Тварини-індикатори забруднення навколишнього середовища (169866)

Посмотреть архив целиком


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КАМ’ЯНЕЦЬ-ПОДІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ОГІЄНКА

Природничий факультет

Кафедра біології та методики її викладання










КУРСОВА РОБОТА

ТВАРИНИ – ІНДИКАТОРИ ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА













м. Кам’янець-Подільський 2009


ЗМІСТ


ВСТУП

Розділ І. Поняття біомоніторингу

1.1 Сутність біомоніторингу

1.2 Біоіндикація як об’єкт біомоніторинга

1.3 Чинники забруднення довкілля

Розділ ІІ. Тварини-індикатори забруднення

2.1 Характеристики водного середовища та пристосування до них живих організмів

2.2 Зміни водних екосистем при антропогенному забрудненні. Сапробність і токсобність

2.3 Методи оцінки забруднення вод за допомогою тварин-індикаторів

Розділ ІІІ. Дослідження фауни безхребетних тварин річки Ушиця смт. Віньківці Хмельницької області

3.1 Характеристика об’єкту дослідження

3.2 Опис отриманих результатів

3.3 Визначення сапробності досліджуваних ділянок по методу Майера

Висновки

Використана література



ВСТУП


Актуальність. Всі живі організми тісно пов’язані з навколишнім середовищем, яке впливає на їх життя і розвиток.

Сучасний глобальний характер впливу людини на біосферу у поєднанні з підвищеним забрудненням окремих регіонів створює особливі умови для існування, як окремих природних об'єктів, так і стану багатьох екосистем. Тому дуже актуальна проблема оцінки окремих екосистем і ландшафту в цілому з погляду впливу на них діяльності людини. Особливо гострою вона є на густо заселених людиною територіях, тобто в містах.

Місто як місце існування тварин і рослин має ряд специфічних рис: велика щільність населення, концентрація різних підприємств, максимальне використання площ під забудову, загазованість і забруднення повітря, ґрунту і споруд хімічними сполуками, інший тепловий режим, освітленість і тому подібне. На урбанізованих територіях співтовариства багатьох організмів піддаються найбільш сильному антропогенному пресу, що приводить до зміни умов проживання, видового складу, чисельної великої кількості, структури популяцій. У організмах відбуваються необоротні зміни.

При вивченні впливу діяльності людини на міське середовище виникає можливість використання організмів-біоіндикаторів, що об'єктивно відображають вплив антропогенної діяльності на організми, їх популяції і співтовариства. Такими індикаторами можуть, зокрема, служити представники деяких видів комах.

Різні забруднення можуть накопичуватися у воді, і тому оцінка стану організмів, що живуть в ній, має велике значення як об'єктивне віддзеркалення физико-хімічних властивостей води. Водойми на міській території посилено використовуються людиною на різні потреби: полив, технічне використання на підприємствах, в житлах, в торгових організаціях і так далі. Іноді біля міських водойм формуються зони відпочинку городян.

Необхідність досліджень біоіндикацій стає особливо очевидною, якщо взяти до уваги, що в даний час в міські промислові і стічні води (навіть коли вони піддаються очищенню сучасними методами) поступають сотні різних речовин різного хімічного складу. Практично неможливо за допомогою хімічних аналізів прослідкувати малі концентрації всіх забруднень, які можуть порушувати біологічні процеси, особливо при їх тривалому впливі впродовж багатьох поколінь. Неможливо хімічними методами детально вивчити вплив на все різноманіття біологічних явищ у водних екологічних системах кожної з багатьох сотень речовин, що поступають у водойме. Не кажучи вже про те, що не можна передбачити наслідку комбінованої дії багатьох хімічних сполук в їх різноманітних поєднаннях і, нарешті, продуктів їх трансформації у воді і донних відкладеннях. Тому особливу цінність представляє безпосереднє вивчення інтегрального кінцевого ефекту впливу забруднень на організми і біосистеми.

Біологічні методи, при їх правильному застосуванні, мають високу чутливість. Вони дають можливість простежувати наслідки забруднень за межами чутливості прийнятих в практиці охорони вод гідрохімічних і гідрофізичних методів.

Саме актуальність даної проблеми зумовила обрання мною теми курсової роботи: «Тварини-індикатори забруднення навколишнього середовища».

Мета дослідження: висвітлення теоретичних положень про біоіндикацію забруднення довкілля за допомогою тварин; виявлення видового складу водних безхребетних індикаторів забруднення в руслі річки Гуски м. Шепетівка Хмельницького району.

Предмет дослідження – методи біоіндикації при використанні тварин-індикаторів забруднення навколишнього середовища.

Об’єкт дослідження – тварини-індикатори забруднення.

Завдання:

1. Зупинитися на характеристиці понять біомоніторинг та біоіндикація.

2. Розглянути методичні аспекти біоіндикації водного середовища за допомогою тварин-індикаторів довкілля.

3. Дослідити видове різноманіття безхребетних з метою визначення степеня забрудненості річки Ушиця , яка протікає в смт. Віньківці Хмельницької області.



РОЗДІЛ І. ПОНЯТТЯ БІОМОНІТОРИНГА


1.1 Сутність біомоніторингу


Аналіз (моніторинг) місцепроживань по складу співтовариств живих організмів, що мешкають в них, – істотна частина сучасної прикладної екології. У його основі лежать наступні положення. Кожен вид живих організмів пристосований до своїх умов проживання. Певні (хоча і більш розмиті, ніж окремі види) вимоги до умов середовища пред’являють також крупніші таксони: роди, сімейства тварин. Тому, знаючи склад співтовариства в даній точці, можна передбачити особливості умов проживання в ній, і навпаки (по особливостях чинників середовища можна передбачати склад фауни). Порівнюючи склад співтовариства у водоймі в різні моменти часу, можна стежити за змінами умов проживання в нім; а порівнюючи фауни різних водойм, дізнаватися про відмінності цих водойм з погляду живих організмів [3;10].

Організми, використовувані в біологічному моніторингу, називаються індикаторними (видами-індикаторами). Ці види мають бути достатньо масовими в своїх “улюблених” місцепроживаннях, легкознаходжуваними і визначуваними в природі, а їх екологічні вимоги - добре відомими.

Найбільше значення має біологічний моніторинг якості і забруднення води природних водойм. Інші чинники життя у воді (течія, тип грунту, глибина і тому подібне) легко оцінити безпосередньо, а прямо визначити якість води (вміст в ній органічних речовин, отрут, хвороботворних мікроорганізмів і тому подібне) досить складно. Більш того, біологічний контроль якості вод має ряд переваг перед хімічними, фізичними і бактеріологічними методами контролю. Він дозволяє оцінити наслідки як постійного, так і разового забруднення, усереднюючи забруднюючі ефекти в часі.

Співтовариства живих організмів відображають всі зміни води, що протікає над ними, одночасно реагують на багато чинників, що визначають якість води, і підсумовують ефекти змішаних забруднень. При біологічному аналізі нам не потрібно дізнаватися, чим саме забруднена вода, але можна відразу оцінити міру її забруднення.


1.2 Біоіндикація як об’єкт біомоніторинга


Біоіндикація - спосіб оцінки антропогенного навантаження по реакції на нього живих організмів і їх співтовариств. Підкреслюючи всю важливість методів біоіндикації як дослідження, необхідно відзначити, що біоіндикація передбачає виявлення забруднення навколишнього середовища, що вже відбулося або відбувається, по функціональних характеристиках особин і екологічних характеристиках співтовариств організмів. Поступові ж зміни видового складу формуються в результаті тривалого отруєння водойми, і явними вони стають у випадку у разі далеко йдучих змін. Для річок і струмків найбільш точні результати дає вивчення донних організмів (бентоса) і мешканців укорінених на дні водних рослин (перифітона), які, не переміщаючись разом з потоком, краще відображають загальну якість води, що протікає над ними. У стоячих водоймах разом з бентосом перспективне використання організмів – мешканців товщі води (планктону).

Для біоіндикації можуть використовуватися показники біосистем всіх рангів. Зазвичай, чим нижчий ранг біосистеми, використовуваної як біоіндикатор, тим більше точними можуть бути виводи про вплив чинників середовища і навпаки.

Для біоіндикації найбільш показові наступні характеристики

хімічний склад клітин;

склад, структура і ступінь функціональної активності феноменів;

структурно-функціональні характеристики клітинних органоїдів;

розміри клітин, їх морфологічні характеристики, рівень активності;

гістологічні показники;

концентрації поллютантів в тканинах і органах;

частота і характер мутацій, канцерогенезу, потворності.

Найбільш зручним для неспеціаліста об'єктом біоіндикації є, мабуть, макрозообентос – макроскопічні (завдовжки більше 2 мм) безхребетні тварини, що мешкають на дні водойм і в зарослях водних рослин. Це, головним чином, водні личинки і імаго комах, молюски, п'явки, малощетинкові черв'яки і вищі ракоподібні. Для їх збору в природі потрібний простий бентосний сачок з вічком 0.5-1 мм (можна застосовувати господарське сито з капроновою сіткою) і пінцетом; визначення у ряді випадків ведеться неозброєним оком, в решті випадків застосовується застосування бінокуляра типу МБС.


1.3 Чинники забруднення довкілля


Всі сторони сучасної діяльності людини є джерелом всіляких видів забруднення. Вирубка лісів, осушення і зрошування земель, зміна мережі гідрографії, урбанізація території, промислові і побутові стоки, добрива, детергенти, пестициди спричиняють за собою зміни режиму екосистем.

Розвиток атомної промисловості (радіоактивні осідання, поховання ядерних відходів, скидання ядерних електростанцій) веде до радіоактивного зараження водойм, з подальшою акумуляцією радіоактивних речовин в тілі риби як безпосередньо з води, так і з об'єктів їх живлення.

Скидні води енергетичних підприємств сприяють тепловому забрудненню і є згубними для життя гідробіонтів.

Вживані в сільському господарстві пестициди і добрива потрапляють у водойме і створюють у ряді випадків надлишок мінеральних речовин. Особливо небезпечними для тварин є аміак і солі амонія, які навіть в невеликих концентраціях викликають їх загибель.

З промисловими стоками у водойми поступають важкі метали, хлорорганічні сполуки, пестициди, нафтопродукти і багато інших речовин.

Особливу небезпеку представляють сполуки оксидів азоту і сірки, ТЕЦ, що містяться у викидах автотранспорту і хімічних підприємств, які випадають у вигляді кислотних дощів.

У водоймах падає показник рН, що спричиняє за собою біологічні наслідки. При рН 6,5-6,0 гинуть ракоподібні, молюски, ікра риб і земноводних, при рН 6,0-5,0 наступає загибель риб - форелі, плітки, окуня і щуки. Подальше зниження рН до 4,5 і нижче приводить до знищення всякого життя.

Найбільш характерний тип забруднення природних водойм – скидання в них великих мас органічних речовин, що розкладаються, і біогенних елементів, також сприяючих зростанню маси органіки у водоймі. Таке забруднення приводить, насамперед, до замулювання дна, збільшення кормової бази детритоядних тварин і мікроорганізмів, зниження кількості розчиненого у воді кисню. Саме ці чинники безпосередньо змінюють склад співтовариства. Для кількісної оцінки органічного забруднення введена шкала сапробності (ксено-, оліго-, b-мезо-, а-мезо- і полісапробні водойми). Паралельно із звичайною органікою, але в менших дозах, людство забруднює водойми отрутохімікатами, нафтопродуктами, солями металів, теплом, шумом, радіацією і електромагнітним випромінюванням. Загальна картина забруднення водойм досить складна, але доведено, що види, стійкіші до органічного забруднення, в цілому стійкіші і до решти типів забруднень. Тому стійкість живих організмів до забруднення вимірюють, як правило, за єдиною шкалою сапробності.



РОЗДІЛ ІІ. ТВАРИНИ-ІНДИКАТОРИ ЗАБРУДНЕННЯ


2.1 Характеристики водного середовища та пристосування до них живих організмів


Індикатори - це види рослин і тварин, у тому числі і риби, за допомогою яких можна оцінити ступінь забруднення навколишнього середовища, здійснювати постійний контроль її якості і змін. Наприклад, дзеркальний короп і золота рибка стають неспокійними за наявності у воді стоків нафтової і хімічної промисловості. Висока чутливість щуки до забруднення робить її надійним індикатором стану питної води. Індикаторами чистоти водойми можуть служити головач сибірський і форель.

У своєму природному стані різні природні водойми можуть сильно відрізнятися один від одного. На водну флору і фауну діють такі показники як глибина водойми, швидкість течії, кислотно-лужні властивості води, каламутність, кисневий і температурний режим, кількість розчиненої органіки, сполук азоту і фосфору і багато інших. На всі ці параметри впливає як антропогенне навантаження, так і природні процеси, що відбуваються у водоймах. Для водойм різних типів в нормі буде характерний різний видовий склад і велика кількість водних організмів (гідробіонтів).

Варто відмітити, що найчистіші водойми не матимуть найбагатшу фауну.

Спробуємо ж коротко описати основні умови проживання водних організмів в водоймах з різними характеристиками.

а) Температурний режим.

Температура води і динаміка її змін – найважливіший екологічний чинник для всіх мешканців водойм. Адже температура не тільки безпосередньо впливає на гідробіонтів, регулює швидкість життєвих процесів, але і визначає найважливіші физико-хімічні властивості води.

Водні організми пристосувалися до різних температурних умов проживання: одні з них живуть в гарячих джерелах при температурі 45-50 °С і вище, інші активні при температурі води –2°С і можуть витримувати промерзання – 12°С. Важливе інше: через свою високу теплоємність вода є набагато більш термостабільним середовищем, ніж повітря тобто її температура змінюється поволі, а це сприятливо для існування живих організмів. У водоймах суші температура зазвичай коливається значно істотніше, ніж в морях і океанах. Особливо це характерно для водойм помірного поясу, де сезони сильно відрізняються один від одного, і температура води протягом року може змінюватися на 10-20 градусів. Організми здатні жити у воді різної температури і переносити значні її коливання, називаються евритермними. У них виробляються різні пристосування, що дозволяють компенсувати дії змінної температури: змінюється активність ферментів, загальна інтенсивність процесів обміну речовин. Самі організми проводять міграції в місця з стабільнішою або сприятливішою температурою. Так багато прісноводих риб взимку скупчуються в найбільш глибоких ділянках водойми. Іноді зниження швидкості обміну речовин при низькій температурі може бути вигідно для організму: наприклад, риб це оберігає від виснаження організму взимку, в період з несприятливими кормовими умовами.

Організми, здатні існувати тільки у вузькому діапазоні температур, називаються стенотермними. Для них зміну температурну режиму водойми може виявитися згубним. Існують стенотермні види пристосовані до життя тільки в холодній воді (струмкова форель) – це оліготермні види. Навпаки, є види, що живуть тільки в теплій воді, що гарно прогрівається. До таких політермних видів із звичних нам організмів відносяться багато акваріумних рибок. Людина може відчутно впливати на температурний режим водойм. Скидання води з системи охолоджування теплових і атомних електростанцій підвищує температуру значних ділянок річки або озера на 5-10 градусів що приводить до корінних змін в співтоваристві організмів, що населяють цю зону.

б) Газовий склад.

У воді природних водойм розчинені різні гази. Концентрації цих газів залежать від їх природи, їх вмісту в атмосфері, а також від температури і солоності води (при підвищенні цих двох показників розчинність газів падає). Та кількість газу, яка може розчинитися в воді за даних умов, називається “нормальною”. Величезне значення для водних організмів має концентрація розчиненого у воді кисню. Цей газ потрапляє у водойме з атмосфери, а також виділяється водними рослинами в процесі фотосинтезу. Відносне значення кожного з цих шляхів може мінятися залежно від характеристик водойми: у швидкій, порожистій річці із слабо розвиненою рослинністю більш значуща дифузія кисню з атмосфери. А в озері що має могутні зарослі водної рослинності, велика частина кисню може поступати у воду в результаті їх фотосинтетичної активності. При 0°С і нормальному атмосферному тиску в одному літрі прісної води може розчинитися 10,3 мл кисню. Чим тепліша вода, тим менше кисню може бути в ній розчинено.

Насичення води атмосферним киснем йде через поверхню. Фотосинтез максимально інтенсивний теж у верхньому, найбільш освітленому шарі води. Тому кисневі умови у поверхні зазвичай краще, ніж на глибині. Особливо сильно це може бути виражено в тих водоймах, де перемішування води майже не відбувається, а на дні є значна кількість органічних залишків: адже при гнитті органіка поглинає кисень з води. Через такі процеси вміст кисню у воді може падати нижче необхідного для нормального життя водних організмів рівня. Вміст кисню у водоймі міняється також залежно від сезону і часу доби. Мінімальні його концентрації у воді виявляються зазвичай рано вранці: адже вночі рослини не фотосинтезують, а тільки поглинають кисень в процесі свого дихання. З сезонів найменш сприятлива з точки зору кисневого режиму зима: лід не дозволяє проникати у воду кисню атмосфери, умови для фотосинтезу під шаром льоду теж несприятливі. Тому саме взимку найчастіше відбуваються замори – масова загибель гідробіонтів через брак кисню. Деякі водні мешканці порівняно легко переносять низькі концентрації кисню у воді (карась, молюск живородка, малощетинковий черв'як трубочник), оскільки вони пристосувалися до життя у водоймах, де дефіцит кисню – звичайне явище. Інші організми навпаки, надзвичайно вимогливі до вмісту кисню: форель, поденки з сімейства гептагеніди (Heptageniidae), бродячі ручейники (Rhyacophilidae).

З інших газів, що мають важливе значення для гідробіонтів, треба відзначити вуглекислий газ: у невеликих концентраціях він необхідний для ходу фотосинтезу, регулює швидкість деяких процесів метаболізму. Наявність у воді вуглекислого газу дозволяє також стабілізувати її кислотно-основні властивості.

в) Кислотно-основні властивості води.

Кислотно-основні характеристики води природних водойм зазвичай не відчувають сильних змін. Вони залежать перш за все від характеру живлення водойми, від того, якими породами складено його ложе, а також від хімічних і біологічних процесів, що в ній відбуваються. Вода з рН нижче 6,95 є кислою. За нейтральну вважається вода з рН від 6,96 до 7,3.

Природні води з вищими значеннями рН називаються лужними. Сильний вплив на реакцію води в наших широтах надають сфагнові мохи, що містять велику кількість органічних кислот. У невеликих водоймах на сфагнових болотах рН води може складати до 3,4! Навпаки, в ході активного фотосинтезу у водоймі реакція його води може ставати більш лужною (до рН=10) із-за вичерпання запасів вуглекислоти. Протягом ночі, коли фотосинтез не відбувається, а всі гідробіонти продовжують дихати і насищати воду вуглекислотою, рН знову знижується. Розмах таких добових коливань кислотності зазвичай не перевищує двох одиниць рН. Найбільш чутливі до закисляння водойми молюски та інші істоти з вапняними раковинами: їх раковини в кислій воді просто починають розчинятися.

г) Солоність, мінеральний склад.

Солоність – сума концентрацій всіх розчинених у воді мінеральних речовин. За прісну вважається вода, що має солоність нижче 0,5 грам/кг (ця одиниця називається промілле). Вода океану зазвичай має солоність від 30 до 35 промілле. Окрім прісних водойм і солоного моря існують водні об'єкти з проміжним рівнем солоності. Сума концентрацій у воді іонів магнію і кальцію називається жорсткістю. Особливо важливий цей показник для організмів, що мають вапняні скелети і раковини. Якщо для регіону поклади вапняків і інших легкорозчинних гірських порід нехарактерні, вода більшості водойм буде “м'якою” – тобто містити мало іонів Са2+ і Mg2+. Прісна і солона вода дуже по-різному впливають на організм водних тварин. Особливо сильно розрізняються у морських і прісноводих мешканців системи осморегуляції. Тому солоні водойми мають свою характерну фауну, а прісні водойми – свою. Найменш сприятливі для життя водойми з проміжним рівнем солоності. Як правило, вони мають дуже бідну фауну водних безхребетних.

ґ) Прозорість, світловий режим.

На поверхню водойм нашого регіону в рік падає в середньому біля 320 кДж/см2 сонячної енергії. Якщо сонце стоїть в зеніті, а поверхня води ідеально гладка, то від неї відбивається близько 5% падаючої енергії. Навіть при слабкому хвилюванні частка відбитої енергії зростає до 15%. Збільшується вона і при косому падінні променів: якщо сонце знаходиться під кутом 30° до лінії горизонту, то навіть від гладкої водної поверхні буде відбиватися 25% енергії. Але і сонячні промені, що проникли у водну товщу, чекає нелегка доля: вода набагато менш прозора, чим повітря, вона сильно поглинає і розсіює світлові промені. Проте, хоч би мінімальний рівень освітленості необхідний для більшості водних організмів: рослинам він потрібний для ведення фотосинтезу органічних речовин, тваринам – для розпізнавання навколишнього середовища, орієнтації, синхронізації життєвих циклів. Водні тварини сильно «близорукі». Риби бачать достатньо чітко тільки на відстані 5-10 см. Зате вони можуть задовольнятися в мільйони раз слабкішим рівнем освітлення, ніж мешканці суші.

Прозорість води – характеристика, що показує, наскільки зменшилася інтенсивність світла при його проходженні через шар води певної товщини. Океани і моря зазвичай прозоріші, ніж континентальні водойми: у них слабке світло проникає до глибини 150 і більше метрів (глибше за всіх проникають сині і зелені промені). І на таких глибинах ростуть види червоних водоростей, здатні вести фотосинтез цьому мізерному освітленні. У континентальних водоймах прозорість і умови освітленості міняються дуже сильно. У гірських річках і озерах світло може проникати до дна: дно цих водойм складене малорозчинними породами, в них мало планктону. У рівнинних водоймах прозорість залежить від сезону. У паводок вона мінімальна. На значні глибини світло проникає тільки в озерах з низькими концентраціями органічних речовин - в них прозорість може досягати 40 м. У більшості ж річок і озер прозорість не перевищує 2 – 3 м. Особливо низьку прозорість мають дистрофні озера з сильно гуміфікованою коричневою водою і евтрофні озера, в яких багато планктону. Кількість зважених частинок, річок, що сильно впливають на прозорість максимально, якщо швидкість течії велика, а підстилаючі породи - м'які.

д) Грунти

Розрізняють дрібнозернисті (м'які) і грубозернисті (жорсткі) грунти. До м'яких грунтів відносяться глину (діаметр частинок менше 0,01 мм) мул (від 0,01 до 0,1 мм) і пісок (0,1 – 1 мм). До жорстких – гравій (діаметр частинок 0,1 – 1 см), галька (1 - 10 см), валуни (10 – 100 см) і глиби (більше 100 см). Зазвичай реальні грунти складаються з суміші різних фракцій. Більшість водних організмів вважають за краще мешкати на визначених типах грунту. Організми, що мешкають на піщаних грунтах, називаються псаммофілами. На кам'янистих – літофилами. На мулах – пелофілами і так далі На незвичних грунтах водні організми не можуть нормально харчуватися, будувати притулки, що веде до їх ослаблення і загибелі. Існує цікава закономірність: при порівнянні мешканців кам'янистого грунту з псаммофілами і далі – з пелофілами, середні розміри і маси окремих особин зменшуються, зате їх кількість зростає. Водні організми і самі роблять вплив на донний грунт. Рослини скріпляють його своїм корінням, тварини збагачують органікою і активно “перепахують”.

е) Гідродинаміка (течії, хвилювання).

Для водойм суші найбільш характерні постійні течії викликані нахилом русла (у річках), а також періодичні або тимчасові течії, що відбуваються через тертя повітряних мас об водну поверхню або через різниці в температурі і щільності води в різних частинах водойми. На порожистих ділянках річок швидкість течії може досягати декількох метрів в секунду. Умови проживання на таких ділянках дуже своєрідні: через інтенсивне перемішування вода насичена киснем, існує постійна небезпека бути відірваним від грунту і знесеним течією. Харчові частинки з великою швидкістю проносяться мимо. Організми, пристосовані до проживання в таких умовах, називаються реакофілами. Втім, більшість рівнинних річок мають спокійнішу течію, її швидкість зазвичай не перевищує декількох десятків сантиметрів в секунду. У озерах і ставках течії мають ще менші швидкості, але їх значення для життя водних організмів дуже велике. Двічі в рік, навесні і осінню, в всіх водоймах помірного поясу, що мають достатню глибину, відбувається масштабне перемішування водних мас. Вода у поверхні нагрівається (навесні) або охолоджується (восени) до температури +4 °С. Відомо, що при такій температурі вода має максимальну щільність, тому верхні шари води опускаються вниз, а придонні витісняються вгору, до поверхні. При цьому перемішуванні глибини водойми збагачуються киснем, а до поверхні піднімаються з глибини біогени і мінеральні солі.


2.2 Зміни водних екосистем при антропогенному забрудненні. Сапробність і токсобність


Поняття "Якість води" має на увазі комплексну оцінку, яка включає гидрохімічні і гідробіологічні характеристики. У наш час продовжує використовуватися традиційний підхід до оцінки якості води, заснований на визначенні тільки ряду хімічних показників. Це не дозволяє оцінити зміни у водній екосистемі, оцінити ступінь порушень, з'ясувати їх механізм і дати прогноз подальшої зміни в екосистемі. Такі завдання можна вирішити, використовуючи методи біоіндикації.

У водоймах з найбільш «чистою» водою, що містятться низькі концентрації біогенних і органічних речовин, кількість видів гідробіонтів звичайно нижча, ніж в тих водоймах, де органічні речовини, сполуки азоту і фосфору присутні в помірних концентраціях. Для багатьох водних організмів, що мешкають в мезо- і евтрофних водах, помірний рівень забруднення є нормальним станом місця існування. Частина таких видів цілком може служити індикаторами забруднення води органічними і біогенними речовинами.

Інша частина видів, що мешкають у вузьких межах умов навколишнього середовища не витримують навіть невеликого забруднення і зникають – такі види є хорошими індикаторами низьких рівнів забруднення.

У міру надходження органічних і біогенних речовин відбувається поступова зміна хімічного складу води, видового складу гідробіонтів, відбувається перебудова структури і функцій екосистеми в цілому. На початку процесу забруднення зміни в екосистемі незначні і зворотні. Надалі екосистема збільшує свою здатність до переробки речовин, що поступають, але до певної межі. Їх перевищення приводить до деградації і повного руйнування екосистеми.


2.3 Методи оцінки забруднення вод за допомогою тварин-індикаторів


Біоіндикація прісних вод - система оцінки стану і змін якості вод, заснована на вивченні якісного і кількісного складу чутливих і толерантних до забруднень гідробіонтів.

Біомоніторинг прісних вод - система повторних, цілеспрямованих спостережень, оцінки і прогнозу екологічного стану водних об'єктів з використанням методів біоіндикації. В процесі біомоніторинга накопичуються дані про стан водних об'єктів, аналізується стан водних об'єктів з'ясовуються причини і джерела змін екологічного стану об'єктів.

Методи біоіндикації застосовні тільки до водойм, що мають власну біоту. Вони враховують реакцію на забруднення цілих співтовариств водних організмів або ж окремих систематичних груп. При цьому дослідники безпосередньо на водоймі враховують факт присутності в німіндикаторних організмів, їх кількість, наявність у них патологічних змін.

Не дивлячись на те, що і природні умови водойм, і види забруднень дуже різноманітні, можна виділити декілька універсальних реакцій співтовариств водних організмів на погіршення якості води. Раніше всього це:

1. Зменшення видової різноманітності (у 2-4, а іноді і в десятки разів);

2. Зміна кількості водних організмів. Причому кількість може як знижуватися (при дуже високому рівні забруднення або за наявності токсичних забруднювачів), так і рости в порівнянні з нормальним станом співтовариства. Це зростання пояснюється тим, що в водоймах, особливо при їх забрудненні органічними речовинами, можуть залишатися небагато, але стійкі до забруднення види тварин. У таких умовах вони досягають дуже високої великої кількості.

Саме ці закономірності застосовуються в багатьох методиках біоіндикації. До їх числа відносяться індекси видової різноманітності і методи, що враховують співвідношення великої кількості різних груп водних організмів.

Окрім цього, часто враховується здатність певних груп організмів мешкати у водоймах з тим або іншим рівнем забрудненості.

Треба особливо відзначити те, що представники будь-якої надвидової систематичної групи (роду, сімейства, підряду) практично ніколи не мають однакових екологічних потребам. До складу таких груп можуть входити абсолютно різні з погляду відношення до забруднення види: стійкі до забруднювачів, нестійкі, види-універсали, здатні жити в дуже широкому спектрі зовнішніх умов і так далі. Однією з поширених помилок є використання надвидових таксонів як індикаторів якості води без критичного розгляду набору тих, що входять в цей таксон видів.

Наприклад: веснянки вважаються індикаторами дуже чистої води. Але деякі види веснянок, зокрема Nemoura cinerea, звичайні в мезотрофних, помірно забруднених водоймах. Говорити, що вода не забруднена на підставі того, що цей вид виявлений в пробі було б необачно.

Личинки комарів-звонців (сімейство Chironomidae) в багатьох методиках використовуються як організми-індикатори сильного органічного забруднення. Реально ж серед хірономід є немало видів, що мешкають тільки у чистих, насичених киснем водоймах. Їх присутність в пробі ніяким чином не говорить про забрудненість водойми органікою.

У пропонованих нижче методиках ця помилка коректується необхідністю розгляду комплексу видів і надвидових таксонів, а не одного таксона.

Велику роль для результатів біоіндикації стану водойми грає вибір тих груп живих організмів, які враховуються дослідником.

Річ у тому, що водні співтовариства дуже різноманітні і включають декілька крупних екологічних угрупувань, реакції яких на забруднення можуть серйозно розрізнятися. Це екологічні групи тварин: зоопланктон, зообентос, перифітон, нектон; і рослин: фітопланктон фітобентос. Кожна група організмів як індикатор має свої переваги і свої недоліки.

Так, співтовариства планктонних організмів (тобто пасивно ширяючих в товщі води) дуже швидко реагують на будь-які зміни її якості. Вони є як би "моментальним знімком" стану водойми.

Але методи біоіндикації, засновані на реакціях планктонних співтовариств застосовні перш за все для озер, і лише з великою обережністю – для проточних водойм.

Крім того, організми фітопланктону (водорості і синьо-зелені бактерії) не володіють достатньою чутливістю до фекального забруднення і важкими металами. Зоопланктон, у свою чергу, слабо реагує на зміни у водоймі концентрації сполук азоту і фосфору.

Організми бентоса (тобто що мешкають на дні водойми, в товщі донних осадків або в придонному шарі води), менш динамічно реагують на швидкі зміни рівня забрудненості. Зате, завдяки тривалому життєвому циклу багатьох донних тварин, їх співтовариства надійно характеризують зміни водного середовища за тривалі періоди часу.

Необхідно пам'ятати, що в своєму природному стані різні природні водойми можуть сильно відрізнятися один від одного. На водну флору і фауну впливають такі показники як глибина водойми, наявність і швидкість течії, кислотність води, каламутність, температурний режим, кількість розчиненої органіки, сполук азоту і фосфору.

На всі ці параметри впливає як антропогенне навантаження, так і природні процеси, що відбуваються у водоймах. Значить, для водойм різних типів в нормі буде характерний різний видовий склад і велика кількість гідробіонтів. Більш того, у водоймах з найбільш чистою водою кількість видів тварин і рослин звичайно нижча, ніж в тих водоймах, де органічні речовини, сполуки азоту і фосфору присутні в помірних концентраціях. Для багатьох водних організмів помірний рівень забруднення є оптимальним станом місця існування. Існують також «види-універсали», що володіють високою екологічною пластичністю і здатні переносити значні коливання ступені забрудненості водойми. Зрозуміло, що такі види не представляють інтересу для біоіндикації.

З цього виходить, що:

- для оцінки стану води за допомогою біологічних об'єктів необхідно вибирати надійний, перевірений метод, відповідний для даного типу водойми і поставлених завдань;

- потрібно чітко дотримуватися методики відбору і обробки проб;

- всі біологічні закономірності є закономірностями статистичними. Тому об'єм використовуваного матеріалу має бути достатньо великий.

І самі живі організми, і співтовариства, які вони утворюють, – надзвичайно складні системи. Будь-яка особина і будь-який вид в природі відчуває на собі вплив величезної кількості чинників і, в свою чергу, сам впливає на них. Все різноманіття цих зв'язків врахувати практично неможливо. Також важко передбачити і реакцію конкретного організму на зовнішній вплив: адже двох однакових організмів в природі не існує.

Тому не можна робити виводи про рівень забрудненості води на основі реакцій однієї особини тест-організма або одної-двох проб, узятих в досліджуваній водоймі. Не виключено, що вам попадеться «нетипова» особина стійкість якої до забруднення буде значно вища або нижча, ніж середня для організмів цього виду. Точно також і єдина відібрана в водоймі проба може бути узята в «нетиповому» місці. І всі виводи зроблені на основі таких «спостережень», будуть невірними.

Для попередньої діагностики якості води не можуть використовуватися будь-які тварини. Види-індикатори повинні відповідати необхідним вимогам, досліджень, що пред'являються специфікою. Біоіндикаторами можуть бути види, що мають широке розповсюдження в природі з великим ареалом і високою чисельністю популяцій. Види мають бути легко доступні для вилову і дослідження.

Існує багато методів визначення забрудненості водотоків по водним безхребетним, краще всього використовувати відразу декілька, які б грунтувалися на якісних показниках - що оцінюють таксономічне багатство, різноманітність організмів, і кількісно - оцінюючих чисельність організмів в пробі.

Відомо і застосовується досить багато (декілька десятків) методик оцінки якості води по складу макрозообентосу. Більшість з них мають два крупні недоліки: вимагають збору і обробки кількісних проб (дуже трудомістких і вимагаючих спеціального устаткування) і припускають визначення тварин до виду (зазвичай доступне лише для фахівців-систематиків).

Індекс сапробності. Як приклад приведемо індекс сапробності в модифікації Сладечека, один з найбільш популярних в гідробіології і прийнятий на озброєння в Гідрометслужбі України:


,


де h - велика кількість кожного виду за 9-бальною шкалою, К - сапробність цього виду за 4-бальною шкалою (приведена в спеціальних довідниках). Як індикаторні види можуть використовуватися організми як бентоса, так і планктону.

Індекс Гуднайта-Уітлея. Цей показник обчислюється дуже просто, якщо є кількісні дані по макробентосу. Він дорівнює відношенню, в %, чисельності малощетинковых черв'яків (олігохет) до чисельності всього макробентоса. Вважається, що частка олігохет тим більша, чим сильніше забруднена вода і дно (більше органічних речовин). Індекс задовільно працює лише на м'яких грунтах (мулах і пісках), де взагалі можуть жити олігохети, і взагалі дуже чутливий до типу грунту.

Метод і індекс Вудівісса

Для біологічного аналізу забруднених вод по складу донних тварин найбільш простим і достатньо зручним представляється метод Вудівісса (1977), розроблений для р. Трент (Англія). Він заснований на зменшенні різноманітності фауни в умовах забруднення і на характерній послідовності зникнення з водойми різних груп тварин у міру збільшення забруднення. Цей метод припускає збір тільки якісних проб, без урахування великої кількості тварин, і допускає визначення тварин до рівня підрядів і родин.


Таблиця 1 Обчислення індексу Вудівісса

Знайдені групи

Всього знайдено груп


0-1

2-5

6-10

11-15

>15

веснянки > 1 вида

7

8

9

10

1 вид

6

7

8

9

поденки > 1 вида

6

7

8

9

1 вид

5

6

7

8

ручайники > 1 вида

5

6

7

8

1 вид

4

4

5

6

7

бокоплав

3

4

5

6

7

водяний віслючок

2

3

4

5

6

трубочник або мотиль

1

2

3

4

види с повітряним диханням

0

1

2


Список груп Вудівісса: планарії Tricladida (кожен вид), малощетинкові черв'яки Oligochaeta, п'явки Hirudinea, молюски Mollusca, вищі ракоподібні Malacostraca, веснянки Plecoptera, поденки Ephemeroptera, ручейники Trichoptera (кожне сімейство), вислокрилка Sialis, личинки хірономід Chironomidae, личинки мошок Simuliidae, інші личинки двокрилих Diptera, водні жуки Coleoptera, водні клопи Heteroptera, водні кліщі Hydracarina. Крім того, за окремі групи Вудвісс запропонував вважати олігохету Nais, поденку Baetis rhodani і хірономіду Chironomus thummi; проте, визначити ці таксони для неспеціаліста важко.

Значення індексу Вудвісса змінюється від 0 (найбільш забруднена вода) до 10 (вода вищої якості). Для обчислення індексу потрібно знайти відповідний рядок в таблиці 1 (рухаючись по ній зверху вниз – тобто саму верхню з відповідних рядків). Потім підрахувати загальне число знайдених груп із списку, що додається, і по правій частині таблиці знайти значення індексу.

Наприклад, в пробі не зустрінуто личинок веснянок, але зустрінуто 1 вид личинок поденок. Значить, нас цікавить 4-й зверху рядок в таблиці. Допустимо, крім того в пробі знайдені п'явки, равлики, водяний ослик, 2 сімейства ручейників і хірономіди – всього (рахуючи поденку) 7 груп. Відповідно, індекс Вудівісса дорівнює 6.

Загальне число груп Вудівісса потенційно досить велике (за рахунок необмеженого числа видів планарій і великого числа сімейств ручейників. На практиці, проте, число цих груп в пробі рідко перевищує 15. При неможливості визначення сімейств ручейників і видів планарій можна рахувати окремо кожну їх нову форму (зокрема, планарій різних кольорів і ручейників з різними типами хаток). Метод досить чутливий до об'єму проби (у загальному випадку рекомендується виловити не менше 50 тварин, інакше значення індексу може бути занижене).

Метод і індекс Вудівісса призначений для річок, проте застосовується для оцінки сапробності самих різних водойм, для яких не розроблено адекватніших показників. Слід враховувати: у стоячих водоймах значення індексу нижче, ніж в протічних, а на м'яких грунтах (мулі, піску) в тому ж водоймі набагато нижчий, ніж на каменях, корчах і макрофітах. Індекс порівняно непогано відображає рівень сильних і дуже сильних забруднень, але малочутливий до слабких і середніх забруднень, особливо на жорстких грунтах. Так, для швидкої річки з кам'янистим дном в індекс Вудівісса коливається від 7 до 9 навіть при значних органічних забрудненнях. Це зв'язано, насамперед, з наявністю стійких до забруднення видів навіть серед личинок веснянок (Nemoura cinerea, Nemurella pictetii) і поденок (Baetis vernus, Heptagenia sulphurea).

Метод Ніколаєва

Для малих і середніх річок відома шкала і метод оцінки якості вод Ніколаєва (1992). Він є, по суті, спрощеним варіантом оцінки сапробності по Пантле-Букку. Цей метод припускає збір якісних даних зі всіх донних субстратів річки, і визначення безхребетних до родів або сімейств. По Ніколаєву, річкові води діляться на 6 класів за якістю (приблизно відповідні градаціям сапробності):

1 – дуже чисті (ксеносапробні)

2 – чисті (олігосапробні)

3 – помірно забруднені (b-мезосапробні)

4 – забруднені (а-мезосапробні)

5 –брудні (b-полісапробні)

6 – дуже брудні (а-полісапробні).


Таблиця 2 Визначення класів якості вод по Ніколаєву


Класи якості вод

Таксони

1

2

3

4

5

Ручайник Rhyacophila

*

*




Веснянки, кроме Nemoura

*

*




Личинка мухи Atherix

*

*




Бокоплави Gammarus

*

*

*



Губки


*

*



Беззубки (Anodonta, Pseudoanodonta)


*

*



Зяброві равлики (Viviparus, Bithynia, Valvata)


*

*



Річкові раки (Astacus, Pontastacus)


*

*



Ручайники: Neureclipsis, Molanna, Brachycentrus


*

*



Бабки: Calopteryx, Plathycnemis


*

*



Одноденки: Ephemera, Polymitarcys


*

*



П’явки: Glossiphoniidae


*

*

*


Перловиці (Unio, Crassiana)


*

*

*


Водяні клопи


*

*

*


Одноденки: Heptageniidae


*

*

*


Вислокрилка Sialis


*

*

*


Мошки Simuliidae


*

*

*


Ручайники: Hydropsyche, Anabolia



*

*


Бабки: Gomphidae



*

*


П’явки: Erpobdella, Haemopis, Piscicola



*

*


Горошинки та шарівки (Pisidiidae)



*

*


Водяний ослик Asellus aquaticus



*

*

*

Трубочник (Tubificidae), в массі




*

*

Мотиль (Chironomus), в массі




*

*

Личинка мухи Eristalis (криска)




*

*

Значимість кожного таксону

25

6

5

7

20


При оцінці по методу Ніколаєва потрібно для кожного класу якості вод в таблиці 2 підрахувати число знайдених таксонів; помножити його на значущість таксона (останній рядок таблиці 2); вибрати клас якості вод, що набрав найбільше число балів. Осібно стоїть 6-й клас якості вод, в якому макробентос не повинен зустрічатися взагалі (що і є критерієм приналежності до цього класу).

Метод Ніколаєва задовільно працює для річок шириною 7-10 і більше метрів (тобто окрім найменших), для середніх і сильних забруднень. До слабких забруднень він малочутливий. Не рекомендується застосовувати його і для стоячих водойм, в яких більшість використаних таксонів-індикаторів не зустрічаються взагалі.


Случайные файлы

Файл
99039.rtf
14937-1.rtf
12904.rtf
94882.rtf
CUL_NEW.DOC