V environmentálním výzkumu se používají různé metody. Jednou z nich může být bioindikace. Tento přístup zahrnuje studium stavu určitých živých organismů za účelem získání informací o jejich stanovišti. Abychom pochopili rysy provádění takových studií, měli bychom zvážit, co je bioindikátor. To poskytne potřebné informace o takové metodice výzkumu.
Obecná definice
Bioindikátor je živý organismus, případně celý druh nebo společenství, které žije v určitém ekologickém systému a může sloužit jako odraz jeho stavu. Navíc se během studie odhaduje počet jedinců v populaci, jejich stav a chování. Na základě obdržených informací je možné posoudit přítomnost znečišťujících látek, toxinů, karcinogenů atd. v přirozeném prostředí.
Bioindikátory jsou rostliny nebo zvířata, na kterých stav přímo závisíjejich prostředí. Použití takové techniky v průběhu studia má mnoho výhod. Někdy je možné získat potřebné informace o stavu životního prostředí pouze na základě bioindikátorů. Úspora peněz a času na složité fyzikální a chemické analýzy je jednoznačnou výhodou.
Bioindikátory - rostliny a zvířata, které shrnují důležitá data o znečišťujících látkách, rychlosti změny. Umožňují určit místo akumulace a způsoby vstupu škodlivých látek, míru a závažnost účinku toxinů na živé bytosti včetně člověka.
V průběhu výzkumu se posuzuje biocenóza těchto ukazatelů. Pro badatele jsou přitom zajímaví oba zástupci fauny i flóry. V průběhu pozorování je možné posoudit stupeň chronické expozice toxinům i při nízkých koncentracích. Ovlivňují funkce a celkový stav vnitřních orgánů zvířat, symetrické části těla a jejich poměry.
Typologie
Bioindikátory - rostliny a živočichové žijící ve vodě, vzduchu, půdě. Takovými organismy mohou být bakterie nebo řasy, stejně jako bezobratlí, jako jsou korýši, nálevníci, měkkýši. Během studie lze použít údaje o rybách a zvířatech.
Bioindikátory půdy jsou nejčastěji rostliny rostoucí ve volné přírodě. Podle jejich stavu lze určit kyselost, vláhovou kapacitu, hustotu a teplotu půdy. Také podle vzhledu určitých rostlin lze určit obsah kyslíku v půdě, množstvíživiny, stejně jako soli a těžké kovy.
Jehličnaté stromy mohou poskytovat informace o půdě po celý rok. V tomto případě se využívají nejen morfologické ukazatele, ale také řada biochemických změn. To vám umožní získat spolehlivé informace. Morfologické znaky jsou někdy proměnlivé.
Takže například obyčejné kopřivy mohou ukázat, kolik vápníku je v půdě. Některé rostliny jsou galofily. Milují slané půdy. Pokud rostou v dané oblasti a aktivně kolonizují území, pak je země postupně zasolena.
K posouzení stavu vody se provádějí studie bioindikátorů, jako jsou larvy některých druhů hmyzu, určité druhy řas, vyšší korýši, světelné bakterie.
Mechy a lišejníky mohou být bioindikátory vzduchu. Jejich fyzické vlastnosti se značně liší v závislosti na podmínkách pěstování.
Funkce dle výběru
Rostlinné a živočišné bioindikátory jsou vybírány pro výzkum podle určitého principu. Zformuloval jej jeden z nejznámějších amerických ekologů Yu. Odum. Při výběru bioindikátorů navrhuje vzít v úvahu následující tvrzení:
- Existují stenotopní a eurytopní druhy živých organismů. Ti první jsou schopni žít jen za určitých podmínek, takže jejich rozsah je omezený. Eurytopní druhy jsou v přírodě široce rozšířeny, mají ekologickou odolnost. Proto jsou pro výzkum méně vhodné než stenotopní druhy.
- Větší typy bioindikátorů jsou studovány častěji než malé. To se vysvětluje rychlostí obratu v biocenóze. Je vyšší u malých druhů, takže v době studie se nemusí dostat do vzorku, zejména v procesu analýzy s dlouhou frekvencí.
- Pro výběr druhu nebo jeho skupiny pro výzkum budou vyžadovány experimentální a terénní informace o limitních hodnotách určitého faktoru. Zároveň se berou v úvahu možné kompenzační reakce bioindikátoru, druhová tolerance.
- Podíl různých populací, druhů nebo společenstev je spíše orientační, a proto se používá jako spolehlivý ukazatel. Pouze jeden druh nemůže plně vyjádřit rozsah environmentálních změn. Takové změny je třeba posuzovat jako celek, nikoli pouze jedním směrem.
Za zmínku také stojí, že nejlepšími bioindikátory jsou druhy, které poskytují okamžitou reakci, stejně jako spolehlivost poskytovaných informací. Chyba by neměla přesáhnout 20 %. Také s pomocí takových bioindikátorů by mělo být snadné získat potřebné informace. Druh musí být neustále přítomen v přírodě, aby výzkumník mohl kdykoli posoudit jeho stav.
Odrůdy
Existují různé druhy a typy bioindikátorů. Všechny živé organismy vhodné pro takový výzkum lze rozdělit do dvou skupin:
- Registrace.
- Akumulativní.
V prvním případě živé organismy reagují na změny prostředí změnouvelikost populace. Mohou také změnit fenotyp, somatické poruchy nebo poškození tkáně. Mohou se objevit různé deformity, mění se rychlost růstu. Mohou se vyskytovat i jiné vysoce viditelné znaky.
Například registrujícími bioindikátory jsou lišejníky, jehličí. Objevuje se na nich nekróza, chloróza, suchost. Záznam bioindikátorů ne vždy umožňuje zjistit příčiny změn, ke kterým došlo. V tomto případě bude zapotřebí další výzkum, aby se zjistilo, proč se změnila populace, konečný vzhled, rozšíření v přírodě atd. Takové změny mohou být výsledkem různých procesů.
Organizmy-bioindikátory mohou být akumulačního typu. Koncentrují toxiny, znečištění uvnitř svého těla, v různých tkáních, částech těla nebo orgánech. V průběhu studie se po chemickém rozboru zjišťuje míra znečištění životního prostředí. Kumulativním bioindikátorem mohou být například schránky korýšů, larvy hmyzu, ale i některé orgány savců (mozek, ledviny, slezina, játra atd.), mechy.
Živé organismy reagují okamžitě na celý komplex škodlivých látek vstupujících do životního prostředí. Proto taková technika neumožňuje stanovit přesnou koncentraci jednoho toxinu. Ale zároveň vám výhoda použití bioindikace umožňuje přesně určit, jak, jak moc znečištění ovlivňuje populaci.
Testovací organismy
Testovaný organismus může být bioindikátorem prostředí. Jedná se o zástupce flóry nebo fauny, kteří se používají při kontrole kvality podmínek prostředí v laboratoři. Provádějí vhodné experimenty. Může se jednat např. o jednobuněčné, prvoky, členovce. Rostliny, jako jsou mechy nebo kvetoucí rostliny, mohou být také testovacími organismy.
Hlavním rysem takových organismů je možnost získávání kultur z geneticky homogenních rostlin nebo zvířat. V tomto případě je prototyp porovnán s kontrolou. To vám umožní získat spolehlivé informace o rušivém faktoru. Jinak kvůli běžným individuálním rozdílům mezi jednotlivci nebude možné získat spolehlivý výsledek.
Metody analýzy
Bioindikátory a kontaminace jejich prostředí jsou zkoumány srovnávací analýzou s kontrolním vzorkem. K tomu mohou existovat různé přístupy.
První metoda zahrnuje porovnání odpovídajících charakteristik mimo oblast vlivu. Takže například rostliny pěstované v zóně průmyslového znečištění jsou srovnávány s plodinami, které rostly mimo oblast antropogenního vlivu.
Druhá technika zahrnuje porovnání vzorku s výsledky experimentu. Jedna část testovacích závodů přichází v laboratorních podmínkách do kontaktu se znečištěným vzduchem, půdou, vodou a druhá část - s čistým médiem.
Při použití třetí metody se pro srovnání používají historické standardy. To by se hodilo např. kdyžprůzkum evropské stepi. Dnes tento ekosystém prakticky ztratil svůj původní vzhled. Právě s tím, jak step vypadala v minulosti, je srovnávána v současnosti.
Čtvrtá technika využívá kontrolu. Jedná se o určitý typ závislosti, jehož odchylka je považována za porušení. Například pro nenarušená společenstva druhů se sestrojí odpovídající graf. Pokud jsou pozorovány nějaké odchylky, bude to okamžitě patrné při porovnání dvou křivek.
Bioindikační metody
Bioindikátory v přírodě jsou studovány pomocí vhodného monitorování životního prostředí. Provádí se na mikro i makro úrovni. Bioindikativní studie mohou být biocenotické a druhové. Ve druhém případě se studuje přítomnost organismu v prostředí a četnost jeho výskytu. Fyziologické, biochemické, anatomické a morfologické vlastnosti bioindikátoru lze také studovat.
V průběhu biocenotické studie je druhová diverzita zohledněna pomocí systému vhodných indikátorů a také produktivita komunity.
Podle vlivu různých faktorů na systém může být bioindikační monitorování specifické a nespecifické. Studují reakce druhů na výskyt znečištění, toxinů v jejich stanovišti. Při nespecifické bioindikaci může být stejná reakce způsobena různými faktory. Pokud jsou změny, ke kterým dochází, způsobeny vlivem pouze jednoho faktoru, mluvíme o specifické indikaci.
Takže například jehličnany a lišejníkymohou poskytnout informace o čistotě ovzduší v regionu, o přítomnosti průmyslového znečištění v jejich biotopech. Výčet rostlinných a živočišných druhů žijících v půdách je specifický pro různé typy půd. Pokud v těchto seskupení nastanou změny, můžeme hovořit o kontaminaci půdy chemikáliemi nebo o změně její struktury v důsledku lidských činností.
Dnes se má za to, že instrumentální studie se nejúčinněji používají v kombinaci s bioindikátory. Taková symbióza poskytuje nejúplnější a nejspolehlivější informace o stavu populace, dopadu nepříznivých faktorů na ni.
Půdní bioindikace
Pomocí bioindikátorů při studiu znečištění půdy je možné získat spolehlivé výsledky. Rostliny poskytují informace o úrodnosti půdy. Kompletní analýza složení půdy vyžaduje spoustu času a úsilí. Půda je považována za úrodnou, pokud na ní rostou kopřivy, maliny, vlaštovičník, kozlík lékařský atd. Tyto rostliny na chudé půdě nepřežijí.
Andělika, plicník, kostřava luční atd. poskytují středně úrodnou půdu. Na málo úrodné půdě rostou mechy, lišejníky, brusinky, brusinky.
Kromě ukazatele úrodnosti lze složení půdy určit také z rostlin. Přítomnost velkého množství dusíku dokládají takové rostliny, jako je pšeničná tráva, maliny, mochna husí, křídlatka atd. Barva takových rostlin bude jasně zelená. Pokud je světlý, pak je v půdě málo dusíku. Rostliny mají snížené větvení a počet listů.
Řada dalšíchminerály, kyselost a další vlastnosti půdy lze v půdě určit pomocí bioindikátorů.
Bioindikace vzduchu
Bioindikátor je živý organismus, který při odchylkách v prostředí výrazně mění své vlastnosti. S jejich pomocí můžete určit, zda je vzduch znečištěný. Fytocenózu výrazně ovlivňují znečišťující látky, jako jsou oxidy dusíku, oxid siřičitý, uhlovodíky atd.
Odolnost rostlin vůči těmto toxinům je odlišná. I malé množství oxidu siřičitého ve vzduchu lze snadno určit pomocí lišejníků. Mezi rostlinami může být zvýšený obsah tohoto typu znečišťujících látek určen jehličnatými stromy.
Pšenice, jedle, kukuřice, smrk, zahradní jahody atd. jsou citlivé na obsah fluorovodíku ve vzduchu, chlorovodík atd.
Bioindikace vody
Pro kontrolu kvality vody je bioindikace jednou z nejlepších metod. Na rozdíl od chemických a fyzikálních metod monitorování je tento přístup nejobjektivnější. Speciální zařízení je schopno sledovat pouze určité druhy znečištění. Bioindikace odhaluje kompletní informace o stavu okolního vodního prostředí.
Monitorování vám umožňuje posoudit, pro které oblasti provozu je nádrž vhodná. Jedním z nejjednodušších způsobů bioindikace vody je použití kvasinkových kultur. Provádí se nefelometrické hodnocení zákalu kapaliny. Záleží na množství kvasinek ve vzorku. Pokud voda brání jejich vývoji, vzorek bude světlejší než kontrolní vzorek.
Ryby mohou taképoužít jako bioindikátor. Ve svém těle hromadí toxiny. Výsledkem je, že vizuálním vyhodnocením stavu ryb je možné určit, jaké vlastnosti charakterizují vodu v řece nebo jezeře.
