3 курс / 2 семестр / Методы изучения экологии животных и растений / metody_polev_ekol_issl_2014

Рисунок 13.3. Схема промеров, используемых для оценки стабильности развития березы повислой

(Betula pendula)

1 – ширина левой и правой половинок листа. Для измерения лист складывают пополам, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки. Затем измеряется расстояние от границы центральной жилки до края листа. 2 – расстояние от основания до конца жилки второго порядка, второй от основания листа. 3 – расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка. 4 – расстояние между концами первой и второй жилок второго порядка. 5 – угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Пример расчета: Лист №1, признак 1 |Л-П|/|Л+П| = |18-20| / |18+20|= 2/38 = 0,052 (табл. 13.29)

Таблица 13.29. Пример таблицы для обработки данных по оценке стабильности развития с использованием

мерных признаков

Номер образца										Номер признака (промеры)
			1				2					3					4				5
(листа)
			Л			П		Л		П		Л		П			Л		П	Л		П
1			18			20	32			33		4		4			12		12	46		50
2			20			19	33			33		3		3			14		13	50		49
3			18			18	31			31		2		3			12		11	50		46
4			18			19	30			32		2		3			10		11	49		49
5			20			20	30			33		6		3			13		14	46		53
…			…		…			…	…			…	…				…		…	…		…
10			14			14	25			25		4		4			9		8	32		32
																			Таблица 13.30.
	Вспомогательная таблица для расчета показателя стабильности развития
Номер об-							Номер признака												Величина асим-
разца		1		2				3			4					5			метрии листа
1		0,052		0,015				0			0					0,042			0,022
2		0,026		0				0			0,037					0,010			0,015
3		0		0				0,2			0,044					0,042			0,057
4		0,027		0,032				0,2			0,048					0			0,061
5		0		0,048				0,33			0,037					0,071			0,098
6		0,077		0				0			0,1					0			0,035
7		0,077		0,019				0			0					0,081			0,036
8		0,037		0,042				0			0,111					0,037			0,045
9		0,077		0,020				0			0					0,111			0,042
10		0		0				0			0,059					0			0,012
Величина асимметрии в выборке:																			X=0,042
										310

Затем вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин асимметрии по всем признакам и делят на число признаков.

Например, для листа 1 (см. табл. 13.30): (0,052+0,015+0+0+0,042)/5 = 0,022

Результаты вычислений заносят во вспомогательную таблицу.

На последнем этапе вычисляют среднюю арифметическую величину асимметрии для выборки листьев. Это значение округляют до третьего знака после запятой. Статистическая значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития определяется по t- критерию Стьюдента.

В нашем случае искомая величина равна: (0,022+0,015+0,057+0,061+0,098+0,035+0,036+0,045+0,042+0,012)/10=0,042

Качество среды жизни организмов оценивают по 5-балльной шкале, приведенной ниже (табл. 13.31)

Таблица 13.31. Шкала оценки качества среды жизни организмов по показателям флуктуирующей асиммет-

рии листовой пластины Betula pendula

	Балл	Величина показателя
		стабильности развития
	I – чисто	<0,040
	II– относительно чисто («норма»)	0,040–0,044
	III – загрязнено («тревога»)	0,045–0,049
	IV – грязно («опасно»)	0,050–0,054
	V – очень грязно («вредно»)	>0,054

13.3. Зооиндикация

Наблюдать за изменениями животных в окружающей среде значительно сложнее, чем за неподвижными растениями. При выборе видов позвоночных в качестве биоиндикаторов руководствуются следующими критериями:

1.Степень концентрации многих токсикантов постепенно увеличивается по трофическим цепям, достигая максимума в организмах крупных хищников. Следовательно, для биоиндикации необходимо отобрать представителей зерноядных, насекомоядных или хищных позвоночных.

2.У избранных видов должны отсутствовать большие миграции, так как накопление токсичных веществ в организме прямо пропорционально уровню загрязнения окружающей среды.

3.Для сравнимости данных по различным районам лучше брать для анализа особи одних и тех же видов с широкими ареалами.

4.Виды должны встречаться в различных местообитаниях.

5.Желательно использовать виды, живущие в естественных сообществах

ине связанные с человеком.

6.Виды должны быть сравнительно многочисленными, легко добывае-

мыми.

311

В целях биоиндикации чаще других используются насекомые и моллюски, а при индикации водоемов – плотва и судак. Лучшим индикатором из земноводных является зеленая жаба, из пресмыкающихся – прыткая ящерица. Среди млекопитающих названным критериям больше всего удовлетворяют:

обыкновенная бурозубка, европейский крот, рыжая и красная полевки.

Зоондикацию осуществляют по ряду изменений в организмах животных и зооценозах (табл. 13.32).

Таблица 13.32. Некоторые изменения в организмах животных и зооценозах, используемые в зооиндикации

Индикат			Индикатор			Признаки
		1. Морфологические изменения
Тяжелые металлы		Почвенные брюхоногие моллюски			Уменьшение размеров раковин
		Личинки насекомых			Уменьшение размеров
Сульфит ионы		Тля (Aphis fabae)			Существенно изменяются полиго-
					ны и зернистость кутикулы
Общее	промыш-	Бабочки	пяденицы	березовой,	Промышленный меланизм			(более
ленноезагрязнение		Коллемболы (Orchelesella villosa)			темная окраска)
		Двухточечная божья		коровка	Доля черных форм намного пре-
		(Adalia bipunctata)			вышает 3%)
Ксенобитотики		Насекомые			Нарушения	формообразующих
(дизельное топли-					процессов, уродства
во, ДДТ и др.)		Плотва (Rutilus rutilus), лещ			Нарушение формы тела, искрив-
		(Abramis brama), карась (Carassius			ление позвоночника,		нарушение
		carassius)			пигментации, редукция плавников,
					редукция зрачка, бельмо на глазу,
					выпуклость глаз, ожирение, длин-
					нохвостость и пр. Доля особей с
					уродствами от 10 до 70%.
		Птицы			Изменение толщины скорлупы яиц
		2. Физиологические изменения
Сернистый газ		Гусеницы	сосновой	пяденицы	Количество	гемоцитов		падает
		(Fidonia (Bupalus) piniaria)			вдвое, количество фагоцитов воз-
					растает с 5 до 32%.
Общее	загрязне-	Ткани моллюсков			Возрастает	удельное	содержание
нии водоемов					каротиноидов
			3. Размножение
Сернистый газ		Тля (Aphidoidea) и непарный шел-			Падает плодовитость
		копряд (Lymantria dispar)
Тяжелые металлы		Птицы			Уменьшается кладка
и ДДТ
Тяжелые металлы		Коллемболы (Onychiurus armatus,			Плодовитость повышается
		Orrchesella cincta)
Хлорид ртути		Саранчовые (Acrotylus patruelis,			Возрастает число яиц в кладке
Мочевина (>0,055		Aiolopus thalassinus)			Уменьшается число яиц в кладке и
г/кг почвы)					количество кладок
		4. Онтогенез и продолжительность жизни
Медь		Совка (Agrotis segetum)			Удлинение личиночной стадии
Фтористый водо-		Непарный	шелкопряд	(Lymantria
род и	метилмер-	dispar)
каптан
				312

Индикат	Индикатор				Признаки
Хлорид кадмия	Совка (Agrotis segetum)			Сокращение сроков развития на 4–
Тяжелые металлы	Коллемболы (Isotoma notabilis,			7 дней
	Onychiurus armatus)
Хлорид ртути	Кобылки (Acrotylus patruelis)			Сокращается срок жизни
Сернистый газ	Мухи (Calliphora vicina)
		5. Поведение
Утечка горючего	Крабы (Pachygrapsus)			Нарушается	половое	поведение:
				самцы не реагируют на самок
Органическое	Рыбы			Изменение циркадного (суточного)
загрязнение				ритма
	6. Плотность популяций
Ртутьсодержащие	Зерноядные птицы			Уменьшение плотности популяций
соединения
Хлорорганические	Дневные хищные птицы
соединения (ДДТ)
Тяжелые металлы в	Дождевые	черви	(Lumbricus	Уменьшения	численности, когда
сочетании с SO2	terrestris)			фоновое загрязнение превышено в
				2,0–2,3 раза, при 4,0–4,5-кратном
				превышении черви исчезают
Газодымовые	Короед-типограф			Рост популяций
выбросы	(Ips typographus)
	7. Трофическая структура
Выбросы комбина-	Почвенные беспозвоночные			Угнетение	активности	(толщина
тов цветной метал-				почвенной подстилки может пре-
лургии				вышать норму в 3–4 раза)
	8. Биосферный уровень
Присутствие в	Динофлагелляты (Dinoflagellata) и			Вспышки численности водорослей
морской воде	диатомовые (Bacillariophyta)			индицируют токсичные красные и
сточных вод				бурые приливы
Глобальное потеп-	Одноклеточные	водоросли (в основ-		«Красный снег» в горах
лениеклимата	номгемококки)
Фоновое загрязне-				Снижение разнообразия и числен-
ние среды				ности животных

13.3.1. Зооиндикация почв 13.3.1.1. Природная зооиндикация отдельных свойств почвы

Для целей биоиндикации большой интерес представляет почвенная фауна, составляющая 90–99 % биомассы и 95 % всех видов животных, входящих в наземный биоценоз (табл. 13.33).

13.3.2.2. Зооиндикация антропогенных воздействий на почвы 13.3.2.2.1. Индикация загрязнения тяжелыми металлами

Повсеместно наиболее чувствительной группой к воздействию загрязнений оказалисьдождевые черви и двупарноногие многоножки, в частности, кивсяки.

При загрязнении почв тяжелыми металлами и другими токсикантами участки для зооиндикации выбирают на различных расстояниях от источника загрязнений в зависимости от его мощности и путей распространения загрязнителей. При этомучитывается направлениепреобладающихветров. Длясравнительно

313

Таблица 13.33.

	Природная зооиндикация почв
Индикаты	Индикаторы
Механический состав	Мокрицы – показатели тяжелых почв
Порозность почв	Вертикальное распределение микроартропод
Виды гумуса	Грубый гумус (мор) – многоножки-геофилиды
	Мягкий гумус (мулль) – личинки комаров-долгоножек
Степень гумификации	В зрелых компостах обилие дождевых червей, среди коллембол
органических остатков	преобладают белые почвенные формы
Стадии разложения	Первую стадию маркируют жуки-усачи, вторую – ферментатив-
древесины	ная активность грибов, третью – муравьи и четвертую – дождевые
	черви
Кислотность (рН)	Численность дождевых червей прямо пропорциональна рН от 3
	до 8
Содержание кальция	Кальцефилы – наземные раковинные моллюски, многоножки
	диплоподы, мокрицы
Гидрологический режим	Личинки майского жука – показатель глубокого залегания грун-
	товых вод

мощных промышленных предприятий такие участки выбираются на расстоянии

0–0,5; 0,5–1,0; 1,0–5,0; 5–10; 10–20; 20–50 км от источника загрязнений. Для контроля исследования проводят на незагрязненной территории со сходными экологическими условиями.

Учеты мелких млекопитающих и почвенной мезофауны проводят на расстояниях 5–7, 20–25, 70–250, 700–1500 м от автомагистралей.

13.3.2.2.2. Индикация радиоактивного загрязнения

Как правило, радиоустойчивость многоклеточных животных тем ниже, чем выше уровень их организации. По показателю ЛД50/30 – доза, после получения которой половина организмов гибнет за 30 суток, можно проводить зооиндикацию радиоактивного загрязнения почв (табл. 13.34). В целях биоиндикации радиоактивного загрязнения почв наиболее удобны малоподвижные почвенные обитатели с длительным периодом развития (дождевые черви, многоножки, личинки жуков).

Большое значение в индикации даже сравнительно невысоких уровней загрязнения почв радионуклидами имеет исследование изменений характерных морфологических признаков у видов почвенных членистоногих. Подобные нарушения чаще обусловлены генными мутациями, вызванными радиоактивным облучением. В незагрязненных частях ареала у этих видов такие признаки меняются незначительно. К наиболее заметным отклонениям в загрязненных условиях относятся изменения в распределении щетинок на теле ногохвосток, бессяжковых, двухвосток, щетинохвосток, многоножек.

314

	Таблица 13.34.
Величина ЛД50/30 для разных групп животных
Группа организмов	Величина ЛД50/30, кр
Почвенные простейшие, бактерии	100–500
Круглые черви	10–400
Кольчатые черви	50–160
Паукообразные	8–150
Ракообразные (мокрицы)	8–100
Многоножки	15–180
Имаго насекомых	80–200
Личинки младших возрастов и куколки насекомых	2–25
Млекопитающие	0,2–1,3
Человек	0,5

13.3.2.2.3. Индикация загрязнения нефтепродуктами

Низкие уровни нефтяного загрязнения практически не оказывают отрицательного воздействия на почвенные микроорганизмы. Средние уровни приводят к перераспределению степени доминирования в составе активно функционирующих в почве микроорганизмов. Очень высокому уровню загрязнения соответствует практически полное подавление активности микроорганизмов в почве. При 6–10 % загрязнении почвы нефтью увеличивается численность бактерий, использующих нефть как источник пищи, подавляется развитие азотобактера.

Хорошим индикатором загрязнения почв нефтью являются сравнительно крупные почвенные беспозвоночные (табл. 13.35).

Таблица 13.35.

Изменения в зооценозах при действии нефти

Концентрация нефти Признаки в почвах

До 1% (следовые коВлияние на педобионтов отсутствует личества)

От 1 до 12–14%	Количественные изменения в численности и биомассе мезофауны
От 15 до 20%	Обеднение видового состава, гибель моллюсков, равнокрылых хо-
	ботных, гусениц бабочек
Свыше 20–25%	В почвенной мезофауне остаются только хищные педобионты (пау-
	ки, жужелицы, губоногие многоножки)

13.3.2.Зооиндикация качества водоемов и водотоков

Вкачестве тест-объектов выступают некоторые гидробионты, например, простейшие (инфузории, жгутиконосцы), кишечнополостные (гидры), плоские и кольчатые черви (планарии и пиявки), моллюски (брюхоногие), ракообразные (дафнии, гаммарусы), рыбы, а также отдельные виды из различных групп рас-

315

тений. Большинство методов биотестирования основано на регистрации выживаемости, плодовитости, поведения, скорости роста или реакций, связанных с изменением клеточных функций (энергетические показатели, передача возбуждений, био- и хемилюминесценция). Регистрация этих реакций не представляет особых сложностей и технически очень проста. Однако в последние годы часто для целей биотестирования применяются биохимические показатели, например, активность ферментов.

Биотесты с применением пиявок основаны на регистрации изменения статистических поз молодых животных после их пребывания в тестируемой воде. Известны методы биотестирования, основанные на регистрации закрытия створок раковин двухстворчатых моллюсков при пропускании загрязненной воды через резервуар с моллюсками. Особенности размножения и развития положены в основу биотестирования на брюхоногих моллюсках. У рыб в качестве регистрирующих реакций используют особенности поведения и ряд физиологических параметров (например, показатели крови). Широко используются в качестве биотестов различные виды дафний. Они основаны на изменении таких форм поведения, как кувыркание, скручивание, равномерное распределение в заданном объеме, или изменении физиологического состояния (ритм дыхания и сердцебиения и т.д.), изменении двигательной активности (изменения частоты движения), либо выживаемости и плодовитости при помещении в тестируемую воду.

13.3.2.1. Биоиндикация по зоопланктону

Зоопланктон может служить хорошим показателем условий среды и качества воды водоемов. Изменения условий существования отражаются на видовом составе, количественных показателях организмов, соотношении отдельных таксономических групп.

Зоопланктон отбирают с помощью планктонных сетей и планктоночерпателей или вместе с водой, с последующей фильтрацией или отстаиванием.

13.3.2.1.1. Оценка численности и биомассы зоопланктона

При камеральной обработке собранного материала пользуются счетновесовым методом. При этом в камере Богорова просчитываются все особи каждого вида. Мелкие организмы просчитываются в части пробы, отбираемой особыми штемпель-пипетками (объемом 0,1–5 мл). Для этого пробу необходимо довести до определенного объема в зависимости от обилия планктона. Объем просчитываемой части пробы зависит от ее плотности. Достоверные результаты получают, если в каждой просчитываемой порции число особей одного вида составляет не менее 50. Минимальное количество порций должно быть не меньше трех. Количество животных в пробе определяют как среднеарифмети-

316

ческое из всех просчетов. Для учета крупных или малочисленных организмов вся проба просчитывается под бинокуляром.

От определения числа организмов в пробе переходят к определению численности. Данные по численности должны быть представлены как количество организмов в единице объема или в столбе воды, сечение которого соответствует выбранной единице площади. Как правило, при сравнении численности зоопланктона в различных водоемах используются данные по числу экземпляров в единице объема, при сопоставлении результатов определения численности зоопланктона и фитопланктона, количество рыбы и так далее применяются величины средней численности под квадратным метром поверхности.

Биомасса зоопланктона определяется умножением числа организмов каждого вида на их индивидуальную массу.

13.3.2.1.2. Оценка степени эвтрофикации и сапробности позоопланктону

Массовое развитие олигохет – индикатор спуска бытовых отходов. Предложено уровень загрязнения оценивать по плотности этих червей: слабое загрязнение – 100–999 экз./м2, среднее – 1000–5000, сильное > 5000 экз./м2;

Индекс сапробности Сладечека S = sh/h.

Организмы полисапробы (табл. 13.36) имеют значимость – 4, α- мезосапробы – 3, β-мезосапробы – 2 и олигосапробы – 1. Относительное количество особей (h) учитывается в баллах: массовые скопления – 5, частая встречаемость – 3, случайные находки – 1. В загрязненных водоемах индекс принимает значения от 4,51 до 8,5; в чистых – от 0 до 0,5.

Трофность и качество воды водоемов определяют по выраженной в % доле олигохет в составе макрозообентоса, абсолютной численности кольчатых малощетинковых червей (тубифекс и озерник простой) (табл. 13.37 и 13.38).

		Таблица 13.36.
	Основные феноменологические признаки зон сапробности
	Зона	Преобладающие виды зоогидробионтов
		Коловратка Notholka longispina, ветвистоусые рачки Daphnia
	Олигосапробная	longispina и Bythotrephes longimanus, личинки поденок, веснянок, ры-
		бы стерлядь, гольян, форель.
	β -мезо-сапробная	Много корненожек, солнечников, червей, моллюсков, личинок хиро-
		номид, появляются мшанки. Встречаются ракообразные и рыбы.
		Встречаются в массе сидячие инфузории (Carchesium), коловратки
	α -мезо-сапробная	(Brachionus), много окрашенных и бесцветных жгутиковых. В илах
		много тубифицид (олигохеты) и личинок хирономид.
	Полисапробная	Простейшие – инфузории (Paramecium putrinum, Vorticella putrina),
		бесцветные жгутиковые, олигохеты Tubifex tubifex.
		317

							Таблица 13.37.
		Классификация качества вод суши по показателям зообентоса
		Класс воды		Относительная численность олигохет от			Биотический индекс
				общего количества зообентоса, %
	1–	Очень чистые		1–20			10–8
	2–	Чистые		21–35			7–5
	3–	Умеренно загрязненные		36–50			4–3
	4–	Загрязненные		51–65			2–1
	5–	Грязные		66–85			1–0
	6–	Очень грязные		86–100 или макробентос отсутствует			0
							Таблица 13.38.
		Классификация вод суши по численности олигохет
	Класс чистоты воды			Численность, тыс. экз./м3
				тубифекс		озерник простой
	1–2			0,1–1,0			0,1–2,0
	2–3			1,0–2,0			2,0–10,0
	3			2,0–10,0			10,0–50,0
	3–4			10,0–50,0			50,0–100,0
	4			50,0–100,0 и более		Более 100,0

13.3.2.2. Определение качества воды в пресноводном водоеме по видовому разнообразию зообентоса (метод Ф. Вудивиса)

1. Определяют представителей зообентоса в пробах до класса, семейства или вида. 2. По таблице 13.39 определяют общее число присутствующих групп и биотический индекс водоема.

Таблица 13.39.

Рабочая шкала для определения биотического индекса

Организмы	Видовое разнообразие		Общее количество присутствующих групп
				бентосных организмов
			0 – 1	2 – 5	6 – 10	11 – 15	16 – 20	> 20
Личинки веснянок	Более 1		–	7	8	9	10	11
(Plecoptera)	1 вид		–	6	7	8	9	10
Личинки поденок	Более 1		–	6	7	8	9	10
(Ephemeroptera)	1 вид		–	5	6	7	8	9
Личинки ручейников	Более 1		–	5	6	7	8	9
(Trichoptera)	1 вид		4	4	5	6	7	8
Бокоплавы (Gammarus)			3	4	5	6	7	8
Водяной ослик (Asellus aquaticus)			2	3	4	5	6	7
Олигохеты (Tubificidae) или личинки звонцов			1	2	3	4	5	6
(Chironomidae)
Отсутствуют все приведенные выше группы			0	1	2	–	–	–
	318

Вывод о качестве воды в водоеме делают с помощью таблицы 13.40.

		Таблица 13.40.
Классификация качества воды по биологическим показателям
Класс качества воды	Степень загрязнения	Биотический индекс
1	Очень чистая	10
2	Чистая	8–9
3	Умеренно грязная	6–7
4	Загрязненная	5
5	Грязная	3–4
6	Очень грязная	0–2

13.3.3. Оценка общего состояния среды с использованием животных 13.3.3.1. Использование флуктуирующей асимметрии животных для оценки качества среды

1.Проводят серии измерений отловленных животных. С каждого препарата рыб снимают 5 морфометрических признаков, с каждого препарата земноводных – до 11 морфометрических параметров, с каждого черепа рыжей полевки снять до 10 краниометрических показателей.

2.Данные измерений заносят в таблицу 13.41.

3.Для анализа асимметрии качественных признаков рассчитывают среднее число асимметричных признаков (ЧАП) на особь:

ЧАП = ∑ ,

где Ai – число асимметричных проявлений признака i (число особей, асимметричных по признаку i); n – численность выборки; k – число признаков.

Таблица 13.41.

Морфологические признаки исследуемых животных

Дата

Исполнитель

Вид

Место сбора

№ признака

№ препарата

1

2

3

4

5

…

k

л

п

л

п

л

п

л

п

л

п

л

п

л

п

1

2

…

20

Примечание: л – левая сторона; п – правая сторона.

4. По приведенным в таблице 13.42 коэффициентам асимметрии проводят балльную оценку качества среды обитания.

319