72

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ПРИВАТНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ХАРКІВСЬКИЙ ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЇ І СОЦІАЛЬНОГО ЗАХИСТУ

Кафедра фахової екологічної підготовки

Розрахунково графічна робота

з предмету: Біоіндикація і біометрія

На тему: “Використання рослин в біоіндикації”

Виконала:

студентка 4 курсу

еколого-валеологічного факультету

групи ДЕКОЛ – ЕК8-4

Сердюк Л.С.

Перевірив:

доц., к.т.н. Завадський В.П.

Харків - 2011

Зміст

2.1 Екологічна заміна рослинності та компенсація факторів місцезростань 18

Вступ

Тісний зв'язок, що існує між рослинним покривом та оточуючими його умовами середовища, робить важливим використання рослин в якості показника їх умов.

Обґрунтуванням можливості індикації є уявлення, які було започатковано та розвинуто В.В. Докучаєвим, В.І. Вернадським та багатьма іншими видатними вченими, що сформували теоретичні передумови використання рослин як індикаторів середовища. Згідно поглядів В.В. Докучаєва, між усіма природними явищами ті процеси існують щільні взаємовідносини, які настільки міцні, що зміна одного з компонентів ландшафту відображається на інших. Ці дані встановлено із оглядових праць індикаційних досліджень.

Метою розрахунково-графічної роботи є індикаторні ознаки рослинності, які вказують на певні умови їх розташування в навколишньому середовищі. Г. Штекер розглядає біоіндиканію як метод моніторингу довкілля, що є достатньо чутливим показником антропогенних впливів на оточуюче середовище за допомогою вивчення зміни ознак біологічних об^’єктів і систем стосовно умов, які визначаються. Такий підхід значною мірою звужує поняття індикації до антропогенних змін Р. Шуберт визначає біоіндикацію як метод оцінки абіотичних і біотичних факторів місцезростань за допомогою біологічних систем.

Я.П. Дідух, П.Г. Плюта під індикацією розуміють "науковий напрямок, суть якого полягає в оцінці екологічних факторів або екосистем, їх змін за допомогою флористичних ознак, при цьому поняття "флористичні ознаки" вживається широко і включає як властивості видів, рослинних угруповань, так і власне види або групи, рослинні угруповання, їх кількісні відношення, відображення на картах, схемах тощо. Виходячи з цього, індикаторами виступають не лише організми, їх угруповання, а й ознаки, функція яких корелюй з певними факторами середовища або структурою системи настільки, що вони можуть використовуватися для оцінки останніх". Якщо екологія рослин або рослинних угруповань досліджує їх відношення до умов середовища, то індикація, навпаки, висвітлює зворотний бік цього явища: екологічні режими та їх зміни за допомогою фітооб'єктів. Вона перебуває в тісному взаємозв'язку з екологією рослин та геоботанікою і являє собою самостійний напрямок розвитку цих наук.

Я.П.Дідух запропонував виділити чотири періоди в становленні фітоіндикації, які відповідають етапу розвитку екологічних ти ботанічних дисциплін: 1) зародження і розвиток наукових засад екологи видів (Е. Вармінг, П. Гребнер, Ф.Е. Клементе); 2) формування геоботаніки, ґрунтознавства, ландшафтознавства, вчення про біосферу (В.В. Докучаєв, П.О. Косгичев, В.І. Вернадський, Б.О. Келлер, Б.Б. Полінов, Г.Ф. Морозов); 3) виділення і розвиток фітоіндикації як самостійного наукового напрямку (C.B. Вікторов, Б.В. Виноградов, П.С. ГІогребшие); 4) фітоіндикація динаміки екологічних факторів (Л.Г. Раменський, Н. Елленберг. В. Зойомі, К. Заржицький, Е. Ландольт, Д.М. Циганов). На сучасному етапі розвитку індикаційних досліджень (як екологічних досліджень у цілому) велику роль відіграє системний підхід. Відображення взаємозв'язків між об'єктом індикації та індикаторними ознаками, які відповідають певним рівням організації, можуть змінюватись у зв'язку зі зміною таких рівнів. Незважаючи на тісний зв'язок умов середовища й рослинного покриву, між цими компонентами немає лінійної залежності.

Питання про роль зовнішніх (екологічні умови) і внутрішніх (фітосередовище) факторів завжди викликали гострі дискусії. З одного боку, вчені віддають перевагу зовнішнім екологічним факторам, з іншого - внутрішнім, коли рослинні організми певною мірою змінюють та формують умови середовища. З позицій системного підходу специфіка сучасного періоду полягає в тому, що індикаторами виступають не види (тобто елементи), а ознаки та властивості (тобто структури елементів). Таке переміщення центру ваги з елементів на їх структуру має велике наукове і практичне значення. Останнє підсилюється ще й тим. що в наш час антропогенний фактор зростає до глобальних масштабів та проявляється не тільки в прямій дії на зміну рослинного покриву, а й опосередковано через зміну клімату, вологості, структури та родючості грунтів, забруднення повітря, грунту й води хімічними речовинами тощо.

Фітоіндикаційні методи широко використовуються в системі моніторингу, значно відрізняючись від інших, особливо інструментальних, методів невисокою коштовністю у сукупності з можливістю одночасного вивчення великих територій, а також відносною простотою інтерпретації. Крім того, фітоіндикаційні дослідження дозволяють використовувати інформацію та оцінювати режим тих впливів, які у момент спостереження можуть мати нульову активність.

Оцінка екологічних факторів прямими методами досить трудомістка і не може бути виконана через недостатню забезпеченість приладами для отримання експрес- інформації в польових умовах та неможливість охопити всю різноманітність ландшафтів та їх компонентів. Д.М. Циганов відзначає, що ідея безпосереднього (інструментального) вимірювання режимів прямодіючих факторів хоча ще володіє думками більшості дослідників, однак окремі авторитетні геоботаніки з цим не погоджуються. Так, на думку Б.М. Міркіна і Ю.Р. Шеляг-Сосонка, прямі виміри окремих факторів без урахування їх взаємодії мало що можуть сказати про екологічні умови.

Предметом дослідження є індикаторні критерії, які поділяються на 2 групи – індивідуальні, що стосуються окремих рослин, та ценотичних, які характеризують рослинні угрупування.Рослинність як індикатор фізико-географічних умов має низку переваг перед іншими компонентами ландшафту. Вони складаються з наступних положень: а) рослинність дуже пластична та лабільна і легко зазнає змін навіть при незначних коливаннях зовнішніх умов, тому вона є більш чутливим індикатором змін, на відміну від рельєфу, грунтів, клімату; б) рослинність зручна для постійного спостереження, тому для неї зміни визначити легше, ніж прослідкувати їх безпо­середньо у грунті або підстилаючій грунт породі.

Фітоіндикація може проводитися на різних рівнях організації рослин: від біохімічного, цитомолекулярногота анатомічного до синтаксономічного та ландшафтного.

З підвищенням рівня організації фітоіндикаторів зростає складність їх реакцій, оскільки ускладнюються взаємозв'язки з факторами середовища в екосистемах. 1 Іри цьому фітоіндикація на нижчих рівнях може використовуватися сама по собі або діалектично включатися у фітоіндикацію на рівнях вищого гатунку - на новому якісному рівні організації. Фітоіндикаційні ознаки сучасних умов можуть виявлятися при вивченні будови рослин. Наприклад, сучасні процеси рельєфотворення відображаються анатомо-морфологічними змінами, оскільки багато деформацій в органах та тканинах проявляються в анатомічній будові рослин.В.В. Корженевський усю систему методів фітоіндикації поділяє на три типи: аутіндикацію, синіїїдикацію і симфітоіндикацію, причому два останніх із них особливо добре розвинуті на сучасному етапі. Встановлення індикаційного значення рослин співпадає з завданням визначення лімітуючого фактору та меж толерантності певного виду стосовно відповідного чинника. На цих принципах побудована аутіндикація на організменому рівні. З окремих методів аутіндикації на організменому рівні широко відомі ліхенометрія. що реалізується за умов датування поверхнею, а також тератоморфи - одна з найважливіших ознак, які використовуються у пошуковій геології та біоіндикації забруднення.

Індикатори можуть бути окремі види та їх угруповання. Практика індикаційних досліджень вказує, що угруповання є надійнійшими та стійкішими за своїм значенням індикаторами, ніж види, але це не завжди підтверджується при локальних спостереженнях, особливо для техногенно трансформованих екотопів. Популяційний рівень аутіндикації дає можливість отримати якісну та кількісну оцінки стану екотопів, а також їх стабільності, характеру та ступеня змін.

В роботах C.B. Вікторова зроблено основний акцент на значенні в теперішній час індикації природних та антропогенних процесів. При цьому можна диференціювати два основних випадки:

1. процес знаходиться на стадії повного розвитку та коли його індикують на основі аналізу еколого-генетичних рядів, окремі компоненти яких генетично пов'язані один з іншим та відображають зміни екологічних умов у часі;

2. процес знаходиться на ранніх стадіях розвитку, і тоді впровадити прогнозну індикацію дуже важко методом екстраполяції. На сучасному етапі відбувається переростання рослинної індикації в ландшафтну, де враховується не тільки рослинність, а й інші фізико-географічні компоненти ландшафту.

Види рослин або їх закономірні поєднання, то використовуються в якості показників піших умов середовища, називаються індикаторами. Рослина-індикатор- це така рослина, ознаки ушкодження якої проявляються внаслідок впливу, наприклад, фітотоксичної концентрації одного полютанту або суміші елементів. Абсолютних індикаторів дуже мало, тому в основному користуються вірними та задовільними індикаторами. Рослина-індикатор є хімічним сенсором, який може виявити наявність полютанта у довкіллі. Моніторингу притаманна більшою мірою не якісна, а кількісна оцінка, тому рослина-монітор повинна не тільки бути індикатором, але й допомагати отриманню кількісної оцінки.

Індикатори можуть бути прямими та опосередкованими, універсальними та локальними. Під прямими розуміють ті індикатори, які безпосередньо залежать у своєму розповсюдженні від наявності об'єкта індикації. Посередні індикатори не мають прямого та безпосереднього зв'язку з об'єктом індикації та не залежать від нього, їх сполученість з об'єктом індикації обумовлена одночасним, але незалежним зв'язком з яким-небудь третім компонентом середовища або їх групою. За іншою класифікацією, індикатори поділяють на універсальні та локальні. Під універсальними слід розуміти індикатори, які зберігають певне індикаційне значення на усій території розповсюдження (тобто у межах свого ареалу). Таких індикаторів не багато.

Універсальні індикатори, зберігаючи відомі риси постійності, частіше дещо змінюють своє значення в різних частинах ареалу Це стає помітнішим для видів- індикаторів з більшим ареалом Локальні індикатори часто мають значення лише у межах невеликих районів. Однак, зважаючи на це, така категорія індикаторів дуже чисельна, практична роль її велика: до цієї категорії відносяться майже всі посередні індикатори, оскільки індикаторне значення базується на суто локальних закономірностях. На сучасному етапі детальніше вивчено фітоіндикацію у геоботанічному аспекті. Під Індикаційною геоботанікою розуміють розділ геоботаніки, який має за мету вивчення рослинного покриву як індикатора (показника) умов середовища. Велике значення для обгрунтування індикаційної геоботаніки має біогеохімічна концепція В.І. Вернадського (яка пізніше була розвинута та доповнена працями Б.В. Виноградова) про важливу роль рослинності та рослин у міграційних потоках сполучень у біосфері, а також вчення про геохімічні особливості різних ландшафтів, створене внаслідок наукових розробок Б.Б. Полинова, А.І. Перельмана. М.А. Глазовської; це встановлено за оглядовими працями вітчизняних, вчених [39. 64].

Методами дослідження є перспективність використання рослин в якості індикаторів зовнішніх умов виявляється особливо чітко у зв'язку з проникненням в ґрунтознавство, геологію та аерометоди. Геоіндикаційними є дослідження, що визначають грунто-літологічні умови, де відокремлюють літоіндикаційні, тобто визначення за рослинним покривом властивостей материнської ґрунтоутворюючої породи, та галоіндикаційні ч спрямовані на оцінювання засолення грунтів.

Від поняття індикатора слід відрізняти поняття індикаційної ознаки, Індикаційні ознаки - це певні особливості видів або угруповань, що мають індикаційне значення, хоча сам вид або угруповання не є індикаторами. Індикаційні ззнаки рослин поділяють на І) флористичні; 2) фізіологічні, до яких належать речові, що являють собою зміни вмісту у тканинах рослин металевих сполук та легкорозчинних солей, різниця у складі та концентрації пігментів, форми рослинних олій та білків тощо; 3) функціональні - спостереження за обміном речовин в рослинах, водним балансом, еколого-фізіологічними процесами тощо. Також можуть відокремлюватися морфологічні та анатомічні якісні ознаки - життєві форми, екотипи, терати. форми росту, окремі механічні пошкодження рослин, порушення їх природного розташування та ін.; функціональні (як окремий випадок); фенологічні (нормальні та аномальні ритми); анатомічні ростові; сукпесійні ознаки тощо. Висновки можна робити лише за сукупністю ознак та збору параметрів.

Практичним дослідження є усі компоненти географічного середовища, які визначаються за допомогою індикації (ґрунти, породи тощо), а також окремі їх якості (механічний, хімічний склад та ін.) виступають як об'єкти індикації. Сам процес визначення ґрунту гірської породи або яких-небудь їх якостей, а також умов рослинного покрив) носить назву індикації. Складність індикації грунтів пов'язана з заміщенням факторів, сильним антропогенним впливом на природну рослинність та ґрунти наявністю рослинності різного ступеня натуралізації та обмеженістю індикації ґрунтів тільки областю розповсюдження ризосфери.

Індикаційними функціями рослин., згідно Б.В, Виноградова, є кліматоіндикаційні. педоіндикаційні. гідроіндикаційні, літоіндикаційні. Як окремий випадок останніх є металоіндикаційні функції, що в подальшому диференціюються за специфікою металів, угруповань тощо.

Сучасні досягнення в галузі фітоіндикації дозволяють діагностувати цілу низку показників екосистем: параметри термічного режиму, вологості та континентальності клімату, водного, сольового, кислотного режимів і вмісту гумусу, азоту в ґрунті, рекреаційне навантаження на рослинний покрив тощо. Ступінь забруднення повітря, датування утворення деяких форм рельєфу, вивітрювання гірських порід та ін. можливе на основі ліхеноіндикації. Забруднення повітря визначають також за зміною флористичного складу вищих рослин, зниженням ролі паразитних грибів та бактерій і підвищенням вірусних хвороб. У багатьох випадках для оцінювання коливання кліматичних показників використовують дендроіндикацію. До питання геохімічної екології у зв'язку з фітоіндикаційними дослідженнями геохімічно контрастного середовища було викладено теоретичне обгрунтування геохімічної фітоіндикації. основою якої є геохімічна екологія рослин. Також було охарактеризовано різні зв'язки рослин з геохімічним середовищем та роль міграції хімічних елементів як компонента біогеохімічного поживного ланцюга. Можна визначати індикацію окремих елементів, корисних копалин. Пошуки корисних копалин основані на аналізі видового складу певних рослинних угруповань.

Індикатором можуть бути також рослини, які акумулюють в тканинах токсикант або продукти метаболізму, що утворюються внаслідок взаємодії рослини та токсичної речовини. До таких речовин відносяться важкі метали, їх похідні тощо.

Тема роботи актуальна тим, що внаслідок забруднення у рослин може змінитися швидкість росту та достигання, виникнути порушення цвітіння, утворення плодів та насінин, змінитися репродуктивний цикл та інше. Кожен або усі ці параметри разом можна використовувати для визначення наявності речовин забруднення в оточуючому середовищі й забезпечити проведення експериментів в умовах спостереження та контролю, щоб співвідносити ступінь ушкодження або зміну у стані рослини з певним токсикантом чи групою забруднювачів. Поява у рослин "типової" ознаки ушкодження або значного накопичення метаболітів, важких металів вказує на наявність у оточуючому середовищі речовини забруднення або суміші таких елементів. І у цьому випадку треба приймати миттєве вирішення проблеми.

Завданням є дослідження різноманітних індикаторних властивостей рослин і показує їх індикатор на навколишнє середовище.

Об’єктом дослідження є інформація, щодо умов навколишнього середовища, що отримана індикатором.