Біоіндикація стану навколишнього природного середовища в зонах розташування тваринницьких господарств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія аграрних наук України

Інститут агроекології і природокористування

Методичні рекомендації

Біоіндикація стану навколишнього природного середовища в зонах розташування тваринницьких господарств

Київ, 2012

Запропоновано методики для оцінки стану навколишнього природного середовища в зонах розташування тваринницьких господарств за допомогою біоіндикаційних методів. Біондикаційні методи є інформативними, простими у використанні, а по реакції тест-об'єктів можна зробити висновки щодо екологічної оцінки впливу на довкілля та надати попередній прогноз щодо змін у стані навколишнього природного середовища в майбутньому.

Терміни та абревіатура

СЗЗ - санітарно-захисна зона

Санітарно-захисні зони - це ділянки землі навколо об'єктів господарської діяльності, що відокремлюють їх від житлових масивів з метою зменшення шкідливих впливів цих об'єктів на здоров'я людини.

Біоіндикація - властивість багатьох організмів реагувати на зміну фізико-хімічних та екологічних характеристик середовища існування, що виражається в особливостях їх росту, розвитку, чисельності тощо.

Біоіндикатори - організми, наявність, кількість або інтенсивний розвиток яких є показником певних природних процесів або умов довкілля, в т.ч. наявності і концентрації певних забруднювальних речовин.

УПУ - умовні показники ушкодженості (УПУ) біосистем.

ІУПУ - інтегральний умовний показник ушкодженості стану навколишнього середовища.

Вступ

На сьогодні основною характеристикою інтенсивного тваринництва є утримання великої кількості тварин на невеликій території. Щоб одержати при мінімальних витратах максимальну кількість продукції деякі господарі економлять місце, електроенергію, роблять дешевшим технологічний процес, не враховуючи природних потреб тварин, і саме головне - екологічну ситуацію, що веде до необоротних змін в біосфері.

Негативна тенденція, що складається в галузі тваринництва веде до непередбачуваних екологічних наслідків, загибелі фауни і флори на прилеглих до тваринницьких господарств територіях, поширення інфекційних хвороб у людей, тварин і птиці.

Реалізація екологічних вимог до тваринництва повинна базуватися на системному моніторингу території цих підприємств.

Актуальним є проведення моніторингу, який покликаний відслідковувати стан та якість усіх основних природних об'єктів у місцях розміщення тваринницьких підприємств - атмосферу, воду, біологічні природні системи - біорізноманіття і популяційний склад біоценозів, що є найважливішими індикаторами антропогенних забруднень. Особливо інформативним показником ушкодження екосистем є рослини. Велика площа контакту та інтенсивний газообмін з навколишнім середовищем зумовлюють їх високу чутливість до дії різноманітних забруднювальних факторів. Тому рослини особливо придатні для виявлення початкових шкідливих змін у складі повітря біосфери і є якісними біоіндикаторами як атмосферного забруднення, так і забруднення території в цілому. Вивчення біорізноманіття комах дозволяє ви значити стан стабільності екосистем, які прилягають до підприємств з виробництва продукції тваринництва.

Вивчення рівня впливу сучасних тваринницьких господарств України різних напрямів виробництва продукції на навколишнє природне середовище важливе для вчасного впровадження необхідних заходів для покращення екологічного стану в цілому і сприяння виробництву якісної тваринницької продукції.

Показники біорізноманіття комах слугують додатковими критеріями ефективності дослідження впливу виробництва продукції тваринництва на довкілля. Комахи є основними запилювачами рослин, а така екологічна група комах, як капрофаги беруть участь у розкладанні екскрементів тварин, цим сами залучаючи їх у колообіг речовин. Комахи, будучи джерелом білка, є незамінною ланкою у харчовому ланцюзі для багатьох тварин.

1. Дослідження стану забруднення атмосферного повітря за відсотком зрілого насіння робінії звичайної Robіnіa pseudoacacіa L.

Для оцінки стану забруднення атмосферного повітря застосовано методику дослідження стану довкілля за відсотком зрілого насіння стручків робінії звичайної Robіnіa pseudoacacіa L. [9].

Стручки робінії звичайної Robіnіa pseudoacacіa L. збирають у жовтні. У зібраних стручках визначають загальну кількість утворених насіннєвих зачатків і ту кількість із них, які перетворилися на зріле насіння. Далі вираховують відсоток зрілих насінин.

Результати досліджень занесіть до таблиці 1.

Таблиця 1 Схема запису результатів дослідження

2. Методика оцінки токсичності атмосферного повітря

Особливої уваги заслуговує проблема впливу антропогенних чинників на спадковий апарат та репродуктивну здатність рослин. Нині не викликає сумніву те, що репродуктивні структури і насамперед чоловічий гаметофіт є найбільш чутливими до дії токсичних інгредієнтів (Бессонова В.П.,1992). Це проявляється в збільшенні стерильності пилкових зерен та зниженні їх фертильності. При дії несприятливих факторів спостерігається морфологічна різноякісність пилкових зерен, утворення зморщених, зруйнованих, гігантських зерен, що слугує показником токсичного та мутагенного впливу.

Токсичність і потенційну мутагенність повітряного басейну на досліджуваній території визначають з використанням тесту "Стерильність пилку рослин"[5].

Для визначення рівня стерильності пилку рекомендовано застосовувати йодний метод забарвлення. Встановлено, що клітини фертильного та стерильного пилку відрізняються за кількістю крохмалю. Фертильні пилкові зерна повністю заповнені крохмалем, а стерильні - не містять його взагалі або мають його сліди. Фертильні пилкові зерна забарвлюються в охристо-коричневі відтінки різної потужності, а стерильні або зовсім не забарвлюються, або забарвлюються фрагментарно на 20-30%, набуваючи слабкого практично прозорого світло-жовтого тону.

Приготовлений цитологічний препарат вивчають під бінокулярним мікроскопом "Біолам" Р-14 з підсвітленням (збільшення 7х1,5х20 або 7х1,5х40). У кожному препараті переглядали від 1000 до 5000 пилкових зерен із застосуванням лічильника.

Кількість стерильних зерен визначається у відсотках.

Стерильність - це М ± m, де , яка обчислюється за формулами:

,

забруднення атмосферний повітря токсичність

де m - вірогідність підрахунку

М - кількість (або відсоток) стерильних клітин на загальну кількість досліджених пилкових зерен;

G - стерильні зерна;

N - всі зерна.

Збільшення кількості стерильних пилкових зерен вказує на підвищення токсичності атмосферного повітря.

В якості рослин-індикаторів були застосовані наступні представники місцевої флори, які були класифіковані за рівнями спонтанної стійкості (чутливості) клітин пилку до дії несприятливих факторів, табл. 2.

Таблиця 2 Перелік фітоіндикаторів, та їх класифікація за групами стійкості (чутливості) до дії несприятливих екологічних факторів

Характеристика цих груп фітоіндикаторів за показниками стерильності клітин пилку в екологічно чистих (П_комф.) і максимально забруднених (П_крит.) територіях приведена в табл.3.

Таблиця 3 Характеристика фітоіндикаторів різних груп стійкості за ознакою "Стерильність пилку рослин"

3. Методика інтегральної оцінки якості навколишнього природного середовища за токсико-мутагенним фоном

У зв'язку з тим, що всі біоіндикаційні показники мають свої одиниці виміру, необхідно привести їх в єдину безрозмірну систему умовних показників ушкодженості (УПУ) біосистем. Це надасть можливість виконати інтегральну оцінку стану довкілля за токсико-мутагенним фоном і визначити рівні екологічної небезпеки для людини та біоти. Умовний показник ушкодженості біоіндикаторів визначають за формулою [5]:

,

де П_комф і П_крит - експериментально (або експертно) встановлені значення біопараметра в комфортних та критичних умовах відповідно; П_реал - реальне значення біопараметру в досліджуваному варіанті.

Абсолютна різниця |П_крит?П_комф| дає уявлення про амплітуду зміни чисельного значення параметра під впливом шкідливих факторів навколишнього середовища. Визначаючи реальне значення біопараметра на досліджуваній території П_і та знаючи величини П_комф і П_крит, можна оцінити ступінь зміни параметра під впливом несприятливих факторів. Так, різниця |П_і ?П_комф| дає уяву про ступінь порушення біопараметра під впливом шкідливих факторів.

Оскільки стан об'єктів навколишнього середовища характеризується набором ознак, їх можна охарактеризувати інтегральним показником:

,

де ІУПУ_і ? один з інтегральних умовних показників ушкоджень стану навколишнього середовища; П_комф, П_крит, П_реал ? відповідно комфортне, критичне і реальне значення одного з n показників.

Значення умовних показників ушкодженості (УПУ та ІУПУ) змінюються в межах від 0 (комфортні для життєдіяльності умови) до 1 (критичні умови). Для оцінки рівня ушкодженості об'єктів довкілля пропонується використовувати єдину уніфіковану шкалу (табл. 4) [5].

За нормативні значення ушкодженості для всіх біопараметрів, що відповідають умовам стійкого розвитку території, приймають 30%-й рівень (тобто УПУ_норм= 0,300), який знаходиться в межах гомеостазу біосистем та при якому можливе їх відновлення після припинення дії негативних факторів. Для більш точних оцінок уводять коефіцієнти значущості для кожної із складових системи. Більші коефіцієнти встановлюють для найбільш чутливих до дії несприятливих факторів навколишнього середовища параметрів. Нормативні значення П_норм для кожного показника при УПУ=0,300:

П_норм = 0,3·(П_крит?П_комф)+ П_комф ,

П_норм = П_комф ? 0,3·(П_комф?П_крит) .

Інтегральний показник, що характеризує стан довкілля за загальним токсико-мутагенним фоном визначається за формулою [5]:

ІУПУ_біоінд =(·ІУПУ₁ + ІУПУ₂ )/2,

де ІУПУ₁, ІУПУ₂ - інтегральні показники біоіндикації стану атмосфери та педосфери відповідно.

Згідно з уніфікованою шкалою за цитогенетичними показниками можливо оцінити стан як окремих об'єктів довкілля так і стан навколишнього середовища в цілому за токсико-мутагенним фоном.

Таблиця 4 Уніфікована оціночна шкала, що характеризує стан об'єктів довкілля за токсико-мутагенним фоном

4. Визначення стану навколишнього середовища за комплексом морфологічних ознак (хвої, пагонів, бруньок) у сосни звичайної Pіnus sylvestrіs L

Особливою біоіндикаційною цінністю характеризуються хвойні рослини. Характерними ознаками неблагополуччя навколишнього середовища, і особливо газового складу атмосфери, слугує:

1. поява різного роду хлорозів і некрозів;

2. зменшення розмірів ряду органів (довжини хвої, пагони поточного року і минулих років, їх товщини, розміру шишок, скорочення величини й кількості закладених бруньок);

3. зменшення галуження;

4. через менший ріст пагонів і хвої в довжину в забрудненій зоні спостерігається зближення відстані між хвоїнками (їх на пагоні більше, ніж у чистій зоні). Спостерігається потовщення самої хвої, зменшується тривалість її життя (1-3 роки в забрудненій зоні і 6-7 років - у чистій);

5. викликає також стерильність насіння (зменшення його схожості).

6. у хвойних деревних рослин гостре ураження викликає верхівковий некроз червонувато-коричневого або коричневого кольору, котрий може розповсюдитись до основи хвоїнок;

7. найбільш чутливою реакцією хвої на стресові впливи антропогенної природи є закупорювання смоляних ходів, і як наслідок даного процесу - некротизація верхівки хвої та її повне.

За тиждень до експерименту, зрізають гілки умовно одного класу віку сосни звичайної , найбільш поширених у даній місцевості на висоті 2 м із частини крони, повернутої до підприємства з виробництва продукції тваринництва. Контролем мають бути гілки, зібрані з тієї ж частини крони дерев такого ж виду і класу віку у чистій зоні.

Хвою розглядають за допомогою лупи, досліджують ураженість кінчиків хвоїнок і всієї поверхні хлорозом і некрозом. Встановлюють відсоток ураженої поверхні і характер прояву пошкодження (точки, крапчастість, плямистість, мозаїчність Вимірюють довжину хвої на пагоні минулого року, а також її ширину (всередині хвоїнки) за допомогою вимірювальної лупи. Повторність 10-20-кратна.

Обчислюють масу 1000 штук абсолютно сухих хвоїнок. Для цього відраховують 2 рази по 500 штук хвоїнок, висушують їх у термостаті до абсолютно-сухого стану і зважують. Підраховують кількість хвоїнок на 10 см пагона, який вимірюють від середини крони до вершинної бруньки. Вимірюють довжину приросту кожного року, починаючи від останнього, рухаючись послідовно по міжвузлях від року до року; вимірюють товщину осьового пагона (на прикладі дворічного); підраховують розгалуження і обчислюють його середнє значення (рис. 1).

В особин сосни звичайної Pіnus sylvestrіs L. в умовах забруднення відбувається зміна морфометричних показників, зокрема ступінь некротичного ураження і його характер, довжина, ширина, їх вага, а також кількість на 10 см пагона.

Рис. 1. Частинки гілки хвойного дерева, що служать біоіндикаторами: А_1, А₂, А₃ - осьові пагони першого, другого та третього років; Б₁,Б₂, Б₃ - хвоя першого, другого та третього років; В - кільце; Г- бокові пагони; Д- бруньки [8].

Таблиця 5

Таблиця 6

Отримані дані узагальнюють в таблиці 5, 6.

5. Вивчення впливу тваринницьких господарств на стан біорізноманіття ентомофауни

Дослідження слід проводити в червні-вересні. Представників комах відбирають в угрупованнях досліджуваних екосистем на дослідних ділянках (чотири дослідні ділянки) площею 100 м² методом косіння ентомологічним сачком (100 раз) за методом К.К.Фасулаті, 1971.

Комах визначали за визначниками [6, 11, 13, 17].

Видове багатство комах визначали індексом Р.Маргалефа [2, 18]:

D=(S-1)/lnN,

Список використаних джерел

1. Емельянов И. Г. Разнообразие фаунистических комплексов как показатель состояния биоты / И.Г. Емельянов - К.: 1999. - 168 с.

2. Емельянов И.Г. Уровни биологыческого разнообразия и стратегия его сохранения / И.Г. Емельянов, Ю.Р. Шеляг-Сосонко // Збереження біорізноманітності в Україні. - К.: Егем, 1997. - С. 32 -33.

3. Емельянов И.Г. Биоразнообразие как индикатор структурно-функциональной организации экосистем / И.Г. Емельянов // Тез. І Міжнар. наук. конф. “Структура та функціональна роль тваринного населення в природних та трансформованих екосистемах”. - Дніпропетровськ, 2001. - С. 12 - 13.

4. Кучерявий В.П. Екологія / В.П. Кучерявий. - Львів: Світ, 2000 - 500 с.: іл.. Бібліогр.: с. 480.

5. Методичні рекомендації до виконання лабораторної роботи на тему: «Оцінка токсичності атмосферного повітря за тестом „Стерильність пилку рослин з дисциплін „Біоіндикація" та „Цитогенетичний моніторинг довкілля" для студентів напряму підготовки 6.040106 Екологія і охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування / Упоряд.: А.І.Горова, С.А.Риженко, А.В.Павличенко, О.О.Борисовська, І.Г.Миронова. - Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2007. - 25 с.

6. Определитель насекомых европейской части СССР. / Под ред. Б.М. Мамаева. ? М.: Посвещение, 1976. - 304 с.

7. Песенко Ю.А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях / Песенко Ю.А. - М.: Наука, 1982. - 288 с.

8. Протасов А.А. Биоразнообразие и его оценка; концептуальная диверсикология / А.А. Протасов. - К.: Изд-во НАН Украины, 2002. - 107 с.

9. Руденко С.С. Загальна екологія: практичний курс: Навчальний посібник : У 2-х ч. Частина 1. / С.С. Руденко, С.С. Костишин, Т.В. Морозова. - Чернівці: Книги - ХХІ, 2008. - 308 с.

10. Самойлов В.Ю. Моніторинг як засіб встановлення екологічних пріоритетів і порівняльної оцінки ризиків / В.Ю. Самойлов // Екологічний вісник - 2007. - № 3. - С. 6-8.

11. Чернышев В.Б. Екология насекомых / В.Б. Чернышев - М.: Наука, 1996 - 304 с.

12. Фасулати К.К. Полевое изучение наземных беспозвоночных / К.К. Фасулати. - М.: Высшая школа, 1971. - 424 с.

13. Шаломов Р.В. Тваринний світ України / Р.В. Шаломов, О.А. Литовченко. - Х.: ВД “ШКОЛА”, 2006. - 144 с.: іл.

14. Шварц С.С. Популяционная структура биогеоценоза / С.С. Шварц // Изв. АН СССР. Сер. биол. - 1971. ? № 4. - С. 485-494.

15. Шеннон К. Работа по теории информации и кибернетики / Шеннон - К. - М.: Изд-во иностр. лит., 1963. - 830 с.

16. Шрубович Ю.Ю. Формування наземних грунтових ногохвіток урбанізованих екосистем м. Львова: Автореф. дис…канд. біол. наук: 03.00.16./ Ю.Ю. Шрубович - Чернівці, 2002. - 19 с.

17. Яхонтов В.В. Экология насекомых // В.В. Яхонтов. - М.: Высшая школа, 1964. - 458 с.

18. Экологический энциклопедический словарь / И.И.Дедю. ? К.: Гл. ред. МСЭ. ? 408 с.

Размещено на Allbest.ru