01.04.2020 г. Творческое объединение ОСНОВЫ НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Ребята!

         Мы продолжаем наши весенние заседания творческого объединения. Рада приветствовать всех у мониторов.

     Сегодня мы познакомимся с интересными исследовательскими методами определения качества окружающей среды - её экологического состояния. Это различные методы биоиндикации. Оказывается - экологическую чистоту воздуха, воды и почвы можно определять с помощью живых организмов.

       Биоиндикация — оценка качества природной среды по состоянию её биоты. Биоиндикация основана на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов.

В ходе онтогенетического и филогенетического развития любой организм в отношении любого фактора обладает генетически детерминированным и филогенетически приобретённым, уникальным физиологическим диапазоном толерантности, в пределах которого данный фактор не оказывает существенного влияния на жизнедеятельность организма, является переносимым. В случае низкой или высокой интенсивности силы фактора организм находится в зонах физиологического пессимума, когда силы воздействия находится за максимальными или минимальными пределами для конкретного организма — наступает угнетение жизнедеятельности организма и организм погибает. Данный диапазон неодинаков как для различных особей популяции (но колеблется в пределах определённых для вида) и неодинаков в разные стадии жизненного цикла организма, а также в случае когда значение интенсивности других факторов находятся либо в зоне пессимума или угнетения.

Развитие организма происходит под комплексным, синергетическим воздействием всевозможных комбинаций факторов среды биотической и абиотической природы. Зачастую развитие ограничивают факторы находящиеся в зоне пессимума или угнетения (так называемое расширенное правило Либиха). В природе происходит лишь частичная реализация физиологических потенциалов — так называемая реализованная экологическая ниша (постконкурентная экологическая ниша, популяционная экологическая ниша, экологический диапазон присутствия, экологический потенциал). Экологический потенциал отражает реакцию организма на воздействие факторов. Физиологическая толерантность и экологическая потенция определяют его индикаторную ценность.

В результате как состояние организма, так и его численность, структура популяции отражает благоприятность состояния окружающей среды. Такие организмы, жизненные функции которых тесно скоррелированными с отдельными факторами среды называются биоиндикаторами

Существует две формы биоиндикации: когда одинаковые реакции организма могут быть вызваны различными факторами среды (в том числе и антропогенного происхождения) — тогда речь идёт о неспецифической биоиндикации; когда изменения реакции чётко связаны с изменением конкретного фактора — специфическая биоиндикации.

Определение чистоты воздуха по лишайникам (лихеноиндикация)

Тело лишайника (слоевище) состоит из гриба и одноклеточных водорослей, находящихся в симбиозе. По строению слоевища лишайники делятся на 3 группы:

- накипные (коркоподобные), похожи на плоские корки, плотно срастающиеся с корой, камнями, почвой; они трудно отделяются, на ощупь бархатистые, влажноватые;

- листоватые (листовидные) имеют форму мелких пластинок, чешуек: прикрепляются к поверхности тонкими нитями гриба и довольно легко отделяются от нее;

- кустистые, которые либо растут вверх как маленькие кустики, либо свисают с дерева вниз, подобно бороде.

Лишайники высокочувствительны к загрязнению среды обитания. На них избирательно действуют, прежде всего, вещества, увеличивающие кислотность среды (SO2, HF, HCl, NОх, О3). Для лишайников сравнительно безвредны тяжелые металлы, накапливающиеся в слоевище, а также радиоактивные изотопы. 

Считается, что наиболее чувствительны к загрязнению воздуха кустистые лишайники, а наиболее устойчивы накипные виды. Это не всегда так. Точнее следует говорить о существовании видов с различной чувствительность к загрязняющим веществам. Определение видового состава лишайников - достаточно сложная задача, для решения которой требуются подробные определители, навыки изготовления тонких срезов, работы с микроскопом. Исходя из этого примем условие, что при выполнении данного задания вы лишь знакомитесь с методом лихеноиндикации.

В целом методы оценки загрязненности атмосферы по встречаемости лишайников основаны на следующих закономерностях:

- чем сильнее загрязнен воздух, тем меньше встречается в нем видов лишайников (вместо десятков может быть один - два вида);
- чем сильнее загрязнен воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев;
- при повышении загрязненности воздуха исчезают первыми кустистые лишайники, за ними - листоватые, последними - накипные.

На основании этих закономерностей можно оценить чистоту воздуха в конкретном месте микрорайона школы.

Для выполнения работы вам понадобится следующее оборудование: карта микрорайона школы, лупа, рамка для определения степени покрытия лишайниками стволов деревьев, выполненная на прозрачной пленке .

• Обрастание ствола. Для этого на высоте 30-150 см на наиболее покрытую лишайниками часть коры наложите рамку. Подсчитайте, какой процент общей площади рамки занимают лишайники.
• Кроме деревьев можно исследовать обрастание лишайниками камней, стен домов и т.п.

Полученные результаты занесите в таблицу 10. Методика выполнения работы

Работу целесообразно выполнять в группах.

• Выберите район, в котором будут проводиться наблюдения. Если близко от школы расположен парк, целесообразно включить его в район наблюдения.
• На карте микрорайона отметьте близлежащие ТЭЦ, заводы, другие предприятия, дороги с интенсивным транспортным движением.
• Разбейте выбранную территорию на квадраты, размер которых зависит от площади изучаемой территории (например, 10 х 10 м).
• В каждом квадрате выберите 10 отдельно стоящих старых, но здоровых, растущих вертикально деревьев. Лучше выбрать вид дерева, который наиболее распространен на данной территории.
• На каждом дереве подсчитайте количество видов лишайников. Не обязательно знать, как точно называются виды, надо лишь различить их по цвету и форме слоевища. Для более точного подсчета можно использовать лупу.
• Все обнаруженные виды разделите на 3 группы: кустистые, листоватые, накипные.
• Проведите оценку степени покрытия древесного

Таблица 10

Признаки	Деревья
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Общее количество видов лишайников, в том числе:
кустистых
листовитых
накипных
Степень покрытия древесного ствола лишайниками, %

Результаты и выводы
Определите степень загрязнения воздуха по таблице 11:

Таблица 11

Зона	Степень загрязнения	Наличие (+) или отсутствие (-) лишайников
		Кустистые	Листовые	Накипные
1	Загрязнения нет	+	+	+
2	Слабое загрязнение	-	+	+
3	Среднее загрязнение	-	-	+
4	Сильное загрязнение ("лишайниковая пустыня")	-	-	-

Попробуйте и вы определить с помощью лихеноиндикации  степень загрязнения воздуха вблизи  вашего дома или возле школы. 

Диагностика почв

Теоретической предпосылкой применения почвенно-зоологического метода для целей диагностики почв является сформулированное М.С.Гиляровым в 1949 г. представление об «экологическом стандарте» вида — потребности вида в определенном комплексе условий среды. Каждый вид в пределах своего ареала встречается только в тех местообитаниях, которые обеспечивают полный комплекс необходимых для проявления жизнедеятельности условий. Амплитуда варьирования отдельных факторов среды характеризует экологическую пластичность вида. Эврибионты мало пригодны для индикационных целей, тогда как стенобионты служат хорошими индикаторами определенных условий среды и свойств субстрата. Это положение представляет собой общий теоретический принцип в биологической диагностике. Однако использование для индикации одного вида не дает полной уверенности в правильности выводов (здесь имеет место «правило смены местообитаний» и как следствие смена экологических характеристик вида). Лучше исследовать весь комплекс организмов, из которых одни могут быть индикаторами на влажность, другие — на температуру, третьи — на химический или механический со став. Чем больше общих видов почвенных животных встречается на сравниваемых участках, тем с большей долей вероятности можно судить о сходстве их режимов, а следовательно, о единстве почвообразовательного процесса. Менее других полезны микроскопические формы — простейшие и микроартроподы (клещи, ногохвостки). Их представители отличаются космополитизмом в силу того, что почва для них не выступает как единая среда обитания: они живут в системе пор, капилляров, полостей, которые можно найти в любой почве. Из микроартропод наиболее хорошо изучены индикаторные свойства панцирных клещей. Состав их комплексов сообществ зависит не только от почвенных условий, но и от характера и флористического состава растительности, поэтому данный объект перспективно использовать для индикации повреждающих воздействий на почву.

Особенно ценны и удобны для индикационных работ сообщества крупных беспозвоночных (дождевые черви, многоножки, личинки насекомых). Так, стафилиниды рода Bledius и чернотелки рода Belopus показательны для солончаково-солонцовых почв, многоножки-кивсяки, некоторые мокрецы и легочные моллюски служат индикаторами содержания в почве извести. Дождевые черви Octolasium lacteum и некоторые виды проволочников являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах.

Интерес представляет почвенно-альгологическая диагностика, в основе которой лежит положение о том, что зональности почв и растительности соответствует зональность водорослевых группировок. Она проявляется в общем видовом составе и комплексе доминантных видов водорослей, наличии специфических видов, характере распространения по почвенному профилю, преобладании определенных жизненных форм.

Оценка качества воды

Для биологической индикации качества вод могут быть использованы практически все группы организмов, населяющие водоемы: планктонные и бентосные беспозвоночные, простейшие, водоросли, макрофиты, бактерии и рыбы. Каждая из них, выступая в роли биологического индикатора, имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют границы ее использования при решении задач биоиндикации, так как все эти группы играют ведущую роль в общем круговороте веществ в водоеме. Организмы, которые обычно используют в качестве биоиндикаторов, ответственны за самоочищение водоема, участвуют в создании первичной продукции, осуществляют трансформацию веществ и энергии в водных экосистемах. Всякое заключение по результатам биологического исследования строится на основании совокупности всех полученных данных, а не на основании единичных находок индикаторных организмов. Как при выполнении исследования, так и при оценке полученных результатов необходимо иметь в виду возможность случайных, местных загрязнений в точке наблюдения. Например, разлагающиеся растительные остатки, труп лягушки или рыбы могут вызывать местные изменения в характере населения водоема.

Будем надеяться - вскоре мы сможем заняться полевой  и лабораторной практикой непосредственно в природе. Нас ждёт большая работа. Ну а пока будем наполнять и укреплять теоретические знания.