rybiak,biologia i ekologia, METODY BIOLOGICZNE KONTROLI STANU BIOCENOZY

METODY BIOLOGICZNE KONTROLI STANU BIOCENOZY

(metoda saprobowa, biotyczna i bioróżnorodności)

Istnieją trzy podstawowe metody biologiczne oceny stanu biocenozy, dwie z nich (metoda biotyczna oraz metoda saprobowa) znajdują swe zastosowanie w ocenie jakości wód. Trzecia, system bioróżnorodności ma zastosowanie szersze – nadaje się do badania zarówno ekosystemów wodnych jak i lądowych. Wszystkie metody znajdują swe zastosowanie w monitorowaniu stanu środowiska.

Metody saprobowa i biotyczna opierają się na obecności określonych organizmów żywych, które pełnią rolę wskaźników biologicznych (bioindykatorów). Są nimi organizmy żywe, których obecność lub brak, a także poziom liczebności w danym biotopie świadczą o określonych właściwościach abiotycznych badanego ekosystemu. Aby dany organizm został uznany za wskaźnikowy musi spełniać poniższe kryteria:

Do oceny jakości wód używa się wielu różnych organizmów, od bakterii po ryby. Bierze się pod uwagę obecność lub brak wskaźników w danym środowisku, ich liczebność, a także zmiany zachodzące w strukturach całych zespołów i zbiorowisk organizmów.

Jednym z parametrów biocenotycznych uwzględnianych w czasie analizy jakości wód jest struktura dominacji, określająca wielkość wpływu wywieranego przez dany gatunek na pozostałe gatunki zespołu (zoocenozy) w wyniku osiąganej liczebności wielkości osobniczej , ewentualnie produkcji. Stopień dominacji poszczególnych gatunków z jednej strony jest efektem zdolności do skutecznej konkurencji z innymi gatunkami, z drugiej zaś odzwierciedla stosunki pomiędzy wymaganiami tych gatunków a warunkami jakie znajdują w zamieszkiwanym przez siebie biotopie. W czystej wodzie zazwyczaj współdominuje kilka gatunków (grup organizmów). W miarę przekształcania środowiska wodnego związanego z jego zanieczyszczeniem liczba gatunków (grup) dominujących zwykle maleje. Następnym parametrem które może świadczyć o zanieczyszczeniu wody jest zagęszczenie. Oznacza ono liczbę osobników danego gatunku (zgrupowania) przypadającą na jednostkę przestrzeni. Zagęszczenie populacji hydrobiontów w rzekach zależy nie tylko od zanieczyszczeń, ale od wielu innych czynników zarówno abiotycznych (np. szybkość nurtu, natlenienie wody, temperatura, typ osadów dennych) jak i biotycznych (np. presja drapieżników, liczebność konkurencji) poszczególne gatunki w zależności od stopnia tolerancji mogą reagować na zanieczyszczenie zarówno spadkiem jak i wzrostem zagęszczenia. Coraz częściej oceniając jakość wód bierze się także pod uwagę charakterystyki bioróżnorodności na poziomie populacji.

System saprobowy

Jest to najstarsza metoda oceny jakości wód (gr. sapros- gnilny). Termin „saprobia” oznacza zależność organizmu od rozkładanych związków organicznych. Saprobowość jest sumą wszystkich procesów rozkładu dostarczających wolnej energii drobnoustrojom. Saprobowość można ocenić na podstawie dynamiki procesów biodegradacji. System ten określa stopień zanieczyszczenia wody bazując na tolerancji na zanieczyszczenia różnych gatunków wskaźnikowych pochodzących z wielu grup systematycznych m. in. bakterii, glonów, mchów, grzybów, pierwotniaków, wrotków, skorupiaków, owadów i mięczaków. Jakość wody można sklasyfikować do odpowiedniej kategorii powiązanej takimi zależnościami jak: ogólna liczba bakterii, BZT5 czy stężenie O2 i H2S. Pierwszy system saprobowy opublikowany został przez niemieckich naukowców Kolkwitza i Marssona w 1902 roku, a u jego podstawy legły obserwacje, że wody zanieczyszczone są zasiedlane przez specyficzne zespoły organizmów. Początkowo autorzy wydzielili w rzekach trzy główne strefy:

Każdej z tych stref odpowiadają właściwe im organizmy wskaźnikowe. System

ten był przez dziesięciolecia udoskonalany, oprócz zmian w listach gatunków wskaźnikowych przypisanych kolejnym strefom zostało dodanych także kilka nowych stref m.in.

strefa katarobowa – wód najczystszych

strefa koprozoiczna- zawierająca substancje pochodzenia kałowego

strefa hipersaprobowa- wód silnie zanieczyszczonych, w której są w stanie przetrwać tylko określone gatunki grzybów, bakterii, bezbarwnych wiciowców i orzęsków.

Metoda saprobowa została zaadoptowana do warunków polskich przez Turoboyskiego w 1979 roku.

Uważa się, ze systemy ocen jakości wód oparte na systemie saprobów należą do najlepiej opracowanych metod biologicznych. Zaletą tego systemu jest fakt, że został on opracowany w oparciu o szereg zależności pomiędzy stopniem zanieczyszczenia organicznego wody, liczebnością i różnorodnością organizmów wodnych a także zawartością tlenu rozpuszczonego w wodzie i dwutlenku węgla. Dzięki tym solidnym podstawom system ten stosowany jest do dziś. Istnieje jednak szereg wad, które cechują tą metodę.

Największą jest chyba konieczność poznania ogromnej liczby organizmów wskaźnikowych, których taksonomia jest bardzo trudna. Może to doprowadzić do błędów w oznaczaniu okazów do rangi gatunku, a w konsekwencji do wyciągnięcia niewłaściwych wniosków. Ponadto, pomimo znacznej liczby bioindykatorów wchodzących w skład tego sytemu mało jest gatunków charakterystycznych tylko dla jednej strefy czystości wody. Zazwyczaj

występują one w co najmniej dwóch sąsiadujących strefach. Często także sama interpretacja wartości indeksu sprawia duże problemy, zwłaszcza gdy porównuje się rożne typy rzek: górskie i nizinne oraz różne typy zanieczyszczeń: przemysłowe czy organiczne.

Z tego względu większość krajów europejskich odeszła od tego sytemu koncentrując się na metodach indeksów biotycznych i różnorodności biologicznej.

System różnorodności

Ocena różnorodności biologicznej wymaga znajomości charakterystyk trzech składowych struktury biocenoz: bogactwa gatunkowego czyli liczby występujących gatunków, struktury dominacji (jednolitość rozkładu osobników każdego gatunku) oraz zagęszczenia. Biocenozy naturalne nie podlegające przekształceniom charakteryzują się wysokim bogactwem gatunkowym, równym rozłożeniem osobników pomiędzy gatunkami oraz tym, że cechują je niskie do umiarkowanych poziomy liczebności. Zanieczyszczenie prowadzi do ubożenia składu gatunkowego zespołów, ograniczonego czasami do jednego tylko gatunku, który jest w stanie tolerować skrajne warunki środowiskowe. Biocenozy podlegające wpływom antropogenicznym są więc stale narażone na zmniejszanie różnorodności biologicznej.

Zanieczyszczenia organiczne pochodzące ze zrzutów z oczyszczalni ścieków powodują zmniejszenie różnorodności (eliminacja wrażliwych gatunków) biocenozy wodnej, zwiększenie liczby organizmów tolerancyjnych oraz zmniejszenie równomierności.

W przypadku zanieczyszczenia niedegradowalnego (toksycznego lub kwaśnego), maleje zarówno różnorodność jak i liczebność organizmów, ponieważ w wyniku utraty wrażliwych organizmów brakuje pożywienia dla pozostałych, odpornych na dane zanieczyszczenie.

Do oceny różnorodności najczęściej stosowane są 3 typy formuł:

Shannon – Wiener

Simpson

Margalef

Gdzie: = różnorodność

N= ogólna liczba osobników wszystkich gatunków

Ni= liczba osobników i-tego gatunku

S= liczba gatunków

Im większa wartość tym większa jest różnorodność oraz tym bardziej czyste środowisko.

Współczynniki różnorodności posiadają poniższe zalety:

Pomimo swych zalet, wskaźnikom różnorodności można przedstawić wiele zarzutów, oto niektóre z nich:

Wskaźniki różnorodności stosowane były w większości do oceny skrajnych środowisk np. obszarów powyżej i poniżej zrzutu ścieków.

Z powyższego wynika, że idealny system powinien łączyć w sobie pomiary ilościowe z jakościowymi, wyrażonymi prostą numeryczną zależnością, którą można poddać statystycznej analizie. Te wymogi spełniają systemy biotyczne.

Systemy biotyczne

Systemy te opierają się na założeniu, że do oceny jakości wód szczególnie dobrze nadają się makrobezkęgowce bentosowe zamieszkujące osady denne. Szacuje się, że aż dwie trzecie systemów kontroli jakości wody opiera się na zoobentosie, wynika stąd, że większa część wchodząca w jego skład gatunków spełnia kryteria idealnego organizmu wskaźnikowego. Metody indeksów biotycznych łączą w sobie ilościowe pomiary różnorodności gatunkowej z jakościową informacją o ekologicznej tolerancji poszczególnych taksonów- to swoiste połączenie koncepcji saporobów i bioróżnorodnosci. Ocena jakości rzek oparta na stosowaniu indeksu biotycznego wydaje się być jedną z lepszych do celów monitoringu. Zalety metody:

Poniżej wymienione zostały wady jakie posiada metoda makrobezkręgowców:

Według definicji Tolkampa (1985) system biotyczny to taki system, który łączy różnorodność konkretnych grup taksonomicznych w jeden indeks lub punktację. Podstawowa różnica pomiędzy indeksem biotycznym a punktacją polega na uwzględnianiu liczebności. Punktacja uwzględnia liczebność organizmów w próbie podczas gdy przy obliczaniu indeksu liczebność ta jest pomijana. Systemy punktacji wymagają dokładniejszej identyfikacji przez co są mniej praktyczne w użyciu, ale w zamian dostarczają o wiele więcej informacji na temat jakości biocenozy rzeki.

Pierwszym indeksem biotycznym stosownym w ocenie stanu jakości wód rzecznych był Indeks Biotyczny Trent (Woodiwiss 1964), został on opracowany dla obszaru zlewni rzeki Trent w Angli. TBI (z ang. Trent Biotic Index) bazuje na wrażliwości kluczowych grup taksonomicznych na zanieczyszczenia oraz uwzględnia ilość grup obecnych w próbce.

Organizmy z danej próby identyfikowane są do poziomu rodziny, rodzaju lub gatunku, w zależności od typu organizmu. Organizmy te nie są zliczane. Czystym strumieniom przypisuje się wartość 10 i liczba ta maleje wraz ze zwiększającym się zanieczyszczeniem. Jedną z głównych wad tego wskaźnika to nieuwzględnienie zagęszczenia organizmów. Dlatego nawet przypadkowe pojawienie się organizmu w próbce (spowodowane np. dryfem) może znacząco wpłynąć na wartość wskaźnika. Jednakże, na bazie indeksu TBI powstały inne indeksy stosowane po dziś dzień w niektórych krajach Europy.

Kilka lat później pojawiły się pierwsze modyfikacje indeksu, polegające głównie na rozszerzeniu listy gatunków wskaźnikowych, zmianie poziomu identyfikacji taksonomicznej itp. Taką modyfikacją TBI jest Punktacja Jakości Wody Chandlera (Chandler Biotic Score) inaczej zwany systemem punktacji Chandlera. System ten został pierwotnie stworzony dla systemu górskich rzek Szkocji (w 1970 roku). Punktacja ta, w odróżnieniu od TBI bierze pod uwagę względne zagęszczenia poszczególnych organizmów oraz bazuje na obszerniejszej liście makrobezkręgowców. Wynik konkretnego stanowiska determinowany jest przez identyfikację obecnych organizmów, określenie liczebności każdej z grup organizmów. Punkty wszystkich grup sumują się i w ten sposób otrzymujemy wynik dla stanowiska. Wraz ze wzrostem liczebności gatunków wrażliwych zebrane punkty rosną, natomiast, co należy podkreślić, maleją wraz ze wzrostem liczebności grup odpornych, gdyż ich liczna obecność w próbie świadczy o dużym zanieczyszczeniu wody. Istnieje korelacja punktacji z typowymi zmiennymi związanymi z zanieczyszczeniem związkami organicznymi tzn. BZT5 czy miano Coli.

W Wielkiej Brytanii dużą popularność zdobył inny typ punktacji biotycznej, a mianowicie Sumaryczny Wskaźniki Jakości Wody zwany inaczej Systemem Punktacji BMWP (Tabela 1). Grupa Robocza Monitoringu Biologicznego BMWP (z ang. Biological Monitoring Working Party), założona w 1976 roku, skorzystała z systemu Chandlera jako podstawy do opracowania standardowego systemu biotycznego do oceny jakości rzek Walii, Szkocji i Anglii. Punktacja oparta jest o analizę występowania 80 taksonów makrobezkręgowców, którym w zależności od ich wrażliwości na zanieczyszczenia przypisuje się punkty od 0 do 10. Wartość punktacji stanowi sumę poszczególnych punktów przypisanych taksonom znalezionym w próbie standartowej. Zależy ona od liczby stwierdzonych taksonów czyli od wielkości próby oraz sposobu i dokładności poboru próby.

Członkowie grupy roboczej zaproponowali następujące poprawki:

Niektórzy badacze stosują połączenie punktacji Chandlera i BMWP, inaczej średnią punktację per taxon (z angielskiego ASPT: average score per taxon). Uzyskuje się go dzieląc wynik punktacji BMWP przez liczbę zidentyfikowanych taksonów.

Wersja z ASPT ma tę zaletę, że sprowadza wszystkie wartości do skali 1-10. Ponadto wartość tego indeksu jest niezależna od liczby zliczonych taksonów. System ASPT jest względnie niezależny od rozmiaru próbki, metody poboru prób oraz pory roku, posiada więc wiele z cech jakie powinien posiadać dobry wskaźnik jakości wody.

W wielu krajach na świecie opracowano własne modyfikacje sytemu biotycznego opierające się na brytyjskiej metodzie BMWP oraz na TBI i systemie Chandlera. Z uwagi na dużą ilość metod biotycznych wybranie najlepszego z nich do stosowania w Polsce okazało się niezwykle trudne. Próbę oceny przydatności różnych systemów do oceny jakości polskich rzek podjęto w naszym kraju w 1999 roku (Kownacki i inni 2003). Wskaźnikami, które według wymienionych autorów najlepiej sprawdzają się w polskich warunkach są BMWP oraz zmodyfikowany wskaźnik bioróżnorodności Margalefa. Na bazie BMWP utworzono polski system biotyczny BMWP – PL. Przy ocenie jakości wody autorzy proponują uwzględniać wartości obydwu wskaźników (BMWP i wskaźnik Margalefa), przy czym o ostatecznej klasyfikacji wody ma decydować wskaźnik sugerujący jej gorszą jakość.

Tabela 1 Modyfikowany system punktacji BMWP (Armitage et al., 1983)

Wyższa jednostka taksonomiczna, rodzina Punkty

Larwy jętek (Ephemeroptera): rodziny: Siphlonuridae, Heptageniidae, Leptophlebiidae, Ephemerellidae

Larwy widelnic (Plecoptera): Potamanthidae, Leuctridae, Capnidae

Setipalpia: Perlodidae, Perlidae, Chloroperlidae

Pluskwiaki różnoskrzydłe (Heteroptera): Aphelocheiridae

Larwy chruścików (Trichoptera): Phryganeidae, Molannidae, Beraeidae, Odontoceridae, Leptoceridae, Goeridae, Lepidostomatidae, Brachycentridae, Sericostomatidae

10

Skorupiaki Crustacea, Decapoda (Raki): Astacidae

Larwy ważek (Odonata): Lestidae, Agriidae, Gomphidae, Cordulegasteridae, Aeshnidae, Corduliidae, Libellulidae

Larwy chruścików (Trichoptera): Psychomyiidae, Philopotamidae

8

Larwy jętek (Ephemeroptera): Caenidae

Larwy widelnic (Plecoptera): Nemouridae

Larwy chruścików (Trichoptera): Rhyacophilidae, Polycentropodidae, Limnephilidae

7

Mięczaki Mollusca, Gastropoda (ślimaki ): Neritidae, Viviparidae, Ancylidae

Larwy chruścików (Trichoptera): Hydroptilidae

Mięczaki Mollusca, Bivalvia (Małże): Unionidae

Skorupiaki Crustacea, Amphipoda (Obunogi): Corophiidae, Gammaridae (kiełżowate)

Larwy ważek (Odonata): Platycnemididae Coenagriidae

6

Pluskwiaki różnoskrzydłe (Heteroptera): Mesoveliidae, Hydrometridae, Gerridae, Nepidae, Naucoridae, Notonectidae, Pleidae, Corixidae

Larwy i dorosłe chrząszcze (Coleoptera): Halipilidae, Hygrobiidae, Dytiscidae, Gyrinidae, Hydrophilidae, Clambidae, Helodidae, Dryopidae, Elminthidae, Chrysomelidae, Curculionidae

Larwy chruścików (Trichoptera): Hydropsychidae

Larwy muchówek (Diptera): Tipulidae (komarnicowate), Simuliidae

Płazińce (Plathelminthes): Planariidae, Dendrocoelidae

5

Larwy chruścików (Trichoptera): Baetidae

Larwy wielkoskrzydłych (Megaloptera): Sialidae

Pierścienice, Pijawki (Hirudinea): Piscicolidae

4

Mięczaki Mollusca, Gastropoda (ślimaki ): Valvatidae, Hydrobiidae, Lymnaeidae, Hysidae, Planorbidae, Sphaeriidae

Pierścienice, Pijawki (Hirudinea): Glossiphoniidae, Hirudidae, Erpobdellidae

Skorupiaki Crustacea, Isopoda (Równonogi): Asellidae (ośliczki)

3
Larwy muchówek (Diptera): Chironomidae (Ochotkowate) 2
Pierścienice, Skąposzczety (Oligochaeta): (cała grupa) 1

System Amoeba

System „Amoeba” - metoda oparta o retrospekcję i analizę stanu aktualnego biocenozy.

System „Amoeba” pochodzi z Holandii, a głównym jego celem jest przywrócenie i podtrzymanie wartości ekologicznych wód holenderskich. Polega on na porównaniu struktury wybranych biocenoz: względnie naturalnych ekosystemów wodnych z biocenozami teraźniejszymi przekształconymi antropogenicznie. Program „Amoeba” po raz pierwszy zastosowano dla wód Morza Północnego oraz rzek Renu i Mozy. Za punkt odniesienia przyjęto warunki panujące w 1930 uznanym za niezakłócony antropogenicznie okres, kiedy zanieczyszczenie było stosunkowo niewielkie, znaczna natomiast już była wiedza o środowisku. Wybrano 60 gatunków modelowych występujących w porównywanych okresach, a zmiany liczebności powstałe na przestrzeni czasu pokazano na specjalnym diagramie kołowym, gdzie odległości od brzegów koła do środka reprezentowały wartości w sytuacji odniesienia, natomiast od brzegów na zewnątrz powstałe zmiany. Z połączenia punktów powstała figura podobna do ameby.

Program ten daje dokładny obraz stopniowo pojawiających się przekształceń środowiska.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
METODY BIOLOGICZNE W KONTROLI JAKOŚCI WODY
rybiak,biologia i ekologia, Chemosynteza
rybiak,biologia i ekologia, enzymy
rybiak,biologia i ekologia, komórkowa budowa organizmów
rybiak,biologia i ekologia, Ocena toksyczności i genotoksyczności zanieczyszczeń
Ekologiczne metody ochrony roslin, studia-biologia
rybiak,biologia i ekologia, Fotosynteza
Ekologiczne metody ochrony roÂlin, studia-biologia
rybiak,biologia i ekologia, Wykorzystanie zanieczyszczeń przez?kterie osadu czynnego
rybiak,biologia i ekologia, Zasada pomiaru aparatem Warburga
rybiak,biologia i ekologia, Czynniki wpływające na natężenie fotosyntezy
Kontrola stanu czystości wód metodami biologicznymi
rybiak,biologia i ekologia, Organizmy w sieci wodociągowej
rybiak,biologia i ekologia, Kinetyka reakcji enzymatycznych
rybiak,biologia i ekologia, Biologiczne oczyszczanie środowiska
Biologia Populacja, rozrodczość i biocenoza
,polityka ekologiczna, Metody formy i środki?ukacji ekologicznej

więcej podobnych podstron