Мониторинг в биологии что это
Биологический мониторинг
В учебном пособии рассмотрены основные понятия биологического мониторинга, методы биоиндикационных исследований, особенности поведения загрязняющих веществ в окружающей среде их поступления в живые организмы и накопления в них.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Биологический мониторинг предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
1 Понятие биологического мониторинга. История развития науки
Под экологическим мониторингом следует понимать регулярно выполняемые по заданной программе наблюдения за состоянием природных сред, природных ресурсов, здоровья населения, позволяющие выявить происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности.
Наблюдение и исследование состояния природных сред можно производить различными способами, в том числе с помощью живых организмов, по реакции которых можно, в большинстве случаев, определить характер и степень загрязнения той или иной среды. Исследование состояния воздушной, почвенной и водной сред с помощью живых организмов называется биологическим мониторингом или биотестированием (биоиндикацией).
Учение о растительных индикаторах находится в тесной взаимосвязи с развитием ряда смежных наук, особенно с экологией почв и географией растений. Впервые экологическую характеристику условий произрастания растений дали античные авторы. Подобные сведения можно встретить в сочинениях Феофраста (327-287 гг. до н. э.), Катона (234-149 гг. до н. э.), Плиния Старшего (79-23 гг. до н. э.). Значение растительных указателей почв подчеркивал Колумелла (I век н. э.). Он писал, что «рачительному хозяину подобает по листве деревьев, по травам или по уже поспевшим плодам иметь возможность здраво судить о свойствах почвы и знать, что может хорошо на ней расти». Уяснение взаимосвязей «почва — растение», наверное, самое первое утилитарное понятие сути индикации, усвоенное первыми земледельцами. По мере развития наук, расширения кругозора, разработки методов исследований характер взаимосвязей принял облик научно обоснованных закономерностей, законов. С ростом цивилизации и, особенно, интенсификацией сельскохозяйственного производства роль биоиндикатирования резко возросла.
Изучение экологии и географии растений в XVII — XVIII вв. приносит новые научные сведения об экологической приуроченности растительности (Трагус, Кордус в Германии, Ломоносов в России, европейские путешественники в разных странах).
Основоположником учения о растительных индикаторах почв можно считать Ф.И. Рупрехта (1866), который в своем геоботаническом исследовании писал, что «свойство растительного слоя зависит от рода его покрова».
Дальнейшее развитие учения о растительных индикаторах было подготовлено крупными географическими исследованиями конца XIX века. Разработанные В.В. Докучаевым принципы «естественно-исторической эволюции почв» (1898) явились теоретической и практической основой широкого развития учения об индикаторных свойствах растительности.
Наиболее фундаментальным и выдающимся трудом явилась работа Ф. Клементса (Clements, 1920), положенная в основу учения о растительных индикаторах как одного из направлений ботанической географии. Более современные сводки по растительным индикаторам почв дают труды Л.Г. Раменского (1938, 1956), Г. Элленберга (Ellenberg, 1950, 1952), А.А Крюденера (Kruedener, 1951), И.В. Ларина (1953). Вопросы общей систематизации в теории растительных индикаторов рассматриваются в работах Ткалича С.М. (1952), Викторова С.В. (1953), Виноградова Б.В. (1957), Петрова В.С.(1960).
В начале нового тысячелетия, когда естественная природная обстановка трансформируется в новом витке эволюции — антропогенезе, что сопровождается изменением эколого-геохимического состояния почв и биохимического — растений, проблема индикации, оценки сопряженного изменения этих объектов природной среды особенно актуальна.
Метод фитоиндикации может быть применим на всех стадиях мониторинга окружающей среды (таблица 1).
Таблица 1 — Система наземного мониторинга окружающей среды (И.П. Герасимов, с изменениями)
Биологический мониторинг
Просмотр содержимого документа
«Биологический мониторинг»
ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МОНИТОРИНГЕ
1968 г. – Доклады Римского клуба «Трудности человечества»
День охраны окружающей среды
2012 год — «Зелёная экономика: а ты её часть?»
2011 год — «Леса: используя услуги природы»
2010 г.: «Множество видов. Одна планета, Одно будущее».
Мониторинг загрязняющих веществ
Оценка ответных реакций биологических объектов
Наблюдение, оценка и прогноз уровней загрязнения
система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения и проявляемых на организменном, популяционном или экосистемном уровнях
Основные методы биологического мониторинга
Экосистемы продуктивность ценоза, обилие, видовое разнообразие, трофическая структура, выпадение чувствительных видов
десятки и сотни лет
Популяции изменение половозрастной и генетической структуры популяции репродуктивной способности, радиоадаптация
Организменный уровень выживаемость, заболеваемость, морфологические аномалии, наследственные эффекты
Молекулярно-клеточный уровень мутации, изменение концентрации внутриклеточных метаболитов, мутации, трансформации, гибель клеток
Биологический мониторинг и уровни биологической организации
Генные, хромосомные и геномные мутации, интенсивность свободнорадикальных реакций, изменение концентрации внутриклеточных метаболитов (металлотионеины, БТШ, антиоксиданты, Ca 2+ и др.)
Репарация, синтез защитных веществ
Пролиферативная активность, повреждение и гибель клеток
Рост, развитие и фотосинтетическая активность растений, аномалии скелета, морфологические отклонения, частота новообразований, изменения иммунной реакции и состава крови, поведен-ческие реакции, выживаемость, стерильность
Посевные качества семян, показатели роста, воспроизводства и половозрастной структуры популяции
Изменение возрастной, половой и генетической структуры популяции
Биомасса (продуктивность ценоза), обилие, видовое разнообразие, трофическая структура, перераспределение популяций по степени доминирования
Изменение видового состава, структуры и продуктивности биоценоза
Наиболее ранние изменения можно зафиксировать на молекулярно-клеточном уровне организации живой материи
До высших уровней биологической организации стрессовые воздействия чаще всего доходят с запаздыванием и в значительно смягченной, косвенной форме
Хотя может быть и «эффект бабочки»…
Преимущества и недостатки оценки состояния окружающей среды по абиотическим и биотическим показателям
Мониторинг загрязняющих веществ
Преимущества и недостатки оценки состояния окружающей среды по абиотическим и биотическим показателям
Мониторинг загрязняющих веществ
Преимущества и недостатки оценки состояния окружающей среды по абиотическим и биотическим показателям
Мониторинг загрязняющих веществ
Методы оценки качества окружающей среды
отбор проб воды, воздуха, почвы; анализ в лаборатории с использованием химико-физических методов
Регистрация биологических эффектов у живых организмов
— в естественных условиях
— в лабораторных условиях
Только часть информации, необходимой для оценки повреждающего действия поллютантов
Особенно полезны при оценке неизвестных соединений, комбинированного загрязнения (отходы)
Оба вида мониторинга, отражая разные стороны единого процесса, лишь в совокупности способны дать объективную и адекватную оценку экологической ситуации
Принцип слабого звена
зоны вторичного накопления загрязняющих веществ (депо)
Почва, донные отложения
Сосна, млекопитающие, дождевые черви
критические органы (тест-системы)
Внешнее излучение – гонады
Что такое биологический мониторинг? Его место в системе экологического мониторинга
Принципы организации биологического мониторинга
Преимущества и недостатки оценки состояния окружающей среды по абиотическим и биотическим показателям
МОНИТОРИНГ
Полезное
Смотреть что такое «МОНИТОРИНГ» в других словарях:
МОНИТОРИНГ — (от англ. monitoring, от лат. monitor напоминающий, надзирающий), комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенных воздействий. Мониторинг не включает управление качеством… … Экологический словарь
Мониторинг — система сбора/регистрации, хранения и анализа небольшого количества ключевых (явных или косвенных) признаков/параметров описания данного объекта для вынесения суждения о поведении/состоянии данного объекта в целом. То есть для вынесения суждения… … Википедия
мониторинг — – аналитический контроль химических загрязнений на исследуемой территории. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] Мониторинг – относительно продолжительное наблюдение за изменениями параметров (состава) объекта или процесса, фиксация изменений… … Химические термины
МОНИТОРИНГ — МОНИТОРИНГ, комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или ее отдельных частей, главным образом под влиянием человеческой деятельности (так называемого антропогенного воздействия). Наиболее важны в системе… … Современная энциклопедия
Мониторинг — (от лат. monitor тот, кто напоминает, предупреждает * a. monitoring; н. Monitoring; ф. monitoring; и. monitoring) комплексная система регламентированных периодич. наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния природной среды c целью… … Геологическая энциклопедия
МОНИТОРИНГ — [ Словарь иностранных слов русского языка
Мониторинг — МОНИТОРИНГ, комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или ее отдельных частей, главным образом под влиянием человеческой деятельности (так называемого антропогенного воздействия). Наиболее важны в системе… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
МОНИТОРИНГ — наблюдение за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенно растительного покрова, а также техногенных систем) с целью ее контроля, прогноза и охраны. Различают глобальный, региональный и локальный уровни мониторинга. Проводится с… … Большой Энциклопедический словарь
мониторинг — прогноз, оценка, наблюдение Словарь русских синонимов. мониторинг сущ., кол во синонимов: 4 • наблюдение (60) • … Словарь синонимов
Мониторинг — (англ. monitoring) система наблюдений, оценки, прогноза состояния и динамики какого либо явления, процесса или иного объекта с целью его контроля, управления его состоянием, охраны, выявления его соответствия желаемому результату или… … Энциклопедия права
Определение биологический мониторинг (биомониторинг). Задачи биомониторинга
Мониторинговые наблюдения за состоянием ОС охватывают наблюдения за изменением не только абиотической составляющей биосферы, но и ответной реакцией её биотического компонента, что определяет широкий спектр методов и приёмов исследований, используемых при проведении экологического мониторинга. Именно сообщества живых организмов относятся к наиболее показательным при оценке изменений, протекающих в экосистеме под влиянием антропогенных факторов, т. к. они являются конечным звеном протекающих в биогеоценозах процессов. Поэтому для мониторинга окружающей среды одной из важных составляющих является мониторинг состояния биосферы или биологический мониторинг (биомониторинг) – система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения и проявляемых на организменном, популяционном или экосистемном уровнях. Т. е. это комплекс наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биологических систем под влиянием антропогенных воздействий.
Основными задачами биологического мониторинга являются:
ü оценка качества изучаемых экосистем (в конечном итоге – с точки зрения возможности их использования человеком);
ü выявление причин наблюдаемых и вероятных структурно-функциональных изменений биотических компонентов и адресная индикация источников и факторов негативного внешнего воздействия;
ü прогноз устойчивости экосистем и допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;
ü оценка существующих резервов биосферы и тенденций в их исчерпании (накоплении).
Ещё одно широко используемое определение термина биологический мониторинг – наблюдение за биологическими объектами (наличием видов, их состоянием, появлением случайных интродуцентов и т. д.) и оценка качества окружающей среды с помощью организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы – это организмы или сообщества организмов, по наличию, состоянию и поведению которых судят об естественных и антропогенных изменениях в среде, в т. ч. о присутствии и концентрации загрязнителей.
Индикаторное сообщество – это сообщество организмов, по скорости развития, структуре и благополучию отдельных популяций микроорганизмов, грибов, растений и животных которого можно судить об общем состоянии среды, включая её естественные и искусственные изменения.
Проведение наблюдений за состоянием ОС с использованием биоиндикаторных организмов называют биоиндикацией. Биоиндикация – это метод оценки изменений в среде при помощи биологических объектов, т. е. определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. Это относится ко всем видам антропогенных загрязнений. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.
Задачи биоиндикации и биомониторинга:
ü разработка методов и критериев для адекватной оценки уровней антропогенного воздействия с учётом комплексного характера загрязнения;
ü диагностика ранних нарушений в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ.
Биомониторинг и биоиндикация могут осуществляться на различных уровнях организации биосферы: макромолекул, клетки, ткани, органа, организма, популяции, биоценоза.
Проведение биологического мониторинга имеет как преимущества, так и недостатки по сравнению с аналитическими методами оценки качества ОС.
Преимущества биомониторинга:
ü доступность и дешевизна по сравнению с химическими методами;
ü получение интегральной оценки влияния комплекса загрязняющих веществ;
ü возможность использовать биоиндикаторы на всех уровнях организации;
ü возможность распознавать ранние симптомы нарушения экосистем, трудно регистрируемые химическими методами, на момент, пока расходы на восстановление не стали слишком велики.
Недостатки использования биоиндикаторов:
ü трудность интерпретации реакции организмов на действие различных факторов и точной количественной оценки степени воздействия факторов – для большинства видов реагирование на любое техногенное воздействие (если оно не носит катастрофический характер) принципиально не отличается от выработанных в ходе эволюции тривиальных реакций на колеблющиеся изменения среды;
ü существенная многомерность факторов среды и измеряемых параметров экосистем;
ü недостаточный уровень знаний о реакции живых организмов и экосистем в целом на действие антропогенных факторов.
Биоиндикация незаменима в случаях, когда: фактор трудно измерить или он не может быть измерен; фактор легко измерить, но трудно интерпретировать.
Критерии выбора биоиндикатора:
ü организм должен давать быстрый ответ;
ü надёжность реакции и повторяемость (ошибка
Дата добавления: 2017-05-18 ; просмотров: 6719 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Биологический мониторинг
Автор: Пользователь скрыл имя, 22 Января 2012 в 16:30, реферат
Описание работы
Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга слежения за состоянием окружающей среды по физическим, химическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов. В 1990 г. экономическая комиссия Европы под эгидой ООH приняла программу интегрированного мониторинга (IM) окружающей среды по следующим группам показателей (в скобках указано их количество): общая метеорология (6), химизм воздуха (3), химизм почвенных и подземных вод (4), химизм поверхностных вод (4), почва (6), биологические показатели (
Содержание
Введение
1. Методы биологического мониторинга
1.1 Метод биоиндикации
1.2 Метод биотестирования
1.3 Метод оценки значимости воздействий
2. Основные характеристики биоиндикаторов
2.1 Основные биоиндикаторы для оценки загрязнения атмосферы
2.2 Основные биоиндикаторы для оценки загрязнения водных объектов
2.3 Основные биоиндикаторы для оценки загрязнения почв
3. Биоиндикация окружающей среды
3.1 Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов
3.2 Особенности использования животных качестве биоиндикаторов
4. Использование метода биологического мониторинга в разных странах
Заключение
Работа содержит 1 файл
Биол монит.doc
1. Методы биологического мониторинга
1.1 Метод биоиндикации
1.2 Метод биотестирования
1.3 Метод оценки значимости воздействий
2. Основные характеристики биоиндикаторов
2.1 Основные биоиндикаторы для оценки загрязнения атмосферы
2.2 Основные биоиндикаторы для оценки загрязнения водных объектов
2.3 Основные биоиндикаторы для оценки загрязнения почв
3. Биоиндикация окружающей среды
3.1 Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов
3.2 Особенности использования животных качестве биоиндикаторов
4. Использование метода биологического мониторинга в разных странах
Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга слежения за состоянием окружающей среды по физическим, химическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов. В 1990 г. экономическая комиссия Европы под эгидой ООH приняла программу интегрированного мониторинга (IM) окружающей среды по следующим группам показателей (в скобках указано их количество): общая метеорология (6), химизм воздуха (3), химизм почвенных и подземных вод (4), химизм поверхностных вод (4), почва (6), биологические показатели (11).
Мониторинг биологический – это слежение за природными и антропогенными процессами, протекающими в биоценозах и на более высоких уровнях биологической организации, с целью выявления изменений, возникающих при взаимодействии живого с факторами внешней среды (колебания численности популяций, накопление тяжёлых металлов в организмах и др.) и изучения ответных реакций всех биологических уровней на эти воздействия (изменение климата, разрушение биоценозов, заболевания организмов и др.).
Биоиндикация является одним из методов биологического мониторинга. Биоиндикация (bioindication) – это обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Живые объекты (или системы) – это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может проводиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и т.д.), так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ) [1].
Существует еще один метод биологического мониторинга. Биотестирование (bioassay) – это процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Для оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живых организмов (или отдельных органов, тканей, клеток и молекул).
Для проведения различных исследований в области биомониторинга требуются биоиндикаторы, с помощью которых определяются показатели качества водных объектов, атмосферы, а также состояния почв. Основные биоиндикаторы более подробно будут рассмотрены далее.
1. Методы биологического мониторинга
1. Биоиндикация — метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы — организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.
2. Биотестирование — метод, позволяющий в лабораторных условиях оценить качество объектов окружающей среды с помощью живых организмов.
3. Оценка компонентов биоразнообразия — является совокупностью методов сравнительного анализа компонентов биоразнообразия [2].
1.1 Метод биоиндикации
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 временного 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:
С точки зрения математики поставленная задача биоиндикации в реальных условиях относится к классу плохо формализуемых задач, поскольку характеризуется следующими особенностями:
1.2 Метод биотестирования
1.3 Метод оценки значимости воздействий
Значимость воздействия непосредственно зависит от его вида или природы (шумовое, радиационное, выбросы определенных веществ в воздух и т.д.), физической величины и вероятности его возникновения [Черп и др., 2000]. Понятие величины охватывает здесь несколько факторов, таких как интенсивность воздействия (например, повышение величины показателя БПК5 в реке до 10 мг/л); продолжительность воздействия; масштаб распространения воздействия. При этом масштаб распространения воздействия оценивается как в терминах площади (например, территория, на которой зафиксировано повышение радиационного уровня), так и в терминах численности биологических объектов, наличия особо охраняемых территорий и т.д., подвергающихся воздействию данного фактора. Дополнительным аспектом, который чаще всего не учитывается при оценке значимости воздействий, является его контекст. Воздействия, одинаковые по величине и вероятности, могут рассматриваться как более или менее важные, влиять на принимаемые решения в большей или меньшей степени в зависимости от того, где именно они имеют место, как они воспринимаются заинтересованными лицами, какова сложившаяся социальная обстановка и т.д.
Для оценки значимости существует множество методов: например, Н. Ли описывает 24 метода. Наиболее простым и часто применяемым методом оценки значимости является сравнение их с универсальными стандартами. Стандарты могут быть количественными (например, предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ) или носить характер качественных норм (например, ограничения на определенные виды хозяйственной деятельности в пределах особо охраняемой природной территории или вблизи культурных памятников). Однако следует иметь в виду важные ограничения применимости стандартов для оценки значимости:
Очень близок к сравнению со стандартами метод оценки значимости, основанный на сравнении величины воздействия с усредненными значениями данного параметра для рассматриваемой местности. Такой метод вносит в оценку значимости элемент «контекста», учета местной ситуации. К этому типу методов относится сравнение параметров состояния окружающей среды с фоновыми значениями. Сравнение величины воздействий со стандартами или с характерными значениями является «объективным» методом оценки значимости воздействий (хотя стандарты, конечно, могут рассматриваться как субъективная величина).
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».
2. Основные характеристики биоиндикаторов