Визначення стану навколишнього середовища за допомогою біоіндикаторів

Міністерство освіти і науки України

Департамент освіти і науки

Луганської обласної державної адміністрації

 

 

 

 

Визначення стану навколишнього середовища за допомогою біоіндикаторів

 

 

Роботу виконав:

Кучеренко Володимир Юрійович

учень 9 класу

Бараниківської ЗОШ

 

 

 

Керівник:

Шишлак Ганна Василівна

вчитель хімії, біології

Бараниківської ЗОШ

 

 

 

с. Бараниківка

2018 рік

ЗМІСТ

ВСТУП              1

РОЗДІЛ 1. МОНІТОРИНГ ДОВКІЛЛЯ  НА ОСНОВІ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ЗА БІОЛОГІЧНИМИ ОБЄКТАМИ

1.          Біомоніторинг забруднення атмосфери за допомогою рослин    5

1.2 Біомоніторинг ґрунтів за допомогою рослин       7

1.3 Біоіндикація прісних водойм         10

1.4 Забруднюючі речовини і їх суміші, які впливають на рослинний покрив  12

1.5Рослини-індикатори і рослини-монітори       15

1.6 Стандартизація рослин-індикаторів та рослин-моніторів      17

РОЗДІЛ 2. ОБ ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

2.1 Відбір і підготовка біологічних матеріалів для біомоніторингу    19

2.2 Дослідження середовища методами біоіндикації та біотестування   19

2.3 Оцінка санітарного стану повітря          23

2.4 Ліхеноіндикаційні дослідження екологічного забруднення навколишнього середовища                                                                                                                                                                        27

ВИСНОВКИ             32

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ          36

ВСТУП

 

Кінець ХХ початок ХХІ століття - це час усвідомлення кризи цивілізації, негативних її наслідків при підкоренні природи. Технічний прогрес породжує серйозні екологічні проблеми. Ця загроза існувала багато століть тому, і   актуальна в наш час.

Природа Землі під натиском людської діяльності сьогодні опинилася на межі екологічної катастрофи.          

Понад сім мільярдів людей на Землі користуються природними ресурсами, часто зловживаючи ними. Це призводить до вимирання видів, забруднення води та повітря токсичними речовинами, а це означає - погіршення здоровʼя людей, невідтворні генетичні зміни. Екологія набула особливого значення як наукова основа раціонального природокористування й охорони живого світу нашої планети.

Актуальність роботи. Проблема охорони довкілля - одна із найбільш актуальних проблем сучасності. Природа сьогодні не встигає самовідновлюватись, а заходи, що здійснюються у світі для стримування екологічної кризи - недостатні. Суспільству потрібно усвідомити необхідність орієнтації не на боротьбу з наслідками забруднення, а на усунення самих причин руйнування природи. Припинити наростання екологічної кризи можна лише за умов перебудови моральних основ життя, поширення етичних норм ставлення людини до природи. Пропаганда знань про стан довкілля, залучення учнів до активної діяльності на його захист, формування екологічного менталітету нації є одним з основних шляхів створення екологічної свідомості.

Обєкт дослідження – лишайники.

Предмет дослідження - взаємовідносини людини і природи; вплив екологічного стану на розвиток тест-організмів.

Мета даної роботи - визначити стан відносної чистоти атмосфери та основних чинників забруднення середовища за допомогою біомоніторингу.

Гіпотеза дослідження - припущення, що одним із чинників забруднення довкілля є ставлення до природи людей.

Новизна роботи: вперше проводився візуальний моніторинг оточуючого середовища та орієнтовне визначення відносної чистоти атмосфери методом ліхеноіндикації. Моніторинг лишайників для оцінки ступеня забруднення атмосфери за допомогою моніторингу лишайників. Визначення індексу відносної чистоти атмосфери.

Методи дослідження:

1.Аналіз літературних джерел;

2.Метод ліхеноіндикації .

Дослідницькі завдання:

• проаналізувати літературні відомості з данної теми;
• виявити впливи на хімічні процеси, що відбуваються в ґрунті та рослині, які можуть змінювати їх склад;

  розглянути як відбувається аналіз методом ліхеноіндикації;

  висвітлити як впливає життєдіяльність людини на навколишнє середовище.

РОЗДІЛ 1. МОНІТОРИНГ ДОВКІЛЛЯ НА ОСНОВІ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ЗА БІОЛОГІЧНИМИ ОБЄКТАМИ

1.1 Біомоніторинг забруднення атмосфери за допомогою рослин

 

Системи біомоніторингу, побудовані на основі дослідження поведінки рослин і тварин, дають змогу оцінити біологічні ефекти від впливу забруднення повітря, їх просторовий розподіл, можливе нагромадження на значних територіях.

У деяких видів рослин і тварин змінюються особливості розвитку (швидкість росту, процес цвітіння, утворення плодів, інтенсивність забарвлення та ін.) у відповідь на різні подразнюючі фактори. Ці властивості людство помітило уже давно і використовувало для практичних потреб. У звязку з загальною екологізацією різних наукових напрямів, людського мислення загалом, методи біоіндикації усе частіше використовують науковці, зокрема і для моніторингу навколишнього середовища.

Моніторинг біологічних ефектів під впливом різних забруднювачів довкілля використовують у локальному, регіональному та національному масштабах. Біоіндикація (грец. bios - життя і лат. indico - вказую)- оперативний моніторинг навколишнього середовища на основі спостережень за станом і поведінкою біологічних обєктів (рослин, тварин та ін.).

Цей метод дедалі поширюється, оскільки має такі переваги:

·вимірювання сумарного ефекту зовнішнього впливу;

·вивчення впливу забруднення на рослини і тварин;

·визначення впливу у просторі і часі;

·можливість застосовувати профілактичні засоби.

Користуючись інструментальними методами дослідження, можна визначити характеристики повітря, води і ґрунту, але лише на момент відбору проб. Однак лишайники, наприклад, здатні накопичувати радіоактивні елементи, мікроелементи, вміст радіонуклідів у них може бути у 10 разів вищий, ніж у травянистих рослинах. Лишайники нагромаджують газоподібні й тверді речовини з атмосфери практично постійно і необмежено. Тому, відстежуючи процеси їх накопичення або відсутність, можна оцінити рівень забруднення середовища.

Під впливом забруднень довкілля змінюються еколого-фізіологічні ознаки: пігментація, забарвлення рослин. Їх спричиняє надлишок токсичних солей у ґрунті або нестача поживних речовин. Наприклад, галофіти при помірному підвищенні засолення мають насичений зелений колір; за значної кількості солей у ґрунті - сіро-синюватий; при засоленні за умов недостатнього зволоження - оранжево-червоний.

Рослинність може бути використана не лише як індикатор окремих факторів середовища, а також як показник сумарних умов: типів ґрунту чи клімату, гірських порід, сільськогосподарських угідь. Біоіндикаторами можуть бути лише ті рослини, які помітно реагують на аномалії. Зовнішні подразники впливають на кислотність середовища, щільність коріння.

Біоіндикація має певні переваги як метод отримання безпосередньої інформації про зміни стану біоти в конкретних умовах забруднення, але він повинен поєднуватись з хімічними й геофізичними дослідженнями для отримання не лише якісних, а й кількісних показників.

Рослинний покрив як важлива складова біосфери відображає її загальний стан і перебіг майже усіх процесів, що відбуваються на планеті. Життя на Землі було б неможливе без неперервного процесу фотосинтезу, що відбувається в зелених частинах рослин, які є основним стабілізатором вуглекисло-кисневого балансу повітряного басейну. Рослини як важливий компонент біогеоценозу помітно впливають на інші його елементи, сприяють формуванню ґрунтового покриву, впливають на хімізм ґрунту і його родючість, а також на життя усіх тварин і живих організмів, одночасно реагуючи на всі зовнішні фактори.

 

 

2.          Біомоніторинг ґрунтів за допомогою рослин

Суша займає приблизно четверту частину земної кулі і є осередком людського життя. Наявність ґрунтового покриву зумовили багаторізноманіття рослинного і тваринного світу, він є джерелом корисних копалин, основою сільського господарства виробництва. Саме тому ґрунт піддається величезному антропогенному тиску, легко ушкоджується, порушується та відноситься до важко відновних природних ресурсів.

Людина, використовуючи ґрунт, змінює її за допомогою обробітку, внесення добрив, запровадження сівозмін, зрошенням тощо. Залежно від способу використання, ґрунт може поліпшуватись, ставати більш родючим або навпаки. Ґрунтам завдають шкоди два основні джерела хімічних забруднень-викиди підприємств та автотранспорту; хімічні засоби захисту рослин та добрива, що використовують в сільському господарстві

Забруднення(миш’яком, свинцем, цинком, марганцем, залізом, сіркою), як правило, концентруються навколо промислових центрів та вздовж магістралей.

Техногенні аномалії утворюються вздовж автомагістралей та в міських зонах, де особливо сильне забруднення свинцем, цинком, меншою мірою кадмієм та іншими металами. Найбільш забруднена свинцем рослинність, що знаходиться на віддалі до 10м. від шосе, на висоті 1-2м. над рівнем поверхні.

Ґрунт має також властивість адсорбувати шкідливі речовини з повітря. В середньому кожен кв.м. поверхні за рік поглинає 6 кг. забруднюючих речовин з атмосфери. Від складу ґрунту залежить швидкість поширення речовин Із 170 видів пестицидів, які застосовують в Україні, 49 є особливо небезпечними внаслідок високої токсичності та стійкості. Пестициди здатні мігрувати у рослини, воду, повітря, що небезпечно для людини.

На основі екологічної характеристики організмів, тобто їх реакції на вплив факторів середовища, виокремлюють еврибіонти – види з широкою адаптаційною здатністю, які можуть жити при різних значеннях фактора, і стенобіонти – види з низькою адаптаційною здатністю, життєдіяльність яких обмежена вузьким діапазоном змін певного фактора. Саме стенобіонти, життєві функції яких тісно пов’язані з певними чинниками середовища, використовують для біоіндикації ґрунту і водних ресурсів. Ними можуть бути рослини, тварини, мікроорганізми. 

Рослини-індикатори хімічного складу ґрунту

На основі дослідження рослинного покриву можна визначити основні складові ґрунтів(Ca, Na, P, S, K, Mg), оскільки певні види рослин домінують у місцевостях з відповідним складом ґрунту. Наприклад, нітрофіти(азотолюби) можна вважати надійними індикаторами ґрунту, збагаченого азотом. Нітрофілами є берест, черемха, бузина, бруслина європейська. Найбільше їх росте на землях з підвищеним вмістом нітратів. Нагромаджує сполуки азоту вільха чорна та сіра, акація біла. Часник, буряк, редис та особливо пирій і ячмінь ростуть на засолених ґрунтах. Дуже низьку солестійкість мають яблуня, груша, капуста, горох, картопля та цитрусові.На родючих ґрунтах(чорноземах) добре ростуть кропива, малина, лобода, грицики, медунка. На менш родючих – конюшина і полуниця. На ґрунтах, які бідні на поживні речовини, оселяються щавель, чорниця, верес, хвощі.

Рослини поділяються на ацидофільні(ті, що ростуть на кислих ґрунтах), нейтрофільні(на нейтральних ґрунтах), і базифільні(на лужних ґрунтах). 

Ацидофобними(базифільними) організмами є біла акація, виноград, скумпія. Ці рослини не витримують високої кислотності і розвиваються лише в лужному середовищі.

У процесі життєдіяльності рослини засвоюють багато різноманітних хімічних елементів: Ca,Fe,Mg,P,Cu,S,Au.Близько 60 елементів виявлено у тканинах рослин. Одні з них вбирають більше заліза, інші – міді, ще інші – марганцю. Наприклад, підбіл звичайний і деякі види фіалок нагромаджують багато солей цинку. Хвощі та злаки вбирають значну кількість кремнію, а кмин, яглиця, жовтушник,свиріпа потребують великого вмісту сірки в ґрунті. Плауни споживають алюміній у значних кількостях.

Зміни у живлені рослин можуть викликати значні відмінності в зовнішньому вигляді листя і квіток. Якщо не вистачає бору, льон починає кущитись, а листя буряків скручується і в’яне. Коли в ґрунті мало міді, листки рослин біліють, а квітки не зав’язують насіння. І навпаки, коли міді багато, ріст рослин припиняється , колір квіток змінюється, наприклад, з рожевого стає синім. Цю властивість використовують для зміни кольору квітів у гортензії садової. Якщо біля основи куща гортензії закопати кілька мідних монет, її квіти набудуть не білого, а голубого кольору. 

Визначення кислотності ґрунтів

Фітоіндикацію широко застосовують при визначені кислотності ґрунтів. Так, на дуже кислих ґрунтах(рН=3-4,5) ростуть ацидофіли, до яких належать сфагнум, плавун булавовидний. На кислих ґрунтах(рН=4,5-6,0) ростуть помірні ацидофіли – калюжниця болотна, їдкий та повзучий жовтці. На слабо кислих ґрунтах(рН=5,0-6,7) можна зустріти медунку, купину багатоквіткову, анемону жовтцеву. Щавель, осоки та подорожник також полюбляють кислі ґрунти. Деяке підкислення ґрунту переносять звіробій звичайний, конвалія тощо.

Рослинні індикатори глибини рівня ґрунтових вод

Рослини, які дають змогу визначити глибину залягання ґрунтових вод, називають гідроіндикаторами. Ця здатність зумовлена максимальною глибиною проникнення їх кореневих систем. Отримати точні гідроекологічні характеристики дають змогу дослідження сукупності гідроіндикаторів. Наприклад, рослини-гігрофіти мають поверхневу кореневу систему і живляться високими ґрунтовими водами. Під такими рослинами ґрунтові води залягають не глибше, ніж на 1м. Серед таких видів: очерет, рогіз, комиш, смородина,щавель тощо. Під вербою білою,маслинкою вузьколистою, осокором рівень ґрунтових вод може опускатися на глибину до 5м.

 

 

1.3 Біоіндикація прісних водойм

Забезпеченість країни водними ресурсами, наявність суднохідних рік, виходу до морів тощо значною мірою зумовлюють темпи її соціального і економічного розвитку. З цієї точки зору Україна розташована у досить сприятливих умовах: її омивають Чорне та Азовське моря, на території України зареєстровано 71тис. річок, що мають загальну довжину 243тис.км. В Україні є 3тис. озер із загальною площею водного дзеркала 2тис.км.кв., 23тис. ставків та водосховищ.

Раціональне використання й охорона природних ресурсів – запорука виживання людей. Якість води обумовлена як природними, так і антропогенними факторами. Внаслідок інтенсивного використання водних ресурсів змінюються якість і кількість води, складові водного балансу, гідрологічний режим водних об’єктів. Це відбувається тому, що більшість річок і озер є одночасно джерелами водопостачання й приймачами господарсько-побутових, промислових і сільськогосподарських скидів. На якісні та кількісні зміни водних ресурсів впливають такі основні види господарської діяльності: водоспоживання для промислових і комунальних потреб, скидання відпрацьованих вод, урбанізація, утворення водосховищ, зрошування і осушення земель, агромеліоративні заходи тощо. Всі ці види діяльності зумовлюють хімічне, фізичне, біологічне і теплове забруднення гідросфери.

Хімічне забруднення води відбувається внаслідок надходження у водойми зі стічними водами шкідливих домішок органічного і неорганічного походження: сполук миш’яку, свинцю, ртуті, міді, кадмію, хрому, фтору тощо. Вони поглинаються фітопланктоном і передаються далі харчовим ланцюжком більш високоорганізованим організмам. Більшість цих домішок є токсичними для мешканців водойм.

Останнім часом особливо згубно діють систематичні миючі засоби – детергенти, які часто містять фосфор. Зростання кількості фосфатів у річках, озерах і морях спричинює інтенсивний розвиток синьо-зелених водоростей, «цвітіння» водойм, що супроводжується різким зниженням вмісту у воді кисню, загибеллю водних тварин. Детергенти ускладнюють роботу каналізаційних споруд, уповільнюють процеси очищення стічних вод.

Фізичне забруднення води зумовлює зміни фізичних властивостей: прозорості, температури, вмісту домішок тощо.

Тверді частки знижують прозорість води, пригнічують процеси фотосинтезу водяних рослин, забивають зябра риб, органи дихання водних тварин, погіршують смакові якості води.

Біологічне забруднення водного середовища полягає у надходженні зі стічними водами до водойм різних видів мікроорганізмів, вірусів, грибків, червів, невластивих водній системі, яка забруднюються. Найшкідливішими є комунально-побутові стоки, особливо коли вони надходять у водойми без очищення. Проте, навіть при наявності очисних споруд певна кількість бактерій, вірусів тощо не затримується фільтрами і потрапляє у водойми.

З 1974р. здійснюється систематичний моніторинг поверхневих вод за гідрологічними показниками.

Гідрологічні показники – кількісні та якісні характеристики різних груп водного населення, що використовується для оцінки еколого-санітарного стану водних екосистем.

Якість визначають, оцінюючи реакцію гідробіонтів на забруднення. Індикаторами-гідробіонтами є зообентос, перифітон, зоопланктон і фітопланктон.

Зообентос у прісних водоймищах представлений найпростішими, губками, війчастими та малощетинковими червами, п’явками, молюсками, ракоподібними. Стан зообентосу характеризує зміни водного середовища протягом тривалого часу.

Основою перифітону є прикріплені гідробіонти, вусоногі ракоподібні, двостулкові молюски, черви, водорості.

У прісноводному зоопланктоні переважають веслоногі, коловертки. Зоопланктон є достатньо надійним індикатором якості води в малопроточних водоймищах, озерах, водосховищах, ставках. Його досліджують для отримання характеристик якості води за короткий період часу.

Прісноводний фітопланктон представлений діатомовими, синьо-зеленими та деякими групами зелених водоростей. Фітопланктон характеризує якість водних мас, де проходить його розвиток.

Склад і стан рослинності може вказати на наявність забруднювачів води. Наявність і розподіл водоростей є надійним показником забруднення і санітарного стану вод. Деякі види водоростей зникають при наближенні до джерел забруднення, а інші(наприклад, ulva lactica) поширені за підвищеного забруднення вод. Виявити присутність небезпечної забруднюючої речовини у водоймі можна за допомогою проявів її токсичного ефекту на рибах.

Щодо стійкості до органічних забруднень і дефіциту кисню розрізняють такі індикаторні групи організмів: Полісапроби – організми, які витримують сильний ступінь дефіциту кисню(личинки комара Chaoborus, мухи-бджоловидки)Мезосапроби – організми, що витримують лише середній ступінь забруднення(карась, короп, лин, інфузорія Олігосапроби – організми, які витримують лише слабкий ступінь забруднення, вимогливі до кисню(форель). Низьку потребу у кисні мають короп і лин.

 

1.4 Забруднюючі речовини і їх суміші, які впливають на рослинний покрив

Рослини чутливо реагують на зовнішні умови. За достатньо високих концентрацій забруднювачів у багатьох з них ушкоджується листя, а зі зростанням кількості забруднюючого фактора протягом короткого проміжку часу можливе значне ураження рослини.

Основні забруднюючі речовини, на які реагують рослини. До них належать озон (О3), оксиди азоту, діоксид сірки, фториди.

         Озон (О3) - газоподібна забруднююча речовина, яка утворюється внаслідок складної реакції між окислами азоту за участю сонячного світла. Озон потрапляє в рослину через листя внаслідок звичайного газообміну між рослиною і навколишнім середовищем. Найбільш чутливе до дії озону листя, яке формується, але найпомітніше він уражає старі листки рослини. Загальною ознакою ураження рослин озоном є плямистість, яка вказує на його гостру дію. Ознаки ушкоджень рослин озоном різні й залежать від виду та сорту рослини, концентрації озону, часу експозиції (дії світла), а також від багатьох інших факторів. Специфічна ознака гострої дії озону на рослину - поява цяточок, які з часом зливаються й утворюють плями на поверхні листка

Оксиди азоту (NOx) - газоподібні забруднюючі токсичні сполуки NO, NO2, N2O. У забрудненому повітрі вміст оксидів азоту зумовлює утворення озону. Однак у багатьох випадках концентрація оксидів азоту надто мала, щоб помітно ушкодити рослину. Низькі концентрації NO2 стимулюють ріст рослин, листя набуває темного кольору. Проте у деяких випадках виникає неспецифічний хлороз із наступним ушкодженням та опаданням листя.

Діоксид сірки (SO2) - забруднююча речовина, яку викидають у повітря теплові електростанції (особливо ті, що працюють на вугіллі) і деякі промислові підприємства. Її концентрація в повітрі висока поблизу джерел викидів і поступово знижується із збільшенням відстані від нього. За природних умов можливе поєднання гострої та хронічної дії SO2.

Фториди перебувають у атмосфері у вигляді газу, твердої домішки або газоподібного фториду, адсорбованого іншою твердою речовиною. Фтористий водень (HF) у вигляді газу токсичний, ніж у твердому стані. Він присутній у викидах стаціонарних джерел забруднення - плавильних заводів і заводів, які використовують алюміній. Рослинність поблизу джерел викидів страждає найбільше.

Другорядними забруднюючими речовинами, які діють на рослини є аміак, бор, хлор, етилен, пропилен, хлористий водень, соляна кислота.

Аміак (NH3) надходить в атмосферу в результаті аварій на виробництві. Він особливо вражає рослини поблизу місця аварії. Як і у разі дії NOx рослини ушкоджуються тільки за високої концентрації амоніаку. Найчутливіше до дії NH3 листя середнього віку, яке може змінити колір із тьмяно-зеленого до бурого або чорного.

Бор (В) - речовина сірувато-чорного кольору. Її дія на рослини, які ростуть поблизу джерел викидів, зумовлює некроз на краях листя та між жилками, а також плямистість. Листя набуває чашоподібної форми, деформується, особливо старе. Гострі ушкодження можливі на відстані до 200 м від джерела. Найбільш чутливими до дії бору є горіх сірий, клен, шовковиця, дикий виноград, а стійкі - вяз, бузок, груша і більшість травянистої рослинності

Хлор (Cl) застосовують як окислювач. У зоні розливу хлору, внаслідок аварій при транспортуванні, рослини особливо ушкоджуються. На краях листка зявляються плями від темно-зеленого до чорного кольору, які потім знебарвлюються до білого або стають бурими. Ознаки ушкодження листя між жилками подібні до ознак спричинених дією SO2. Можлива також поява цяточок, що нагадує результат впливу озону. У хвойних, як і при дії озону, може виникати некроз кінчиків голок і плямистість. Чутливі до дії хлору гірчиця і соняшник.

Етилен (C2H4) - природний рослинний гормон, який утворюється при ушкодженні рослин різними забруднювачами повітря. Він позначається на процесах цвітіння, дозрівання плодів, старіння та опадання. Етилен також присутній у вихлопних газах автотранспорту і є забруднюючою речовиною.

До ознак ушкоджень рослин етиленом належать погіршення їх росту, передчасне старіння та опадання листя, погіршення цвітіння, передчасне розкриття бруньок, повільне розпускання листків, їх скручування.

Пропилен (C3H6) -ненасичений ациклічний вуглеводень, безбарвний газ. Вплив пропилену на рослину подібний до дії етилену, але його спричиняють вищі концентрації. Пропилен пригнічує цвітіння у хризантем, уповільнює вертикальний ріст, але стимулює появу листя. Рослини, уражені пропиленом, мають менше за розміром, але товстіше листя.

Хлористий водень (HCl, безколірний димучий в повітрі газ з різким запахом) та соляна кислота (розчин хлористого водню у воді, безбарвна "паруюча" в повітрі рідина) надходять в атмосферу з локальних джерел.

Типовою реакцією на дію хлористого водню є міжжилковий та краєвий хлороз, після чого настає некроз, який проявляється в зміні кольору від жовтого, бурого, червоного до чорного. Межі некротичних ділянок можуть бути від білого до кремового кольору.

Ознаками ушкодження рослин аерозолем соляної кислоти вважають появу цяточок від червоно-коричневого до чорного кольору, а соляною кислотою - листкову плямистість, причому плями облямовуються смугою білого або кремового кольору.

Тверді частинки (пил) та важкі метали. Вони проникають крізь листя або пошкоджені клітини епідермісу. Дрібні частинки можуть осідати на листках, знижуючи світлопоглинання і відповідно фотосинтез, негативно впливати на запилення квітки, розміри і стан листя.

Важкі метали з атмосфери, осідаючи на рослину або земну поверхню, мають тенденцію накопичуватися, особливо у верхніх шарах ґрунту, звідки можуть потрапити у рослину. Концентрація важких металів у ґрунті залежить від вмісту в ньому глини та органічної речовини.

Найпоширенішим металом, що може потрапляти у рослину і грунт, є свинець. Він накопичується в ґрунті, але чітких доказів відносно того, що він уражає рослину немає. Вміст його в рослинах незначний, приблизно 0,001-0,002% від ваги золи. Цинк, кадмій, мідь, у середині літа спричиняють міжжилковий хлороз із наступним почервонінням листя дерев, які ростуть поблизу джерела.

Ртуть - єдиний важкий метал, який перебуває в рідкому стані за нормальної температури. Вона вражає майже всі рослини. Особливо чутливою до ртуті є троянда, на листі якої зявляються бурі плями, воно жовкне, а потім опадає.

Отже, забруднення довкілля хімічними сполуками призводить до часткової деградації рослинного покриву, знижуючи його біомасу та природоохоронні функції.

 

1.5 Рослини-індикатори і рослини -монітори
 

За особливостями реакції на вплив забруднювачів рослини поділяють на рослини-індикатори й рослини-монітори.

Рослини-індикатори – рослини, у яких можуть з’являтися явні симптоми впливу, що свідчать про присутність в повітрі однієї або декількох забруднюючих речовин. Ці симптоми можуть бути в деякій мірі специфічними, що дозволяє проводити і кількісні вимірювання рівня забруднення, проте більшість з них не забезпечує достовірної ідентифікації, і присутність в атмосфері забруднення може бути визначено іншими методами. Індикаторні рослини використовуються виявлення і розпізнання впливу забруднюючих речовин, ефекти впливу яких можуть бути також визначені кількісно при проведенні наступних систематичних спостережень. Безперервні визначення інтенсивності впливу використовуються для контролю якості повітря з точки зору можливого впливу забруднення на рослинність. Внутрішні та зовнішні умови також впливають на ступінь впливу, і такий вплив потрібно враховувати при оцінці ефекту впливу.

Рослини-монітори – ці рослини, котрі легко накопичують специфічні компоненти забруднення повітря. Через деякий час накопичені забруднюючі сполуки можна проаналізувати в пробах рослин фізико-хімічними методами. Таким чином можна кількісно визначити навантаження забруднення (загальну кількість забруднюючих речовин, накопичених в рослині за цей проміжок часу). Так як кількість виведених з атмосфери забруднюючих речовин може бути визначене при їх екстракції із зразків рослин, акумулюючі види рослин можна використовувати при моніторингу впливу забруднення на рослинність. Загальне навантаження забруднення на рослинність можна визначити шляхом вимірювання загального вмісту забруднюючих речовин в зразках рослини, і ці параметри в свою чергу можуть являтися також предметом моніторингу.

Іноді одні і ті ж види рослин можуть бути і індикаторами, і моніторами певних забруднюючих сполук, наприклад тюльпан та гладіолус для фтористого водню. Ці ж види мають характерну реакцію на гостру та хронічну дію фтороводню, котра залежить від його концентрації та часу експозиції. При тривалому впливі в тканинах рослини накопичується фтор, що викликає гостре ураження (некроз верхівки листя та тканин, що знаходяться між прожилками листя).

 

1.6. Стандартизація рослин-індикаторів та рослин-моніторів

 

Стандартизація рослин-індикаторів та видів рослин-моніторів є надзвичайно важливим етапом, необхідним для зменшення впливу побічних ефектів на результати дослідження впливу забруднення повітря на рослини. Так як ці ефекти залежать не тільки від концентрації забруднюючих речовин в повітрі, але й від виду культури рослини, стадії її розвитку і фізіологічного стану, від умов навколишнього середовища, особливого значення набувають питання вибору певного виду рослини та умов її росту. Насіння або інший рослинний матеріал, що використовується, повинне бути генетично однорідним. Умови росту рослин повинні бути оптимальними і близькими у всіх районах, в котрих проводиться моніторинг. Це можливо тільки в штучних умовах камер, в котрих проводиться дослідження впливу забруднюючих речовин на рослини. В цьому випадку різниця в ефектах впливу буде зумовлена тільки різницею хімічного складу атмосфери повітря в районах проведення спостережень. Проте вказаний метод рідко застосовується в практиці моніторингу впливу забруднення повітря через його високу вартість. Звичайно при моніторингу використовують рослини, що ростуть в різних районах з різним станом грунту, проте такий підхід слід визнати неправильним. При вирішенні задач моніторингу бажана стандартизація або адекватність умов стану грунту, ґрунтових вод в районах проведення спостережень. При аналізі умов росту рослин і ефектів впливу забруднення в різних районах не слід виключати і різницю кліматичних умов. Кліматичні параметри повинні вимірюватися на місцях і їх вплив повинен бути врахований при проведенні порівнянь результатів спостережень. Вплив біотичних та абіотичних патогенів на рослини повинен бути мінімізованим або виключеним за рахунок спеціальної обробки рослин або ж вплив цих факторів на стан рослини повинен бути точно оцінений.

Отже, поява у рослин типової ознаки ушкодження вказує на наявність у повітрі забруднюючої речовини або її суміші.

Зважаючи на важливість кількісної оцінки, особливо інформативними є організми, які у певний спосіб реагують саме на кількість забруднювача у довкіллі, тобто рослини-монітори.

Лишайники можна використовувати для контролю вмісту SO2 в навколишньому середовищі. Здатність до акумуляції SO2 залежить від виду цих рослин. Поєднання методів інструментального моніторингу із спостереженнями за лишайниками дасть змогу встановити залежність між їх ростом і концентрацією SO2 в довкіллі. Швидкість росту і колір лишайника вказують на присутність або відсутність SO2 і його приблизну концентрацію в повітряних масах. Цей метод використовують при моніторингу SO2 в Англії, Ірландії, Канаді, Франції, Швеції та США.

РОЗДІЛ 2. ОБ ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

 

2.1 Відбір і підготовка біологічних матеріалів для біомоніторингу

 

Отримання достовірних, повних і точних даних за допомого біоіндикації можливе лише у разі точного дотримання низки вимог. Так, при виборі рослини для використання її в ролі біомонітора необхідно дотримуватися таких умов:

·наявність у рослини вираженої реакції на вплив забруднюючої речовини, тобто помітних ознак ушкодження, змін швидкості росту, морфологічних змін, порушень цвітіння, змін продуктивності або врожайності;

·відбір рослин, невибагливих до умов вирощування і догляду;

·відбір рослин, які мало піддаються впливу шкідників та хвороб.

Отримання усереднених зразків матеріалів рослинного походження (сформованих з 5 - 6 разових проб) є складним завданням, що потребує правильного обрання місця, способу і часу. Рослинні зразки слід збирати на достатньо великій відстані від будівель, доріг і джерел забруднюючих речовин. Досліджувану ділянку умовно розділяють на кілька квадратів, з кожного рівномірно відбирають рослинний матеріал (листя, стебла, кору) в необхідній кількості.

Паралельно з відбором проб проводять біологічний облік відібраних рослин (висота рослин, кількість пагонів на одній рослині, фази розвитку).

 

2.2 Дослідження середовища методами біоіндикації та біотестування

 

Біоіндикація - використання організмів або угруповань організмів, чий вміст певних елементів або сполук, а також морфологічна, гістологічна або клітинна структура, метаболічні та біохімічні процеси, поведінка та популяційна організація дають інформацію щодо якості навколишнього середовища або природи змін цього середовища.

Біоіндикатори - біосистеми, фізіологічні функції яких так тісно корелюють з факторами навколишнього середовища, що можуть бути використані для оцінки останніх.

Багато організмів є чутливими до різних абіотичних і біотичних факторів середовища і можуть існувати лише в певних, часто дуже обмежених змінах цих факторів. Отже, спостереження за реакцією біоіндикаторів даватиме інформа­цію про стан навколишнього середовища. Біологічні системи, використовувані як біоіндикатори, різноманітні: мікроорганізми, нижчі рослини, лишайники, гриби, багато вищих рослин, окремі види й суспільства тварин, клітинні та субклітинні компоненти організму можуть бути ефективними біоіндикаторами, адаптованими до певних умов навколишнього середовища. З точки зору екології особливий інтерес становить можливість використання біоіндикаторів для оцінки рівня забруднення довкілля, здійснення постійного моніторингу за його якістю та змінами.

Індикаційні ознаки - це біологічні змінні, що характеризують стан окремих особин, групи організмів, популяцій та екосистем.

Розглядаються й аналізуються ці ознаки на різних рівнях організації. Відгуки на нижчих рівнях організації характеризуються високою чутливістю й специфічністю, тоді як відгуки на вищих рівнях найкращі з екологічної точки зору.

Як приклади чутливих біоіндикаторів атмосферного забруднення можна навести епіфітні лишайники, чутливі до якості повітря - багата флора лишайників свідчить про якісне повітря, тоді як відсутність лишайників указує на забруднення повітря S02. Біоіндикаційні властивості лишайників ґрунтуються на аналізі рівня поселення та абсолютної поверхні лишайників на стовбурі дерева, видового складу, частоти, з якою зустрічаються лишайники.

Відомо, що сільськогосподарські бур’яни проростають на ґрунтах певної якості. Так, Teesdalia nudicaulis можна зустріти лише на кислих ґрунтах, тоді якMercurialis annua - на основних.

Розглянемо як приклад індикаторів евтрофікації водойм комах-кровососів. За перші роки існування водойми видовий склад комах характеризується наявністю кровососів: ґедзів (Tabanide), мокреців (Ceratopogonidae), комарів (Culicidae}.Протягом десяти років у замкнених водоймах накопичується велика кількість органічних забруднювачів. У мулі можна знайти личинок комарів з родиниTipulidae, в прибережній зоні - личинок ґедзів, мокреців і комарів (Culex, Aedes,Mansoni)}. Евтрофікація водойми врешті-решт призводить до зміни родуMansonia, Culiseta, скорочується кількість видів ґедзів; водночас фауна комах може бути представлена деякими видами з родини Mucidae, Ceratopogonidae,Culicidae (Culexpipiens, Aedes caspus та ін.).

Перевагами методів біоіндикації є те, що вони:

·  підсумовують біологічно важливі дані щодо навколишнього середовища;

·  здатні реагувати на короткочасні й залпові викиди токсикантів;

·  реагують на швидкість змін, що відбуваються в довкіллі;

·  вказують на місця накопичення забруднювачів та шляхи їх міграції;

·  дають змогу розробляти оцінки шкідливого впливу токсикантів на людину й живу природу на ранніх стадіях та нормувати допустиме навантаження на екосистеми.

До недоліків методів біоіндикації слід віднести те, що вони не дають інформації про об’єктивні, фізико-хімічні особливості стресового фактора, що діє; вони потребують, як правило, більшої повторності для отримання статистичне значущих результатів.

Біотестування - використання організмів або угруповань організмів, чий вміст певних елементів або сполук, а також морфологічна, гістологічна або клітинна структура, метаболічні й біохімічні процеси, поведінка та популяційна організація дають інформацію щодо кількісної оцінки якості навколишнього середовища або змін цього середовища.

Тест-об’єкт - організм або угруповання організмів, за ступенем впливу на які судять про якість (наприклад, токсичність) середовища.

Тест-рєакція - фізіологічний або поведінковий відгук організму на зміну якості середовища.

Перевагами методів біотестування є висока чутливість, швидкодія, надійність, економічність, можливість створення автоматизованих систем збирання та обробки інформації.

До недоліків можна віднести відсутність кількісної оцінки всіх токсичних речовин, присутніх у середовищі, та можливої взаємодії окремих компонентів токсичних сполук, що містяться в суміші.

Якщо організми використовуються в природних умовах, методи біоіндикації або біотестування називають пасивними, якщо в лабораторних - активними.

Методи біотестування

Векторний метод біотестування ґрунтується на визначенні величини r і напрямку θ вектора R, що характеризується такими проекціями на осі N - вимірної системи координат: Х1/ХІс, Х2/Х2с, ..., XN/XNc (де Х1, Х2, ..., XN і Х1с, Х2с, ХNc – тест-реакції організмів, що перебувають під впливом токсиканта й контрольних організмів відповідно.

Автоматизована система біотестування мікроорганізмів може бути використана для оцінки якості води на основі реєстрації різних параметрів руху джгутикової водорості Euglena gracilis, зокрема гравітаксису, рухливості й швидкості руху клітин. Ці параметри чутливі до ряду токсичних сполук, присутніх у стічних водах.

Вона складається з горизонтально розміщеного мікроскопа, кювети з водоростями, що рухаються у вертикальному напрямку, ССД-камери, комп'ютерної системи спостереження руху водоростей, обробки й аналізу параметрів руху. Процедура вимірювань передбачає пропускання через кювету стандартизованої клітинної суспензії, яку спочатку розбавляють контрольною водою, а потім замінюють водою з токсикантом. Система дає змогу протягом 6...10 хв. оцінити небезпечні рівні токсичності водного середовища.

Риби як тест-об’єкти. Забруднення водойм безпосередньо впливає на іхтіофауну. На стан і поведінку риб впливають суспендовані у воді речовини, рНсередовища, хімічні сполуки, важкі метали, пестициди, поверхнево-активні речовини. Вплив токсикантів на риб залежить від тривалості дії, типу токсиканта, показників якості води, видів риб та стадій їх життєвого циклу.

Основні методи біотестування з рибами як тест-об’єктами ґрунтуються на реєстрації таких тест-реакцій як поведінка, рухова активність, інтенсивність серцебиття та дихання, зміна рівня пігментації, порушення активності ферментів тощо. Розглянемо конкретні методи біотестування.

При відсутності токсикантів риби тримаються проти течії; мимовільному виходу риб з «житлової» зони заважає електричне поле, яке створюється електродами. Після підвищення токсичності води риби залишають цю зону, що фіксується фотоприймачами. Метод застосовано для контролю вод, що містять активний хлор, аміак, мідь, залізо, спирти, альдегіди, нафтоли, поверхнево-активні речовини, аміно- та нітросполуки.

Інший метод передбачає реєстрацію електрокардіограми (ЕКГ) та електропневмограми (ЕПГ) риб, вміщених у контейнер з проточною водою, обладнаний електродами. Визначення рівня токсичності води полягає в порівняльному аналізі середніх значень ЕКГ і ЕПГ для груп риб у розчинах з токсикантом та в контрольній воді.

 

2.3 Оцінка санітарного стану повітря

 

Одним з специфічних методів моніторингу є біоіндикація, визначення ступеня забруднення геофізичних середовищ за допомогою живих організмів, біоіндикаторів. При визначенні біоіндикаторів, до них висувають певні вимоги.

Рослини-індикатори повинні бути чутливими і не досить стійкими до забруднення. Необхідно, щоб у них був достатньо довгий життєвий цикл. Важливо, щоб такі рослини були широко розповсюджені по земній кулі, причому кожен вид повинен бути пристосований до певного місцезростання. Цим вимогам повністю відповідають лишайники.

На думку багатьох дослідників лишайники - ідеальний обєкт для контролю забруднення навколишнього середовища і цю властивість необхідно широко використовувати при плануванні екологічного моніторингу. Відомо, що вимірювання фізичних і хімічних параметрів забруднення природного середовища більш трудомістке в порівнянні з методами біоіндикації.

Лишайники - це своєрідна група нижчих спорових рослин, слань яких має дуалістичну (двоїсту) природу. До складу вегетативного тіла (слані) лишайників входять автотрофний водоростевий (фікобіонт = ліхенізовані водорості) і гетеротрофний грибний (мікобіонт = ліхенізовані гриби) компоненти. Самостійність лишайників підтверджується ознаками, не притаманними ані для грибів, ані для водоростей у вільноіснуючому стані: особливі морфологічні форми, внутрішня будова слані, особливий тип метаболізму, специфіка біохімічного складу, способи розмноження, особливості екології та інші.

Слань лишайників може бути забарвлена у сірий, білий, рожевий, жовтогарячий, червоний, оливковий, коричневий, чорний кольори. Під дією SO2 слань лишайників змінює колір. Крім того, спостерігається деструкція, і організм врешті-решт відмирає. За зовнішньою (морфологічною) будовою слані лишайники поділяють на три основні групи: накипні лишайники, листуваті, кущисті.

Слань накипних лишайників має вигляд тонкої, гладкої або зернистої, горбуватої, порошистої корочки, яка щільно зростається з субстратом (ґрунтом, камінням, корою дерев). Відокремити таку слань без пошкодження неможливо. Зразки таких лишайників збирають разом зі шматочками субстрату. Досить часто присутність такої слані проявляється лише плямистим забарвле нням субстрату.

 

Слань листуватих лишайників має вигляд дрібних лусочок або частіше розеткоподібних пластинок, горизонтально розпростертих на субстраті; краї пластинок часто розсічені на лопасті різного розміру і форми. Звичайно така слань прикріплюється до субстрату численними пучками грибних гіф (ризиками) і досить легко відокремлюється від субстрату без значного пошкодження.

Слань кущистих лишайників має вигляд тонких ниток або більш товстих розгалужених циліндричних стебелець, що формують кущик; іноді слань може мати вигляд розгалужених, досить мяких, сплощених або жолобчасто згорнутих стрічок. Слань таких лишайників прикріплюється до субстрату лише в одному місці своєю основою за допомогою особливої ніжки (гомфа) і росте вертикально до гори від субстрату, вбік від нього або звисає донизу.

Лишайники широко розповсюджені в природі і приймають активну участь у процесах хімічного вивітрювання гірських порід, у формуванні фітомаси (особливо в тундрових та лісових біогеоценозах) і утворенні ґрунтового гумусу. Дернинки лишайників є місцем життя багатьох безхребетних тварин (кліщів, ногохвоток, сіноїдів, листоїдів, павуків, клопів, цикад та ін.). При рясному розвитку на корі дерев лишайники слугують своєрідним захистом, такі дерева менш схильні до ураження грибами-руйнівниками деревини.

В екологічному відношенні лишайники можуть заселяти різноманітні субстрати, в тому числі і штучного походження: скло, шкіру, гуму, тканини, шифер, цеглу, залізо. При цьому основною умовою заселення є тривала нерухомість субстрату, що обумовлено дуже повільним ростом лишайників від 1мм (накипні) до 3 см (кущисті) на рік. В природних умовах лишайники характеризуються вибірково по відношенню до субстрату і утворюють наступні основні екологічні групи: епіліти - на поверхні гірських порід, епігеї - на ґрунті, епіфіти - на корі дерев і чагарників; крім того, виділяють групи епіксилів - на гниючій деревині, епіфілів - на хвої і листах вічнозелених рослин, епібріофілів - на дернинках мохів.

У практичній діяльності людини лишайники використовуються для визначення віку субстратів, що заселяють (метод ліхенометрії) та як індикатори стану атмосферного повітря (метод ліхеноіндикації). Метод ліхенометрії заснований на тому, що в межах певної кліматичної області річний приріст слані лишайників є постійним; за розміром слані можна визначити як вік самої слані, так і субстрату, на якому вона розвивається. Метод ліхеноіндикації заснований на особливостях водного живлення лишайників: процес поглинання вологи сланню лишайника з повітря є пасивним; при цьому волога доступна у будь-якому вигляді - снігу, дощу, роси, туману і поглинається сланню починаючи від 50% вологості повітря. Зрозуміло, що при пасивному поглинанні вологи до слані потрапляють усі забруднюючі речовини, які містяться в атмосферному повітрі.

Властивість лишайників реагувати на ступінь забрудненості повітря було покладено в основу розробки особливого напрямку індикаційної екології - ліхеноіндикації.

Відомо, що лишайники накопичують у слані різні хімічні елементи: літій, натрій, калій, магній, кальцій, стронцій, алюміній, титан, ванадій, хром, марганець, залізо, нікель, мідь, цинк, галлій, кадмій, плюбум, ртуть, іттрій, уран, флуор, йод, сульфур, арсеній, селен та ін. Листуваті та накипні види лишайників накопичують полютанти на різній відстані від джерела забруднення (електростанції, хімічні заводи та ін.). Зразки лишайників збирають, очищують та аналізують з використанням методів атомно-абсорбційної, рентгенівської та флуоресцентної спектрометрії. Як правило, безпосередньо поблизу джерела забруднення вміст елементів у слані лишайників дуже високий, потім він швидко падає, а по мірі подальшого віддалення від джерела забруднення знижується все повільніше. Відомо, що рівновага між вмістом елементів у лишайниках і у довкіллі встановлюється приблизно через 15 місяців.

По відношенню до забруднення повітря лишайники поділяють на три категорії:

·найбільш чутливі, які зникають при перших симптомах забруднення;

·середньочутливі, які приходять на зміну загиблим чутливим видам, з якими вони не могла конкурувати на умовах чистого повітря:

·найбільш витривалі, толерантні до забруднення.

 

2.4 Ліхеноіндикаційні дослідження екологічного забруднення навколишнього середовища

 

Ліхеноіндикація - один з найважливіших і корисних методів екологічного моніторингу. Однак цей метод не завжди застосовують. Справа в тім, що лишайники, як і будь-які живі організми, відчувають зміни навколишнього середовища. Тому в природі часто не можна установити конкретну причину тих або інших ушкоджень лишайників. Простий вплив температури або вологості може перекривати вплив забруднення, особливо якщо концентрація забруднюючих речовин невелика.

Один з ведучих ліхенологів, X. Трас, розділив методи ліхеноіндикації (тобто індикації за допомогою лишайників) на три групи. На перше місце він поставив методи, що дозволяють вивчати зміни, що відбуваються в будівлі і життєвих функціях лишайників під впливом забруднення. Методи другої групи базуються на описі видів лишайників, що живуть у районах з різним ступенем забруднення атмосфери. Третя група включає методи вивчення цілих лишайникових співтовариств у забруднених районах складання спеціальних карт. При використанні методів першої групи можна вибрати показовий вид лишайника, що досить легко відзивається на погіршення якості навколишнього середовища. Відмінний приклад такого індикаторного виду - гіпогімнія роздута, і багато ліхенологів використовують цей лишайник при проведенні своїх досліджень. Так, вивчаючи поширення викидів сталеливарних заводів у Північній Фінляндії, учені зібрали зі стовбурів дерев гіпогімнію роздуту, що виростала на різних відстанях від заводів. В міру наближення до джерела викидів сильно мінялися такі показники стану рослини, як кислотність клітинного соку, електропровідність, зміст хлорофілу, сірки і заліза в слань ступінь пошкодження фотобіонта. До речі, за станом водорості в лишайнику легко спостерігати, користуючись флуоресцентним мікроскопом. Здорові клітки в синім або ультрафіолетовому світлі мають характерне червоне світіння. В міру руйнування кліток колір стає спочатку коричневим, потім жовтогарячим і потім білим.

Щоб визначити, наскільки швидко зміниться лишайник під впливом забруднення, користуються методом трансплантації, тобто пересадження рослини в забруднені райони. Уперше трансплантацію лишайників здійснив німецький учений Ф. Арнольд у 1892 році. Він переніс трохи надгрунтових видів цих рослин із сільської місцевості в місто Мюнхен. Дуже незабаром усі "переселенці" загинули. У 1959 році з Хібін у Ботанічний сад Тартуського університету привезли п'ять арктоальпійських лишайників. Вже в перші місяці перебування на новому місці лишайники сполотніли, їх апотеції утратили свій ошатний вид, ріст припинився. Через рік усі лишайники загинули. Довше інших протрималася нефрома арктична. Існує кілька способів трансплантації. Надґрунтові лишайники переносять разом із ґрунтом, вирізуючи ділянки розміром 20X20 або 50X50 див. Рунисті види можна переносити в спеціальних пластмасових горшках або підвішувати в сіточках. Епіфітні види переносять разом з гілками або шматочками кори, на яких вони росли. Для висікання дисків з кори користуються особливими бурами діаметром 4-6 см. У забрудненому районі кору і гілки з епіфітами прибивають на дерева тих же порід, що і дерева, з яких вони були вилучені, або на спеціальні дошки і стовпи. Через кілька тижнів або місяців лишайники досліджують і визначають ступінь їхньо пригніченості. Пересадження дає зведення про індивідуальну стійкість видів.

Стосовно забруднення повітря види лишайників можна розділити на три категорії: 1) низько чуттєві, зникаючі при перших симптомах забруднення; 2) середньочуттєві, що приходять на зміну загиблим чуттєвим видам, з якими вони не могли конкурувати, поки повітря було чистим; 3) самі витривалі, толерантні до забруднення.

Цікаві результати отримані ліхенологом В.В. Горшковими на Кольському півострові. Вивчаючи вплив сірчистого газу і поліметалевого пилу на лишайники, він проаналізував стан ліхенофлори соснових лісів на різних відстанях, від комбінату "Североникель". Для цього на стовбурах дерев відзначали ділянки площею 100 см2, на яких підраховували кількість епіфітних лишайників і визначали їхній видовий склад. У фоновому районі, на відстані 60 км від комбінату, було виявлено 70 видів лишайників. Середнє сумарне покриття стовбурів дерев цими рослинами складало 11,2%, а кількість порожніх, не зайнятих ними площадок - 13% загального числа досліджених. У 30 км від комбінату середнє сумарне покриття зменшилося в п'ять разів, а кількість площадок без лишайників збільшилося в чотири рази. Тут виявилося всього 22 виду лишайників. У 15 км від джерела забруднення середн сумарне покриття складало всього 0,01% значення, характерного для незабрудненого району, і 90% усіх досліджених площадок виявилося не зайняте лишайниками. Нарешті, у восьми кілометрах від комбінату знаходилася абсолютна "лишайникова пустеля".

Іноді стійкість лишайників до забруднення обумовлена зовнішніми умовами. Виявляється, що слань, що добре змочується, страждає від забруднення більше, ніж змочувана погано. Але ноді пояснення причини стійкості лишайника до забруднення потрібно шукати усередині самого лишайника. Важливу роль грає щільність корового шаруючи, проникність кліток, присутність деяких лишайникових речовин, що нейтралізують кислотні випадання. На основі індивідуальних особливостей лишайників були зроблені шкали, що дозволяють установити рівень забруднення конкретного району по наявності або відсутності в ньому визначених видів лишайників. Прикладом може служити шкала полеотолерантності епіфітів, тобто стійкості до міських умов. Цю шкалу склав X. Трас. Шкала включає десять класів. У 1-й, 2-й і 3-й класи входять лишайники, що живуть тільки в природних ландшафтах (у лісах, болотах, удалині від населених пунктів) і в слабко окультуреній місцевості (у лісових масивах поруч з населеними пунктами, лугах). У 4-й, 5-й і 6-й класи попадають лишайники, що більш-менш часто зустрічаються в помірковано окультуреному ландшафті (у селищах, малих містах, парках в околицях великих міст і на цвинтарях). Нарешті, класи 7, 8, 9 і 10 поєднують ті види лишайників, що поширені в сильно окультурених районах (у великих і середніх містах).

Іноді лишайникам допомагають вижити самі несподівані щасливі обставини. Так, краще виживають т колонії, у розпорядженні яких більше живильних речовин. Замічено скупчення лишайників на краях міських дахів, де багато пташиного калу, а також на гниючих суках старих дерев. Важливим є і переважне в даному районі напрямок вітрів, що несуть згубні гази і пил.

Ліхенологічні карти дозволяють спостерігати за змінами, що відбуваються в стані повітря протягом 20-50 років. Ці методи вимагають не дуже значних витрат і з успіхом можуть доповнити, а іноді і замінити більш точні фізико-хімічні методи дослідження повітря, для яких необхідна дорога апаратура. Правда, для складання карт необхідно досить повно вивчити ліхенофлору в досліджуваному районі. Припустимо, потрібно скласти опис епіфітних лишайників у якому або парку. Для цього, рухаючи по алеї, описують ті лишайники, що ростуть по обох її сторонах на спробних площадках, на кожнім п'ятому (або третім або десятому) дереві. Спробна площадка обмежується на стовбурі дерев'яною рамкою, наприклад розміром 10Х10 см, що розділена усередині тонкими дротиками на квадратики по 1 см2. Відзначають, які види лишайників зустрілися на ділянці, який відсоток загально площі рамки займає кожен зростаючий там вид. Крім того, відзначають життєздатність кожного зразка: є чи в нього плодові тіла, здорова або хирлява слань. На кожнім дереві описують мінімум чотири спробні площадки: дві в підстави стовбура (з різних його сторін) і дві на висоті 1-1,5 м. У цілому по алеї виходить значне число описів, а по всьому парку - і того більше. Одні карти відбивають присутність якогось одного виду лишайників на даній території, інш подають додаткову інформацію про його достаток у різних крапках, на третіх позначене кількість видів лишайників, що виростають у зоні дослідження.

В Україні ліхеноіндикаційні дослідження ступеня забрудненості атмосферного повітря були проведені у Львові, Тернополі, Луцьку, Рівному, Івано-Франківську,Чернігові , Херсоні , Кременчуку , Харкові , Полтаві, Києві . Відомо, що з лишайниками як субстратом топічно пов’язані різноманітні представники безхребетних (олігохети, нематоди, тихоходки, коловертки тощо).

Метод ліхеноіндикації заснований на особливостях водного живлення лишайників: процес поглинання вологи сланню лишайника з повітря є пасивним; при цьому волога доступна у будь-якому вигляді - снігу, дощу, роси, туману і поглинається сланню починаючи від 50% вологості повітря. Зрозуміло, що при пасивному поглинанні вологи до слані потрапляють усі забруднюючі речовини, які містяться в атмосферному повітрі.

Ліхеноіндикаційні дослідження дуже широко використовуються при біодіагностиці ступеню забруднення повітря населених пунктів і виявленні джерел викиду в атмосферу. Найбільш різко лишайники реагують на сірчистий газ (діоксид сірки), що виділяється при згорянні палива. Відомо, що більшість лишайників-епіфітів не зберігається, якщо середня концентрація оксиду сірки (SO2) перевищує 0,1мг/м³, а концентрація 0,5 мг/м³ згубна для всіх видів лишайників. Дуже малі концентрації оксиду сірки заважають проростанню спор лишайників, а при більших його концентраціях лишайники передчасно старіють. При посиленні забруднення слані лишайників стають товстими, компактними й майже зовсім втрачають плодові тіла, зменшується їхня біомаса. Подальше забруднення повітря призводить до того, що лопасті лишайників забарвлюються в білуватий, коричневий або фіолетовий колір, вони зморщуються й гинуть

ВИСНОВОК

Понад сім мільярдів людей на Землі користуються природними ресурсами, часто зловживаючи ними. Це призводить до вимирання видів, забруднення води та повітря токсичними речовинами, а це означає - погіршення здоровя людей, невідтворні генетичні зміни. Екологія набула особливого значення як наукова основа раціонального природокористування й охорони живого світу нашої планети.

У деяких видів рослин і тварин змінюються особливості розвитку (швидкість росту, процес цвітіння, утворення плодів, інтенсивність забарвлення та ін.) у відповідь на різні подразнюючі фактори. Ці властивості людство помітило уже давно і використовувало для практичних потреб. У звязку з загальною екологізацією різних наукових напрямів, людського мислення загалом, методи біоіндикації усе частіше використовують науковці, зокрема і для моніторингу навколишнього середовища.

Моніторинг біологічних ефектів під впливом різних забруднювачів довкілля використовують у локальному, регіональному та національному масштабах. Біоіндикація (грец. bios - життя і лат. indico - вказую)- оперативний моніторинг навколишнього середовища на основі спостережень за станом і поведінкою біологічних обєктів (рослин, тварин та ін.).

Цей метод дедалі поширюється, оскільки має такі переваги:

·вимірювання сумарного ефекту зовнішнього впливу;

·вивчення впливу забруднення на рослини і тварин;

·визначення впливу у просторі і часі;

·можливість застосовувати профілактичні засоби.

Користуючись інструментальними методами дослідження, можна визначити характеристики повітря, води і ґрунту, але лише на момент відбору проб. Однак лишайники, наприклад, здатні накопичувати радіоактивні елементи, мікроелементи, вміст радіонуклідів у них може бути у 10 разів вищий, ніж у травянистих рослинах. Лишайники нагромаджують газоподібні й тверді речовини з атмосфери практично постійно і необмежено. Тому, відстежуючи процеси їх накопичення або відсутність, можна оцінити рівень забруднення середовища.

Під впливом забруднень довкілля змінюються еколого-фізіологічні ознаки: пігментація, забарвлення рослин. Їх спричиняє надлишок токсичних солей у ґрунті або нестача поживних речовин. Наприклад, галофіти при помірному підвищенні засолення мають насичений зелений колір; за значної кількості солей у ґрунті - сіро-синюватий; при засоленні за умов недостатнього зволоження - оранжево-червоний.

Рослинність може бути використана не лише як індикатор окремих факторів середовища, а також як показник сумарних умов: типів ґрунту чи клімату, гірських порід, сільськогосподарських угідь. Біоіндикаторами можуть бути лише ті рослини, які помітно реагують на аномалії. Зовнішні подразники впливають на кислотність середовища, щільність коріння.

Біоіндикація має певні переваги як метод отримання безпосередньої інформації про зміни стану біоти в конкретних умовах забруднення, але він повинен поєднуватись з хімічними й геофізичними дослідженнями для отримання не лише якісних, а й кількісних показників.

Рослинний покрив як важлива складова біосфери відображає її загальний стан і перебіг майже усіх процесів, що відбуваються на планеті. Життя на Землі було б неможливе без неперервного процесу фотосинтезу, що відбувається в зелених частинах рослин, які є основним стабілізатором вуглекисло-кисневого балансу повітряного басейну. Рослини як важливий компонент біогеоценозу помітно впливають на інші його елементи, сприяють формуванню ґрунтового покриву, впливають на хімізм ґрунту і його родючість, а також на життя усіх тварин і живих організмів, одночасно реагуючи на всі зовнішні фактори.

Людина, використовуючи ґрунт, змінює її за допомогою обробітку, внесення добрив, запровадження сівозмін, зрошенням тощо. Залежно від способу використання, ґрунт може поліпшуватись, ставати більш родючим або навпаки. Ґрунтам завдають шкоди два основні джерела хімічних забруднень-викиди підприємств та автотранспорту; хімічні засоби захисту рослин та добрива, що використовують в сільському господарстві

Рослини, які дають змогу визначити глибину залягання ґрунтових вод, називають гідроіндикаторами. Ця здатність зумовлена максимальною глибиною проникнення їх кореневих систем. Отримати точні гідроекологічні характеристики дають змогу дослідження сукупності гідроіндикаторів. Наприклад, рослини-гігрофіти мають поверхневу кореневу систему і живляться високими ґрунтовими водами. Під такими рослинами ґрунтові води залягають не глибше, ніж на 1м. Серед таких видів: очерет, рогіз, комиш, смородина,щавель тощо. Під вербою білою,маслинкою вузьколистою, осокором рівень ґрунтових вод може опускатися на глибину до 5м.

Раціональне використання й охорона природних ресурсів – запорука виживання людей. Якість води обумовлена як природними, так і антропогенними факторами. Внаслідок інтенсивного використання водних ресурсів змінюються якість і кількість води, складові водного балансу, гідрологічний режим водних об’єктів. Це відбувається тому, що більшість річок і озер є одночасно джерелами водопостачання й приймачами господарсько-побутових, промислових і сільськогосподарських скидів. На якісні та кількісні зміни водних ресурсів впливають такі основні види господарської діяльності: водоспоживання для промислових і комунальних потреб, скидання відпрацьованих вод, урбанізація, утворення водосховищ, зрошування і осушення земель, агромеліоративні заходи тощо. Всі ці види діяльності зумовлюють хімічне, фізичне, біологічне і теплове забруднення гідросфери.

Біоіндикатори - біосистеми, фізіологічні функції яких так тісно корелюють з факторами навколишнього середовища, що можуть бути використані для оцінки останніх.

Багато організмів є чутливими до різних абіотичних і біотичних факторів середовища і можуть існувати лише в певних, часто дуже обмежених змінах цих факторів. Отже, спостереження за реакцією біоіндикаторів даватиме інформа­цію про стан навколишнього середовища. Біологічні системи, використовувані як біоіндикатори, різноманітні: мікроорганізми, нижчі рослини, лишайники, гриби, багато вищих рослин, окремі види й суспільства тварин, клітинні та субклітинні компоненти організму можуть бути ефективними біоіндикаторами, адаптованими до певних умов навколишнього середовища. З точки зору екології особливий інтерес становить можливість використання біоіндикаторів для оцінки рівня забруднення довкілля, здійснення постійного моніторингу за його якістю та змінами.

Індикаційні ознаки - це біологічні змінні, що характеризують стан окремих особин, групи організмів, популяцій та екосистем.

У практичній діяльності людини лишайники використовуються для визначення віку субстратів, що заселяють (метод ліхенометрії) та як індикатори стану атмосферного повітря (метод ліхеноіндикації). Метод ліхенометрії заснований на тому, що в межах певної кліматичної області річний приріст слані лишайників є постійним; за розміром слані можна визначити як вік самої слані, так і субстрату, на якому вона розвивається. Метод ліхеноіндикації заснований на особливостях водного живлення лишайників: процес поглинання вологи сланню лишайника з повітря є пасивним; при цьому волога доступна у будь-якому вигляді - снігу, дощу, роси, туману і поглинається сланню починаючи від 50% вологості повітря. Зрозуміло, що при пасивному поглинанні вологи до слані потрапляють усі забруднюючі речовини, які містяться в атмосферному повітрі.

Властивість лишайників реагувати на ступінь забрудненості повітря було покладено в основу розробки особливого напрямку індикаційної екології - ліхеноіндикації.

Системи біомоніторингу, побудовані на основі дослідження поведінки рослин і тварин, дають змогу оцінити біологічні ефекти від впливу забруднення повітря, їх просторовий розподіл, можливе нагромадження на значних територіях.

 

 

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

 

1.Беспамятнов Г. П., Кротов Ю. А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. - Л.: "Химия", 2002.

2.Бойчук Ю. Д. Екологія і охорона навколишнього середовища. / Ю. Д. Бойчук, Е. М. Солошенко, О. В. Бугай. - С.: Університетська книга, 2005. - 302 с.

3.Василенко Л. Б. Екологія: Методичний посібник для вчителів у 2-х частинах. Частина І // Серія: Позакласна робота. - Харків: Скорпіон, 2009. - 80 с.

4.Гора Е. П. Экология человека. Практикум: учеб. пособие / Е. П. Гора. - М.: Дрофа, 2008. - 127, [1] с.: ил.

5.Запольський А. К. Основи екології. / А. К. Запольський, А. І. Салюк. - К.: Вища школа, 2004. - 382 с.

6.Зверев А. Т.. Экология. Практикум. Учебное пособие для 10-11 кл. - М.: ООО "Издательский дом; Оникс 21 век", 2004. - 176 с.

7.Злобін Ю. А. Загальна екологія. / Ю. А. Злобін, Н. В. Кочубей. - С.: Університетська книга, 2003. - 416 с.

8.Капинос П. И. Охрана природы. / П. И. Капинос, Н. А. Панасенко. - К.: Вища школа, 1989, - 255 с.

9.Клименко М. О., А. М. Прищепа, Н. М. Вознюк. "Моніторинг довкілля": Підручник - К.: Вид. центр "Академія" , 2006. - 360 с.

10.Назарова Р. І., О. М. Коновалов, Т. В. Догадіна, О. С. Горбулін, Л. П. Снагощенко, Р. А. Яковлєва. Фізико-хімічні та біологічні методи вивчення довкілля: Навчальний посібник. - Х.: "Міськдрук", 2010. - 418 с.

11.Основи екології: підручник / Г. О. Білявський, Р. С. Фурдуй, І. Ю. Костіков. - К.: Либідь, 2004. - 408 с.

12.Скальный А. В. Биоэлементы в медецине / Скальный А. В., Рудаков И. А. - М.: ОНИКС 21 век: Мир, 2004. -- 272 с.

13.Сухарев С. М. Основи екології та охорони довкілля: навч. посібник для студентів вищих навч. закладів. - К.: Центр навчальної літератури, 2006. - 394 с.

14.Хотунцев Ю. Л. Экология и экологическая безопасность. / Ю. Л. Хотунцев. - М.: Академия, 2002, - 480 с.

15.Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?: Учебное пособие / Под ред. Проф. В. И. Данилова - М.: изд-во МНЭПУ, 2001. - 332с.

16.Экологический кризис и социальный прогресс. Госкомиздат, 1977г.

17.Экологический мониторинг: Уч. - метод особие: // Под ред. Т. Л. Ашихминой. М.: Академический проспект, 2006. - 416 с.