Оценка качества среды города Орска по функциональной асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula pendula)

Под биотестированием обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест - объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций. В роли биоиндикаторов могут быть использованы пыльца растений, хвоя сосны обыкновенной и др.

Преимуществом методов биоиндикации и биотестирования перед физико-х

имическими методами является интегральный характер ответных реакций организмов, которые:

· суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом;

· выявляют наличие в окружающей природной среде комплекса загрязнителей;

· в условиях хронической антропогенной нагрузки биоиндикаторы могут реагировать на очень слабые воздействия в силу аккумуляции дозы;

· фиксируют скорость происходящих в окружающей среде изменений;

· указывают пути и места скоплений различного рода загрязнений в экологических системах и возможные пути попадания этих веществ в организм человека.

Относительно благополучно дело обстоит с описательным объяснением терминов. Например, согласно определению Н.Ф. Реймерса:

“Биоиндикатор: группа особей одного вида или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей… Сообщество индикаторное - сообщество, по скорости развития, структуре и благополучию отдельных популяций микроорганизмов, грибов, растений и животных которого можно судить об общем состоянии среды, включая, ее естественные и искусственные изменения”.

Безусловно, объективные факты свидетельствуют о существовании тесного влияния факторов среды на биотические процессы экосистемы (плотность популяций, динамику видовой структуры, поведенческие особенности). Такие факторы среды, как свет, температура, водный режим, биогенные элементы (макро- и микроэлементы), соленость и другие имеют функциональную важность для организмов на всех основных этапах жизненного цикла. Однако можно использовать обратную закономерность и судить, например, по видовому составу организмов о типе физической среды. Поэтому “Биоиндикация - это определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. В полной мере это относится ко всем видам антропогенных загрязнений”.

Существенные методологические трудности биоиндикации возникают и при оценке состояния биоценоза по соотношению видов в конкретной экосистеме выборочным методом. Если исходить из понимания популяции, как совокупности особей, то информация, которую мы получили, не может быть экстраполирована за пределы временнoго периода или станции (полигона), на котором осуществлена выборка. Необходимо получить информацию о форме распределения вероятностей нахождения особей в той или иной точке пространства экосистемы. Исходя из найденного закона распределения, можно рассчитать число необходимых проб, обеспечивающих заданную точность интерполяции. Такой подход возможен для оценки состояния популяций на небольших площадях, например, в небольших замкнутых мелководных водоемах. Для крупных водоемов количество выборок ограничивается временем, за которые можно сделать пробы в сходных условиях (например, даже в течение суток может произойти перераспределение планктонных особей в пространстве). Проблемы, связанные с изучением пространственно-временной дифференциации зоопланктона при проведении мониторинговых исследований, показаны, например, на большом экспериментальном материале О.М. Кожовой и Б.К. Павловым [1986].

Таким образом, биоиндикацию можно определить как совокупность методов и критериев, предназначенных для поиска информативных компонентов экосистем, которые могли бы:

· адекватно отражать уровень воздействия среды, включая комплексный характер загрязнения с учетом явлений синергизма действующих факторов;

· диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ и оценивать их значимость для всей экосистемы в ближайшем и отдаленном будущем.

С точки зрения математики поставленная задача биоиндикации в реальных условиях относится к классу плохо формализуемых задач, поскольку характеризуется следующими особенностями:

· 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(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.

В связи с этим, нахождение адекватной связи индикаторов и индицируемых факторов является типичной операцией с "размытыми" множествами, а, следовательно, характеризуется существенной неопределенностью (стохастичностью).

В то же время, к настоящему моменту сложились условия, позволяющие преодолеть некоторую математическую "ущербность" биоиндикации:

· 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, 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.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений. Таким образом, видовой, видовой состав гидробионтов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

В пределах техногенно - перегруженных территорий при определении эколого-геологических систем за основу берется антропоцентрический подход. Данные эколого-геологические системы представляют частный случай, при их изучении в центр внимания выводится человек. В этой связи под эколого-геологическими системами предполагается принимать комплексные системы, включающие в качестве взаимодействующих элементов геологическую среду, техносферу и человека. Для реализации данного подхода вводятся два базовых определения: экологические функции геологической среды – есть выраженная направленность действий, определяющих условия жизнедеятельности человека. Это поведенческий признак системы. Экологические свойства геологической среды – комплекс параметров, описывающих ее экологические функции. Это признак, характеризующий специфические свойства системы [1-4].В природе все тела имеют симметричную форму, идеальной является форма шара. Любая асимметрия – это последствие действия техногенных и естественных факторов, негативно влияющих на биоту. Самым первым деградирует низший класс экологической пирамиды – растительность. Именно она определяет эколого-биотическое состояние местности. Исследования последних лет показали, что растения можно использовать как тест-объекты для мониторинговых исследований. По их различным характеристикам оценивают состояние окружающей среды и отслеживают изменения в течение ряда лет. Для оценки состояния среды подходят физиологические, биохимические, генетические, цитологические (на уровне клетки), а также морфологические характеристики. Используя даже одну из них, можно дать интегральную (общую) оценку состояния среды. Мониторинговые исследования позволяют, с одной стороны, оценить состояние геологическойсреды за определенный промежуток времени, с другой стороны, проследить как вся совокупность внешних факторов: геологических, природно-климатических (температура, влажность) и антропогенных (радиационное и химическое загрязнение) влияет на живые организмы. Выявляя изменения характеристик у растительных объектов, можно говорить о загрязнении среды и прогнозировать опасность для человека. Поэтому важно исследование состояния геологической среды как среды обитания человека. В естественных условиях могут существовать факторы, оказывающие неблагоприятное воздействие на систему. Это наблюдается в районе разломных зон берегов водохранилищ, в районе геохимической, геофизической, геодинамической аномалий. Так, например, в районе естественной геохимической аномалии – месторождении урана – отмечается повышение радиационного фона, а следовательно ухудшение радиационной обстановки. В неблагоприятных естественных и техногенных условиях, где присутствует сильное воздействие, у растений изменяется форма листовой пластинки: появляется асимметрия. На этом свойстве растительных объектов основан метод оценки состояния геологической среды по коэффициенту симметрии (КС)листа.

 Скачать реферат