Что можно назвать индикаторами загрязнения атмосферного воздуха

21 век стал эпохой огромного влияния человека на окружающую среду. Чтобы контролировать свое влияние на планету, человек начал использовать растения и животных для оценки состояния окружающей среды, биондикации. Близкие по строению животные показывают, что произойдет с человечеством, если не снизить уровень вредоносных выбросов. Растительность же покажет будущее планеты, если человек не позаботится о ней.

Содержание статьи:

Растения как индикаторы загрязнения

В качестве индикатора загрязнения окружающей среды используются бактерии, растения, животные и прочие вещества. Растения выступают основным индикатором загрязнения. С их помощью можно определить уровень примесей:

• в воздухе;
• в воде;
• в почве.

Важным свойством биоиндикаторов является чувствительность к токсичным выбросам. Растения, как индикаторы загрязнения окружающей среды делятся на аккумулятивные — это те многоклеточные, которые накапливают вредные вещества, и чувствительные — организмы, которые дают быструю реакцию на изменения среды.

Используются как индикатор загрязнения по следующим причинам:

• Растительные не могут перемещаться, они связаны со своим местом обитания, это облегчает сбор данных.
• Благодаря развитым корневым системам, возможен анализ литосферы.
• Из-за способа получения энергии, растительные организмы показывают более высокую чувствительность к загрязнению атмосферы токсинами, парами тяжелых металлов относительно животных.

Опыты с растениями, выбранными в качестве индикаторов загрязнения воздуха, показывают высокую уязвимость фотосинтеза к вредным соединениям. Небольшая концентрация токсичного вещества нарушает только процесс фотосинтеза.

При увеличении концентрации токсичных веществ, происходит:

• Нарушение окраски листьев и органоидов.
• Изменения работы ферментов.
• Падение выработки антиоксидантов.
• Снижение стабильности развития составных частей организма.
• Снижение продуктивности и жизнеспособности.

Работа индикаторов загрязнения окружающей среды на основных ступенях организации заключается в оценке показателей загрязнения атмосферы. Проводится на уровнях:

• Молекулярный.
• Клеточный.
• Тканевый.
• Организменный.
• Популяционный.

Низшие ступени биоиндикации позволяют рассмотреть прямое влияние среды и специфические изменения отдельных образцов. Высшие дают возможность увидеть косвенные и нехарактерные изменения. Комплексное рассмотрение всех уровней материи оценивает антропогенное воздействие на планету.

Клеточный уровень

Биондификация проводится через рассмотрение физиологического влияния внешней среды. Клетки являются ярко выраженными показателями загрязнения атмосферного воздуха. Растительные клетки отражают ранние нарушения во внешней среде:

• Разрушение мембран клеток.
• Нарушение баланса основных веществ — белков, ферментов, аминокислот.
• Накопление токсина внутри клетки.

Многие растения являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха, какие-то дают возможность определить степень по нескольким критериям, а некоторые сразу гибнут, не справляясь с изменениями.

Хвойники

Хвойные деревья используются как объект изучения чаще остальных, Они являются основными индикаторами загрязнения окружающего воздуха. При анализе рассматривается множество параметров:

• Цвет хвои.
• Опадаемость.
• Концентрация фенолов.
• Наличие воска у иголок.
• Темп фотосинтеза и проч.

Благодаря круглогодичным процессам хвойных, можно прослеживать уровень загрязнения атмосферного воздуха в динамике. Показателями загрязнения воздуха и почвы фтором станут: побеление иголок у основания и потемнение иголок, связанные с отмиранием.

Лишайники

Исследования демонстрируют пригодность симбиотов для биоиндикации. Лишайники, которые относятся к симбиотическим организмам, используются в роли индикаторов загрязнения воздуха:

1. Автотрофы реагируют на загрязнение атмосферы, на изменения ее состава.
2. Отличаются биохимически от других видов и царств.
3. Произрастают в различных климатических условиях.

Живущие на загрязненных территориях, они демонстрируют достоверные сведения о степени токсичности воздуха. Существует группа элементов, к которым особо чувствительны — оксид азота, фтороводород, оксид серы, тяжелые металлы и хлороводород. Часто гибнут даже при невысоком содержании данных веществ в атмосфере.

Примеры растений-индикаторов загрязнения окружающей среды

Фитоиндикация — оценка состояния атмосферы, почвы с использованием растений, относится к основным инструментам анализа. Состав воздуха, оказывает влияние на жизнедеятельность и развитие каждого организма. Увеличение концентрации токсичных соединений в атмосфере пагубно влияет на автотрофные организмы.

Как растения, которые являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха реагируют на изменения:

1. Увеличение концентрации бария в воздухе будет отражаться на лиственных деревьях, таких как осина или береза. Листья приобретут слишком яркий цвет.
2. Кресс-салат реагирует на выбросы промышленных газов, нарушается фотосинтез, растение быстрее гибнет.
3. Некоторые комнатные растения являются показателями загрязнения атмосферы. Домашний бальзамин реагирует на выброс тяжелых металлов в атмосферу и гибнет.
4. Листья Гардении станут желтоватыми при резком повышении концентрации угарного газа. Организм реагирует в течение нескольких часов и спасает владельцев от удушья.
5. При смоге гибнут томаты, бегонии и бобовые.
6. Фрезия и Гладиолус гибнут при попадании фтора в воздух. Листья начинают отмирать, затем гибнет все растение.
7. Выброс аммиака губителен для подсолнухов.
8. Картофель и кукуруза чувствительны к появлению озона в атмосфере. Листья растений становятся серыми и покрываются пятнами.
9. Листья табака в аналогичных условиях становятся белыми, покрываются пятнами.

Индикаторами загрязнения почвы среди растений также являются:

• Иван-чай теряет пигментацию лепестков при наличии Урана в почве.
• Повышенная насыщенность солью отражается на березах. Листья покрываются желтыми пятнами, по краям начинает отмирать.

Основным показателем, характеризующим загрязнение воздуха помещений, является концентрация углекислого газа. При содержании вещества выше 3% относительно количества воздуха в помещении, газ оказывает токсическое действие. Выработке кислорода помогают автотрофные организмы.

Оценка качества окружающей среды с помощью растений

Некоторые виды автотрофов особо подвержены влиянию загрязнений воздуха. В 21 веке используется концепция экологического анализа среды. Организмы могут отражать:

• Проявления отдельных токсичных веществ.
• Качественное изменения среды.

После обнаружения наличие загрязнителей в среде, ученые проводят измерения концентрации токсинов. Состояние окружающих условий на видовом и популяционном уровнях выражается через продуктивность организмов. Промышленные районы могут стать «лишайниковой пустыней», так как представители этих видов острее всего реагируют на выбросы фтора и сернистого газа.

Транспорт и предприятия являются источниками токсичных веществ. Последствия выбросов обусловлены соединениями газов, которые попадают в организм и образуют вредные соединения. Растения становятся индикаторами загрязнения воздуха из-за своей зависимости от качества среды. Влияние поллютантов (токсинов) определяется:

1. Концентрацией токсичных веществ в воздухе.
2. Длительностью воздействия веществ на организм.
3. Относительного влияния токсина на конкретный вид.

Выделяется 3 основных индикатора загрязнения атмосферного воздуха у хвойного растения:

1. Нарушение работы хлоропластов.
2. Повреждение других органелл клетки.
3. Полное разрушение органелл или переход их в бесструктурное состояние.

Биология разделяет 2 вида реакции растительных на токсичные выбросы в воздух:

• Газоустойчивость. Организм способен поддерживать процессы жизнедеятельности независимо от уровня заражения воздуха.
• Газочувствительность. Развитие прошло под воздействием токсичных веществ, которые изменили работу основных процессов внутри организма.

Обе реакции протекают незаметно, но нарушают и ухудшают качество и состояние растения.

Оценка загрязнения почвы с помощью растений

Растения служат индикаторами увеличения концентрации металлов и токсинов в почве. Выделяют следующие характеристики грунта, который подвергается биоиндикации: влажность, концентрация питательных веществ, концентрация токсичных веществ, кислотность.

Животные — индикаторы

Индикаторами загрязнения окружающей среды выступают как растения, так и животные. Животные в роли индикатора загрязнения окружающей среды становятся объектом изучения, так как максимально близки к человеку физиологически. Их поведение при ухудшении экологии позволит предсказать реакцию не только растительности, но и человека.

Позвоночные используются как показатель из-за следующих причин:

1. Относятся к консументам, занимают место в каждом уровне экосистем, накапливают токсины, которые получают по пищевой цепи.
2. Активный обмен веществ способствует быстрой реакции на негативное влияние внешней среды.
3. Ткани неоднородны по строению и характеристикам. Отличаются по способности аккумулировать токсичные вещества. Возможен глубокий анализ тканей и их функционирования.
4. Животные с высокой рождаемостью и недлительным периодом развития используются для экспериментов, требующих анализ влияния условий на потомство.
5. Животные дольше адаптируются к антропогенному воздействию. Это позволяет изучать реакцию на внешние факторы.

Преимущество животных как биоиндикаторов — схожесть с человеком по физиологическим качествам.

Недостатки:

• Эксперименты требуют большего времени, чем опыты с растениями.
• Работа с животными требует больших затрат.

Опыты с животными предоставляют возможность оценки состояния многоклеточных и внешней среды на каждой ступени биоценоза. На уровне организма анализируются: поведенческие, физиологические, биохимические и морфологические показатели.

Морфологический анализ дает оценку строения животного, внешние и внутренние изменения вследствие конкретных факторов. Биохимические и физиологические показатели реагируют на внешние изменения. Токсичные вещества попадают в кровь животного, меняют работу систем жизнедеятельности. Характерными изменениями являются:

• Изменения ритма дыхания.
• Нарушение сокращений сердца.
• Изменение репродуктивных процессов.

Основными критериями выбора животных для биоиндикации являются:

• Обширный ареал.
• Высокая численность вида.
• Животные ведут оседлый образ жизни, не совершают миграций.

В условиях повышения загрязненности внешней среды биоиндикация становится одним из ключевых способов изучения воздействия человека на планету. Дает возможность найти баланс между человеком и природой.

Зеленые контролеры | Статья в журнале «Юный ученый»

 

Ранее в ходе исследовательской работы ««Новые кадры» на предприятиях», я производил экспериментальное биотестирование животных — индикаторов окружающей среды.

В работе опирался на знания, приобретенные в рамках экологического проекта «Малая академия наук», в ходе которого через встречи с кандидатами биологических наук, я понял какую роль играют в нашей жизни животные и растения, которые могут своим поведением, внешним видом, химическим составом и количеством показать изменения в окружающей среды.

По результатам предыдущего исследования я сделал вывод, что животные — тестеры загрязнений могут «работать» в домашних условиях. А какие существуют «зеленые контролеры» загрязнений, и могут ли они быть «домашними помощниками», я решил узнать в новом своём исследовании.

Цель: выяснить, какие растения являются индикаторами токсичности окружающей среды и как на них влияют изменения внешних условий.

Гипотеза: можно ли «зеленых контролеров» со станций фонового мониторинга «переманить» в свою домашнюю «лабораторию биомониторинга», чтобы наблюдать за загрязнением среды вокруг себя.

Задачи:

1)        изучить литературу о разработках систем биомоноторинга, существующих методах экологического контроля;

2)        выяснить, как изменяются особенности развития и «поведения» у растений на загрязняющие факторы;

3)        узнать, как с помощью растений — индикаторов можно выявит токсичность среды;

4)        провести экспериментальное биотестирование атмосферного воздуха на токсины;

5)        сделать выводы по результатам исследования.

Методы исследования:

1. анализ научной литературы;
2. изучение средств массовой информации;
3. консультации;
4. моделирование условий;
5. наблюдение и фиксация отдельных физиологических проявлений у растений.

Часть 1

Естественная окружающая среда, в разнообразии своих проявлений, имеет огромное непосредственное влияние на человека, но и человек влияет на окружающую среду, главным образом, загрязняя ее.

Сегодня во многих странах введены специальные меры для обеспечения охраны окружающей среды; разработаны методики физико-химического анализа выбросов вредных газов и веществ в атмосферу и гидросферу с целью их сокращения.

Но еще в глубокой древности люди стали замечать тесную связь растений с окружающей их природной средой. Но в те времена даже биология не являлась отдельной наукой, а только одной из составляющих философии. [13]

В современном мире все больше внимания уделяют возможностям биомониторинга. Ему отводится важная роль в индикационной геоботанике, экологии, физиологии и биохимии растений, биогеографии, геологии, геохимии, гидрогеологии и других науках. Изучать окружающую среду с помощью растений сегодня стараются во всем мире. [1]

В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды (Ю. А. Израэль[1], 1979г.), составной частью которого является биологический мониторинг, осуществляемый на станциях фонового мониторинга.

Растениями-индикаторами пользуются при оценке механического и химического состава почвы, воздуха, воды, в поисках пресных вод в пустыне и при разведке полезных ископаемых. Растения реагируют на изменения внешней окружающей среды, являясь «зелеными тестерами» загрязнений.

Меня заинтересовали эти «зеленые контролеры», которые «работают» на станциях фонового мониторинга.

Поэтому, я решил выяснить, какие растения являются индикаторами токсичности окружающей среды и как влияют изменения внешних условий на них.

Из литературы я узнал, что главными источниками загрязнений окружающей среды в России являются большие промышленные предприятия, тепловые и атомные электростанции, автомобильный транспорт. [2]

Для получения более подробной информации по теме, я обратился к инженеру-экологу Ивановой Наталье Николаевне сотруднику АО «Восточный Порт».

Так из беседы, я узнал, что в настоящее время существует концепция комплексного экологического мониторинга природной среды (Ю. А. Израэль, 1979г.), составной частью которого является биологический мониторинг, осуществляемый на станциях фонового мониторинга.

Так же, я выяснил, что в настоящее время при оценке состояния окружающей среды ведущая роль отводится физическим и химическим методам экологического контроля. Однако существующие системы нормативов не обеспечивают экологическую безопасность, т. к. не имеют возможности оценки токсичности. Вот для этого и стали разрабатывать биологический метод контроля: растения столь же чувствительны, как животные и мы с вами. Они способны воспринимать окружающий мир. [8]

Организм человека за последние десятилетия адаптировался к окружающей атмосфере. Люди не замечают, чем они дышат. А вот растения всегда начеку и могут вовремя подсказать, что в воздухе появились ядовитые для организма вещества.

Изучая научную литературу, я узнал, что не каждое растение может быть индикатором. Лучшими индикаторами являются так называемые стенобионты — виды, приспособленные к существованию в строго определенных условиях и не выносящие больших колебаний окружающей среды. Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, почвы, воды, так и для оценки общего качественного состояния природной среды. [1]

Я выяснил, что индикаторами чистоты воздуха в первую очередь являются мхи и лишайники. Главный враг лишайников в городах — сернистый газ. Лишайники нетребовательны к факторам внешней среды, они являются пионерами, поселяющимися на голых скалах. Однако для своего существования эти растения нуждаются в очень чистом воздухе. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство высших растений, вызывает массовую гибель лишайников. [1]

Хвойные породы особенно сильно страдают от сернистого газа. Чувствительность к нему у хвойных пород убывает в такой последовательности: ель, пихта, сосна веймутова, сосна обыкновенная, лиственница. Продолжительность жизни хвои сосны в зонах сильного загрязнения сернистым газом составляет один год, тогда как в норме — 3–4 года, при этом хвоя меняет зелёную окраску на тёмно-красную. [7]

Также я узнал, что гладиолус и фрезия не переносят фтора в атмосфере. Для индикации загрязненности атмосферы тяжелыми металлами и ароматическими углеводородами используются бальзамин и фасоль. Подсолнечник не выносит выброса аммиака в атмосферу. Шпинат и горох не будут расти при выбросах сероводорода. Чрезвычайно чувствительно к выхлопным газам автомобилей комнатное растение традесканция. [7]

Изучая, средства массовой информации, я узнал о том, как Европе комнатное растение — гардения спасла жизнь своей хозяйке. Растение очень чувствительно к угарному газу.

Отравление угарным газом — острое патологическое состояние, развивающееся в результате попадания угарного газа в организм человека, является опасным для жизни и здоровья, и без квалифицированной медицинской помощи может привести к летальному исходу. [12]

Угарный газ попадает в атмосферный воздух при любых видах горения. В городах в основном в составе выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания; в домашних условиях при утечке светильного газа и при несвоевременно закрытых печных заслонках в помещениях с печным отоплением (дома, бани), при не исправных газонагревательных приборах.

Угарный газ активно связывается с гемоглобином и блокирует передачу кислорода тканевым клеткам, что приводит к гипоксии. Угарный газ также включается в окислительные реакции, нарушая биохимическое равновесие в тканях.

Под воздействием токсичных веществ в атмосфере у некоторых видов растений изменяются особенности развития (скорость роста, процесс размножения и др. ), у других «зеленых индикаторов» изменяется внешний вид (уродуется крона, видоизменяются лепестки, меняют цвет тычинки или листья), третьи — способны накапливать загрязняющее вещество в своих тканях. [1]

Растения постоянно присутствуют в окружающей человека среде и реагируют на кратковременные и залповые выбросы загрязняющих веществ, которые может не зарегистрировать автоматизированная система контроля с периодическим отбором проб на анализы.

Изучив литературу и получив информацию от специалистов предприятий, выяснил:

1.      Ведущая роль для оценки состояния окружающей среды отводится физико — химическими методам, а также биомониторингу.
2.      «Зелеными-индикаторами» пользуются в поисках пресных вод в пустыне и при разведке полезных ископаемых, при оценке механического и химического состава почвы, воздуха, воды.
3.      Биоиндикаторы отражают степень опасности соответствующего состояния окружающей среды для всех живых организмов, а значит и для человека.
4.      Биологический мониторинг обходится намного дешевле химического.
5.      Живые тестеры загрязнений сейчас изучаются во многих институтах России. Выявляются все новые «способности» растений. Уже известны растения, реагирующие на диоксин, наркотики, взрывчатку и другие вещества, выявление которых актуально в наше время. Такие растения-индикаторы опасности могут значительно упростить в некоторых случаях контроль за наличием тех или иных химических веществ в воздухе. Селекционным путем эти «способности» стараются усилить и поставить растения на службу человеку.

Часть 2

Для того, чтобы доказать, что «зеленые контролеры» могут «работать» в домашних условиях, я решил произвести экспериментальное биотестирование путем регистрации изменения внешнего вида растения (окраса листьев), при воздействии на тест-объект (растение — индикатор) посредством имитации возможных путей поступления вредного вещества в ткани (с воздухом), и сравнения данных с индикацией контрольного прибора.

Тестируемой средой являлся воздух в помещении дома с печным отоплением, тест-объектами стали комнатные растения: гардения жасминолистная (Gardenia jasminoides), сансевиера трёхполосная (Sansevieria trifasciata), орхидея фаленопсис (Phalaenopsis) (Рисунок 1).

Рис. 1. Тест-объекты

 

Контрольный прибор — бытовой универсальный детектор загрязнителей воздуха «Спасатель» (ООО «НПП «БИОС», г. Смоленск) предназначенный для обнаружения природного топливного газа (метана), пропана, бутана и угарного газа (монооксида углерода) в воздухе бытовых и коммунальных помещений с последующей выдачей световой и звуковой сигнализации. [15] (Рисунок 2)

Рис. 2. Контрольный прибор — бытовой универсальный детектор загрязнителей воздуха «Спасатель»

 

До начала активной фазы эксперимента, чтобы исключить другие негативные факторы, все комнатные растения занесли в исследуемое помещение, создали благоприятные условия, где они произрастали 1 месяц.

Подготовка к эксперименту:

1.      Установлен, согласно инструкции, детектор загрязнителей воздуха: 1,5 метра над уровнем пола, приведен в рабочий режим. Заводская настройка чувствительности датчика «Спасателя» позволяет обнаружить опасные примеси (СО 220 мг/м³) в воздухе помещения до достижения концентрации опасных для здоровья и жизни людей (СО ≥600 мг/м³).
2.      Растения установлены на уровне детектора загрязнителей воздуха.
3. Вентиляция в помещении осуществляется естественная, безо всякого дополнительного оборудования.

Далее, была растоплена печь, в качестве горючего использован каменный уголь. На стадии появления синеньких огоньков (сгорание угарного газа), была прикрыта отдушина в трубе (печная заслонка).

Соблюдая технику безопасности, люди покинули помещение.

Оценка внешнего вида и состояния растений производилась через 1 час, 1,5 часа, 2 часа. (Таблица 1)

 

Таблица1

Фиксация изменений биологически значимых показателей у комнатных растений при загрязнении воздуха угарным газом

 

Результат эксперимента показал, что из испытуемых растений, «дышавших» загрязненным угарным газом воздухом, только гардения, среагировала на фитотоксикант — листья пожелтели — произошла деградация хлорофилла — зелёного пигмента, окрашивающего хлоропласты растения в зелёный цвет и необходимого для осуществления процесс фотосинтеза (изменение биологически значимых показателей). (Рисунок 3)

Рис. 2. Изменение биологически значимых показателей (деградация хлорофилла)

 

у комнатного растения гардении жасминолистной при загрязнении воздуха угарным газом

«Живой прибор» раньше заводского «просигнализировал» о загрязнении. (Таблица 2)

 

Таблица 2

Сравнение чувствительности гардении жасминолистной и детектора загрязнителей воздуха «Спасатель» к токсичному загрязнению воздуха угарным газом

 

Заключение

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Растения реагируют на изменение токсичности окружающей среды.
2. Растения являются более чувствительными к изменению окружающей среды, чем бытовые детекторы.
3. Биотестирование является более оперативным способом оценки качества окружающей среды.
4. Биомониторинг — способ менее дорогостоящий по сравнению с остальными методами.
5. Методы и способы биоиндикации более понятны «непрофессионалам».

В наше время тема загрязнения среды, экологических проблем выходят на первый план. Хотя еще недавно люди совершенно не задумывались о будущем. Не понимали, что жизнь и процветание нашей планеты и существ, растений, заселяющих её, зависит от многих факторов. Экологическая проблема — самая важная.

Взаимоотношения «человек — природа» всегда должны быть гармоничными, потому что только это обеспечит человеку здоровье и качественное развитие всего общества.

Сохранение природы в первозданном виде является отображением культуры каждого человека и общества в целом. Выполнив свое исследование, я могу утверждать, что несмотря на доступность, биоиндикация является достаточно сложным исследованием. Поэтому полученный опыт готов передавать всем, кто к этому проявляет интерес.

Испытуемое растение — гардения жасминолистная — среагировало на токсичность окружающей среды и проявило себя как более чувствительный и надежный индикатор загрязненности атмосферы в сравнении с заводским детектором, к тому же работающем от электричества. А это значит, моя гипотеза подтвердилась, «зеленые контролеры» со станций фонового мониторинга могут «работать» в домашних условиях.

 

Литература:

 

1.      Артамонов В. И. Растения и чистота природной среды / режим доступа: https://bio.wikireading.ru/6047
2.      Афанасьев Ю. А., Фомин С. А., Меньшиков В. В. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: Учеб. пособие в 2 частях: Часть 2. Специальная / Ю. А. Афанасьев, С. А. Фомин, В. В. Меньшиков и др. — М.: Издано МНЭПУ, 2001–337 с.
3.      Ашихмина Т. Я., Домрачева Л. И., Кондакова Л. В. Биоиндикация и биотестирование — методы познания экологического состояния окружающей среды / Т. Я. Ашихмина, Л. И. Домрачева, Л. В. Кондакова и др. — Киров: ГПУ, 2005.-52с.
4.      Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по направлению подготовки «Биология» и биол. спец./ под ред. О. П. Мелеховой, Е. И. Сарапульцевой.-2-е изд., испр.- М.: Академия, 2008. — 288 с.
5.      Бубнов А. Г., Буймова С. А., Гущин А. А. Биотестовый анализ — интегральный метод оценки качества объектов окружающей среды: учебно-методическое пособие / А. Г. Бубнов, С. А. Буймова, А. А. Гущин и др.; под общ. ред. В. И. Гриневича; ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2007. — 112 с.
6.      Емельянов А. Г., Муравьева Л. В., Тихомиров О. А. Основные понятия и положения концепции комплексного экологического мониторинга геосистем региона: научная статья / Тверской государственный университет, 2014. / режим доступа: http://naukarus.com/osnovnye-ponyatiya-i-polozheniya-kontseptsii-kompleksnogo-ekologicheskogo-monitoringa-geosistem-regiona
7.      Меженский В. Н. Растения-индикаторы / В. Н.  Меженский. — М.: ООО «Издательство ACT», 2004. — 76 с.
8.      Романова Е. М. Биоиндикация и антропогенные стрессоры: курс лекций по Экология / д.б.н. Е. М. Романова.- Ульяновск: Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина, 2014. — 135с.
9.      Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие. Изд. 3-е, испр. и доп. / Под ред. Т. Я. Ашихминой. — М.: Академический Проект, 2006. —416 с.
10. Статья «Биомониторинг окружающей среды — метод будущего» / режим доступа: http://www.arhnet.info/story-2012-biomonitoring-okruzhajushhjej-srjedy—mjetod-budushhjego
11. Интернет-ресурс: Экосистема / режим доступа: http://www.ecosystema.ru
12. Интернет-ресурс: Википедия / режим доступа http://www.wikipedia.ru
13. Интернет-ресурс: Окружающая среда / режим доступа: http://www.okruzhayushchaya-sreda. ru
14. Интернет-ресурс: Центр экологических экспертиз / режим доступа: http://ekoex.ru/monitoring-zagryazneniya-okruzhayushhej-sredy/
15. Инструкция по эксплуатации бытового универсального детектора загрязнителей воздуха «Спасатель» (ООО «НПП «БИОС», г. Смоленск)

[1]  Юрий Антониевич Израэль (15 мая 1930, Ташкент — 23 января 2014, Москва) — советский и российский метеоролог, академик РАН

Лишайники как индикатор качества воздуха

Виды-индикаторы – это организмы, предоставляющие информацию о состоянии окружающей их среды. Лишайники являются одним из таких примеров и используются учеными для определения качества воздуха в данной местности. Читай дальше, чтобы узнать больше.

Что такое лишайники?

Лишайники представляют собой организмы, состоящие из симбиотических отношений между грибком и хлорофиллсодержащим партнером, либо водорослями, либо цианобактериями. Грибы не способны к фотосинтезу, так как у них нет хлорофилла, а у водорослей и цианобактерий он есть. Формируя симбиотические отношения, грибок получает постоянный доступ к питанию и, таким образом, может процветать. Лишайники встречаются как в природе, так и в созданной человеком среде, включая камни, деревья, бесплодную землю, металл и бетон. Они чувствительны к загрязнению воздуха, потому что получают все питательные вещества из атмосферы, что делает их ценными видами-индикаторами. В частности, на лишайники больше всего воздействуют два загрязнителя: азот (N) и диоксид серы (SO ₂ ).

Как азот влияет на лишайники?

Лишайникам для выживания нужен азот, так как он помогает им производить необходимые белки и органические кислоты. Кроме того, цианобактерии участвуют в так называемой фиксации азота, когда элемент превращается в аммиак, более стабильную и удобную в использовании форму. Азот, используемый лишайниками, может быть газообразным (N ₂ ) или иметь форму оксида азота (NO) или диоксида азота (NO ₂ ). Некоторые виды лишайников чувствительны к аммиаку, а другие нет. На самом деле слишком много азота может вызвать чрезмерное удобрение некоторых видов лишайников и привести к их гибели. Избыток азота также может убить хлорофилл водоросли, который лишает грибы необходимых для выживания сахаров.

Как двуокись серы влияет на лишайники?

Лишайники чувствительны к двуокиси серы. Соединение легко растворяется в воде, которую затем может усваивать организм, а также преобладает в воздухе в газообразном состоянии. Диоксид серы препятствует способности цианобактерий фиксировать азот и разрушает хлорофилл водорослей, тем самым подавляя фотосинтез. Соединение также препятствует размножению лишайников и прорастанию спор у некоторых видов.

Как лишайники используются для обозначения качества воздуха?

В Соединенных Штатах ведется мониторинг состояния здоровья различных видов лишайников, который сопоставляется с данными об атмосферных отложениях для выявления критических источников и общих уровней загрязнения воздуха. Атмосферное осаждение представляет собой процесс переноса газов и частиц из атмосферы на землю. В этом случае ученые рассматривают уровни осаждения азота для защиты чувствительных экологических систем.

Лишайники также использовались в Германии в качестве биоиндикатора загрязнения воздуха, поскольку они чувствительны к ряду загрязнителей воздуха. В частности, лишайники наиболее чувствительны к диоксиду серы, а также к другим кислым загрязняющим газам, а также к тяжелым металлам и фотоокислителям. В Германии существовало два метода, использующих лишайники в качестве индикаторов: экспонирование лишайников и регистрация роста лишайников на деревьях в естественных условиях. Запись деревьев следует определенному стандарту:

• Длина окружности должна быть не менее 60 см
• Должен быть самонесущим
• Не должен быть затенен или слегка затенен

Также важно отметить, что разные виды лишайников имеют разную чувствительность к загрязнителям воздуха. Таким образом, разнообразие видов лишайников учитывается при расчете и представлении индекса качества воздуха. Делается это путем определения степени покрытия и живучести.

Голландцы разработали метод классификации лишайников: «нитрофитные» виды лишайников процветают в среде с высоким содержанием азота и на коре деревьев с высоким pH, тогда как «ацидофитные» виды лишайников предпочитают противоположное. Было обнаружено, что pH коры зависит от концентрации диоксида серы. Этот метод использовался для картирования и мониторинга моделей загрязнения азотом и аммиаком в странах Европы, а также помог обнаружить, что лишайники реагируют на глобальное потепление. Голландский метод не следует путать с методом Элленберга, в котором используются «Значения N Элленберга», которые оценивают положение в градиенте продуктивности/наличия макронутриентов, при котором вид достигает максимальной численности. Метод состоит из «N-индекса Элленберга», определяемого путем присвоения N-балла каждому виду растений, так что общий средний балл для сообщества находится по шкале от бедных питательными веществами до богатых питательными веществами, оцениваемых от 1 до 10 соответственно. Этот метод также подходит для обозначения воздействия на окружающую среду, поскольку он использовался для обозначения изменения видов и колонизации во времени.

Лишайники также используются для контроля уровня азота на чайных плантациях Шри-Ланки и в гималайских лесах. Производители используют удобрения, содержащие азот в форме аммиака, и поэтому проводят исследования, чтобы увидеть, как этот элемент повлияет на экологию района.

Как лучше всего измерить качество воздуха?

Хотя нет никаких сомнений в том, что лишайники являются полезным видом-индикатором, информация, которую они предоставляют, ограничена — их можно использовать только для мониторинга уровней азота и диоксида серы, когда на самом деле существует гораздо больше загрязняющих веществ, представляющих угрозу для окружающей среды и здоровья. . Кроме того, виды-индикаторы не могут дать вам немедленную обратную связь о точных уровнях загрязнения, а только средние значения за более длительный период времени — аналогично данным, которые вы получили бы от долгосрочного пассивного сборщика. Это затрудняет поиск, контроль, управление и улучшение качества воздуха. Гораздо полезнее иметь данные в режиме реального времени, чтобы отслеживать прямое влияние меняющихся источников загрязнения, таких как движение транспорта в течение дня. Это также помогает отслеживать эффективность и успешность реализованных действий по обеспечению чистоты воздуха.

Современные технологии позволяют создавать и производить недорогие датчики качества воздуха IoT. Breeze Technologies является ведущим поставщиком этих датчиков, а также передовых данных и аналитики. Свяжитесь с нами, если вы хотите использовать новейшую технологию измерения качества воздуха с невиданным ранее разрешением данных и аналитическими данными!

Air (Служба национальных парков США)

Биоиндикаторы — это живые организмы, указывающие на состояние экосистемы. Лучшие биоиндикаторы многочисленны и их легко собрать, а некоторые из них можно использовать для понимания состояния и качества экосистемы с течением времени. Ученые используют биоиндикаторы, наряду с другими формами мониторинга, для изучения загрязнителей воздуха. Непрерывный биомониторинг может дать информацию о том, как со временем может улучшиться или ухудшиться состояние экосистемы. Отдел воздушных ресурсов Службы национальных парков (NPS-ARD) поддерживает долгосрочный мониторинг трех биоиндикаторов, связанных с качеством воздуха:

• Лишайники для измерения содержания азота и серы в экосистеме
• Листья растений для изучения повреждения растений озоном
• Личинки стрекозы для изучения ртути и ее воздействия на экосистему.

Некоторые виды лишайников очень чувствительны к изменениям окружающей среды и могут быть использованы для изучения загрязнения азотом и серой.

NPS Photo/Mike Bell

Лишайник

Некоторые лишайники чувствительны к атмосферному загрязнению, что делает их хорошими биоиндикаторами качества воздуха. В частности, эпифитные макролишайники — это лишайники, растущие на стволах и ветвях деревьев. Поскольку эти лишайники растут над землей, все питательные вещества они получают непосредственно из осадков и воздуха. Многие виды эпифитных лишайников имеют узкие экологические ниши и крайне чувствительны к изменению загрязнения воздуха. Это означает, что ученые могут отслеживать изменения в структуре сообщества эпифитных лишайников, чтобы оценить изменения в количестве азотного и сернистого загрязнения воздуха в районе. Образцы тканей обычных видов лишайников также можно использовать для оценки уровня загрязнения, которое они поглощают.

NPS использует методы, разработанные Лесной службой США/Программой инвентаризации и анализа лесов, для изучения того, как загрязнение воздуха может воздействовать на чувствительные виды лишайников. Ученые сравнивают лишайники, найденные в парках, с более чем 8000 ранее отслеживаемых мест, чтобы понять текущие условия и здоровье экосистемы. Чтобы узнать больше, посетите эту страницу о лишайниках как биоиндикаторах и узнайте, как это исследование проводится в полевых условиях.

Некоторые растения могут указывать на повреждение озоном, проявляя повреждения листьев, такие как крошечные черные точки или «точечки» на этой фотографии.

NPS Photo/Colleen Flanagan Pritz

Листья растений

Биоиндикаторы озона — это определенные растения, которые имеют явные повреждения листьев с локально повышенными концентрациями озона. Озон образуется в воздухе на уровне земли как в результате антропогенного загрязнения, так и из природных источников. Озон вызывает повреждение живых тканей; у растений это повреждение может вызвать видимые повреждения листьев, а также повреждения, которые труднее заметить, такие как снижение роста или производство семян.

Ученые изучают листья растений, чтобы определить и измерить ущерб, наносимый озоном. Участки растительности с биоиндикаторами озона могут находиться под постоянным наблюдением, или эти чувствительные растения могут быть размещены вместе в садах для повышения осведомленности более широкой аудитории, включая общественность. Озоновые сады позволяют персоналу парка и посетителям отслеживать, когда симптомы озона проявляются на листьях известных чувствительных растений, и делать вывод, что уровень озона достаточно высок, чтобы причинять менее заметный ущерб растениям в остальной части парка.

Национальный парк Грейт-Смоки-Маунтинс отслеживает повреждение озоном в своем озоновом саду с 2003 года и делится своими данными, а также мероприятиями для студентов на веб-сайте Hands on the Land . Узнайте больше о том, как Служба национальных парков использует озоновые сады , или посетите Сеть озоновых садов , чтобы получить дополнительные ресурсы по созданию собственного озонового биоиндикаторного сада. Сеть Cumberland Piedmont Network также проводит регулярные исследования диких популяций чувствительных к озону растений в своих парках. Все парки могут использовать список видов, чувствительных к озону, для определения дикорастущих растений, которые могут быть пригодны для мониторинга.

Личинки стрекоз — подводные хищники. Их изучение может показать, на что похожи уровни содержания ртути в пищевой сети.

U.S. Geological Survey Photo

Личинки стрекоз

Личинки стрекоз, ювенильная форма стрекоз, живущих под водой, могут служить биоиндикаторами ртути. Ртуть является загрязнителем, который может оказывать токсическое воздействие на здоровье человека и диких животных, вызывая проблемы с репродуктивным успехом или мышечной функцией и многое другое. Ртуть может выбрасываться в атмосферу в результате промышленного загрязнения воздуха, и она может перемещаться на тысячи миль, прежде чем в конечном итоге осядет в таких экосистемах, как национальные парки.

Личинки стрекоз являются отличными биоиндикаторами, поскольку они живут во всех видах водоемов, поедая мелких насекомых и накапливая ртуть из пищевой сети. Их также легко и экономично брать пробы, и они могут прогнозировать уровни содержания ртути в других диких животных, таких как рыба. Употребление в пищу рыбы является основным путем воздействия ртути на человека, а наибольшему риску подвергаются дети и женщины детородного возраста.