W badaniach środowiskowych stosowane są różne metody. Jednym z nich może być bioindykacja. Podejście to polega na badaniu stanu niektórych organizmów żywych w celu uzyskania informacji o ich siedlisku. Aby zrozumieć cechy prowadzenia takich badań, należy zastanowić się, czym jest bioindykator. Dostarczy to niezbędnych informacji o takiej metodologii badawczej.
Definicja ogólna
Bioindykator to żywy organizm i prawdopodobnie cały gatunek lub społeczność, która żyje w określonym systemie ekologicznym i może służyć jako odzwierciedlenie jego stanu. Ponadto w trakcie badania szacowana jest liczba osobników w populacji, ich stan i zachowanie. Na podstawie otrzymanych informacji można ocenić obecność zanieczyszczeń, toksyn, czynników rakotwórczych itp. w naturalnym środowisku.
Bioindykatory to rośliny lub zwierzęta, których stan zależy bezpośrednio odich środowisko. Zastosowanie takiej techniki w trakcie badania ma wiele zalet. Niekiedy tylko na podstawie bioindykatorów możliwe jest uzyskanie niezbędnych informacji o stanie środowiska. Oszczędność czasu i pieniędzy na skomplikowanych analizach fizycznych i chemicznych to zdecydowana zaleta.
Bioindicators - rośliny i zwierzęta, które podsumowują ważne dane dotyczące zanieczyszczeń, tempa zmian. Pozwalają określić miejsce nagromadzenia i drogi przedostawania się szkodliwych substancji, stopień i nasilenie wpływu toksyn na istoty żywe, w tym człowieka.
W trakcie badań oceniana jest biocenoza takich wskaźników. Jednocześnie interesującymi dla badaczy są zarówno przedstawiciele fauny, jak i flory. W trakcie obserwacji możliwa jest ocena stopnia przewlekłego narażenia na toksyny nawet przy niskich stężeniach. Wpływają na funkcje i ogólny stan narządów wewnętrznych zwierząt, symetryczne części ciała i ich proporcje.
Typologia
Bioindykatory - rośliny i zwierzęta żyjące w wodzie, powietrzu, glebie. Takimi organizmami mogą być bakterie lub glony, a także bezkręgowce, takie jak skorupiaki, orzęski, mięczaki. Podczas badania można wykorzystać dane dotyczące ryb, zwierząt.
Bioindykatorami gleby są najczęściej rośliny rosnące na wolności. W zależności od ich stanu można określić kwasowość, wilgotność, gęstość i temperaturę gleby. Również po wyglądzie niektórych roślin można określić zawartość tlenu w glebie, ilośćskładniki odżywcze, a także sole i metale ciężkie.
Drzewa iglaste mogą dostarczać informacji o glebie przez cały rok. W tym przypadku wykorzystywane są nie tylko wskaźniki morfologiczne, ale także szereg zmian biochemicznych. Pozwala to na uzyskanie rzetelnych informacji. Znaki morfologiczne są czasami zmienne.
Na przykład zwykła pokrzywa może pokazać, ile wapnia jest w glebie. Niektóre rośliny są galofilami. Kochają gleby zasolone. Jeśli rosną na danym obszarze, aktywnie kolonizując terytoria, to ziemia jest stopniowo solona.
Aby ocenić stan wody, prowadzone są badania na takich bioindykatorach, jak larwy niektórych owadów, niektóre rodzaje glonów, wyższe skorupiaki, świecące bakterie.
Mchy i porosty mogą być bioindykatorami powietrza. Ich właściwości fizyczne różnią się znacznie w zależności od warunków wzrostu.
Funkcje do wyboru
Rośliny i bioindykatory zwierząt są wybierane do badań zgodnie z określoną zasadą. Sformułował ją jeden z najsłynniejszych amerykańskich ekologów Yu Odum. Proponuje uwzględnienie następujących stwierdzeń przy doborze bioindykatorów:
- Istnieją stenotopowe i eurytopowe gatunki żywych organizmów. Ci pierwsi mogą żyć tylko pod pewnymi warunkami, więc ich zakres jest ograniczony. Gatunki eurytopowe są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, mają wytrzymałość ekologiczną. Dlatego są mniej odpowiednie do badań niż gatunki stenotopowe.
- Większe typy bioindykatorów są badane częściej niż małe. Tłumaczy się to szybkością rotacji w biocenozie. Jest wyższy u małych gatunków, więc w czasie badania mogą nie dostać się do próbki, zwłaszcza w procesie analizy z dużą częstotliwością.
- Aby wybrać gatunek lub ich grupę do badań, wymagane będą informacje doświadczalne i terenowe o wartościach granicznych określonego czynnika. Jednocześnie brane są pod uwagę możliwe reakcje kompensacyjne bioindykatora, tolerancja gatunku.
- Odsetek różnych populacji, gatunków lub społeczności jest bardziej orientacyjny i dlatego służy jako wiarygodny wskaźnik. Tylko jeden gatunek nie jest w stanie w pełni oddać skali zmian środowiskowych. Takie zmiany należy rozpatrywać całościowo, a nie tylko w jednym kierunku.
Warto również zauważyć, że najlepszymi bioindykatorami są gatunki, które zapewniają natychmiastową odpowiedź, a także wiarygodność dostarczanych informacji. Błąd nie powinien przekraczać 20%. Również przy pomocy takich bioindykatorów powinno być łatwo uzyskać niezbędne informacje. Gatunek musi być stale obecny w przyrodzie, aby badacz mógł w każdej chwili ocenić jego stan.
Odmiany
Istnieją różne rodzaje i typy bioindykatorów. Wszystkie żywe organizmy nadające się do takich badań można podzielić na dwie grupy:
- Rejestracja.
- Akumulacyjne.
W pierwszym przypadku żywe organizmy reagują na zmiany w środowisku poprzez zmianęwielkość populacji. Mogą również zmieniać fenotyp, zaburzenia somatyczne czy uszkodzenia tkanek. Mogą pojawić się różne deformacje, zmienia się tempo wzrostu. Mogą również występować inne bardzo widoczne znaki.
Na przykład bioindykatory rejestrujące to porosty, igły drzew. Pojawiają się na nich martwica, chloroza, suchość. Rejestrowanie bioindykatorów nie zawsze umożliwia ustalenie przyczyn zaistniałych zmian. W takim przypadku wymagane będą dodatkowe badania w celu ustalenia, dlaczego zmieniła się populacja, ostateczny wygląd, rozmieszczenie w przyrodzie itp. Takie zmiany mogą być wynikiem różnych procesów.
Bioindykatory organizmów mogą mieć charakter akumulacyjny. Koncentrują toksyny, zanieczyszczenia wewnątrz ciała, w różnych tkankach, częściach ciała lub narządach. W trakcie badań stopień zanieczyszczenia środowiska określa się po analizie chemicznej. Na przykład muszle skorupiaków, larwy owadów, a także niektóre narządy ssaków (mózg, nerki, śledziona, wątroba itp.), mchy mogą być akumulacyjnym bioindykatorem.
Żywe organizmy natychmiast reagują na cały kompleks szkodliwych substancji dostających się do środowiska. Dlatego taka technika nie pozwala na ustalenie dokładnego stężenia pojedynczej toksyny. Ale jednocześnie zaleta stosowania bioindykacji pozwala dokładnie określić, jak bardzo zanieczyszczenie wpływa na populację.
Organizmy testowe
Organizm testowy może być bioindykatorem środowiska. Są to przedstawiciele flory lub fauny, którzy są wykorzystywani w trakcie kontroli jakości warunków środowiskowych w laboratorium. Przeprowadzają odpowiednie eksperymenty. Mogą to być na przykład jednokomórkowe, pierwotniaki, stawonogi. Rośliny takie jak mchy lub rośliny kwitnące również mogą być organizmami testowymi.
Główną cechą takich organizmów jest możliwość uzyskania kultur z jednorodnych genetycznie roślin lub zwierząt. W tym przypadku prototyp jest porównywany z kontrolą. Pozwala to na uzyskanie wiarygodnych informacji o czynniku niepokojącym. W przeciwnym razie, ze względu na normalne indywidualne różnice między osobami, nie będzie możliwe uzyskanie wiarygodnego wyniku.
Metody analizy
Bioindykatory i zanieczyszczenie ich środowiska są badane poprzez analizę porównawczą z próbką kontrolną. Mogą być różne podejścia do tego.
Pierwsza metoda polega na porównaniu odpowiednich cech poza obszarem oddziaływania. I tak np. rośliny uprawiane w strefie zanieczyszczeń przemysłowych porównuje się z uprawami, które rosły poza obszarem oddziaływania antropogenicznego.
Druga technika polega na porównaniu próbki z wynikami eksperymentu. Jedna część badanych roślin wchodzi w kontakt w warunkach laboratoryjnych z zanieczyszczonym powietrzem, glebą, wodą, a druga część - z czystym pożywką.
Podczas korzystania z trzeciej metody do porównania wykorzystywane są standardy historyczne. Przydałoby się to na przykład, gdyeksploracja europejskiego stepu. Dziś ten ekosystem praktycznie stracił swój pierwotny wygląd. Właśnie z tym, jak step wyglądał w przeszłości, porównuje się go w teraźniejszości.
Czwarta technika wykorzystuje kontrolę. Jest to pewien rodzaj zależności, od którego odstępstwo traktowane jest jako naruszenie. Na przykład dla niezakłóconych zbiorowisk gatunków konstruowany jest odpowiedni wykres. Jeśli zauważone zostaną jakiekolwiek odchylenia, będzie to natychmiast zauważalne podczas porównywania dwóch krzywych.
Metody bioindykacji
Bioindykatory występujące w przyrodzie są badane za pomocą odpowiedniego monitoringu środowiska. Odbywa się to zarówno na poziomie mikro, jak i makro. Badania bioindykacyjne mogą być biocenotyczne i gatunkowe. W drugim przypadku badana jest obecność organizmu w środowisku i częstotliwość jego występowania. Można również badać właściwości fizjologiczne, biochemiczne, anatomiczne i morfologiczne bioindykatora.
W trakcie badań biocenotycznych uwzględnia się różnorodność gatunkową za pomocą systemu odpowiednich wskaźników, a także produktywność społeczności.
W zależności od wpływu różnych czynników na system, monitorowanie bioindykacji może być specyficzne i niespecyficzne. Badają reakcje gatunków na pojawienie się zanieczyszczeń, toksyn w ich środowisku. Przy niespecyficznej bioindykacji ta sama reakcja może być spowodowana różnymi czynnikami. Jeżeli zachodzące zmiany wynikają z wpływu tylko jednego czynnika, mówimy o konkretnym wskazaniu.
Na przykład drzewa iglaste i porostypotrafią udzielić informacji o czystości powietrza w regionie, obecności zanieczyszczeń przemysłowych w swoich siedliskach. Lista gatunków roślin i zwierząt żyjących w glebie jest specyficzna dla różnych typów gleb. Jeśli zajdą zmiany w tych ugrupowaniach, możemy mówić o zanieczyszczeniu gleby chemikaliami lub zmianie jej struktury w wyniku działalności człowieka.
Obecnie uważa się, że badania instrumentalne są najskuteczniej wykorzystywane w połączeniu z bioindykatorami. Taka symbioza dostarcza najbardziej kompletnych, wiarygodnych informacji o stanie populacji, wpływie na nią niekorzystnych czynników.
Bioindykacja gleby
Korzystając z bioindykatorów w badaniu zanieczyszczenia gleby, możliwe jest uzyskanie wiarygodnych wyników. Rośliny dostarczają informacji o żyzności gleby. Pełna analiza składu gleby wymaga dużo czasu i wysiłku. Gleba jest uważana za żyzną, jeśli rosną na niej pokrzywy, maliny, glistnik, waleriana itp. Rośliny te nie przetrwają na ubogiej glebie.
Angelica, miodunka, kostrzewa łąkowa itp. dają umiarkowanie żyzną glebę. Torfowce, porosty, żurawina, borówka brusznica rosną na glebach mało żyznych.
Oprócz wskaźnika żyzności, skład gleby można również określić na podstawie roślin. O obecności dużej ilości azotu świadczą takie rośliny jak trawa pszeniczna, maliny, pięciornik gęsi, rdestowiec itp. Kolor takich roślin będzie jasnozielony. Jeśli jest blady, w glebie jest mało azotu. Rośliny mają zmniejszone rozgałęzienie i liczbę liści.
Wiele innychminerały, kwasowość i inne cechy gleby można określić w glebie za pomocą bioindykatorów.
Bioindykacja powietrza
Bioindykator to żywy organizm, który znacząco zmienia swoje właściwości w przypadku wystąpienia odchyleń w środowisku. Z ich pomocą możesz określić, czy powietrze jest zanieczyszczone. Na fitocenozę duży wpływ mają zanieczyszczenia, takie jak tlenek azotu, dwutlenek siarki, węglowodory itp.
Odporność roślin na takie toksyny jest inna. Nawet niewielka ilość dwutlenku siarki w powietrzu jest łatwa do określenia przy pomocy porostów. Wśród roślin o podwyższonej zawartości tego typu zanieczyszczeń mogą świadczyć drzewa iglaste.
Pszenica, jodła, kukurydza, świerk, truskawki ogrodowe itp. są wrażliwe na zawartość fluorowodoru w powietrzu, chlorowodór itp.
Bioindykacja wody
W przypadku kontroli jakości wody bioindykacja jest jedną z najlepszych metod. W przeciwieństwie do chemicznych i fizycznych metod monitorowania, to podejście jest najbardziej obiektywne. Specjalny sprzęt jest w stanie śledzić tylko niektóre rodzaje zanieczyszczeń. Bioindykacja dostarcza pełnej informacji o stanie otaczającego środowiska wodnego.
Monitorowanie pozwala ocenić, dla jakich obszarów działania zbiornik jest odpowiedni. Jednym z najprostszych sposobów bioindykacji wody jest użycie kultur drożdży. Przeprowadzana jest nefelometryczna ocena zmętnienia cieczy. Zależy to od ilości drożdży w próbce. Jeśli woda hamuje ich rozwój, próbka będzie lżejsza niż próbka kontrolna.
Ryby też mogąbyć stosowany jako bioindykator. Gromadzą toksyny w swoim ciele. Dzięki temu możliwe jest ustalenie, jakie cechy charakteryzują wodę w rzece lub jeziorze poprzez wizualną ocenę stanu ryb.
