организмы Биоценозы
Cлайд 16
Действие поражающего вещества (фактора) Острое Хроническое Материальная кумуляция Функциональная кумуляция Чувствительный биоиндикатор Кумулятивный биоиндикатор
Cлайд 17
Принципы выбора биоиндикаторов (биологических переменных) Фундаментальность биологического воздействия Эффективность биологических измерений Экономическая целесообразность Фундаментальность биологического воздействия Эффективность биологических измерений Существование связи между переменной и переменными роста, воспроизводства, выживаемости особей, популяции и экосистемы Характер связи отклика переменной с действующим загрязнением Характер связи между переменной и откликами на высшем и низшем уровнях Интенсивность действующего фактора, вызывающего наблюдаемый отклик переменной Специфичность отклика к фактору, его вызывавшему Пределы изменения величины действующего фактора, вызывающие наблюдаемый эффект Возможность возврата переменной к своему первоначальному значению после прекращения действия вызвавшего его фактора Величина отрезка времени, в течение которого формируется отклик Легкость обнаружения превышения сигнала над природным фоном Точность измерения отклика
Cлайд 18
Характер связи отклика переменной с действующим загрязнением
Cлайд 19
Критерии отбора биоиндикаторов:
Cлайд 20
Организм и суборганизменные структуры химический состав клеток; состав, структура и степень функциональной активности ферментов; структурно-функциональные характеристики клеточных органоидов; размеры клеток, их морфологические характеристики, уровень активности; гистологические показатели; концентрации поллютантов в тканях и органах (кумулятивные биоиндикаторы); частота и характер мутаций, канцерогенеза, уродств; физиологические и анатомические показатели организма
Cлайд 21
Оценка стабильности развития (гомеостаз) живых организмов Стабильность: Морфологическая Генетическая Физиологическая Биохимическая Иммунологическая Фоновый мониторинг Локальный мониторинг Оценка стабильности морфологического развития (наиболее простой и оперативный подход) Определение частоты появления фенодевиантов – отклонений в развитии Определение величины флюктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков (Захаров и др., 2000).
Cлайд 22
Популяции Показатели неравномерности пространственного распределения особей (простейшая характеристика 2/ Скорость абсолютного изменения популяционной плотности Скорость абсолютного изменения биомассы популяции Скорость относительного изменения популяционной плотности rN = , где Скорость относительного изменения популяционной биомассы rB = , где Удельная рождаемость b = Nb Удельная смертность d = Nd Реализуемая доля «биотического потенциала» вида Скорость продуцирования популяции Статические характеристики (в момент времени t) Численность (общее число особей в популяции) Плотность (число особей в единице объема или на единице площади) Биомасса (суммарная масса особей в единице объема или на единице площади) Средняя масса особи (соотношение биомассы и плотности (простейшая характеристика размерно-весовой структуры) Соотношение плотности особей разного пола (простейшая характеристика половой структуры популяции) Показатели неравномерности пространственного распределения особей
Cлайд 23
Динамические характеристики (за период времени Δt = t2 t1) Скорость абсолютного изменения популяционной плотности и биомассы Скорость относительного изменения популяционной плотности биомассы популяции Удельная смертность и рождаемость Реализуемая доля «биотического потенциала» вида (соотношение максимального значения рождаемости, реализуемого изучаемой популяцией, и «биотического потенциала» вида, т.е. максимального значения рождаемости, реализуемого данным видом в идеальных условиях Продукция популяции Скорость продуцирования популяции
Cлайд 24
Многовидовые биосистемы Экосистемы Сообщества (планктон, бентос, почвенная фауна, фитоценоз и др.) Биоиндикаторные показатели сообщества Структурные, статические Функциональные, динамические
Cлайд 25
Видовое разнообразие ( количество видов в сообществе); Показатели обилия (численность и биомасса); Соотношение суммарных показателей обилия: видов (видовое разнообразие) или более крупных таксонов; представителей разных стратегий питания (трофическая структура); особей с разными размерами, массой (размерно-весовая структура); видов с различными ценотическими стратегиями (например, r- и К-стратегов; виолентов, патиентов и эксплерентов); видов с разной чувствительностью к воздействиям (эври- и стенобионтов); видов с разным поведением. Структурные и статические показатели сообщества
Cлайд 26
Функциональные и динамические показатели сообщества Показатели динамики статических характеристик сообщества Эколого-физиологические показатели сообщества изменение какой-либо статической характеристики X (плотности, биомассы сообщества, индексов разнообразия) ΔXΔt = X2 – X1 за изучаемый период времени Δt = t2 – t1; скорость абсолютного изменения значений статической характеристики dX/dt ≈ (X2 – X1)Δt 1 в момент времени t; скорость относительного изменения значений статической характеристики rX = (dX/dt) Траты на обмен сообщества (или экосистемы) R = Первичная продукция Вторичная продукция Соотношения продукции, деструкции и биомассы P/B и P/R-коэффициенты
