Оценка качества водной среды биоиндикационными методами

 

Министерство  образования Республики Беларусь

 

Учреждение  образования

«Гомельский государственный  университет имени

Франциска Скорины»

 

 

Факультет геолого-географический

Кафедра экологии

 

 

 

Оценка  качества водной среды      

биоиндикационными методами

 

 

 

 

 

 Исполнитель:                                ______________________     И.Г Козлов   

 студент группы  ГЭ-21

 

 

 

Научный руководитель:                 

зав. кафедрой экологии,                 

канд. биол. наук, доцент               ______________________    Ковалёва О. В.

                               

 

 

 

                 Гомель 2011   

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………...........................3

1 Классификация водоёмов по уровню загрязнённости......................................5

  1.1 Общие понятия о загрязнении водоёмов.....................................................5

  1.2 Классификация водоёмов по уровню загрязнения на основе физико-химических характеристик воды.......................................................................11

  1.3 Классификация водоёмов по уровню загрязнения на основе биологических характеристик воды....................................................................15

2 Понятие  о биотестировании и основные тест-обьекты..................................21

  2.1 История развития биотестирования…......................................................21

  2.2 Основные понятия и термины биотестирования.......................................22

  2.3 Суть методологии биотестирования….......................................................24

  2.4 Тест-обьекты и их применение в биотестировании водоёмов.................26

3 Биоиндикация….................................................................................................29

  3.1 История становления биоиндикации..........................................................29

  3.2 Теория и сущность биоиндикации..............................................................31

  3.3 Общие принципы использования биоиндикаторов..................................33

  3.4 Биоиндикация с использованием водорослей….......................................37

  3.5 Биоиндикация с использованием зоопланктона…....................................41

  3.6 Биоиндикация с использованием бентоса..................................................45

  3.7 Биоиндикация с использованием высших водных объектов...................48

Заключение.............................................................................................................53

Список  использованных источников ..................................................................55

Приложения...........................................................................................................57

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           ВВЕДЕНИЕ

 

 

Чистая вода – это необходимое условие жизни человека. Природные водоемы тесно связаны со всей окружающей средой, и в них попадают разнообразные загрязняющие вещества, начиная от почвы, смываемой дождями или талыми водами, и кончая отходами различных производств. Загрязнение водоемов усиливается в последнее время, снижая хозяйственные свойства воды и отражаясь на всем водном населении.

Кроме антропогенного загрязнения, происходит и естественное загрязнение воды. Оно обусловлено как отмиранием и разложением ряда гидробионтов, так и прижизненным выделением органических веществ некоторыми водорослями. Однако, выделяя кислород при фотосинтезе, водоросли обуславливают самоочищение воды от органических веществ. Для использования воды в хозяйственно-бытовых целях необходимо знать ее качество, в первую очередь наличие и степень загрязнения.

Современный мониторинг водоемов ограничивается проведением  анализов физико-химических свойств  воды, что не дает полной картины  экологического состояния водных объектов. Проведение гидробиологических исследований позволяет не только расширить зону мониторинга, но и определить степень влияния загрязнения на биоту водоемов. Хорошие результаты дает биологическая индикация свойств воды, основанная на тесной зависимости водного биоценоза от свойств воды. Для биоиндикации используются разные обитатели водоема, которые служат в этом случае биоиндикаторами. Главная идея биомониторинга состоит в том, что водные организмы отражают сложившиеся в водоеме условия среды, и те виды, для которых эти условия не благоприятны, выпадают, заменяясь новыми видами с иными потребностями.

Цель данной работы - определение загрязненности водоема путем биоиндикации. Биоиндикацию сред наиболее конструктивно использовать одновременно с инструментальным контролем за состоянием окружающей природной среды, применяемом при мониторинге источников (объектов) загрязнения. В данном случае живые организмы-биоиндикаторы могут служить в качестве “биодатчиков” загрязнения экосистем, позволяющих выяснить, с одной стороны, масштабы и закономерности накопления загрязняющих веществ в живых организмах, а с другой - выявить потенциальные источники попадания загрязняющих веществ в более высокие звенья пищевых цепей.

Биоиндикацию сред наиболее конструктивно использовать одновременно с инструментальным контролем за состоянием окружающей природной среды, применяемом при мониторинге источников (объектов) загрязнения. В данном случае живые организмы-биоиндикаторы могут служить в качестве “биодатчиков” загрязнения экосистем, позволяющих выяснить, с одной стороны, масштабы и закономерности накопления загрязняющих веществ в живых организмах, а с другой - выявить потенциальные источники попадания загрязняющих веществ в более высокие звенья пищевых цепей.

Организмы, обитающие  в загрязненных водоемах, называют сапробионтами или сапробными организмами. Они могут служить индикаторами (показателями) загрязнения, или различных ступеней разложения органического вещества в водоеме. Распад органических загрязнений в водоеме приводит к потреблению кислорода и накоплению ядовитых продуктов распада (углекислота, сероводород, органические кислоты и др.). Способность организмов обитать в условиях разной степени сапробности объясняется потребностью в органическом питании и выносливостью к вредным веществам, образующимся в процессе разложения органического вещества.

Организмы водоема  относятся к планктону и бентосу, ряд из них составляет перифитон. Наиболее характерными для оценки загрязнения водоема являются бентос и обрастание. В состав биоценозов бентоса входят все формы растений и животных, которые своей жизнью тесно связаны с дном водоема. Организмы зообентоса принято разделять в зависимости от размещения и способов лова на макробентос, мезобентос, микробентос. Организмы обрастаний, поскольку они связаны с дном, также можно отнести к бентосу. Фитобентос представлен в водоеме макрофитами ( высшая водная растительность ) и микроводорослями ( мелкие одноклеточные, нитчатые и колониальные низшие водоросли ). В планктон включают те формы животных и растений, которые проводят всю жизнь во взвешенном состоянии в толще воды водоема. К фитопланктону принадлежат микроводоросли, к зоопланктону - животные.

Методы изучения изменения состояния окружающей природной среды  с помощью  организмов-биоиндикаторов в настоящее  время получили довольно широкое распространение.  Применение для целей определения состояния окружающей среды  живых организмов (растений, животных, микроорганизмов, грибов и лишайников) связано с тем, что некоторые из них весьма чувствительны и избирательны к различным факторам среды обитания (климатическим и погодным условиям, химическому составу воздуха, почв и воды). Вследствие своей способности переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды, так называемой “экологической выносливости”, живые организмы могут существовать только в определенных границах (диапазонах) действия этих факторов. Так, состав планктона и бентоса в водоемах, с одной стороны, свидетельствует о степени благоприятности условий обитания в данной зоне, а с другой - характеризует локальные условия обитания.

Наиболее широко биоиндикация применяется для оценки степени и характера загрязнения  поверхностных вод, используемых для  питьевого водоснабжения и хозяйственных  целей, а также для биотестирования  сточных вод разной степени очистки.

1. Классификация водоёмов по уровню    загрязнённости

 

 

  1.1  Общие понятия о загрязнении водоёмов

 

 

В настоящее  время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых  вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение - «вода - это  жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Контроль окружающей природной среды по гидробиологическим показателям является высоко приоритетным также с точки зрения обеспечения возможности прямой оценки состояния водных экологических систем, испытывающих вредное влияние антропогенных факторов.

Антропогенное влияние на биосферу и неблагоприятные последствия загрязнения выходят за пределы локального воздействия, приобретая региональный и даже глобальный характер. Огромная угроза для всего человечества заключается в загрязнении водоемов. Синтетические органические вещества, ионы тяжелых металлов, аккумулируясь в тканях, оказывают отрицательное воздействие на репродуктивные процессы гидробионтов.  Это влияние загрязнения находит свое реальное выражение в прогрессирующей эвтрофикации водоемов, накоплении химических токсикантов в разных средах, в снижении экологической продуктивности водных экосистем. А.С.Константинов (1986) отмечает, что создается угроза нарушения экологического равновесия в природе, опасность которого трудно переоценить. Поэтому перед человечеством встает грандиозная задача охраны гидросферы. И чтобы оценить состояние водоема, необходимы хорошо разработанные гидробиологические классификации водных экосистем, по которым возможно установление основных изменений водных биоценозов в условиях загрязнения окружающей среды.

Под загрязнением водоемов понимается ухудшение их экономического значения и биосферных функций в  результате антропогенного поступления  в них вредных веществ. Экологическое  действие загрязняющих веществ проявляется  на организменном, популяционном, биоценотическом и экосистемном уровнях. На организменном уровне наблюдаются нарушение отдельных физиологических функций, изменение поведения, снижение темпа роста, увеличение смертности вследствие прямого отравления или уменьшения устойчивости к стрессовым состояниям внешней среды. Большое значение имеет повреждение генетического аппарата и трансформациия исходного генофонда особей. На уровне популяций загрязнение может вызвать изменение их численности и биомассы, рождаемости и смертности, половой и размерной структуры. Следует добавить хаотизацию внутрипопуляционных отношений, вызываемую изменением поведения особей и искажением языка химических сигналов. На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообщества, поскольку одни и те же загрязняющие вещества неодинаково влияют на разные компоненты биоценоза. В конечном итоге происходит деградация экосистем - ухудшение их как элементов среды человека и снижение положительной роли в формировании биосферы

Загрязнение водоёма – это изменения химического и физического состояния или биологических характеристик воды, ограничивающие дальнейшее ее употребление. При всех типах водопользования меняются либо физическое состояние (например, при нагревании), либо химический состав воды - при поступлении загрязняющих веществ, которые делятся на две основные группы: со временем изменяющиеся в водной среде и остающиеся в ней неизменными.

К первой группе относятся  органические компоненты бытовых стоков и большая часть промышленных, например отходы целлюлозно-бумажных предприятий. Вторую группу составляют многие неорганические соли, например сульфат натрия, который используется как краситель в текстильной промышленности, и неактивные органические вещества типа пестицидов. Все эти типы загрязнителей попадают различными путями в круговорот воды, что приводит к различным типам загрязнения водоёмов. Основные пути проникновения загрязняющих веществ в водоёмы через круговорот воды хорошо прослеживаются на рисунке 1.

 

                         

 

Рисунок 1 - Пути проникновения загрязняющих веществ

в круговорот воды

 

Три важных стадии круговорота воды: испарение (А), конденсация (Б) и атмосферные осадки (В). Если в него вовлечено слишком много  природных или искусственных  загрязняющих веществ из перечисленных ниже источников, естественная система не справляется с очисткой воды.

1 Радиоактивные частицы, пыль и газы поступают из атмосферы вместе со снегом, выпадающим и накапливающимся в высокогорьях.

2 Талые ледниковые воды с растворенными загрязняющими веществами стекают вниз с высокогорий, формируя истоки рек, которые на своем пути к морю увлекают частицы грунта и горных пород, размывая поверхности, по которым они текут.

3 Воды, дренирующие горные выработки, содержат кислоты и другие неорганические вещества.

4 Вырубка лесов способствует развитию эрозии. Многие загрязняющие вещества сбрасываются в реки предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности, на которых обрабатывается древесина.

5 Дождевые воды вымывают химические вещества из почвы и разлагающихся растений, транспортируют их в грунтовые воды, а также смывают со склонов в реки почвенно-грунтовые частицы.

6 Промышленные газы попадают в атмосферу, а оттуда вместе с дождем или снегом - на землю. Промышленные стоки поступают непосредственно в реки. В зависимости от отрасли промышленности сильно различается состав газов и сточных вод.

7 Органические инсектициды, фунгициды, гербициды и удобрения, растворенные в водах, дренирующих сельскохозяйственные угодья, поступают в реки.