Презентация на тему "Биологический мониторинг"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Лекция № 5. Методы и основы биоиндикации Дисциплина «БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ» Зуев И.В. ©

• 
  Слайд 2
  

  Биологический мониторинг Биотестирование Биоиндикация Летопись природы (фоновый мониторинг) Токсикология Система нормирования Структура биологического мониторинга Экотоксикология

• 
  Слайд 3
  

  Наиболее часто цитируемой и, в то же время, наиболее идеологически расплывчатой областью экологии является некоторая совокупность методов, называемая “биоиндикацией” (Шитиков с соавт., 2003). Биоиндикация – совокупность методов и критериев оценки качества среды обитания на основе реакций живых организмов и их сообществ в естественных условиях. Биоиндикация – определение и обнаружение биологически значимых антропогенных нагрузок на основании реакции на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биоиндикация – метод обнаружения и оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем. Биоиндикация - оценка качества среды обитания и ее отдельных характеристик по состоянию ее биоты в природных условиях. Биоиндикация – метод определения качества среды обитания организмов по видовому составу и показателям количественного развития видов биоиндикаторов и структуре образуемых ими сообществ. Биоиндикация– это оценка качества среды по состоянию тех или иных представителей ее населения – биоты, осуществляемая путем наблюдения за ними, без активного (экспериментального) вмешательства в природные процессы.

• 
  Слайд 4
  

  Ключевые положения Биоиндикация – область и Экологии и Биологического мониторинга Оценивается Качество среды обитания и Факторы среды обитания В качестве оценочного параметра используется Реакция живых организмов Оценка реальной ситуации, а не эксперимент* * - активная биоиндикация

• 
  Слайд 5
  

  Биоиндикация как наука? - специальная терминология - специальные законы Экосистема / окружающая среда Биоиндикатор - особь-группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде Информация об объекте системы Информация о системе Экология Общая теория систем, Системная экология/биология

• 
  Слайд 6
  

  Экосистема / окружающая среда Разнообразие биологических переменных характеризующих биоиндикатор специфические реакции неспецифические реакции Многообразие естественных факторов Многообразие анторопогенных факторов Разнообразие критериев качества среды Проблемы биоиндикации

• 
  Слайд 7
  

  существенной многомерностью факторов среды и измеряемых параметров экосистем; сильной взаимообусловленностью всего комплекса измеренных переменных, не позволяющей выделить в чистом виде функциональную связь двух индивидуальных показателей F(y,x); нестационарностью большей части информации об объектах и среде; трудоемкостью проведения всего комплекса измерений в единых координатах пространства и времени, в результате чего обрабатываемые данные имеют обширные пропуски. Задача биоиндикации – плохо формализуемая, по причине сформированы банки многолетних данных по наблюдениям за природными экосистемами; разработан и апробирован ряд методов и математических моделей интегральной оценки состояния сложных систем различного типа, позволяющих, по терминологии А.П. Левича и А.Т.Терехина [1997], осуществлять “поиск детерминации и распознавание образов в многомерном пространстве экологических факторов для выделения границ между областями нормального и патологического функционирования экосистем”; развиваются аппаратные и программные информационные компьютерные технологии, позволяющие анализировать необходимые массивы экологических данных; существует огромный объем неформальных знаний высококвалифицированных специалистов, частично сконцентрированный в методических разработках [Экологический мониторинг.., 1995; Мокров, Гелашвили, 1999]. Пути решения

• 
  Слайд 8
  

  Истоки биоиндикации

• 
  Слайд 9
  

  Первое направление работ по биоиндикации– утилитарные работы, в области общей экологии. Биоиндикаторы как дешевый аналог аналитического прибора. Внимание на факторах антропогенной природы не акцентируется. …Белка низко гнездо строит - быть морозной зиме, высоко -жди теплой погоды… …Если рано утром пчелы дружно отправляются на медосбор - будет ясный день, сидят на прилетных досках - быть дождю…

• 
  Слайд 10
  

  Второе направление работ по биоиндикации– описание фактического состояния биологического объекта, с нечеткой привязкой к факторам антропогенной природы. В качестве меры сравнения часто используется фон. Образцы отбирались в пределах г. Красноярска с четырёх пробных площадок (ПП), разных по уровню атмосферного загрязнения, три из которых являются территориями, подверженными группам загрязнителей достаточно специфичных, ввиду расположения на них промышленных предприятий: р-н. КрасТЭЦ (зона сильного промышленного загрязнения), Свердловский р-н, прилежащая территория завода медицинских препаратов «КрасФарма» (интенсивные выбросы биологических загрязнителей) и р-н Предмостной площади (интенсивные выбросы выхлопных газов автомобильного транспорта). В качестве чистого (контрольного) района взята территория парка «Роев ручей». Таким образом, введение расчетного параметра А позволяет количественно оценить сравнительный уровень загрязнения атмосферы в разных районах города, что позволяет эффективно использовать метод регистрации термоиндуцированных изменений нулевого уровня флуоресценции для биоиндикации.

• 
  Слайд 11
  

  Третье направление работ по биоиндикации– описание функциональной связи между биологической переменной и фактором / факторами Выделение одного или нескольких факторов среды Сбор полевых данных биоты в широком диапазоне варьирования исследуемого фактора Оценка индикаторной значимости вида или группы видов

• 
  Слайд 12
  

  ТоксикологияБиоиндикация Изучение взаимосвязи – доза-эффект Возможность моделирования, Возможность оценки доза-эффект, Отсутствие экологического реализма Сложности в формализации, Сложности оценки доза-эффект, Полный экологический реализм ПДК ЭДУ (экологически допустимые уровни воздействия) Биоиндикация НЕ является недорогой заменой физ.хим методам контроля!

• 
  Слайд 13
  

  Четвертое направление работ по биоиндикации– разработка нормативов качества среды на основе априорных суждений или/и выявленной взаимосвязи между факторами и реакцией биоиндикаторов. Пятое направление работ по биоиндикации– оценка качества среды по разработанным нормативам "Правила контроля качества воды водосливов и водотоков" [ГОСТ 17.1.3.07–82]

• 
  Слайд 14
  

  Методы экологического мониторинга Физико-химические методы мониторинга Биоиндикация Оценка реакции биологических объектов Оценка физико-химических факторов Возможность непосредственного контроля источника загрязнения Ясность в постановки задачи и интерпретации результатов мониторинга Получение результатов в четких количественных единицах Высокая точность измерения показателей Возможность автоматизации процесса получения данных Возможность оценки воздействия неизученных, трудно-обнаружимых веществ или веществ, в данный момент не присутствующих в биоте. Возможность оценки крайне малых доз веществ Возможность оценки эффектов синергизма и антагонизма, комплекса факторов Относительная дешевизна методов

• 
  Слайд 15
  

  Биоиндикатор - группа особей одного вида или сообщества, по наличию или по состоянию которых, а также по их поведению судят о естественных и антропогенных изменениях в среде (чувствительные и кумулятивные). Биологические переменные – любой признак, свойство или функция организма (биоиндикатора), популяции, экосистемы Чем ниже ранг биологической переменной, используемой в качестве биоиндикатора, тем более частными и специфичными могут быть выводы о воздействиях факторов среды, и наоборот.

• 
  Слайд 16
  

  Действие поражающего вещества (фактора) Острое Хроническое Материальная кумуляция Функциональная кумуляция Чувствительный биоиндикатор Кумулятивный биоиндикатор

• 
  Слайд 17
  

  Принципы выбора биоиндикаторов (биологических переменных) Фундаментальность биологического воздействия Эффективность биологических измерений Экономическая целесообразность

• 
  Слайд 18
  

  Характер связи отклика переменной с действующим загрязнением

• 
  Слайд 19
  

  Критерии отбора биоиндикаторов:

• 
  Слайд 20
  

  Организм и суборганизменные структуры  химический состав клеток;  состав, структура и степень функциональной активности ферментов;  структурно-функциональные характеристики клеточных органоидов;  размеры клеток, их морфологические характеристики, уровень активности;  гистологические показатели;  концентрации поллютантов в тканях и органах (кумулятивные биоиндикаторы);  частота и характер мутаций, канцерогенеза, уродств; физиологические и анатомические показатели организма

• 
  Слайд 21
  

  Оценка стабильности развития (гомеостаз) живых организмов Стабильность: Морфологическая Генетическая Физиологическая Биохимическая Иммунологическая Фоновый мониторинг Локальный мониторинг Оценка стабильности морфологического развития (наиболее простой и оперативный подход) Определение частоты появления фенодевиантов – отклонений в развитии Определение величины флюктуирующей асимметрии билатеральных морфологических признаков (Захаров и др., 2000).

• 
  Слайд 22
  

  Популяции Показатели неравномерности пространственного распределения особей (простейшая характеристика 2/ Скорость абсолютного изменения популяционной плотности Скорость абсолютного изменения биомассы популяции Скорость относительного изменения популяционной плотности rN =  , где Скорость относительного изменения популяционной биомассы rB =  , где Удельная рождаемость b = Nb Удельная смертность d = Nd Реализуемая доля «биотического потенциала» вида Скорость продуцирования популяции Статические характеристики (в момент времени t)

• 
  Слайд 23
  

  Динамические характеристики (за период времени Δt = t2  t1)

• 
  Слайд 24
  

  Многовидовые биосистемы Экосистемы Сообщества (планктон, бентос, почвенная фауна, фитоценоз и др.) Биоиндикаторные показатели сообщества Структурные, статические Функциональные, динамические

• 
  Слайд 25
  

  Видовое разнообразие ( количество видов в сообществе); Показатели обилия (численность и биомасса); Соотношение суммарных показателей обилия:  видов (видовое разнообразие) или более крупных таксонов;  представителей разных стратегий питания (трофическая структура);  особей с разными размерами, массой (размерно-весовая структура);  видов с различными ценотическими стратегиями (например, r- и К-стратегов; виолентов, патиентов и эксплерентов);  видов с разной чувствительностью к воздействиям (эври- и стенобионтов);  видов с разным поведением. Структурные и статические показатели сообщества

• 
  Слайд 26
  

  Функциональныеи динамические показатели сообщества Показатели динамики статических характеристик сообщества Эколого-физиологические показатели сообщества  изменение какой-либо статической характеристики X (плотности, биомассы сообщества, индексов разнообразия) ΔXΔt = X2 – X1 за изучаемый период времени Δt = t2 – t1;  скорость абсолютного изменения значений статической характеристики dX/dt ≈ (X2 – X1)Δt 1 в момент времени t;  скорость относительного изменения значений статической характеристики rX = (dX/dt) Траты на обмен сообщества (или экосистемы) R =  Первичная продукция Вторичная продукция Соотношения продукции, деструкции и биомассы P/B и P/R-коэффициенты