- PRAKTYCZNE WYKORZYSTANIE TOLERANCJI EKOLOGICZNEJ

Prezentacja na temat: "- PRAKTYCZNE WYKORZYSTANIE TOLERANCJI EKOLOGICZNEJ"— Zapis prezentacji:

1 - PRAKTYCZNE WYKORZYSTANIE TOLERANCJI EKOLOGICZNEJ
BIOINDYKACJA - PRAKTYCZNE WYKORZYSTANIE TOLERANCJI EKOLOGICZNEJ

2 Pojęcia: tolerancji, biowskaźnika, biotestu, biomonitoringu
Tolerancja - zdolność organizmu do przystosowania się do zmiany danego czynnika ekologicznego (np.: temperatury, światła, wilgotności, zasolenia, itp.) Zakresem tolerancji organizmu nazywamy przedział wartości czynnika, w którym organizm jest zdolny utrzymać procesy życiowe.

3 B A C D 20 22 2 5 10 minimum optimum maksimum Liczba osobników
Wartości temperatury minimum optimum maksimum

4 Możliwości bytowania organizmów określają dwie skrajne wartości (tzw
Możliwości bytowania organizmów określają dwie skrajne wartości (tzw. ekstrema) działającego czynnika: minimum i maksimum Prawo tolerancji Shelforda Stenobionty - organizmy o wąskim zakresie tolerancji Eurybionty - organizmy o szerokim zakresie tolerancji Gatunki o wąskim zakresie tolerancji na określone warunki środowiska to gatunki wskaźnikowe (biowskaźniki lub bioindykatory)

5 Organizmy wskaźnikowe powinny spełniać następujące kryteria:
mieć wąski oraz specyficzny zakres wymagań ekologicznych posiadać szerokie rozmieszczenie geograficzne występować w środowisku w dużych liczebnie populacjach mieć długi cykl życiowy lub kilkanaście pokoleń następujących jedno po drugim w ciągu roku być łatwo rozpoznawalnymi i mieć ograniczony poziom zmienności osobniczej utrudniającej ewentualną weryfikację ……. gatunki mogą pełnić rolę wskaźników biologicznych jeśli ich autekologia: rozwój osobniczy, dynamika populacji są dobrze poznane. Wiegleb (2002)

6 Eksperymenty, w których do oceny efektu działania różnych substancji lub czynników środowiska są użyte organizmy lub ich części, nazywamy biotestami. Ocena elementów środowiska przy pomocy biotestów, to biomonitoring.

7 Historia bioindykacji XVIII w - Karol Linneusz - zegar słoneczny w Ogrodzie Botanicznym w Uppsali otwieranie się kwiatów o różnych porach dnia) Alphonse de Candolle (odkrył powiązania pomiędzy roślinami i czynnikami klimatycznymi) XVIII/XIX w - William Smith wykorzystał szczątki roślin i zwierząt w geologii jako skamieniałości przewodnie do określania wieku skał W. Nylander i S. Arnold [Belg i Niemiec] niezależnie prowadzili badania nad wrażliwością porostów i mchów na zanieczyszczenia powietrza

8 XX w (1968 Vageningen) - Pierwszy Europejski Kongres nt
XX w (1968 Vageningen) - Pierwszy Europejski Kongres nt. Wpływu zanieczyszczeń powietrza na rośliny i zwierzęta (prezentacja metody transplantacyjnej porostów i mszaków) od roku 68 roku określanie wpływu zanieczyszczeń powietrza, wody i gleby na organizmy stało się przedmiotem badań na całym świecie. W trakcie wieloletnich badań wyodrębniono gatunki sygnalizujące występowanie w środowisku określonych warunków (np.: brak wody, obecność soli mineralnych lub czynników zagrażających). Nazwano je gatunkami wskaźnikowymi (wskaźnikami, indykatorami, biowskaźnikami lub bioindykatorami)

9 W Polsce przy pomocy gatunków wskaźnikowych przebadano wiele obszarów zagrożonych klęską ekologiczną (m. in. Górny Śląsk, aglomerację krakowską, Legnicko-Głogowski Okręg Miedziowy i in.) Twórcą definicji bioindykacji w Polsce jest profesor M. Górny: „Bioindykacja to metoda za pomocą której, dzięki stosowanym żywym organizmom, na różnych poziomach ich organizacji, określa się kierunek i stopień nasilenia zmian w środowisku ich życia”

10 Przykłady gatunków wskaźnikowych: 1
Przykłady gatunków wskaźnikowych: 1. wskaźniki siedlisk zacienione: szczawik zajęczy, bluszcz pospolity, konwalijka dwulistna, młode jodły, paprocie (narecznice); - stale wilgotne: jaskier rozłogowy, jasnota purpurowa, ostrożeń polny, niezapominajka polna, iglica pospolita, przetaczniki; - kwaśne: wrzos, borówka czernica, orlica pospolita, kłosówka miękka, śmiałek pogięty; - zasadowe: obrazki plamiste, wilczomlecz migdałolistny, szczyr trwały, żankiel zwyczajny;

11 - bogate w azot: pokrzywa zwyczajna, łopiany, czosnaczek pospolity; - ubogie w azot: koniczyna polna, lucerna sierpowata, wiosnówka pospolita; -zasobne w wapń: aster gawędka, ożanka właściwa, szałwia okółkowa, modrzew europejski (reakcja ujemna); - zasobne w sól (NaCl): mlecznik nadmorski, soliród zielny, solanka kolczysta, sarsazan (Azja); - zasobne w miedź: Yanaka rouchsa (Zair).

12 2. Wskaźniki zanieczyszczeń (zagrożeń): Znajomość wymagań życiowych grzybów, roślin i zwierząt oraz ich tolerancji na różne wartości czynników środowiska pozwala wykorzystywać je do testowania stanu środowiska jako bioindykatory zanieczyszczeń GLONY - nadmierny rozwój sinic i zielenic (zwłaszcza nitkowatych) wskazuje na eutrofizację wód (strefy poli i alfamezosaprobowe) obecność okrzemek kolonijnych wskazuje brak lub niegroźne zanieczyszczenie wody (strefy betamezo i oligosaprobowa), eugleniny wskazują strefy większego i średniego zanieczyszczenia wody, krasnorosty – wskazują wody czyste,

13 GRZYBY – wodne wskazują strefy alfamezosaprobowe, lądowe wykorzystuje się do oceny akumulacji metali ciężkich, POROSTY - (epifityczne) do oceny stopnia zanieczyszczenia powietrza SO2, MCHY - do oceny akumulacji metali ciężkich (śl.Cd, Cu, Ni, Pb,Zn, Co, Cr) , wodne wskazują wody czyste. Reakcja jest różna: grzyby i mchy są odporne na działanie zanieczyszczeń - nie umierają, porosty zamierają pod wpływem określonego stężenia SO2 w powietrzu (najbardziej wrażliwe są porosty krzaczkowate).

14 Własności wskaźnikowe grzybów
Wiele różnych gatunków grzybów kumuluje w owocnikach metale ciężkie. Ich zawartość w plesze owocnika bywa czasami znacznie wyższa niż w otaczającym środowisku. Przykłady kumulatorów metali ciężkich: kurzawka ołowiana (Bovista plumbea) – Pb, Cd, (Hg) pieczarka polna (Agricus bisporus) – Cd, (Pb, Hg) czernidlak pospolity (Coprinus atramentarius) i borowik szlachetny (Boletus edulis) – Hg (Cd, Pb)

15 NAGONASIENNE - jodła, świerk, sosna zwyczajna (kw
NAGONASIENNE - jodła, świerk, sosna zwyczajna (kw.opady), sosna żółta, daglezja (F, HF, PAN- peroxyacetyl azotu), modrzew europejski (-Ca) - jako wskaźniki zanieczyszczenia powietrza i gleby, Obserwując wygląd i zachowanie drzew ustala się strefy i drogi skażeń emisjami przemysłowymi Reagują coraz młodsze rośliny: ! Coraz krótsze igły, coraz częściej zrzucane, ! Żółte lub brązowiejące przebarwienia, ! Utrata elastyczności kory i zmiana barwy, ! Konary skrócone, nieforemne, ! Zamieranie korzeni.

16 OKRYTONASIENNE - buk, jawor, jarząb pospolity, klon zwyczajny, jesion wyniosły, dziki bez czarny, dąb szypułkowy, morela zwyczajna, tytoń szlachetny, fasola zwyczajna, goździki, frezje, storczyki, sałata siewna, burak zwyczajny, ogórki, pomidory - wrażliwe na zanieczyszczenia powietrza i gleby;

17 Buk jako pierwsze liściaste drzewo zaczęło wykazywać wyraźne objawy choroby: ! Żółknięcie i przedwczesne opadanie liści, ! Zwijanie się wzdłuż nerwu, ! Kruchość i łamliwość pędów, ! Odpadanie płatów kory. Podobne objawy obserwuje się u jaworu, jarzębiny, klonu zwyczajnego, jesionu wyniosłego i dzikiego bzu czarnego. W 81 r. Do listy gatunków zagrożonych emisjami dołączył dąb szypułkowy.

18 morela zwyczajna, mieczyk, tulipan, frezja - bardzo wrażliwe na fluor i (HF). Można je transplantować z miejsca na miejsce, stąd łatwość konstruowania systemów ostrzegania przed fluorem (Holandia, Francja), tytoń szlachetny, fasola zwyczajna, szpinak - wyraźnie reagują na działanie ozonu. Rośliny o szerokich blaszkach liściowych, bardzo wyraźnie informują - wykorzystywane na całym świecie do monitorowania powietrza, goździki, storczyk katleja, ogórek, pomidor - wrażliwe na etylen. sałata siewna, burak zwyczajny, pokrzywa - wrażliwe na fotoutleniacze (PAN).

19 WICIOWCE i ORZĘSKI – wskaźniki wód zanieczyszczonych, GĄBKI, WIRKI, JĘTKI, CHRUŚCIKI, SKORUPIAKI – wskaźniki wód czystych, PIERŚCIENICE i MIĘCZAKI – wskaźniki zanieczyszczenia gleby i wody, OWADY - wskaźniki zanieczyszczenia gleby i wody, PŁAZY, RYBY, SSAKI - wskaźniki zanieczyszczeń wody, powietrza i gleby.

20 Do badania stanu czystości wód stosuje się gatunki roślin i zwierząt różniące się tolerancją na rodzaj i stopień koncentracji zanieczyszczeń. W wodach silnie zanieczyszczonych żyją polisaprobionty, np.:wirczyk, euglena, larwy ochotkowatych, rurecznik, larwy muchówek, W wodach czystych występują oligosaprobionty, np.: okrzemki, larwy jętek i widelnic, wypławek kątogłowy, lin, Wody b. czyste zamieszkują ksenosaprobionty, np.: pstrąg.

21

22

23

24

25 Pierwszy system saprobowy został opublikowany przez Kolkwitza i Marssona w 1902 roku. Autorzy wydzielili trzy główne strefy: polisaprobową najbardziej zanieczyszczoną mezosaprobową strefę wód nieznacznie zanieczyszczonych oligosaprobową strefę wód czystych Każdej z tych stref odpowiadały właściwe im organizmy wskaźnikowe. Obecnie w Polsce do oceny jakości wód stosowany jest system saprobowy, określający stopień zanieczyszczenia organicznego. Celem analizy biologicznej jest określenie składu biocenoz w wodach zanieczyszczonych i ustalenie zmian jakościowych i ilościowych, jakie zaszły w tym składzie pod wpływem określonych ścieków. System saprobowy opiera się na tolerancji gatunków wskaźnikowych z wielu grup m.in. bakterii, glonów, pierwotniaków i wrotków, chociaż brane są pod uwagę także rośliny naczyniowe makrobezkręgowce i ryby. Wynikiem tej analizy jest indeks saprobowy, który opiera się na obecności gatunków wskaźnikowych, z których każdy ma przypisaną wartość saprobowości, w zależności od tolerancji na zanieczyszczenia: S=sh/h S – indeks saprobowości s– wartość saprobowa dla każdego gatunku wskaźnikowego h – częstotliwość występowania każdego gatunku (1- rzadki, 3- częsty, 5- liczny )

26 Zarzuty stawiane systemowi saprobów, w tym także indeksowi saprobowości:
ogromna liczba gatunków wskaźnikowych do pełnej analizy biologicznej wymagane jest pobranie licznych prób z trzech podzespołów: sestonu, bentosu i peryfitonu system ten nie może być stosowany do wszelkich zanieczyszczeń, np. organicznych i nieorganicznych, radioaktywnych i nieradioaktywnych, ulegających i nie ulegających rozkładowi lista gatunków i ich saprobowe wartości nie mogą być stosowane do wód z różnych stref geograficznych.

27 Metod oceny jakości wód rzecznych jest tak wiele jak wiele jest krajów
Metod oceny jakości wód rzecznych jest tak wiele jak wiele jest krajów. Niemal każdy kraj stosuje własne systemy wypracowane przez swoich naukowców. Polska: Rozporządzenie Ministra Środowiska z 11 lutego 2004 roku w sprawie klasyfikacji wód powierzchniowych, dostosowujące przepisy krajowe do wymogów Dyrektywy Wodnej UE, przewiduje określanie wartości indeksu saprobowości fitoplanktonu i peryfitonu, a w przypadku zoobentosu indeksu bioróżnorodności oraz indeksu biotycznego. Nie precyzuje natomiast, które z wielu dostępnych wskaźników powinny być stosowane. Wskaźnikami, które najlepiej się sprawdzają w polskich warunkach są BMWP-PL (Biological Monitoring Working Party -PL) Polski Indeks Biotyczny oparty ona zróżnicowaniu makrobezkręgowców oraz wskaźnik różnorodności gatunkowej.

28 Do bioindykacji wód w Polsce często wykorzystuje się skorupiaki z rodzaju rozwielitka, glony z rodzaju Chlorella, pałkę szerokolistną i p. wąskolistną, a z ryb - gupika.

29 W celu ujednolicenia badań w skali światowej organizacje międzynarodowe ustalają zasady postępowania przy badaniu toksyczności oraz podają wykazy organizmów wskaźnikowych. Dla kontroli stanu wód w Europie Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zaleca stosowanie ryb bardzo wrażliwych na zanieczyszczenia, np.: pstrąga potokowego, płoci, sandacza oraz ryb średnio wrażliwych, np.: okonia, karpia, uklei.

30 Aby ocenić stopień toksyczności wód, prowadzi się hodowlę ryb przez dni i określa się poziom śmiertelności, bada przebieg procesów biochemicznych i fizjologicznych oraz zmiany w sposobie poruszania się i w zachowaniu osobników.

31 Stosując w praktyce wiedzę o tolerancji organizmów, należy mieć świadomość, że stosowanie tylko jednej metody do diagnozowania stanu środowiska, np.: biotestów, może okazać się niewystarczające. Dla całościowej i pełnej oceny stanu i funkcjonowania środowiska należy stosować kilka metod jednocześnie i niezależnie.

32 Waloryzacyjne znaczenie roślinności Zespoły roślinne wykorzystuje się do oceny i waloryzacji terenów. Naturalna roślinność rzeczywista informuje o potencjalnych możliwościach siedlisk. Im bardziej naturalne zbiorowiska roślinne, tym lepiej można ocenić przydatność siedliska do zagospodarowania (rolnictwo, leśnictwo, rekreacja, turystyka, zabudowa). Roślinność potencjalna może także wskazywać błędy w gospodarowaniu terenem

33 Mapy roślinności rzeczywistej i potencjalnej wykorzystuje się obecnie w planowaniu przestrzennym i zagospodarowaniu terenów. Służą one do korygowania wątpliwych rozwiązań planistycznych i podejmowania bardziej racjonalnych decyzji, zgodnych z naturalnymi własnościami siedlisk.

34 Zainteresowanym polecam do przeczytania -
Jankowski W. 1994, Zastosowanie bioindykacji w praktyce monitoringu środowiska na przykładzie Północno – Wschodniej Polski. PIOŚ, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa