BIOINDYKACJA

1. 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. Liczba osobników B A C D 20 22 2 5 10 0 Wartości temperatury minimum optimum maksimum

4. Możliwości bytowania organizmów określają dwie skrajne wartości (tzw. ekstrema) działającego czynnika: minimum i maksimum. Prawo tolerancji ShelfordaStenobionty - organizmy o wąskim zakresie tolerancjiEurybionty - organizmy o szerokim zakresie tolerancjiGatunki 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.......bioindykacjiXVIII 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. 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. 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 ocenyakumulacji 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, sosnazwyczajna (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 przemysłowymiReagują 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 ostrzeganiaprzed 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 nafotoutleniacze (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,Wwodach czystych występują oligosaprobionty, np.: okrzemki, larwy jętek i widelnic, wypławek kątogłowy, lin,Wody b. czyste zamieszkują ksenosaprobionty, np.: pstrąg.

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. 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 makrobezkręgowcóworaz 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 EuropieŚwiatowa 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 2 - 20 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 roślinnościZespoły 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