V environmentálnom výskume sa používajú rôzne metódy. Jednou z nich môže byť bioindikácia. Tento prístup zahŕňa štúdium stavu určitých živých organizmov s cieľom získať informácie o ich biotopoch. Aby sme pochopili vlastnosti vykonávania takýchto štúdií, mali by sme zvážiť, čo je bioindikátor. To poskytne potrebné informácie o takejto metodológii výskumu.
Všeobecná definícia
Bioindikátor je živý organizmus, prípadne celý druh alebo spoločenstvo, ktoré žije v určitom ekologickom systéme a môže slúžiť ako odraz jeho stavu. Okrem toho sa počas štúdie odhaduje počet jedincov v populácii, ich stav a správanie. Na základe získaných informácií je možné posúdiť prítomnosť znečisťujúcich látok, toxínov, karcinogénov atď. v prirodzenom prostredí.
Bioindikátory sú rastliny alebo zvieratá, od ktorých stav priamo závisíich prostredie. Použitie takejto techniky v priebehu štúdia má mnoho výhod. Niekedy je možné získať potrebné informácie o stave životného prostredia len na základe bioindikátorov. Úspora peňazí a času pri zložitých fyzikálnych a chemických analýzach je jednoznačnou výhodou.
Bioindikátory – rastliny a živočíchy, ktoré sumarizujú dôležité údaje o znečisťujúcich látkach, rýchlosti zmien. Umožňujú určiť miesto akumulácie a spôsoby vstupu škodlivých látok, stupeň a závažnosť účinku toxínov na živé bytosti vrátane človeka.
V priebehu výskumu sa hodnotí biocenóza takýchto ukazovateľov. Zároveň sú pre výskumníkov zaujímaví obaja zástupcovia fauny a flóry. V priebehu pozorovaní je možné posúdiť stupeň chronickej expozície toxínom aj pri nízkych koncentráciách. Ovplyvňujú funkcie a celkový stav vnútorných orgánov zvierat, symetrické časti tela a ich pomery.
Typológia
Bioindikátory – rastliny a živočíchy, ktoré žijú vo vode, vzduchu, pôde. Takýmito organizmami môžu byť baktérie alebo riasy, ako aj bezstavovce, ako sú kôrovce, nálevníky, mäkkýše. Počas štúdie možno použiť údaje o rybách a zvieratách.
Bioindikátory pôdy sú najčastejšie rastliny rastúce vo voľnej prírode. Podľa ich stavu je možné určiť kyslosť, vlahovú kapacitu, hustotu a teplotu pôdy. Tiež podľa vzhľadu určitých rastlín je možné určiť obsah kyslíka v pôde, množstvoživiny, ako aj soli a ťažké kovy.
Ihličnaté stromy môžu poskytovať informácie o pôde počas celého roka. V tomto prípade sa používajú nielen morfologické ukazovatele, ale aj množstvo biochemických zmien. To vám umožní získať spoľahlivé informácie. Morfologické znaky sú niekedy premenlivé.
Takže napríklad obyčajná žihľava dokáže ukázať, koľko vápnika je v pôde. Niektoré rastliny sú galofily. Milujú slané pôdy. Ak rastú v danej oblasti a aktívne kolonizujú územia, potom sa pôda postupne osolí.
Na posúdenie stavu vody sa vykonávajú štúdie o takých bioindikátoroch, ako sú larvy niektorých druhov hmyzu, určité druhy rias, vyššie kôrovce, svetelné baktérie.
Machy a lišajníky môžu byť bioindikátormi vzduchu. Ich fyzické vlastnosti sa značne líšia v závislosti od podmienok pestovania.
Funkcie podľa výberu
Rastliny a živočíšne bioindikátory sa na výskum vyberajú podľa určitého princípu. Sformuloval ho jeden z najznámejších amerických ekológov Yu. Odum. Pri výbere bioindikátorov navrhuje vziať do úvahy nasledujúce tvrdenia:
- Existujú stenotopné a eurytopné druhy živých organizmov. Tí prví sú schopní žiť len za určitých podmienok, takže ich rozsah je obmedzený. Eurytopné druhy sú v prírode široko rozšírené, majú ekologickú odolnosť. Preto sú na výskum menej vhodné ako stenotopné druhy.
- Väčšie typy bioindikátorov sa skúmajú častejšie ako malé. Vysvetľuje sa to rýchlosťou obratu v biocenóze. Je vyššia u malých druhov, takže v čase štúdie sa nemusia dostať do vzorky, najmä v procese analýzy s dlhou frekvenciou.
- Na výber druhu alebo ich skupiny na výskum budú potrebné experimentálne a terénne informácie o limitných hodnotách určitého faktora. Zároveň sa berú do úvahy možné kompenzačné reakcie bioindikátora, druhová tolerancia.
- Podiel rôznych populácií, druhov alebo spoločenstiev je skôr orientačný, a preto sa používa ako spoľahlivý ukazovateľ. Len jeden druh nemôže plne vyjadriť rozsah environmentálnych zmien. Takéto zmeny je potrebné posudzovať ako celok, nielen v jednom smere.
Za zmienku tiež stojí, že najlepšie bioindikátory sú druhy, ktoré poskytujú okamžitú reakciu, ako aj spoľahlivosť poskytovaných informácií. Chyba by nemala presiahnuť 20%. Taktiež pomocou takýchto bioindikátorov by malo byť ľahké získať potrebné informácie. Tento druh musí byť neustále prítomný v prírode, aby výskumník mohol kedykoľvek posúdiť jeho stav.
Odrody
Existujú rôzne druhy a typy bioindikátorov. Všetky živé organizmy vhodné na takýto výskum možno rozdeliť do dvoch skupín:
- Registrácia.
- Akumulatívne.
V prvom prípade živé organizmy reagujú na zmeny prostredia zmenouveľkosť populácie. Môžu zmeniť aj fenotyp, somatické poruchy či poškodenie tkaniva. Môžu sa objaviť rôzne deformácie, rýchlosť rastu sa mení. Môžu byť prítomné aj iné dobre viditeľné znaky.
Napríklad registračnými bioindikátormi sú lišajníky, ihličie. Objavuje sa na nich nekróza, chloróza, suchosť. Zaznamenávanie bioindikátorov nie vždy umožňuje zistiť príčiny zmien, ku ktorým došlo. V tomto prípade bude potrebný ďalší výskum, aby sa zistilo, prečo sa zmenila populácia, konečný vzhľad, rozšírenie v prírode atď. Takéto zmeny môžu byť výsledkom rôznych procesov.
Organizmy-bioindikátory môžu byť akumulačného typu. Sústreďujú toxíny, znečistenie vo svojom tele, v rôznych tkanivách, častiach tela alebo orgánoch. Počas štúdie sa po chemickom rozbore zisťuje stupeň znečistenia životného prostredia. Kumulatívnym bioindikátorom môžu byť napríklad schránky kôrovcov, larvy hmyzu, ale aj niektoré orgány cicavcov (mozog, obličky, slezina, pečeň atď.), machy.
Živé organizmy reagujú okamžite na celý komplex škodlivých látok vstupujúcich do životného prostredia. Preto takáto technika neumožňuje stanoviť presnú koncentráciu jediného toxínu. Zároveň však výhoda použitia bioindikácie umožňuje presne určiť, ako a aké znečistenie ovplyvňuje populáciu.
Testovacie organizmy
Testovaný organizmus môže byť bioindikátorom prostredia. Sú to zástupcovia flóry alebo fauny, ktorí sa využívajú pri kontrole kvality podmienok prostredia v laboratóriu. Vykonávajú príslušné experimenty. Môže ísť napríklad o jednobunkovce, prvoky, článkonožce. Rastliny ako machy alebo kvitnúce rastliny môžu byť tiež testovacími organizmami.
Hlavným znakom takýchto organizmov je možnosť získavania kultúr z geneticky homogénnych rastlín alebo živočíchov. V tomto prípade sa prototyp porovnáva s kontrolou. To vám umožní získať spoľahlivé informácie o rušivom faktore. V opačnom prípade z dôvodu bežných individuálnych rozdielov medzi jednotlivcami nebude možné získať spoľahlivý výsledok.
Metódy analýzy
Bioindikátory a kontaminácia ich prostredia sa skúmajú porovnávacou analýzou s kontrolnou vzorkou. K tomu môžu existovať rôzne prístupy.
Prvá metóda zahŕňa porovnanie zodpovedajúcich charakteristík mimo oblasti vplyvu. Napríklad rastliny pestované v zóne priemyselného znečistenia sa porovnávajú s plodinami, ktoré rástli mimo oblasti antropogénneho vplyvu.
Druhá technika zahŕňa porovnanie vzorky s výsledkami experimentu. Jedna časť testovaných rastlín prichádza v laboratórnych podmienkach do kontaktu so znečisteným vzduchom, pôdou, vodou a druhá časť - s čistým médiom.
Pri použití tretej metódy sa na porovnanie používajú historické štandardy. To by sa hodilo naprprieskum európskej stepi. Dnes tento ekosystém prakticky stratil svoj pôvodný vzhľad. Práve s tým, ako step vyzerala v minulosti, sa porovnáva v súčasnosti.
Štvrtá technika využíva kontrolu. Ide o určitý typ závislosti, odchýlenie sa od nej sa považuje za porušenie. Napríklad pre nenarušené spoločenstvá druhov sa vytvorí zodpovedajúci graf. Ak spozorujete akékoľvek odchýlky, bude to okamžite viditeľné pri porovnaní týchto dvoch kriviek.
Bioindikačné metódy
Bioindikátory v prírode sa skúmajú pomocou vhodného monitorovania životného prostredia. Vykonáva sa na mikro aj makro úrovni. Bioindikatívne štúdie môžu byť biocenotické a druhové. V druhom prípade sa študuje prítomnosť organizmu v prostredí a frekvencia jeho výskytu. Možno študovať aj fyziologické, biochemické, anatomické a morfologické vlastnosti bioindikátora.
V priebehu biocenotickej štúdie sa druhová diverzita zohľadňuje pomocou systému vhodných indikátorov, ako aj produktivita komunity.
Podľa vplyvu rôznych faktorov na systém môže byť bioindikačné monitorovanie špecifické a nešpecifické. Študujú reakcie druhov na výskyt znečistenia, toxínov v ich biotopoch. Pri nešpecifickej bioindikácii môže byť rovnaká reakcia spôsobená rôznymi faktormi. Ak zmeny, ku ktorým dochádza, sú spôsobené vplyvom iba jedného faktora, hovoríme o špecifickej indikácii.
Takže napríklad ihličnany a lišajníkymôžu poskytnúť informácie o čistote ovzdušia v regióne, o prítomnosti priemyselného znečistenia v ich biotopoch. Zoznam rastlinných a živočíšnych druhov, ktoré žijú v pôdach, je špecifický pre rôzne typy pôd. Ak dôjde k zmenám v týchto zoskupeniach, môžeme hovoriť o kontaminácii pôdy chemikáliami alebo o zmene jej štruktúry v dôsledku ľudskej činnosti.
V súčasnosti sa verí, že inštrumentálne štúdie sa najúčinnejšie využívajú v kombinácii s bioindikátormi. Takáto symbióza poskytuje najúplnejšie a najspoľahlivejšie informácie o stave obyvateľstva, vplyve nepriaznivých faktorov naň.
Pôdna bioindikácia
Pomocou bioindikátorov pri štúdiu znečistenia pôdy je možné získať spoľahlivé výsledky. Rastliny poskytujú informácie o úrodnosti pôdy. Úplná analýza zloženia pôdy si vyžaduje veľa času a úsilia. Pôda sa považuje za úrodnú, ak na nej rastú žihľavy, maliny, skorocel, valeriána lekárska atď. Tieto rastliny na chudobnej pôde neprežijú.
Angelika, pľúcnik, kostrava lúčna atď. poskytujú stredne úrodnú pôdu. Na málo úrodnej pôde rastú machy, lišajníky, brusnice, brusnice.
Okrem ukazovateľa úrodnosti možno z rastlín určiť aj zloženie pôdy. Prítomnosť veľkého množstva dusíka dokazujú také rastliny, ako je pšeničná tráva, maliny, cinquefoil, krídlatka atď. Farba takýchto rastlín bude jasne zelená. Ak je bledá, potom je v pôde málo dusíka. Rastliny majú obmedzené vetvenie a počet listov.
Mnoho ďalšíchminerály, kyslosť a ďalšie vlastnosti pôdy možno v pôde určiť pomocou bioindikátorov.
Bioindikácia vzduchu
Bioindikátor je živý organizmus, ktorý výrazne mení svoje kvality, keď sa vyskytnú odchýlky v prostredí. S ich pomocou môžete určiť, či je vzduch znečistený. Fytocenózu výrazne ovplyvňujú znečisťujúce látky, ako sú oxidy dusíka, oxid siričitý, uhľovodíky atď.
Odolnosť rastlín voči takýmto toxínom je odlišná. Aj malé množstvo oxidu siričitého vo vzduchu sa dá ľahko určiť pomocou lišajníkov. Medzi rastlinami zvýšený obsah tohto typu škodlivín môžu určiť ihličnaté stromy.
Pšenica, jedľa, kukurica, smrek, záhradné jahody atď. sú citlivé na obsah fluorovodíka vo vzduchu, chlorovodík atď.
Bioindikácia vody
Na kontrolu kvality vody je bioindikácia jednou z najlepších metód. Na rozdiel od chemických a fyzikálnych metód monitorovania je tento prístup najobjektívnejší. Špeciálne vybavenie je schopné sledovať len určité druhy znečistenia. Bioindikácia odhaľuje kompletné informácie o stave okolitého vodného prostredia.
Monitorovanie vám umožňuje posúdiť, pre ktoré oblasti prevádzky je nádrž vhodná. Jedným z najjednoduchších spôsobov bioindikácie vody je použitie kvasinkových kultúr. Vykoná sa nefelometrické hodnotenie zákalu kvapaliny. Závisí to od množstva kvasníc vo vzorke. Ak voda brzdí ich vývoj, vzorka bude ľahšia ako kontrolná vzorka.
Ryby môžu tiežpoužiť ako bioindikátor. Vo svojom tele hromadia toxíny. Výsledkom je, že vizuálnym hodnotením stavu rýb je možné určiť, aké vlastnosti charakterizujú vodu v rieke alebo jazere.
