Дисциплина «БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ» Лекция № 6. Особенности биоиндикации почв и атмосферного воздуха Зуев И. В. ©
Классификация методов биоиндикации По типу биоиндикатора По цели 1. Классификация и районирование элементов экосистем 1. Зооиндикация 2. Фитоиндикация 2. Обнаружение веществ естественной и антропогенной природы 3. Бактериоиндикация 3. Ранняя диагностика нарушений 5. Ихтиоиндикация 4. …. 6. … 4. Лихеноиндикация По уровням биоиндикации По контролируемой среде 1. Молекулярно-клеточный 1. Биоиндикация вод 2. Организменный 2. Биоиндикация атмосферного воздуха 3. Надорганизменный 3. Биоиндикация почв
Особенности биоиндикации почв. Особенность почвы как среды для биоиндикации Почва — поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов. Причины популярности методов биоиндикации почв 1. Почва как среда – производное биологических процессов, следовательно биологические методы при ее изучении должны быть приоритетными. Такие интегральные показатели как плодородие почв, или почвенное дыхание не могут быть оценены на основании физико-химических показателей. 2. По сравнению с атмосферным воздухом и водной средой, почва чрезвычайно гетерогенная среда. Результаты физико-химического мониторинга почв часто сложно интерпретируемы.
Фундаментальные функции почвенного покрова Антропоцентрическая Биосферная Обеспечение биологической продуктивности, плодородие почв Участие в малом (биогеохимическом) круговороте веществ Цели биоиндикации почв Районирование и картирование почвенного покрова методами биоиндикации Мониторинг загрязнения, самоочищения и участия почв биогеохимических циклах Оценка эффективности рекультивации земель (почв)
Почвенные организмы – потенциальные биоиндикаторы Высшие растения Почвенные водоросли Почвенные животные Почвенные грибы Зеленые Простейшие Хитридиомицеты Цианобактерии Желтозеленые Коловратки Зигомицеты Протобактерии Диатомовые Нематоды Аскомицеты Спирохеты Энхитреиды Базидиомицеты Цитофаги Дождевые черви Дрозжи Актиномицеты Моллюски Миксомицеты Тихоходки Членистоногие Млекопитающие Лишайни ки Прокариоты / вирусы и фаги
Фитодиагностика и индикация почв Основная цель – выделение типов почв, районирование и картирование почвенного покрова, получение интегральной информации о плодородии почв Индикационная геоботаника, раздел геоботаники, изучающий растительность в определённых экологических условиях и разрабатывающий способы использования растительного покрова как индикатора условий среды. Педоиндикация Механический состав почв, степень обогащения питательными элементами, продуктивность. Фиксация и прогноз сукцессионого процесса. Литоиндикация Разведка состава и глубины залегания подстилающих пород Гидроиндикация Особенности увлажнения и глубины залегания грунтовых вод, зоны вечной мерзлоты, прогнозирование заболачиваемости, возникновения селей и т. д. Галоиндикация Контроль степени засаливания почв
Экологические формы растений Отношение к наличию воды - гидрофиты, гелофиты, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты. Отношение к гранулометрическому составу почв - псаммофиты, пелитофиты, алевритофиты, хасмофиты, петрофиты, или литофиты Отношение к активной реакции – ацидофилы, нейтрофилы, базифилы, индеферентные Отношение к содержанию конкретных химических веществ – кальцефилы, нитрофилы, фосфатофилы Отношение к общему плодородию почв – олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные.
Ключевая биологическая переменная – встречаемость биоиндикатора, состав растительной ассоциации или фитоценоза Коэффициент Дайса а – число пробных площадей, где совпадают индикат и индикатор, с – число пробных площадей, где есть только индикатор Проблемы экстраполяции результатов фитоиндикации Экологическая компенсация факторов (климатические, эдафические) Экологическая замещаемость растительности Необходимо экстраполировать индикаторы в пределах территорий, для которых характерны постоянные соотношения растительности с эдафическими факторами. Зональные, региональные и локальные биоиндикаторы
Альгоиндикация почв Микробиологическая индикация Зооиндикация почв Фитоиндикация Индикация типов почвенного покрова Индикатор Водоросли Грибы, бактерии Почвенные животные (простейшие, микроартроподы) Индикация процессов функционирования почв. Высокая чувствительность – высокая пространственная неоднородность переменных Биологические переменные Видовой состав, комплекс доминантных видов водорослей, наличие специфических видов, характер распространения по почвенному профилю, преобладание определенных жизненных форм. Таксономическая, функциональная и морфологическая структура микробиальных сообществ Видовое разнообразие, биомасса и численность, соотношение таксономических и экологических групп
Биоиндикация почв на физиологическом и биохимическом уровне 1. Процессы дыхания почв (поглощение и выделение углекислого газа и кислорода) 2. Оценка фотосинтетической активности почв флуоресцентными методами или по количеству хлорофилла 3. Учет активности азотфиксации по скорости восстановления ацителена 4. Оценка активности почвенных ферментов
Биоиндикация почв на биохимическом уровне
Особенности биоиндикации атмосферного воздуха При биоиндикации атмосферного воздуха акцент смещен в сторону работ по оценке степени частного или суммарного загрязнения Требования к биоиндикаторам атмосферного воздуха 1. Высокое отношение площади поверхности и объему тела (увеличение площади контакта с атмосферным воздухом) 2. Возможность абсорбции веществ из воздушной среды 3. Возможность выделения связи биологической переменной биоиндактора со степенью загрязнения атмосферного воздуха 4. Чувствительность к загрязнению атмосферного воздуха 5. Стационарность биоиндикатора (невозможность ухода из под действия поражающего фактора) Высшие растения, лишайники
Высшие растения в биоиндикации атмосферного воздуха Цели: - индикация степени загрязнения атмосферного воздуха (в комплексе с химическими методами); - изучение эколого-физиологических адаптаций растений в условиях городской среды. Различия в степени устойчивости растений к разным типам загрязнения атмосферного воздуха (Сарбаева, Воскресенская, 2008) Индикаторы Объекты озеленения городов
Биологические переменные высших растений (древесных) Уровень Клеточный и субклеточный Тканевый Организменный Переменная Изменение морфологии и физиологии фотосинтезирующих пигментов, оценка быстрой и замедленной флуоресценции, изменение активности ферментных систем Некротические изменения тканей, изменение электропроводности и электрической емкости тканей Изменения структуры, формы и размеры кроны, асимметрия элементов растений, изменение биомассы и т. д.
Лихеноиндикация Причины использования лишайников в качестве индикаторов: – активная кумуляция поглощенных поллютантов (вследствие отсутствия защитных покровов и медленного вывода . метаболитов); – особая уязвимость водорослевого компонента лишайников, пигменты которого под воздействием поллютантов быстро разрушаются Эпифитный лишайник Используемые характеристики лихенофлоры: – видовой состав; – показатели видового богатства и разнообразия лихенофлоры; – показатели обилия (биомасса, проективное покрытие) конкретных видов и лихенофлоры в целом; – индексы соотношения показателей обилия кустистых, листоватых и накипных лишайников; – доля эпифитных лишайников в общих показателях обилия лихенофлоры; – морфологические и структурные показатели
Скачать презентацию Дисциплина БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Лекция 6 Особенности биоиндикации
Лекция 6. Биоинд. почва-воздух.pptx