Bagaimana polusi mempengaruhi hewan. Efek polusi udara luar ruangan pada hewan

Mengapa udara kotor berbahaya?

Seseorang menghirup hingga 24 kg udara per hari, yang setidaknya 16 kali lebih banyak dari jumlah air yang diminum per hari. Tapi apakah kita berpikir tentang apa yang kita hirup? Lagi pula, dengan banyaknya mobil, asap tembakau, peralatan listrik, partikel yang menguap dari deterjen dan produk pembersih, dan masih banyak lagi, udara yang kita hirup tidak bersih. Terbuat dari apa udara yang tercemar dan mengapa itu berbahaya?

Seperti yang Anda ketahui, partikel udara memiliki muatan listrik. Proses pembentukan muatan ini disebut ionisasi, dan molekul bermuatan disebut ion atau ion udara. Jika molekul terionisasi mengendap pada partikel cairan atau butiran debu, maka ion semacam itu disebut ion berat.

Ion udara memiliki dua muatan - positif dan negatif.

Ion bermuatan negatif memiliki efek menguntungkan bagi kesehatan manusia. Di udara bersih, sama sekali tidak ada ion berat, dan oleh karena itu, udara seperti itu baik untuk manusia. Itulah mengapa orang perlu lebih sering berada di udara segar, di alam bebas, jauh dari asap kota dan paparan faktor lingkungan yang berbahaya.

Yang paling sensitif terhadap efek merugikan dari ion positif (beberapa lusin logam ditemukan dalam debu rumah saja, termasuk yang beracun dan berbahaya seperti kadmium, timbal, arsenik, dll.), Kategori orang yang telah lama berada di dalam ruangan waktunya adalah anak-anak (terutama yang lebih muda), ibu hamil dan menyusui, orang sakit dan orang lanjut usia.

Bagaimana udara kotor mempengaruhi seseorang?

Diketahui bahwa semua peralatan elektronik dan listrik memancarkan ion bermuatan positif, dan tidak ada reproduksi ion udara bermuatan negatif, yang terus-menerus dikonsumsi oleh manusia dan hewan peliharaan, di dalam ruangan.

Polusi udara, bersama dengan pelanggaran komposisi fisik alami, membuat lingkungan udara di sekitar kita sangat tidak menguntungkan bagi kehidupan, yang menurut data ilmiah terbaru, memaksa tubuh manusia menghabiskan 80% sumber daya internalnya hanya untuk memastikan kemungkinannya. dari keberadaan di dalamnya.

Andai saja kita dapat menempatkan rumah kita di dalam hutan dan membiarkan alam sendiri memurnikan, menyegarkan udara!

Namun, ini praktis tidak realistis, tetapi Anda dapat menggunakan Sistem Pemurnian Udara yang menciptakan kembali pembersihan alami dengan bantuan ionisasi dan ozon konsentrasi rendah. Sistem ini dapat digunakan di rumah, kantor, hotel, hewan peliharaan, pertanian, dan bahkan mobil.

Pada semua tahap perkembangannya, manusia berhubungan erat dengan dunia luar. Tetapi sejak munculnya masyarakat industri yang tinggi, intervensi manusia yang berbahaya di alam telah meningkat secara dramatis, ruang lingkup intervensi ini telah meluas, menjadi lebih beragam, dan sekarang mengancam menjadi bahaya global bagi umat manusia.

Manusia harus semakin banyak campur tangan dalam ekonomi biosfer - bagian dari planet kita tempat kehidupan ada. Biosfer Bumi saat ini mengalami peningkatan dampak antropogenik. Pada saat yang sama, beberapa proses terpenting dapat dibedakan, tidak ada yang memperbaiki situasi ekologis di planet ini.

Yang paling berskala besar dan signifikan adalah pencemaran kimiawi lingkungan oleh zat-zat yang bersifat kimiawi yang tidak biasa baginya. Diantaranya adalah polutan gas dan aerosol yang berasal dari industri dan rumah tangga. Akumulasi karbon dioksida di atmosfer juga mengalami kemajuan. Tidak ada keraguan tentang pentingnya kontaminasi kimiawi tanah dengan pestisida dan peningkatan keasamannya, yang menyebabkan runtuhnya ekosistem. Secara umum, semua faktor yang dipertimbangkan, yang dapat dikaitkan dengan efek pencemaran, berdampak signifikan pada proses yang terjadi di biosfer.

Ungkapan "perlu seperti udara" bukanlah kebetulan. Kebijaksanaan populer tidak salah. Seseorang dapat hidup tanpa makanan selama 5 minggu, tanpa air - 5 hari, tanpa udara - tidak lebih dari 5 menit. Di sebagian besar dunia, udaranya berat. Apa yang tersumbat tidak bisa dirasakan di telapak tangan Anda, tidak bisa dilihat dengan mata. Namun, hingga 100 kg polutan jatuh ke kepala warga setiap tahun. Ini adalah partikel padat (debu, abu, jelaga), aerosol, gas buang, uap, asap, dll. Banyak zat bereaksi satu sama lain di atmosfer, membentuk senyawa baru yang bahkan seringkali lebih beracun.

Di antara zat yang menyebabkan pencemaran kimiawi udara perkotaan, oksida nitrogen, belerang (sulfur dioksida), karbon monoksida (karbon monoksida), hidrokarbon, logam berat yang paling umum.

Polusi udara berdampak buruk bagi kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan. Misalnya, partikel mekanis, asap, dan jelaga di udara menyebabkan penyakit paru-paru. Karbon monoksida yang terkandung dalam emisi gas buang mobil, dalam asap tembakau, menyebabkan tubuh kekurangan oksigen, karena mengikat hemoglobin darah. Gas buang mengandung senyawa timbal yang menyebabkan keracunan umum pada tubuh.

Mengenai tanah, dapat dicatat bahwa tanah taiga utara relatif muda dan belum berkembang, oleh karena itu, kerusakan mekanis sebagian tidak terlalu mempengaruhi kesuburannya dalam kaitannya dengan vegetasi berkayu. Tetapi memotong cakrawala humus atau mengisi tanah menyebabkan kematian rimpang semak berry lingonberry dan blueberry. Dan karena spesies ini berkembang biak terutama dengan rimpang, mereka menghilang di jalur pipa dan jalan raya. Tempat mereka digantikan oleh sereal dan alang-alang yang kurang berharga secara ekonomi, yang menyebabkan penggemburan alami tanah dan menghambat pembaruan alami tumbuhan runjung. Tren ini khas kota kita: tanah asam dalam komposisi aslinya sudah tidak subur (mengingat mikroflora tanah yang buruk dan komposisi spesies hewan tanah), dan juga tercemar oleh zat beracun yang berasal dari udara dan air yang mencair. Tanah di kota dalam banyak kasus bercampur dan curah dengan tingkat pemadatan yang tinggi. Salinisasi berbahaya dan sekunder yang terjadi saat menggunakan campuran garam melawan lapisan es jalan, dan proses urbanisasi, serta penggunaan pupuk mineral.

Tentu saja, melalui metode analisis kimia, dimungkinkan untuk menetapkan keberadaan zat berbahaya di lingkungan bahkan dalam jumlah terkecil. Namun, ini tidak cukup untuk menentukan dampak kualitatif zat ini terhadap manusia dan lingkungan, dan terlebih lagi, konsekuensi jangka panjangnya. Selain itu, hanya mungkin menilai sebagian ancaman dari polutan yang terkandung di atmosfer, air, tanah, dengan mempertimbangkan efek masing-masing zat saja tanpa kemungkinan interaksinya dengan zat lain. Oleh karena itu, pengendalian kualitas komponen alam harus dipantau sejak dini untuk mencegah bahaya. Dunia tumbuhan di sekitar kita lebih sensitif dan informatif daripada perangkat elektronik mana pun. Tujuan ini dapat dilayani oleh spesies tanaman yang dipilih secara khusus yang terkandung dalam kondisi yang sesuai, yang disebut fitoindikator, yang memberikan pengenalan awal kemungkinan bahaya terhadap atmosfer dan tanah kota, yang berasal dari zat berbahaya.

Polutan utama

Manusia telah mencemari atmosfer selama ribuan tahun, tetapi konsekuensi dari penggunaan api yang dia gunakan selama periode ini tidak signifikan. Saya harus menerima kenyataan bahwa asap mengganggu pernapasan, dan jelaga jatuh seperti penutup hitam di langit-langit dan dinding tempat tinggal. Panas yang dihasilkan lebih penting bagi seseorang daripada udara bersih dan bukan dinding gua yang kotor. Polusi udara awal ini tidak menjadi masalah, karena orang-orang kemudian hidup dalam kelompok kecil, menempati lingkungan alam yang luas dan belum tersentuh. Dan bahkan konsentrasi orang yang signifikan di daerah yang relatif kecil, seperti yang terjadi pada zaman klasik, belum dibarengi dengan akibat yang serius.

Ini terjadi sampai awal abad kesembilan belas. Hanya pada abad terakhir perkembangan industri "memberi" kita proses produksi seperti itu, yang konsekuensinya pada awalnya belum dapat dibayangkan oleh manusia. Jutaan kota berkekuatan besar muncul, yang pertumbuhannya tidak dapat dihentikan. Semua ini adalah hasil dari penemuan dan penaklukan besar manusia.

Pada dasarnya, ada tiga sumber utama pencemaran udara: industri, boiler domestik, transportasi. Porsi masing-masing sumber ini dalam polusi udara sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat lain. Sekarang diterima secara umum bahwa produksi industri paling mencemari udara. Sumber polusi - pembangkit listrik tenaga panas, boiler rumah tangga, yang bersama dengan asap, memancarkan sulfur dioksida dan karbon dioksida ke udara; perusahaan metalurgi, terutama metalurgi non-besi, yang melepaskan nitrogen oksida, hidrogen sulfida, klorin, fluor, amonia, senyawa fosfor, partikel dan senyawa merkuri dan arsenik ke udara; pabrik kimia dan semen. Gas berbahaya masuk ke udara sebagai hasil pembakaran bahan bakar untuk kebutuhan industri, pemanas rumah, transportasi, pembakaran dan pengolahan limbah rumah tangga dan industri. Polutan atmosfer dibagi menjadi primer, masuk langsung ke atmosfer, dan sekunder, yang dihasilkan dari transformasi yang terakhir. Jadi, belerang dioksida yang memasuki atmosfer dioksidasi menjadi anhidrida belerang, yang berinteraksi dengan uap air dan membentuk tetesan asam sulfat. Ketika anhidrida sulfat bereaksi dengan amonia, kristal amonium sulfat terbentuk. Berikut adalah beberapa polutan: a) Karbon monoksida. Ini diperoleh dengan pembakaran zat karbon yang tidak sempurna. Memasuki udara selama pembakaran limbah padat, dengan gas buang dan emisi dari perusahaan industri. Setidaknya 1.250 juta ton gas ini memasuki atmosfer setiap tahun. m.Karbon monoksida adalah senyawa yang secara aktif bereaksi dengan bagian penyusun atmosfer dan berkontribusi pada peningkatan suhu di planet ini, dan penciptaan efek rumah kaca.

b) Sulfur dioksida. Itu dipancarkan selama pembakaran bahan bakar yang mengandung belerang atau pemrosesan bijih belerang (hingga 170 juta ton per tahun). Bagian dari senyawa belerang dilepaskan selama pembakaran residu organik di tempat pembuangan pertambangan. Di Amerika Serikat saja, jumlah total sulfur dioksida yang dipancarkan ke atmosfer mencapai 65% dari emisi global.

c) Sulfat anhidrida. Ini terbentuk selama oksidasi sulfur dioksida. Produk akhir dari reaksi tersebut adalah aerosol atau larutan asam sulfat dalam air hujan, yang mengasamkan tanah dan memperparah penyakit pernapasan manusia. Pengendapan aerosol asam sulfat dari semburan asap perusahaan kimia diamati pada kekeruhan rendah dan kelembaban udara tinggi. Bilah daun tanaman tumbuh pada jarak kurang dari 11 km. dari perusahaan semacam itu, biasanya berbintik-bintik padat dengan bintik-bintik nekrotik kecil yang terbentuk di tempat pengendapan tetesan asam sulfat. Perusahaan pirometalurgi metalurgi non-besi dan besi, serta pembangkit listrik tenaga panas setiap tahunnya mengeluarkan puluhan juta ton sulfur anhidrida ke atmosfer.

d) Hidrogen sulfida dan karbon disulfida. Mereka memasuki atmosfer secara terpisah atau bersama dengan senyawa belerang lainnya. Sumber utama emisi adalah perusahaan untuk pembuatan serat buatan, gula, kokas, kilang minyak, dan ladang minyak. Di atmosfer, ketika berinteraksi dengan polutan lain, mereka mengalami oksidasi lambat menjadi sulfur anhidrida.

e) Nitrogen oksida. Sumber utama emisi adalah perusahaan yang memproduksi pupuk nitrogen, asam nitrat dan nitrat, pewarna anilin, senyawa nitro, sutera viscose, dan seluloid. Jumlah nitrogen oksida yang memasuki atmosfer adalah 20 juta ton per tahun.

f) Senyawa fluor. Sumber pencemaran adalah perusahaan yang memproduksi aluminium, enamel, kaca, keramik, baja, dan pupuk fosfat. Zat yang mengandung fluor memasuki atmosfer dalam bentuk senyawa gas - hidrogen fluorida atau debu natrium dan kalsium fluorida. Senyawa tersebut ditandai dengan efek toksik. Turunan fluor adalah insektisida yang kuat.

g) Senyawa klorin. Mereka memasuki atmosfer dari perusahaan kimia yang memproduksi asam klorida, pestisida yang mengandung klorin, pewarna organik, alkohol hidrolitik, pemutih, soda. Di atmosfer, mereka ditemukan sebagai campuran molekul klorin dan uap asam klorida. Toksisitas klorin ditentukan oleh jenis senyawa dan konsentrasinya. Dalam industri metalurgi, selama peleburan besi kasar dan selama pemrosesannya menjadi baja, berbagai logam dan gas beracun dilepaskan ke atmosfer.

h) Sulfur dioksida (SO2) dan sulfur anhidrida (SO3). Dalam kombinasi dengan partikel tersuspensi dan kelembapan, mereka memiliki efek paling berbahaya bagi manusia, organisme hidup, dan nilai material. SO2 adalah gas yang tidak berwarna dan tidak mudah terbakar, baunya mulai terasa pada konsentrasinya di udara 0,3-1,0 juta, dan pada konsentrasi lebih dari 3 juta memiliki bau tajam yang mengiritasi. Ini adalah salah satu polutan udara yang paling umum. Ini banyak ditemukan sebagai produk industri metalurgi dan kimia, perantara dalam produksi asam sulfat, komponen utama emisi dari pembangkit listrik tenaga panas dan banyak boiler yang beroperasi pada bahan bakar asam, terutama batubara. Sulfur dioksida adalah salah satu komponen utama yang terlibat dalam pembentukan hujan asam. Tidak berwarna, beracun, karsinogenik, memiliki bau yang menyengat. Belerang dioksida dalam campuran dengan partikel padat dan asam sulfat dengan kandungan tahunan rata-rata 0,04-0,09 juta dan konsentrasi asap 150-200 µg/m3 menyebabkan peningkatan gejala sesak napas dan penyakit paru-paru. Jadi, dengan rata-rata kandungan SO2 harian 0,2-0,5 juta dan konsentrasi asap 500-750 µg/m3, terjadi peningkatan tajam jumlah pasien dan kematian.

Konsentrasi SO2 yang rendah mengiritasi selaput lendir saat terpapar ke tubuh, sedangkan konsentrasi yang lebih tinggi menyebabkan peradangan pada selaput lendir hidung, nasofaring, trakea, bronkus, dan terkadang menyebabkan mimisan. Kontak yang lama menyebabkan muntah. Keracunan akut dengan hasil yang fatal mungkin terjadi. Itu adalah sulfur dioksida yang merupakan komponen aktif utama dari kabut asap London yang terkenal pada tahun 1952, ketika banyak orang meninggal.

Konsentrasi SO2 maksimum yang diijinkan adalah 10 mg/m3. ambang bau - 3-6 mg/m3. Pertolongan pertama untuk keracunan sulfur dioksida - udara segar, kebebasan bernapas, menghirup oksigen, mencuci mata, hidung, membilas nasofaring dengan larutan soda 2%.

Di dalam batas kota kita, emisi ke atmosfer dilakukan oleh rumah ketel dan kendaraan. Ini terutama karbon dioksida, senyawa timbal, nitrogen oksida, oksida belerang (sulfur dioksida), karbon monoksida (karbon monoksida), hidrokarbon, logam berat. Endapan tersebut praktis tidak mencemari atmosfer. Ini dikonfirmasi oleh data.

Tetapi keberadaan jauh dari semua polutan dapat ditentukan dengan menggunakan fitoindikasi. Namun, metode ini memberikan pengenalan awal, dibandingkan dengan instrumen, kemungkinan bahaya yang ditimbulkan oleh zat berbahaya. Kekhususan metode ini adalah pemilihan tanaman - indikator yang memiliki sifat sensitif yang khas saat bersentuhan dengan zat berbahaya. Metode bioindikasi, dengan mempertimbangkan fitur iklim dan geografis wilayah tersebut, dapat berhasil diterapkan sebagai bagian integral dari pemantauan lingkungan industri industri.

Masalah pengendalian emisi polutan ke atmosfer oleh perusahaan industri (MPC)

Prioritas dalam pengembangan konsentrasi maksimum yang diizinkan di udara adalah milik Uni Soviet. MPC - konsentrasi seperti itu yang memengaruhi seseorang dan keturunannya melalui paparan langsung atau tidak langsung, tidak memperburuk kinerja, kesejahteraan, serta kondisi sanitasi dan kehidupan manusia.

Generalisasi semua informasi tentang MPC, yang diterima oleh semua departemen, dilakukan di MGO - Observatorium Geofisika Utama. Untuk menentukan nilai udara berdasarkan hasil pengamatan, nilai konsentrasi yang diukur dibandingkan dengan konsentrasi maksimum yang diizinkan satu kali dan jumlah kasus ketika MPC terlampaui, serta berapa kali nilai terbesar lebih tinggi dari MPC, ditentukan. Nilai rata-rata konsentrasi selama satu bulan atau satu tahun dibandingkan dengan MPC jangka panjang - MPC stabil sedang. Keadaan pencemaran udara oleh beberapa zat yang diamati di atmosfer kota dinilai dengan menggunakan indikator kompleks - indeks pencemaran udara (API). Untuk melakukan ini, MPC dinormalisasi ke nilai yang sesuai dan konsentrasi rata-rata berbagai zat dengan bantuan perhitungan sederhana menghasilkan nilai konsentrasi sulfur dioksida, dan kemudian dijumlahkan.

Tingkat pencemaran udara oleh polutan utama secara langsung tergantung pada perkembangan industri kota. Konsentrasi maksimum tertinggi khas untuk kota-kota dengan populasi lebih dari 500 ribu orang. penduduk. Pencemaran udara dengan zat tertentu tergantung pada jenis industri yang dikembangkan di kota tersebut. Jika perusahaan dari beberapa industri berlokasi di kota besar, maka tingkat polusi udara yang sangat tinggi tercipta, namun masalah pengurangan emisi masih belum terselesaikan.

MPC (konsentrasi maksimum yang diizinkan) dari zat berbahaya tertentu. MPC, dikembangkan dan disetujui oleh undang-undang negara kita, adalah tingkat maksimum zat tertentu yang dapat ditoleransi seseorang tanpa membahayakan kesehatan.

Di dalam batas kota kami dan sekitarnya (di ladang), emisi sulfur dioksida dari produksi (0,002-0,006) tidak melebihi MPC (0,5), emisi total hidrokarbon (kurang dari 1) tidak melebihi MPC (1) . Menurut UNIR, konsentrasi emisi massa CO, NO, NO2 dari boiler (boiler uap dan air panas) tidak melebihi MPE.

2. 3. Pencemaran atmosfer oleh emisi dari sumber bergerak (kendaraan)

Kontributor utama polusi udara adalah kendaraan bertenaga bensin (sekitar 75% di AS), diikuti oleh pesawat terbang (sekitar 5%), mobil bertenaga diesel (sekitar 4%), traktor dan kendaraan pertanian (sekitar 4%), kereta api. dan transportasi air (sekitar 2%). Polutan atmosfer utama yang dipancarkan oleh sumber bergerak (jumlah total zat tersebut melebihi 40%) meliputi karbon monoksida, hidrokarbon (sekitar 19%), dan nitrogen oksida (sekitar 9%). Karbon monoksida (CO) dan nitrogen oksida (NOx) masuk ke atmosfer hanya dengan gas buang, sedangkan hidrokarbon yang tidak terbakar sempurna (HnCm) masuk baik dengan gas buang (kira-kira 60% dari total massa hidrokarbon yang dipancarkan) dan dari bak mesin (sekitar 20%), tangki bahan bakar (sekitar 10%) dan karburator (sekitar 10%); kotoran padat terutama berasal dari gas buang (90%) dan dari bak mesin (10%).

Jumlah polutan terbesar dipancarkan saat kendaraan berakselerasi, terutama pada kecepatan tinggi, serta saat melaju dengan kecepatan rendah (dari kisaran paling ekonomis). Bagian relatif (dari total massa emisi) hidrokarbon dan karbon monoksida adalah yang tertinggi selama pengereman dan pemalasan, bagian nitrogen oksida tertinggi selama akselerasi. Dari data ini dapat disimpulkan bahwa mobil sangat mencemari udara terutama saat sering berhenti dan saat melaju dengan kecepatan rendah.

Sistem lalu lintas gelombang hijau yang dibuat di kota-kota, yang secara signifikan mengurangi jumlah perhentian di persimpangan, dirancang untuk mengurangi polusi udara di kota-kota. Cara pengoperasian mesin, khususnya rasio antara massa bahan bakar dan udara, momen penyalaan, kualitas bahan bakar, rasio permukaan ruang bakar dengan volumenya, dll., Memiliki pengaruh yang besar pada kualitas dan kuantitas emisi pengotor Dengan peningkatan rasio massa udara dan bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran, emisi karbon monoksida dan hidrokarbon berkurang, tetapi emisi nitrogen oksida meningkat.

Terlepas dari kenyataan bahwa mesin diesel lebih ekonomis, mereka tidak mengeluarkan lebih banyak zat seperti CO, HnCm, NOx daripada mesin bensin, mereka mengeluarkan lebih banyak asap (terutama karbon yang tidak terbakar), yang juga memiliki bau tidak sedap yang diciptakan oleh beberapa hidrokarbon yang tidak terbakar. Dikombinasikan dengan kebisingan yang dihasilkan, mesin diesel tidak hanya lebih mencemari lingkungan, tetapi juga mempengaruhi kesehatan manusia jauh lebih besar daripada mesin bensin.

Sumber utama polusi udara di kota-kota adalah kendaraan dan perusahaan industri. Sementara pabrik industri di kota terus mengurangi jumlah emisi berbahaya, tempat parkir mobil merupakan bencana yang nyata. Pemecahan masalah ini akan membantu pengalihan transportasi ke bensin berkualitas tinggi, pengaturan lalu lintas yang kompeten.

Ion timbal menumpuk di tanaman, tetapi tidak muncul secara eksternal, karena ion tersebut berikatan dengan asam oksalat, membentuk oksalat. Dalam pekerjaan kami, kami menggunakan phytoindication dengan perubahan eksternal (fitur makroskopis) tumbuhan.

2. 4. Dampak pencemaran udara terhadap manusia, flora dan fauna

Semua polutan udara, pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil, berdampak negatif pada kesehatan manusia. Zat-zat ini masuk ke tubuh manusia terutama melalui sistem pernapasan. Organ pernapasan menderita polusi secara langsung, karena sekitar 50% partikel pengotor dengan radius 0,01-0,1 mikron yang menembus paru-paru disimpan di dalamnya.

Partikel yang menembus tubuh menyebabkan efek toksik, karena bersifat: a) toksik (beracun) dalam sifat kimia atau fisiknya; b) mengganggu satu atau lebih mekanisme pembersihan saluran pernapasan (pernapasan) secara normal; c) berfungsi sebagai pembawa zat beracun yang diserap tubuh.

3. PEMERIKSAAN ATMOSFER MENGGUNAKAN

TANAMAN INDIKATOR

(PHYTOINDIKASI KOMPOSISI UDARA)

3. 1. Tentang metode fitoindikasi pencemaran ekosistem darat

Salah satu bidang pemantauan lingkungan yang paling penting saat ini adalah phytoindication. Fitoindikasi adalah salah satu metode bioindikasi, yaitu penilaian keadaan lingkungan melalui reaksi tanaman. Komposisi kualitatif dan kuantitatif atmosfer mempengaruhi kehidupan dan perkembangan semua organisme hidup. Kehadiran zat gas berbahaya di udara memiliki efek berbeda pada tanaman.

Metode bioindikasi sebagai alat untuk memantau keadaan lingkungan telah menyebar luas di Jerman, Belanda, Austria, dan Eropa Tengah dalam beberapa tahun terakhir. Kebutuhan akan bioindikasi jelas dalam hal pemantauan ekosistem secara keseluruhan. Metode fitoindikasi sangat penting di dalam kota dan sekitarnya. Tumbuhan digunakan sebagai fitoindikator, dan seluruh kompleks fitur makroskopisnya dipelajari.

Atas dasar analisis teoretis dan analisis kami sendiri, kami telah berupaya untuk mendeskripsikan beberapa metode asli fitoindikasi pencemaran ekosistem darat yang tersedia dalam kondisi sekolah menggunakan contoh perubahan karakteristik eksternal tumbuhan.

Terlepas dari spesiesnya, pada tumbuhan, perubahan morfologi berikut dapat dideteksi dalam proses indikasi

Klorosis adalah pewarnaan pucat pada daun di antara pembuluh darah, diamati pada tumbuhan di tempat pembuangan yang tersisa setelah ekstraksi logam berat, atau jarum pinus dengan sedikit paparan emisi gas;

Kemerahan - bintik-bintik pada daun (akumulasi antosianin);

Menguningnya tepi dan area daun (pada pohon gugur di bawah pengaruh klorida);

Browning atau bronzing (pada pohon gugur, ini sering merupakan indikator tahap awal kerusakan nekrotik yang parah, pada tumbuhan runjung, ini berfungsi untuk pengintaian lebih lanjut dari zona kerusakan akibat asap);

Nekrosis - kematian area jaringan - gejala penting dalam indikasi (termasuk: punctate, interveinal, marginal, dll.);

Rontok daun - deformasi - biasanya terjadi setelah nekrosis (misalnya, penurunan umur jarum, penumpahan, gugurnya daun pada lindens dan chestnut di bawah pengaruh garam untuk mempercepat pencairan es atau di semak-semak di bawah pengaruh oksida belerang) ;

Perubahan ukuran organ tanaman, kesuburan.

Untuk menentukan apa yang disaksikan oleh perubahan morfologis pada fitoindikator tumbuhan ini, kami menggunakan beberapa metode.

Saat memeriksa kerusakan pada jarum pinus, pertumbuhan tunas, nekrosis apikal, dan masa hidup jarum dianggap sebagai parameter penting. Salah satu aspek positif yang mendukung metode ini adalah kemampuan melakukan survei sepanjang tahun, termasuk di kota.

Di daerah penelitian, pohon muda dipilih pada jarak 10–20 m dari satu sama lain, atau pucuk samping pada lingkaran keempat dari pucuk pinus yang sangat tinggi. Survei mengungkapkan dua indikator bioindikatif penting: kelas kerusakan dan pengeringan jarum serta masa hidup jarum. Sebagai hasil dari penilaian cepat, tingkat polusi udara ditentukan.

Teknik yang dijelaskan didasarkan pada studi S. V. Alekseev, A. M. Becker.

Untuk menentukan kelas kerusakan dan pengeringan jarum, bagian apikal batang pinus menjadi objek pertimbangan. Sesuai dengan kondisi jarum bagian pucuk tengah (kedua dari atas) tahun sebelumnya, kelas kerusakan jarum ditentukan berdasarkan skala.

Kelas kerusakan jarum:

I - jarum tanpa bintik;

II - jarum dengan sedikit bintik kecil;

III - jarum dengan banyak bintik hitam dan kuning, beberapa di antaranya berukuran besar, seluruh lebar jarum.

Kelas pengeringan jarum:

I - tidak ada area kering;

II - ujung menyusut, 2 - 5 mm;

III - 1/3 jarum telah mengering;

IV - semua jarum berwarna kuning atau setengah kering.

Kami menilai masa hidup jarum berdasarkan kondisi bagian apikal batang. Kenaikan itu diambil selama beberapa tahun terakhir, dan diyakini bahwa satu lingkaran terbentuk untuk setiap tahun kehidupan. Untuk mendapatkan hasil, perlu ditentukan usia total jarum - jumlah bagian batang dengan jarum yang diawetkan sepenuhnya, ditambah proporsi jarum yang diawetkan di bagian berikutnya. Misalnya, jika bagian apikal dan dua bagian di antara lingkaran benar-benar mempertahankan jarumnya, dan bagian berikutnya mempertahankan setengah dari jarumnya, maka hasilnya adalah 3,5 (3 + 0, 5 = 3,5).

Setelah menentukan kelas kerusakan dan masa pakai jarum, dimungkinkan untuk memperkirakan kelas polusi udara sesuai dengan tabel

Sebagai hasil penelitian kami tentang jarum pinus untuk kelas kerusakan dan pengeringan jarum, ternyata ada sejumlah kecil pohon di kota yang mengalami pengeringan ujung jarum. Pada dasarnya jarum berumur 3-4 tahun, jarum tidak berbintik-bintik, tetapi ada yang ujungnya mengering. Disimpulkan bahwa udara di kota itu bersih.

Dengan menggunakan teknik bioindikasi ini selama beberapa tahun, dimungkinkan untuk memperoleh informasi yang dapat dipercaya tentang polusi gas dan asap baik di kota itu sendiri maupun di sekitarnya.

Objek tumbuhan lain untuk bioindikasi pencemaran pada ekosistem darat dapat berupa:

➢ selada air sebagai objek uji untuk menilai polusi tanah dan udara;

➢ vegetasi lumut - saat memetakan area menurut keanekaragaman spesiesnya;

Lumut sangat sensitif terhadap polusi udara dan mati pada karbon monoksida tingkat tinggi, senyawa belerang, nitrogen, dan fluor. Tingkat kepekaan pada spesies yang berbeda tidak sama. Oleh karena itu, mereka dapat dijadikan sebagai indikator hidup kebersihan lingkungan. Metode penelitian ini disebut indikasi lichen.

Ada dua cara untuk menerapkan metode indikasi lichen: aktif dan pasif. Dalam kasus metode aktif, lumut daun dari jenis Hypohymnia dipamerkan di papan khusus sesuai dengan kisi pengamatan, dan kemudian kerusakan tubuh lumut oleh zat berbahaya ditentukan (contoh diambil dari data tentang penentuan tingkat polusi udara di dekat pabrik metalurgi aluminium dengan metode bioindikasi Hal ini memungkinkan kita untuk menarik kesimpulan langsung tentang yang ada Di kota Kogalym, Parmelia bengkak dan Xanthoria walla ditemukan, tetapi dalam jumlah kecil. Di luar kota, lumut jenis ini ditemukan ditemukan dalam jumlah besar, dan dengan tubuh utuh.

Dalam kasus metode pasif, pemetaan lichen digunakan. Sudah di pertengahan abad ke-19, fenomena seperti itu diamati bahwa karena polusi udara dengan zat berbahaya, lumut menghilang dari kota. Lumut dapat digunakan untuk membedakan antara area polusi udara di area yang luas dan sumber polusi yang beroperasi di area kecil. Kami telah melakukan penilaian polusi udara menggunakan lumut indikator. Kami memperkirakan tingkat polusi udara di kota dengan banyaknya jenis lumut.

Dalam kasus kami, berbagai jenis lumut dikumpulkan baik di wilayah kota maupun di wilayah yang berdekatan dengan kota. Hasilnya dimasukkan dalam tabel terpisah.

Kami mencatat polusi lemah di kota dan tidak menandai zona polusi di luar kota. Ini dibuktikan dengan ditemukannya spesies lumut. Pertumbuhan lumut yang lambat, jarangnya tajuk pohon perkotaan, berbeda dengan hutan, dan pengaruh sinar matahari langsung pada batang pohon juga diperhitungkan.

Namun, tumbuhan fitoindikator memberi tahu kami tentang polusi udara yang lemah di kota. Tapi apa? Untuk menentukan gas apa yang mencemari atmosfer, kami menggunakan tabel nomor 4. Ternyata ujung jarum memperoleh warna coklat saat atmosfer tercemar sulfur dioksida (dari ruang ketel), dan pada konsentrasi yang lebih tinggi, terjadi kematian lumut.

Sebagai perbandingan, kami melakukan pekerjaan eksperimental, yang menunjukkan hasil sebagai berikut: memang ada kelopak bunga taman (petunia) yang berubah warna, tetapi hanya sedikit yang diperhatikan, karena proses vegetatif dan proses pembungaan di daerah kami singkat, dan konsentrasi sulfur dioksida tidak kritis.

Adapun percobaan No. 2 “Hujan asam dan tumbuhan”, dilihat dari sampel herbarium yang kami kumpulkan, terdapat daun dengan bercak nekrotik, namun bercak tersebut melewati tepi daun (klorosis), dan di bawah aksi hujan asam, bintik-bintik nekrotik coklat muncul di seluruh helaian daun.

3. 2. Studi tanah menggunakan tanaman indikator - acidophiles dan calcephobes

(Fitoindikasi komposisi tanah)

Dalam proses perkembangan sejarah, spesies atau komunitas tumbuhan telah berkembang, berasosiasi dengan kondisi habitat tertentu sedemikian kuatnya sehingga kondisi ekologis dapat dikenali dari keberadaan spesies tumbuhan tersebut atau komunitasnya. Dalam hal ini, kelompok tumbuhan yang terkait dengan keberadaan unsur kimia dalam komposisi tanah telah diidentifikasi:

➢ nitrofil (kasa putih, jelatang, fireweed berdaun sempit, dll.);

➢ calcephiles (Larch Siberia, moncong, sandal wanita, dll.);

➢ calcephobes (heather, lumut sphagnum, rumput kapas, buluh buluh, lumut klub pipih, lumut klub, ekor kuda, pakis).

Selama penelitian, kami menemukan bahwa tanah yang miskin nitrogen terbentuk di wilayah kota. Kesimpulan ini dibuat berkat spesies tanaman berikut yang kami catat: fireweed berdaun sempit, semanggi padang rumput, reed reed grass, maned barley. Dan di kawasan hutan yang berdekatan dengan kota banyak terdapat tumbuhan calcephobe. Ini adalah spesies ekor kuda, pakis, lumut, rumput kapas. Spesies tanaman yang disajikan disajikan dalam folder herbarium.

Keasaman tanah ditentukan oleh keberadaan kelompok tanaman berikut:

Asidofilik - keasaman tanah dari 3,8 hingga 6,7 ​​(menabur gandum, menabur gandum hitam, rumput minggu Eropa, mencuat putih, barley maned, dll.);

Neutrofilik - keasaman tanah dari 6,7 hingga 7,0 (gabungan landak, rumput stepa timothy, oregano biasa, padang rumput enam kelopak, dll.);

Basofilik - dari 7,0 hingga 7,5 (semanggi padang rumput, burung bertanduk, rumput timothy padang rumput, api unggun tanpa tenda, dll.).

Adanya tanah asam dengan tingkat asidofilik dibuktikan dengan spesies tanaman seperti semanggi merah, jelai, yang kami temukan di kota. Tidak jauh dari kota, tanah seperti itu dibuktikan dengan spesies alang-alang, cranberry rawa, podbel. Ini adalah spesies yang secara historis berkembang di daerah basah dan berawa, tidak termasuk keberadaan kalsium di dalam tanah, lebih menyukai tanah gambut yang asam.

Metode lain yang kami uji adalah studi tentang keadaan pohon birch sebagai indikator salinitas tanah dalam kondisi perkotaan. Phytoindication tersebut dilakukan dari awal Juli hingga Agustus. Birch berbulu halus ditemukan di jalanan dan di kawasan hutan kota. Kerusakan pada dedaunan birch di bawah aksi garam yang digunakan untuk mencairkan es memanifestasikan dirinya sebagai berikut: zona marginal berwarna kuning cerah muncul, kemudian tepi daun mati, dan zona kuning bergerak dari tepi ke tengah dan pangkal daun .

Kami telah melakukan penelitian pada daun pohon birch berbulu halus, serta abu gunung. Sebagai hasil penelitian, ditemukan klorosis marginal pada daun, inklusi titik. Ini menunjukkan tingkat kerusakan 2 (minor). Hasil dari manifestasi ini adalah masuknya garam untuk mencairkan es.

Analisis komposisi spesies flora dalam konteks penentuan unsur kimia dan keasaman tanah dalam kondisi pemantauan lingkungan bertindak sebagai metode fitoindikasi yang mudah diakses dan paling sederhana.

Sebagai kesimpulan, kami mencatat bahwa tanaman adalah objek penting untuk bioindikasi pencemaran ekosistem, dan studi fitur morfologisnya dalam mengenali situasi ekologis sangat efektif dan dapat diakses di dalam kota dan sekitarnya.

4. Kesimpulan dan perkiraan:

1. Di wilayah kota, metode fitoindikasi dan lichenoindikasi menunjukkan sedikit polusi udara.

2. Di wilayah kota, tanah asam diungkapkan dengan metode phytoindication. Di hadapan tanah asam, untuk meningkatkan kesuburan, gunakan pengapuran berdasarkan berat (metode perhitungan), tambahkan tepung dolomit.

3. Di wilayah kota, terungkap sedikit polusi (salinisasi) tanah dengan campuran garam terhadap lapisan es jalan.

4. Salah satu masalah industri yang kompleks adalah penilaian dampak kompleks dari berbagai polutan dan senyawanya terhadap lingkungan. Dalam hal ini, sangat penting untuk menilai kesehatan ekosistem dan spesies individu dengan menggunakan bioindikator. Kami dapat merekomendasikan hal berikut sebagai bioindikator untuk memantau polusi udara di fasilitas industri dan di daerah perkotaan:

➢ Lichen berdaun Hypohymnia bengkak, yang paling sensitif terhadap polutan asam, sulfur dioksida, logam berat.

➢ Kondisi jarum pinus untuk bioindikasi polusi gas dan asap.

5. Sebagai bioindikator yang memungkinkan penilaian keasaman tanah dan pemantauan pencemaran tanah di fasilitas industri dan di daerah perkotaan, kami dapat merekomendasikan:

➢ Spesies tanaman perkotaan: semanggi merah, maned barley untuk menentukan tanah asam dari tingkat asidofilik. Tidak jauh dari kota, tanah seperti itu dibuktikan dengan spesies alang-alang, cranberry rawa, podbel.

➢ Downy birch sebagai bioindikator salinitas tanah antropogenik.

5. Meluasnya penggunaan metode bioindikasi oleh perusahaan akan memungkinkan untuk menilai kualitas lingkungan alam dengan lebih cepat dan andal dan, dalam kombinasi dengan metode instrumental, menjadi penghubung penting dalam sistem pemantauan lingkungan industri (EM) di fasilitas industri.

Saat menerapkan sistem pemantauan lingkungan industri, penting untuk mempertimbangkan faktor ekonomi. Biaya instrumen dan peralatan untuk TEM hanya untuk satu stasiun kompresor linier adalah 560 ribu rubel

Perlindungan hewan

Bukan rahasia lagi bagi siapa pun bahwa seluruh dunia sekarang menjadi lingkungan yang mengerikan. Itu membahayakan segalanya - manusia, hewan, dan secara umum seluruh dunia hewan. Baik hutan Amazon maupun taiga Siberia tidak dapat mengatasi emisi berbahaya.

Karena ekologi yang buruk, mutasi hewan dimulai. Di lepas pantai Jepang, mereka menemukan cumi-cumi seberat 50 kilogram. Mutasi kanguru terjadi di Meksiko. Mereka mulai memiliki kepala anjing dan taring besar. Dan di Ural Utara, ternak mulai mati. Semua mutasi ini berdampak negatif tidak hanya pada hewan, tetapi juga pada manusia.

Polusi udara menyebabkan fluorosis pada hewan. Ini adalah keracunan kronis yang disebabkan oleh polusi udara dengan senyawa fluorida. Senyawa fluoride juga telah diidentifikasi dalam air dan makanan hewani. Di antara hewan, fluorosis mempengaruhi domba dan sapi.

Kontaminasi padang rumput oleh senyawa tersebut adalah beberapa faktor. Ini adalah debu tanah alami yang diamati di beberapa daerah. Ini adalah limbah gas dan debu perusahaan, serta pembakaran batu bara. Perusahaan modern yang memproduksi enamel, semen, aluminium, dan asam fosfat mengandung senyawa fluorida, termasuk hidrogen fluorida.

Hewan umumnya mengalami stres ketika parameter lingkungan alam berubah drastis. Bahkan pada tingkat polusi yang rendah, reaksi negatif terhadap polusi selalu terjadi. Reaksi mempengaruhi fondasi molekuler-genetik dalam tubuh, menunjukkan ciri-ciri etologi dan ontogenesis pada hewan, dan juga mengubah ciri interaksi antarspesies.

Radiasi juga berdampak negatif pada dunia hewan. Selama pengujian senjata nuklir, kejatuhan radioaktif dilepaskan ke udara atmosfer. Radiasi mempengaruhi hewan dengan cara yang sama seperti manusia. Kejatuhan radioaktif berakhir pada makanan. Pertama, curah hujan dari tanah masuk ke tanaman, dan di sana terakumulasi dan dikonsumsi oleh hewan. Saat ini, kontaminasi seperti itu dapat diabaikan, tetapi tidak ada informasi yang cukup tentang hasil makanan yang dikonsumsi dengan unsur radioaktif. Penelitian modern lebih lanjut sangat penting.

Limbah industri dan perairan domestik mengalami perlakuan mekanis, biologis dan fisik. Zat yang terkandung dalam air limbah juga berdampak buruk bagi dunia hewan.

Ekologi modern semakin berdampak buruk pada manusia, pada dunia hewan dan tumbuhan. Oleh karena itu perlu dilakukan pelestarian alam. Organisasi cagar berkontribusi pada konservasi satwa liar. Spesies langka dan terancam punah dilindungi dengan andal. Selain itu, cadangan hewan liar jinak dengan properti berharga. Cagar alam juga terlibat dalam pemukiman kembali hewan yang punah, sehingga memperkaya fauna lokal.

Institusi Pendidikan Negara

Pendidikan Profesi Tinggi

Universitas Negeri Vyatka

Departemen Biologi

Departemen Mikrobiologi

Abstrak pada topik:

Tumbuhan dan hewan merupakan indikator pencemaran lingkungan

Kirov, 2010

Perkenalan

Baru-baru ini, pengamatan terhadap perubahan keadaan lingkungan yang disebabkan oleh penyebab antropogenik menjadi sangat relevan. Sistem pengamatan dan prakiraan ini adalah inti dari pemantauan lingkungan. Untuk tujuan ini, metode pemantauan lingkungan yang agak efektif dan murah semakin banyak digunakan dan digunakan - bioindikasi, yaitu. penggunaan organisme hidup untuk menilai keadaan lingkungan.

Konsekuensi pencemaran lingkungan tercermin dalam penampilan tanaman. Pada tumbuhan di bawah pengaruh zat berbahaya, jumlah stomata, ketebalan kutikula, kepadatan pubertas meningkat, klorosis dan nekrosis daun berkembang, dan daun gugur awal. Beberapa tanaman paling sensitif terhadap sifat dan tingkat polusi atmosfer. Ini berarti bahwa mereka dapat berfungsi sebagai indikator hidup dari keadaan lingkungan. Saat ini telah dikembangkan konsep pemantauan lingkungan terpadu terhadap lingkungan alam yang salah satunya adalah pemantauan biologis. Tanaman indikator dapat digunakan baik untuk mengidentifikasi polutan udara individu maupun untuk menilai kualitas lingkungan alam. Setelah mendeteksi keberadaan polutan tertentu di udara berdasarkan keadaan tumbuhan, mereka mulai mengukur jumlah zat tersebut dengan berbagai metode, misalnya menguji tumbuhan dalam kondisi laboratorium.

Pada tingkat spesies dan komunitas, keadaan lingkungan alam dapat dinilai dari indikator produktivitas tumbuhan. Indikator keberadaan belerang dioksida adalah lumut dan tumbuhan runjung, yang paling terpengaruh oleh polusi. Di banyak kota industri di sekitar pabrik terdapat zona di mana lumut sama sekali tidak ada - "lumut gurun". Jarum pinus membentuk lapisan lilin yang lebih tebal di permukaannya, semakin tinggi konsentrasinya atau semakin lama efek belerang dioksida di atasnya. Atas dasar ini, metode untuk menunjukkan gas asam di atmosfer dikembangkan - "uji kekeruhan Hertel". Tanda lain pengaruh belerang dioksida pada tanaman adalah penurunan pH isi sel.

Seluruh kompleks faktor lingkungan (suhu udara dan tanah, ketersediaan kelembaban, pH lingkungan, polusi tanah dan udara dengan logam) memengaruhi biosintesis pigmen, mengubah warna berbagai bagian tanaman. Bioindikator ini mungkin yang paling informatif.

Studi yang dilakukan pada tanaman berkayu menunjukkan bahwa logam berat dapat terakumulasi pada tanaman, dan kandungannya dapat digunakan untuk menilai situasi ekologis wilayah tersebut. Polusi dengan tembaga mempengaruhi pertumbuhan tanaman, seng menyebabkan kematian daun pada tanaman, kobalt menyebabkan perkembangan abnormal, dll. Indikator keberadaan fluor adalah tanaman sensitif yang menumpuknya dan bereaksi terhadap fitotoksik ini dengan nekrosis daun (gladiol, freesia).

Contoh-contoh ini menunjukkan bahwa peternak dapat melakukan banyak hal untuk membuat bioindikator dari berbagai jenis polusi. Instalasi yang rentan dapat menggantikan peralatan analisis gas yang mahal. "Penganalisis gas" seperti itu akan tersedia untuk semua orang.

1. Indikator biologis

(B.i.) - organisme yang merespons perubahan lingkungan dengan ada atau tidaknya, perubahan penampilan, komposisi kimia, perilaku.

Dalam pemantauan pencemaran lingkungan, penggunaan B.i. seringkali memberikan informasi yang lebih berharga daripada penilaian langsung terhadap polusi oleh perangkat, karena B.i. bereaksi segera terhadap seluruh kompleks polusi. Selain itu, memiliki<памятью>, B.i. reaksi mereka mencerminkan polusi dalam jangka waktu yang lama. Pada daun pohon, saat atmosfer tercemar, muncul nekrosis (daerah sekarat). Kehadiran beberapa spesies yang tahan polusi dan tidak adanya spesies yang tidak tahan (misalnya lumut kerak) menentukan tingkat polusi udara perkotaan.

Saat menggunakan B. dan. kemampuan beberapa spesies untuk mengakumulasi polutan memainkan peran penting. Konsekuensi dari kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl dicatat di Swedia selama analisis lumut. Birch dan aspen dapat menandakan peningkatan kandungan barium dan strontium di lingkungan dengan daun hijau yang tidak alami. Demikian pula, di area hamburan uranium di sekitar endapan, kelopak tumbuhan willow memutih (biasanya merah muda), blueberry mengubah buah biru tua menjadi putih, dll.

Untuk mengidentifikasi polutan yang berbeda, berbagai jenis agen biologis digunakan: untuk polusi umum - lumut dan lumut, untuk polusi dengan logam berat - plum dan kacang-kacangan, sulfur dioksida - cemara dan alfalfa, amonia - bunga matahari, hidrogen sulfida - bayam dan kacang polong, polisiklik hidrokarbon aromatik (PAH) - sensitif, dll.

Disebut<живые приборы>- tanaman indikator ditanam di tempat tidur, ditempatkan di bejana tumbuh atau di kotak khusus (dalam kasus terakhir, lumut digunakan, kotak yang disebut briometer).<Живые приборы>dipasang di bagian kota yang paling tercemar.

Saat menilai pencemaran ekosistem perairan sebagai B.i. tumbuhan tingkat tinggi atau ganggang mikroskopis, organisme zooplankton (infusoria-sepatu) dan zoobenthos (moluska, dll.) dapat digunakan. Di Rusia tengah, di badan air, ketika air tercemar, lumut tanduk, gulma terapung, gulma bebek tumbuh, dan di air bersih - selada air katak dan salvinia.

Dengan bantuan B. dan. dimungkinkan untuk mengevaluasi salinitas tanah, intensitas penggembalaan, perubahan rezim kelembaban, dll. Dalam hal ini, seperti B.i. paling sering seluruh komposisi phytocenosis digunakan. Setiap spesies tumbuhan memiliki batas distribusi (toleransi) tertentu untuk setiap faktor lingkungan, dan oleh karena itu fakta pertumbuhan bersama mereka memungkinkan kita untuk menilai sepenuhnya faktor lingkungan.

Kemungkinan menilai lingkungan dengan vegetasi dipelajari oleh cabang botani khusus - geobotani indikator. Metode utamanya adalah penggunaan skala ekologi, yaitu tabel khusus, di mana untuk setiap spesies batas distribusinya ditunjukkan oleh faktor kelembaban, kekayaan tanah, salinitas, penggembalaan, dll. Di Rusia, skala ekologi disusun oleh L. G. Ramensky .

Penggunaan pohon sebagai B.i. telah meluas. perubahan iklim dan tingkat pencemaran lingkungan. Ketebalan cincin tahunan diperhitungkan: pada tahun-tahun ketika curah hujan sedikit atau konsentrasi polutan di atmosfer meningkat, cincin sempit terbentuk. Dengan demikian, dapat dilihat cerminan dinamika kondisi lingkungan pada potongan batang gergaji.

1.2 Pengendalian hayati terhadap lingkungan

Pengendalian biologis terhadap lingkungan mencakup dua kelompok utama metode: bioindikasi dan biotesting. Penggunaan tumbuhan, hewan, dan bahkan mikroorganisme sebagai bioindikator memungkinkan biomonitoring udara, air, dan tanah.

Bioindikasi ( bioindikasi ) - deteksi dan penentuan muatan alami dan antropogenik yang signifikan secara lingkungan berdasarkan reaksi organisme hidup terhadapnya secara langsung di habitatnya. Indikator biologis memiliki ciri-ciri yang merupakan karakteristik dari suatu sistem atau proses, yang menjadi dasar penilaian kualitatif atau kuantitatif terhadap tren perubahan, penentuan atau evaluasi klasifikasi keadaan sistem ekologi, proses dan fenomena. Saat ini, dapat dianggap diterima secara umum bahwa indikator utama pembangunan berkelanjutan pada akhirnya adalah kualitas lingkungan.

Biotesting ( bioassay ) - prosedur untuk menetapkan toksisitas lingkungan menggunakan benda uji yang menandakan bahaya, terlepas dari zat apa dan kombinasi apa yang menyebabkan perubahan fungsi vital pada benda uji. Untuk menilai parameter lingkungan, reaksi standar organisme hidup (organ individu, jaringan, sel atau molekul) digunakan.Dalam organisme yang berada di bawah kondisi polusi untuk waktu kontrol, perubahan terjadi pada sistem fisiologis, biokimia, genetik, morfologi atau kekebalan tubuh. Objek dikeluarkan dari habitatnya, dan analisis yang diperlukan dilakukan di laboratorium.

Meskipun pendekatannya sangat dekat dengan tujuan akhir penelitian, harus diingat bahwa biotesting dilakukan pada tingkat molekul, sel atau organisme dan mencirikan kemungkinan konsekuensi pencemaran lingkungan untuk biota, sedangkan bioindikasi dilakukan. pada tingkat organisme, populasi dan komunitas dan mencirikan, sebagai aturan, hasil polusi. . Benda hidup adalah sistem terbuka yang melaluinya terdapat aliran energi dan peredaran zat. Semuanya kurang lebih cocok untuk tujuan biomonitoring.

Dalam beberapa dekade terakhir, pengendalian kualitas lingkungan dengan menggunakan objek biologis telah mengambil bentuk sebagai arahan ilmiah dan terapan yang sebenarnya. Pada saat yang sama, perlu dicatat bahwa ada kekurangan literatur pendidikan tentang masalah ini dan sangat membutuhkannya.

1.3 Prinsip organisasi pemantauan biologis

Kualitas ekologis lingkungan manusia dipahami sebagai karakteristik integral dari lingkungan alam yang menjamin terpeliharanya kesehatan dan kenyamanan hidup seseorang.

Karena seseorang beradaptasi dan dapat hidup dengan nyaman hanya di lingkungan biologis modern, di ekosistem alami, konsep "kualitas ekologis lingkungan" menyiratkan pelestarian keseimbangan ekologis di alam (kestabilan relatif komposisi spesies ekosistem dan lingkungan). komposisi lingkungan hidup), yang menjamin kesehatan manusia.

Penting untuk membedakan antara tujuan dan metode normalisasi dan penilaian kualitas lingkungan manusia dalam hal parameter fisik dan kimia utama, di satu sisi, dan ramalan ekologis dari perubahan masa depan dalam keadaan ekosistem dan manusia. kesehatan dalam kondisi tekanan antropogenik, di sisi lain.

Untuk penilaian umum keadaan lingkungan dan menentukan bagian partisipasi sumber individu dalam pencemarannya, standar sanitasi-higienis dan toksikologi digunakan (konsentrasi maksimum yang diizinkan - MPC - polutan, tingkat paparan maksimum yang diizinkan - MPS). Namun, untuk memprediksi hasil dampak faktor antropogenik baik terhadap ekosistem maupun kesehatan manusia, perlu juga memperhitungkan banyak indikator yang menjadi ciri respons organisme individu dan ekosistem secara keseluruhan terhadap dampak teknogenik.

Pencemaran antropogenik mempengaruhi organisme hidup, termasuk manusia, dalam berbagai kombinasi, dengan cara yang kompleks. Pengaruh integral mereka hanya dapat dinilai dengan reaksi organisme hidup atau seluruh komunitas. Prediksi dampak air yang tercemar, bahan tambahan kimia dalam makanan, atau udara yang tercemar pada manusia valid jika penilaian toksisitas tidak hanya mencakup metode analitik, tetapi juga diagnostik biologis dari pengaruh lingkungan pada hewan. Selain itu, banyak xenobiotik (zat asing bagi biosfer) menumpuk di dalam tubuh, dan sebagai akibatnya, paparan yang terlalu lama terhadap zat-zat ini dengan konsentrasi rendah menyebabkan perubahan patologis dalam tubuh. Akhirnya, efek paradoks dosis kecil dari banyak senyawa aktif biologis diketahui, ketika dosis super rendah (di bawah MPC) memiliki efek yang lebih kuat pada tubuh daripada dosis dan konsentrasi rata-rata.

Indikator universal dari perubahan homeostasis organisme uji adalah keadaan stres ketika masuk dari lingkungan "bersih" ke lingkungan "terkontaminasi".

Dalam biologi, stres dipahami sebagai reaksi sistem biologis terhadap faktor lingkungan ekstrem (penyebab stres), yang bergantung pada kekuatan, intensitas, momen, dan durasi paparan, dapat mempengaruhi sistem secara lebih atau kurang kuat.

Dampak stres dari lingkungan menyebabkan penyimpangan parameter utama tubuh dari tingkat optimal.

Saat ini, penilaian tingkat bahaya lingkungan secara tradisional dilakukan dengan mengidentifikasi zat atau efek individu yang berpotensi berbahaya di lingkungan dan membandingkan hasil yang diperoleh dengan nilai maksimum yang diizinkan secara hukum untuk mereka.

Penerapan prinsip-prinsip dasar pembangunan berkelanjutan peradaban dalam kondisi modern hanya mungkin jika ada informasi yang sesuai tentang keadaan habitat sebagai tanggapan terhadap dampak antropogenik, yang dikumpulkan selama pemantauan biologis. Penilaian kualitas lingkungan merupakan tugas utama dari setiap kegiatan di bidang ekologi dan pengelolaan alam rasional. Istilah "pemantauan" (dari bahasa Inggris. pemantauan - pengendalian) berarti melakukan kegiatan pemantauan, pengukuran dan penilaian keadaan lingkungan secara terus menerus.

Objek pemantauan adalah sistem biologis dan faktor-faktor yang mempengaruhinya. Pada saat yang sama, pendaftaran simultan dari dampak antropogenik pada ekosistem dan respons biologis terhadap dampak pada seluruh rangkaian indikator sistem kehidupan sangat diharapkan.

Prinsip dasar pemantauan biologis adalah pembentukan tingkat kontrol optimal, setiap penyimpangan yang mengindikasikan paparan stres. Biasanya, ketika mengevaluasi optimal untuk salah satu parameter, muncul pertanyaan apakah kondisi ini juga akan optimal untuk karakteristik organisme lainnya. Namun, jika parameter yang dipelajari mencirikan sifat utama organisme secara keseluruhan, maka tingkat optimalnya serupa. Misalnya, parameter yang berbeda dan tampaknya sepenuhnya independen seperti asimetri fitur morfologis, parameter darah, intensitas konsumsi oksigen, ritme pertumbuhan, dan frekuensi penyimpangan kromosom dapat berubah secara serempak, ketika, di bawah efek stres tertentu, karakteristik dasar yang paling umum dari organisme benar-benar berubah - homeostasis perkembangan.

2. Bioindikasi lingkungan

2.1 Prinsip umum penggunaan bioindikator

Bioindikator(dari bio dan lat. indiko - tunjukkan, tentukan) - organisme, keberadaan, jumlah atau fitur perkembangannya berfungsi sebagai indikator proses alami, kondisi atau perubahan antropogenik di habitat. Signifikansi indikator mereka ditentukan oleh toleransi ekologis dari sistem biologis. Di dalam zona toleransi, tubuh mampu mempertahankan homeostasisnya. Faktor apa pun, jika melampaui "zona nyaman" untuk organisme tertentu, membuat stres. Dalam hal ini, organisme bereaksi dengan respons dengan intensitas dan durasi yang berbeda-beda, yang manifestasinya bergantung pada spesies dan merupakan indikator nilai indikatornya. Ini adalah respon yang ditentukan oleh metode bioindikasi. Sistem biologis merespons pengaruh lingkungan secara keseluruhan, dan tidak hanya pada faktor individu, dan amplitudo fluktuasi toleransi fisiologis dimodifikasi oleh keadaan internal sistem - kondisi nutrisi, usia, resistensi yang dikendalikan secara genetik.

Pengalaman bertahun-tahun para ilmuwan dari berbagai negara dalam memantau keadaan lingkungan telah menunjukkan keuntungan yang dimiliki indikator hidup:

· dalam kondisi beban antropogenik kronis, mereka dapat merespon bahkan dampak yang relatif lemah karena efek kumulatif; reaksi dimanifestasikan selama akumulasi nilai kritis tertentu dari beban dosis total;

· meringkas dampak dari semua dampak penting secara biologis tanpa kecuali dan mencerminkan keadaan lingkungan secara keseluruhan, termasuk pencemarannya dan perubahan antropogenik lainnya;

menghilangkan kebutuhan untuk mendaftarkan parameter kimia dan fisik yang mencirikan keadaan lingkungan;

perbaiki kecepatan perubahan yang terjadi;

mengungkap tren perkembangan lingkungan alam;

menunjukkan cara dan tempat akumulasi berbagai jenis polusi dan racun dalam sistem ekologi, kemungkinan cara masuknya mereka ke dalam makanan manusia;

memungkinkan untuk menilai tingkat kerusakan zat apa pun yang disintesis oleh manusia untuk satwa liar dan untuk dirinya sendiri, dan pada saat yang sama memungkinkan untuk mengontrol tindakannya.

Ada dua bentuk respons organisme hidup yang digunakan untuk tujuan bioindikasi - spesifik Dan tidak spesifik. Dalam kasus pertama, perubahan yang sedang berlangsung dikaitkan dengan tindakan salah satu faktor. Dengan bioindikasi nonspesifik, berbagai faktor antropogenik menyebabkan reaksi yang sama.

Bergantung pada jenis responsnya, bioindikator dibagi menjadi peka Dan kumulatif. Bioindikator sensitif bereaksi terhadap stres dengan penyimpangan yang signifikan dari norma kehidupan, sedangkan bioindikator kumulatif mengakumulasi dampak antropogenik, secara signifikan melebihi tingkat normal di alam, tanpa perubahan yang terlihat.

Jadilah tipikal untuk kondisi tertentu;

· memiliki kelimpahan yang tinggi di ekotop yang dipelajari;

· tinggal di tempat ini selama beberapa tahun, yang memungkinkan untuk melacak dinamika polusi;

berada dalam kondisi yang sesuai untuk pengambilan sampel;

· memungkinkan analisis langsung tanpa pra-konsentrasi sampel;

dicirikan oleh adanya korelasi positif antara konsentrasi polutan pada organisme-indikator dan objek kajian;

digunakan dalam kondisi alamiah keberadaannya; »memiliki periode ontogeni yang singkat sehingga dimungkinkan untuk melacak pengaruh faktor tersebut pada generasi berikutnya.

Respon bioindikator terhadap efek fisik atau kimia tertentu harus dinyatakan dengan jelas, yaitu. spesifik, mudah didaftarkan secara visual atau dengan bantuan instrumen.

Untuk bioindikasi, perlu memilih komunitas yang paling sensitif, ditandai dengan tingkat respons maksimum dan tingkat keparahan parameter. Misalnya, dalam ekosistem perairan, yang paling sensitif adalah komunitas planktonik, yang merespons perubahan lingkungan dengan cepat karena siklus hidup yang pendek dan tingkat reproduksi yang tinggi. Komunitas bentik, di mana organisme memiliki siklus hidup yang cukup panjang, lebih konservatif: penataan ulang terjadi di dalamnya selama polusi kronis jangka panjang, yang menyebabkan proses yang tidak dapat diubah.

Metode bioindikasi yang dapat digunakan dalam kajian suatu ekosistem meliputi identifikasi spesies langka dan terancam punah di daerah yang diteliti. Daftar organisme tersebut sebenarnya adalah sekumpulan spesies indikator yang paling sensitif terhadap dampak antropogenik.

2.2 Ciri-ciri pemanfaatan tumbuhan sebagai bioindikator

Dengan bantuan tumbuhan, dimungkinkan untuk melakukan bioindikasi semua lingkungan alam. Tanaman indikator digunakan untuk menilai komposisi mekanik dan asam tanah, kesuburan, kelembaban dan salinitasnya, tingkat mineralisasi air tanah dan tingkat polusi udara atmosfer dengan senyawa gas, serta dalam mengidentifikasi sifat trofik badan air dan lingkungan. tingkat polusi mereka dengan polutan. Misalnya kandungan timbal dalam tanah ditunjukkan oleh spesies fescue (Festuca ovina dll), membungkuk (Agrostis tenuis dan sebagainya.); seng - jenis violet ( Biola triwarna dll.), yarutki (Tlaspi alpestre dan sebagainya.); tembaga dan kobalt - resin (Silene vulgaris dll), banyak sereal dan lumut.

Fitoindikator sensitif menunjukkan adanya polutan di udara atau tanah melalui reaksi morfologis awal - perubahan warna daun (penampilan klorosis; warna kuning, coklat atau perunggu), berbagai bentuk nekrosis, layu dini, dan rontoknya daun. Pada tanaman tahunan, kontaminan menyebabkan perubahan ukuran, bentuk, jumlah organ, arah pertumbuhan tunas, atau perubahan fekunditas. Reaksi seperti itu biasanya tidak spesifik.

B. V. Vinogradov mengklasifikasikan tanda-tanda indikator tanaman sebagai floristik, fisiologis, morfologis, dan phytocenotic. Ciri-ciri floristik adalah perbedaan komposisi vegetasi di daerah penelitian yang terbentuk sebagai akibat dari kondisi lingkungan tertentu. Kehadiran dan ketidakhadiran suatu spesies merupakan indikasi. Ciri fisiologis meliputi ciri metabolisme tumbuhan, ciri anatomi dan morfologi - ciri struktur internal dan eksternal, berbagai anomali perkembangan dan neoplasma, ciri phytocenotic - ciri struktur penutup vegetasi: kelimpahan dan penyebaran spesies tumbuhan, pelapisan, mosaik, derajat dari kedekatan.

Sangat sering, untuk keperluan bioindikasi, berbagai anomali pertumbuhan dan perkembangan tanaman digunakan - penyimpangan dari pola umum. Para ilmuwan mensistematisasikannya menjadi tiga kelompok utama, terkait dengan: (1) penghambatan atau stimulasi pertumbuhan normal (dwarfisme dan gigantisme); (2) dengan deformasi batang, daun, akar, buah, bunga dan perbungaan; (3) dengan munculnya neoplasma (kelompok anomali pertumbuhan ini juga termasuk tumor).

Gigantisme dan dwarfisme dianggap cacat oleh banyak peneliti. Misalnya, kelebihan tembaga di dalam tanah akan mengurangi separuh ukuran poppy California, dan kelebihan timbal menyebabkan kekerdilan tar.

Untuk tujuan bioindikasi, deformasi tanaman berikut menarik:

· daya tarik - perataan seperti pita dan penyatuan batang, akar dan tangkai;

· terry bunga yang benang sarinya berubah menjadi kelopak;

· proliferasi - perkecambahan bunga dan perbungaan;

· semprotan laut- daun berbentuk corong, berbentuk cangkir dan berbentuk tabung pada tanaman dengan daun pipih;

· pengurangan- membalikkan perkembangan organ tanaman, degenerasi;

· filiformitas- bentuk helai daun berserabut;

· phyllodium benang sari - transformasi mereka menjadi formasi berbentuk daun datar.

Biomonitoring dapat dilakukan dengan mengamati individu tanaman indikator, populasi spesies tertentu, dan keadaan phytocenosis secara keseluruhan. Pada tingkat spesies, indikasi spesifik dari polutan tunggal biasanya dihasilkan, dan pada tingkat populasi atau phytocenosis, keadaan umum lingkungan alam.

2.3 Fitur penggunaan hewan sebagai bioindikator

Vertebrata juga berfungsi sebagai indikator yang baik untuk keadaan lingkungan karena ciri-ciri berikut:

· sebagai konsumen, mereka berada pada tingkat trofik ekosistem yang berbeda dan mengakumulasi polutan melalui rantai makanan;

memiliki metabolisme aktif, yang berkontribusi pada manifestasi cepat dari dampak faktor lingkungan negatif pada tubuh;

· memiliki jaringan dan organ yang terdiferensiasi dengan baik yang memiliki kemampuan berbeda untuk mengakumulasi zat beracun dan respons fisiologis yang ambigu, yang memungkinkan peneliti untuk melakukan berbagai tes pada tingkat jaringan, organ, dan fungsi;

· adaptasi kompleks hewan terhadap kondisi lingkungan dan reaksi perilaku yang jelas paling sensitif terhadap perubahan antropogenik, yang memungkinkan pengamatan langsung dan analisis respons cepat terhadap dampak;

Hewan dengan siklus perkembangan pendek dan banyak keturunan dapat digunakan untuk melakukan serangkaian pengamatan jangka panjang dan melacak dampak faktor tersebut pada generasi berikutnya; untuk hewan berumur panjang, pengujian yang sangat sensitif dapat dipilih sesuai dengan tahapan ontogeni yang sangat rentan.

Keuntungan utama menggunakan vertebrata sebagai bioindikator terletak pada kedekatan fisiologisnya dengan manusia. Kerugian utama terkait dengan kompleksitas deteksi mereka di alam, penangkapan, identifikasi spesies, serta lamanya pengamatan morfo-anatomi. Selain itu, percobaan pada hewan seringkali mahal dan membutuhkan banyak pengulangan untuk mendapatkan kesimpulan yang dapat diandalkan secara statistik.

Penilaian dan peramalan keadaan lingkungan alam dengan keterlibatan vertebrata dilakukan di semua tingkatan organisasi mereka. Pada tingkat organisme, dengan bantuan analisis komparatif, parameter morfo-anatomi, perilaku, dan fisiologis-biokimia dievaluasi.

Indikator morfo-anatomi menggambarkan ciri-ciri struktur eksternal dan internal hewan dan perubahannya di bawah pengaruh faktor-faktor tertentu (depigmentasi, perubahan integumen, struktur jaringan dan lokasi organ, terjadinya kelainan bentuk, tumor, dan manifestasi patologis lainnya).

Parameter perilaku dan fisiologis-biokimia sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan eksternal. Racun, menembus ke dalam tulang atau darah vertebrata, segera memengaruhi fungsi yang memastikan aktivitas vital. Bahkan dengan efek racun yang sangat spesifik pada fungsi tertentu, perubahannya tercermin dalam keadaan seluruh organisme karena keterkaitan proses vital. Kehadiran racun cukup jelas dimanifestasikan dalam pelanggaran ritme pernapasan, kontraksi jantung, kecepatan pencernaan, ritme sekresi, durasi siklus reproduksi.

Agar dapat membandingkan bahan yang dikumpulkan oleh peneliti yang berbeda di daerah yang berbeda, set spesies indikator harus seragam dan kecil. Berikut adalah beberapa kriteria kesesuaian spesies mamalia yang berbeda untuk studi bioindikatif:

· milik berbagai bagian rantai trofik - mamalia herbivora, pemakan serangga, predator;

Pemukiman atau kurangnya migrasi besar;

· wilayah distribusi yang luas (eurytopicity yang relatif tinggi), mis. kriteria ini mengecualikan penggunaan endemik sebagai indikator uji;

· milik komunitas alami: kriteria tidak termasuk spesies sinantropis yang hidup di dekat tempat tinggal manusia dan tidak cukup mencirikan komposisi unsur mikro polusi di wilayah tertentu;

· kelimpahan spesies harus menyediakan bahan yang cukup untuk analisis;

· Kesederhanaan dan aksesibilitas metode untuk memperoleh spesies.

Menganalisis, menurut kriteria ini, perwakilan dari semua ordo mamalia yang ditemukan di wilayah negara-negara CIS, seseorang dapat memikirkan tujuh spesies: tikus biasa (Luka areneus), tahi lalat Eropa (Talpa europaea), Mol Altai (Talpa altaica), beruang coklat (Ursus arctos), rusa besar (Alces alces), tikus bank (Clethrionomys glaolus), vole punggung merah (Clethrionomys rubilus).

2.4 Metode simbiotik dalam bioindikasi

2.5 Aplikasi bioindikator

2.5.1 Penilaian kualitas udara

Polusi udara mempengaruhi semua organisme hidup, tetapi terutama tumbuhan. Untuk alasan ini, tanaman, termasuk yang lebih rendah, paling cocok untuk mendeteksi perubahan awal komposisi udara. Indeks yang sesuai memberikan gambaran kuantitatif tentang efek toksik dari polutan udara.

Lumut adalah organisme simbiotik. Banyak peneliti telah menunjukkan kesesuaiannya untuk tujuan bioindikasi. Mereka memiliki sifat yang sangat spesifik, karena bereaksi terhadap perubahan komposisi atmosfer, memiliki biokimia yang berbeda dari organisme lain, tersebar luas di berbagai jenis substrat, mulai dari bebatuan dan diakhiri dengan kulit kayu dan daun pohon, dan merupakan nyaman untuk paparan di daerah tercemar.

Ada empat kelompok ekologi utama lumut: epifit - tumbuh di kulit pohon dan semak; piksel - tumbuh di atas kayu kosong; epigean- di tanah; epilitik- di Batu. Dari jumlah tersebut, spesies epifit adalah yang paling sensitif terhadap polusi udara. Dengan bantuan lumut, dimungkinkan untuk mendapatkan data yang cukup andal tentang tingkat polusi udara. Pada saat yang sama, sekelompok senyawa dan unsur kimia dapat dibedakan, yang tindakannya lumut memiliki sensitivitas yang sangat meningkat: oksida belerang dan nitrogen, hidrogen fluorida dan klorida, serta logam berat. Banyak lumut mati pada tingkat polusi atmosfer yang rendah dengan zat-zat ini. Tata cara penentuan kualitas udara dengan menggunakan lichen disebut indikasi lichen.

Kemurnian udara dapat dinilai dengan menggunakan tanaman yang lebih tinggi. Misalnya, gymnospermae adalah indikator kemurnian atmosfer yang sangat baik. Dimungkinkan juga untuk mempelajari mutasi pada rambut filamen tradescantia. Ilmuwan Prancis memperhatikan bahwa dengan peningkatan karbon monoksida dan nitrogen oksida yang dipancarkan oleh mesin pembakaran internal di udara, warna filamennya berubah dari biru menjadi merah muda. Konsekuensi dari gangguan pada perkembangan individu tanaman juga dapat diungkapkan oleh frekuensi terjadinya penyimpangan morfologi (fenodevian), nilai indikator asimetri yang berfluktuasi (penyimpangan dari simetri bilateral dan radial yang sempurna), dan metode analisis struktur kompleks secara rumit. terorganisir (analisis fraktal). Tingkat penyimpangan dari norma minimal hanya dalam kondisi optimal dan meningkat di bawah pengaruh stres apa pun.

bioindikator pencemaran lingkungan

2.5.2 Penilaian kualitas air

Hampir semua kelompok organisme yang menghuni badan air dapat digunakan untuk indikasi biologis kualitas air: invertebrata planktonik dan bentik, protozoa, alga, makrofita, bakteri, dan ikan. Masing-masing, bertindak sebagai indikator biologis, memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri, yang menentukan batas penggunaannya dalam menyelesaikan masalah bioindikasi, karena semua kelompok ini memainkan peran utama dalam sirkulasi umum zat di reservoir. Organisme yang biasanya digunakan sebagai bioindikator bertanggung jawab atas pemurnian diri reservoir, berpartisipasi dalam penciptaan produksi primer, dan melakukan transformasi zat dan energi dalam ekosistem perairan. Setiap kesimpulan berdasarkan hasil studi biologi didasarkan pada totalitas semua data yang diperoleh, dan bukan berdasarkan penemuan organisme indikator tunggal. Baik saat melakukan penelitian maupun saat mengevaluasi hasil yang diperoleh, perlu diingat kemungkinan kontaminasi lokal yang tidak disengaja di titik pengamatan. Misalnya sisa-sisa tanaman yang membusuk, bangkai katak atau ikan dapat menyebabkan perubahan lokal pada sifat populasi waduk.

2.5.3 Diagnostik tanah

Prasyarat teoretis untuk penerapan metode zoologi tanah untuk keperluan diagnostik tanah adalah gagasan yang dirumuskan oleh M.S. Gilyarov pada tahun 1949 tentang "standar ekologis" suatu spesies - kebutuhan suatu spesies untuk serangkaian kondisi lingkungan tertentu. Setiap spesies dalam jangkauannya hanya ditemukan di habitat yang menyediakan berbagai kondisi yang diperlukan untuk manifestasi aktivitas vital. Amplitudo variasi faktor lingkungan individu mencirikan plastisitas ekologis spesies. Eurybion sangat tidak cocok untuk tujuan indikator, sedangkan stenobiont berfungsi sebagai indikator yang baik untuk kondisi lingkungan dan sifat substrat tertentu. Ketentuan ini merupakan prinsip teoritis umum dalam diagnosa biologis. Namun, penggunaan satu spesies untuk indikasi tidak memberikan kepercayaan penuh pada kebenaran kesimpulan (di sini ada "aturan perubahan habitat" dan, akibatnya, perubahan karakteristik ekologi spesies). Lebih baik mempelajari seluruh kompleks organisme, beberapa di antaranya dapat menjadi indikator kelembaban, suhu lainnya, dan komposisi kimia atau mekanik lainnya. Semakin banyak spesies hewan tanah yang ditemukan di daerah yang dibandingkan, semakin besar kemungkinan untuk menilai kesamaan rezim mereka, dan, akibatnya, kesatuan proses pembentukan tanah. Bentuk mikroskopis kurang berguna dibandingkan yang lain - protozoa dan mikroarthropoda (kutu, springtail). Perwakilan mereka adalah kosmopolitan karena fakta bahwa tanah bagi mereka tidak bertindak sebagai habitat tunggal: mereka hidup dalam sistem pori-pori, kapiler, rongga yang dapat ditemukan di tanah mana pun. Dari mikroartropoda, yang paling banyak dipelajari adalah sifat indikator tungau lapis baja. Komposisi kompleks komunitas mereka tidak hanya bergantung pada kondisi tanah, tetapi juga pada sifat dan komposisi floristik vegetasi, oleh karena itu, penggunaan objek ini menjanjikan untuk menunjukkan efek merusak pada tanah.

Komunitas invertebrata besar (cacing tanah, kelabang, larva serangga) sangat berharga dan nyaman untuk pekerjaan indikator. Jadi, stafilinida dari genus Bledius dan darklings dari genus Belopus merupakan indikasi untuk tanah solonchak-alkaline, kelabang-kivsyaki, beberapa pengusir hama dan moluska paru berfungsi sebagai indikator kandungan kapur di dalam tanah. cacing tanah Octolasium lakteum dan beberapa jenis wireworm merupakan indikator kandungan kalsium yang tinggi pada air tanah.

Yang menarik adalah diagnostik algologi tanah, yang didasarkan pada asumsi bahwa zonasi tanah dan vegetasi sesuai dengan zonasi kelompok alga. Ini memanifestasikan dirinya dalam komposisi spesies umum dan kompleks spesies alga dominan, keberadaan spesies tertentu, sifat distribusi di sepanjang profil tanah, dan dominasi bentuk kehidupan tertentu.

3. Biotesting lingkungan

3.1 Tugas dan metode biotesting kualitas lingkungan

Dalam mendeteksi pencemaran antropogenik lingkungan, bersama dengan metode analitik kimia, metode yang didasarkan pada penilaian keadaan individu yang terpapar lingkungan yang tercemar, serta organ, jaringan, dan selnya, digunakan. Penggunaannya disebabkan oleh kerumitan teknis dan informasi terbatas yang dapat diberikan oleh metode kimia. Selain itu, metode hidrokimia dan analitik kimia mungkin tidak efektif karena sensitivitasnya yang kurang tinggi. Organisme hidup dapat merasakan konsentrasi zat yang lebih tinggi daripada sensor analitik mana pun, dan oleh karena itu biota dapat terkena efek toksik yang tidak terekam dengan cara teknis.

Bioindikasi melibatkan identifikasi polusi yang sudah ada atau terakumulasi oleh spesies indikator organisme hidup dan karakteristik ekologis komunitas organisme. Perhatian khusus saat ini diberikan pada teknik biotesting, yaitu. penggunaan benda-benda biologis dalam kondisi terkendali sebagai sarana untuk mengidentifikasi total toksisitas lingkungan. Biotesting adalah teknik metodologis yang didasarkan pada penilaian pengaruh faktor lingkungan, termasuk yang beracun, pada tubuh, fungsi atau sistem organ dan jaringannya yang terpisah. Selain pilihan bioassay, pilihan reaksi uji, parameter tubuh yang diukur selama pengujian, memainkan peran penting.

3.2 Pendekatan bioassay dasar

"Pendekatan" dapat secara kondisional disebut kelompok metode yang mencirikan proses serupa yang terjadi dengan benda uji di bawah pengaruh faktor antropogenik. Pendekatan utama:

Pendekatan biokimia

· Pendekatan genetik

Pendekatan morfologi

Pendekatan fisiologis

Pendekatan biofisik

Pendekatan imunologi

Pendekatan biokimia

Dampak stres lingkungan dapat dinilai dari keefektifan reaksi biokimia, tingkat aktivitas enzimatik, dan akumulasi produk metabolisme tertentu. Perubahan kandungan senyawa biokimia tertentu dalam tubuh, indikator proses biokimia dasar dan struktur DNA akibat reaksi biokimia dapat memberikan informasi yang diperlukan tentang reaksi tubuh dalam menanggapi stres.

pendekatan genetik

Kehadiran dan tingkat manifestasi perubahan genetik mencirikan aktivitas mutagenik lingkungan, dan kemungkinan mempertahankan perubahan genetik dalam populasi mencerminkan efisiensi fungsi sistem kekebalan organisme.

Biasanya, sebagian besar kelainan genetik dikenali dan dihilangkan oleh sel, misalnya dengan apoptosis oleh sistem intraseluler atau oleh sistem kekebalan. Kelebihan yang signifikan dari tingkat spontan gangguan tersebut merupakan indikator stres. Perubahan genetik dapat dideteksi pada tingkat gen, kromosom dan genomik. Merupakan kebiasaan untuk membedakan jenis mutasi berikut. genetik, atau titik, - mereka dibagi menjadi dua kelompok: substitusi basa dalam DNA dan penyisipan atau penghapusan nukleotida, yang menyebabkan pergeseran dalam kerangka pembacaan kode genetik. Mutasi gen juga dibagi menjadi langsung dan terbalik (reversi). Mutasi frameshift jauh lebih rentan terhadap pembalikan spontan daripada mutasi substitusi dasar. Kromosom penataan ulang (penyimpangan) terdiri dari berbagai pelanggaran struktur kromosom. Genomik mutasi - perubahan jumlah kromosom dalam nukleus.

Untuk mendiagnosa dampak kontaminan pada karakteristik morfologi metode untuk memperkirakan fluktuasi asimetri diterapkan.

Sebagai fungsi tes digunakan parameter fisiologis hidrobion invertebrata air tawar dari berbagai tingkat filogenesis.

Pendekatan imunologi dalam menilai keadaan lingkungan adalah mempelajari perubahan kekebalan bawaan dan yang didapat pada invertebrata dan vertebrata.

Bibliografi

1. Pengendalian hayati lingkungan: bioindikasi dan biotesting: buku teks untuk siswa. lebih tinggi buku pelajaran Institusi / O.P. Melekhova, E.I. Sarapultseva, T.I. Evseeva dan lainnya; ed. O.P. elekhova dan E.I. Sarapultseva. – edisi ke-2, rev. - M.: Pusat Penerbitan "Akademi", 2008

2. Metode biologis untuk menilai lingkungan alam / Diedit oleh N.N. Smirnova - M .: penerbit "Nauka", 1978

3. Peran biologis elemen jejak. – M.: Nauka, 1983, 238s.

Lembaga Pendidikan Negeri Pendidikan Profesi Tinggi Universitas Negeri Vyatka Fakultas Biologi Jurusan Mikrobiologi Esai dengan topik: Tumbuhan dan Zh

Saat ini, dampak negatif polusi udara atmosfer terhadap vegetasi sudah terlihat jelas. Udara tidak pernah bersih. Udara atmosfer adalah campuran gas dan uap yang menakjubkan, serta partikel mikroskopis dari berbagai asal. Secara alami, tidak setiap komponen udara atmosfer merupakan polutan. Ini termasuk komponen atmosfer yang memiliki efek buruk pada tanaman. Efek zat-zat tertentu pada tumbuhan dapat terlihat, tetapi menyebabkan gangguan fisiologis, dan dalam beberapa kasus menyebabkan tanaman layu total dan mati. Hampir semua emisi atmosfer berdampak negatif pada tanaman, namun yang disebut polutan prioritas patut mendapat perhatian khusus:

Sulfur oksida dari pembakaran bahan bakar fosil dan peleburan logam;

Partikel kecil logam berat;

Hidrokarbon dan karbon monoksida yang terkandung dalam gas buang kendaraan;

Senyawa fluor terbentuk selama produksi aluminium dan fosfat;

polusi fotokimia.

Senyawa inilah yang menyebabkan kerusakan terbesar pada vegetasi, namun daftar polutan tidak terbatas pada mereka. Klorida, amonia, nitrogen oksida, pestisida, debu, etilen, dan kombinasi dari semua zat ini dapat merusak tanaman.

Di antara polutan yang disebutkan di atas, bahaya terbesar bagi tumbuhan yang tumbuh di dalam kota adalah emisi ke atmosfer, serta hidrokarbon dan karbon monoksida.

Efek dari setiap polutan pada tanaman bergantung pada konsentrasi dan durasi paparannya; pada gilirannya, setiap jenis tumbuhan bereaksi berbeda terhadap aksi berbagai zat. Selain itu, respon setiap tanaman terhadap polusi udara dapat diperlemah atau ditingkatkan oleh pengaruh banyak faktor geofisika. Dengan demikian, jumlah kemungkinan kombinasi polutan, perubahan waktu paparannya, di mana efek negatif muncul, tidak terbatas.

Diketahui bahwa sejumlah besar polutan, saat jatuh dari atmosfer, disimpan di vegetasi. Selanjutnya, zat ini menembus tanaman dan ruang intraselulernya, di mana sebagian diserap oleh sel tanaman dan interaksi dengan komponen sel dapat terjadi. Jelas bahwa hanya setelah menyelesaikan semua proses ini, toksisitas polutan dapat terungkap.

Efek toksik dari berbagai jenis polusi pada tumbuhan dapat memanifestasikan dirinya dalam beberapa cara, tetapi paling sering menyebabkan gangguan metabolisme. Setiap zat dengan caranya sendiri memengaruhi proses biokimia dan fisiologis pada tumbuhan. Reaksi mereka terhadap pengaruh ini dimanifestasikan dalam pelanggaran struktur dan fungsi seluruh sistem atau komponen individualnya. Pelanggaran tersebut dapat dilihat dari beberapa tanda yang terlihat saat melihat objek alam secara dekat. Berdasarkan analisis sejumlah sumber sastra dan studi komunitas tumbuhan, di antara tanda-tanda gangguan vegetasi kayu yang paling umum dalam kondisi pencemaran antropogenik dan teknogenik, berikut ini dapat dibedakan:

Munculnya kayu mati dan pohon yang melemah di antara spesies dominan (cemara di hutan cemara, ek di hutan ek, birch di hutan birch);

Penurunan (terlihat) ukuran jarum dan dedaunan tahun ini dibandingkan tahun-tahun sebelumnya;

Prematur (jauh sebelum musim gugur) menguning dan jatuhnya dedaunan;

Perlambatan pertumbuhan tinggi dan diameter pohon;

Munculnya klorosis (yaitu, penuaan dini daun atau jarum di bawah pengaruh polutan) dan nekrosis (yaitu, nekrosis bagian jaringan tanaman juga di bawah pengaruh polutan) jarum dan dedaunan. Selain itu, posisi pada tanaman dan warna nekrosis terkadang memungkinkan untuk menarik kesimpulan tentang tingkat dan jenis dampaknya. Merupakan kebiasaan untuk membedakan antara: a) nekrosis marginal - kematian jaringan di sepanjang tepi lembaran; b) nekrosis median - kematian jaringan daun di antara vena; c) nekrosis belang - nekrosis jaringan daun berupa bintik-bintik dan bintik-bintik kecil yang tersebar di seluruh permukaan daun;

Memperpendek umur jarum;

Peningkatan pohon yang rusak akibat penyakit dan hama serangga (jamur dan serangga);

Masuknya jamur tubular (macromycetes) dari komunitas hutan dan penurunan komposisi spesies dan kelimpahan jamur agaric;

Penurunan komposisi spesies dan munculnya jenis utama lumut epifit (hidup di batang pohon) dan penurunan tingkat cakupan area batang pohon oleh lumut.

Beberapa jenis (jenis) efek polusi udara pada tumbuhan diketahui, yang secara kondisional dapat dibagi menjadi efek paparan akut terhadap polutan konsentrasi tinggi dalam waktu singkat dan efek paparan kronis terhadap konsentrasi rendah dalam waktu lama. periode. Contoh efek paparan akut terlihat jelas klorosis atau nekrosis jaringan daun, gugurnya daun, buah, kelopak bunga; keriting daun; kelengkungan batang. Efek paparan kronis termasuk memperlambat atau menghentikan pertumbuhan atau perkembangan normal tanaman (menyebabkan, khususnya, penurunan volume biomassa); klorosis atau nekrosis ujung daun; lambat layu tanaman atau organnya. Seringkali, manifestasi efek kronis atau akut khusus untuk polutan individu atau kombinasinya.

Saat ini, efek merugikan dari polusi atmosfer pada berbagai komponen vegetasi, seperti spesies pohon hutan, sudah diketahui secara umum. Polutan prioritas meliputi: sulfur dioksida, ozon, peroxacetyl nitrate (PAN), fluorida.

Zat-zat ini mengganggu berbagai proses biokimia dan fisiologis serta organisasi struktural sel tumbuhan. Merupakan kesalahan untuk berasumsi bahwa tanaman tidak rusak sampai gejala fitotoksisitas yang terlihat muncul. Kerusakan terutama memanifestasikan dirinya pada tingkat biokimia (memengaruhi fotosintesis, respirasi, biosintesis lemak dan protein, dll.), Kemudian menyebar ke tingkat ultrastruktural (penghancuran membran sel) dan seluler (penghancuran nukleus, membran sel). Baru kemudian gejala kerusakan yang terlihat berkembang.

Dalam kasus kerusakan akut pada perkebunan pohon oleh sulfur dioksida, munculnya area nekrotik adalah tipikal, terutama di antara urat daun, tetapi terkadang - pada tanaman dengan daun sempit - di ujung daun dan di sepanjang tepinya. Lesi nekrotik terlihat di kedua sisi daun. Area jaringan daun yang hancur pertama kali terlihat hijau keabu-abuan, seolah dibasahi air, tetapi kemudian menjadi kering dan berubah warna menjadi coklat kemerahan. Selain itu, bintik-bintik gading pucat dapat muncul. Bintik-bintik dan bercak nekrotik besar sering menyatu, membentuk pita di antara pembuluh darah. Saat lesi nekrosis jaringan daun menjadi rapuh, robek, dan jatuh dari jaringan di sekitarnya, daun mengambil bentuk berlubang, yang merupakan reaksi khas dari cedera belerang dioksida akut. Peran ruang hijau dalam mencegah polusi udara dari debu dan emisi industri tidak bisa dilebih-lebihkan; mempertahankan kotoran padat dan gas, mereka berfungsi sebagai semacam filter yang memurnikan atmosfer. 1 m3 udara di pusat-pusat industri mengandung 100 hingga 500 ribu partikel debu, jelaga, dan di hutan jumlahnya hampir seribu kali lebih sedikit. Perkebunan mampu mempertahankan tajuk dari 6 hingga 78 kg/ha curah hujan padat, yang merupakan 40 ... 80% dari kotoran yang tersuspensi di udara. Para ilmuwan telah menghitung bahwa mahkota pohon cemara setiap tahun menyaring 32 t/ha debu, pinus - 36, oak - 56, beech - 63 t/ha.

Di bawah pohon, debu berkurang rata-rata sebesar 42,2% selama musim tanam dan 37,5% tanpa adanya dedaunan. Hutan tanaman mempertahankan kemampuan tahan debu bahkan dalam keadaan tanpa daun. Bersamaan dengan debu, pohon juga menyerap kotoran berbahaya: hingga 72% debu dan 60% sulfur dioksida mengendap di pohon dan semak.

Peran penyaringan ruang hijau dijelaskan oleh fakta bahwa satu bagian gas diserap selama fotosintesis, yang lain menghilang ke lapisan atas atmosfer karena aliran udara vertikal dan horizontal yang terjadi karena perbedaan suhu udara di daerah terbuka dan di bawah kanopi hutan.

Kemampuan ruang hijau tahan debu terdiri dari retensi mekanis debu dan gas dan selanjutnya dicuci oleh hujan. Satu hektar hutan memurnikan 18 juta m3 udara per tahun.

Studi tentang kapasitas penahan debu pohon di dekat pabrik semen telah menunjukkan bahwa selama musim tanam poplar hitam menyimpan hingga 44 kg/ha debu, poplar putih - 53, willow putih - 34, maple berdaun abu - 30 kg/ha debu. Di bawah pengaruh ruang hijau, konsentrasi sulfur dioksida pada jarak 1000 m dari pembangkit listrik tenaga panas, pabrik metalurgi dan pabrik kimia berkurang 20 ... 29%, dan pada jarak 2000 m sebesar 38 . .. 42%. Di wilayah Moskow, pohon birch paling efektif menyerap sulfur dioksida.

Secara aktif menyerap senyawa belerang dari udara atmosfer perkebunan linden berdaun kecil (kandungan belerang dalam daunnya adalah 3,3% dari daun kering), maple (3%), berangan kuda (2,8%), oak (2,6%), poplar putih (2,5%).

Selama musim tanam, 1 ha perkebunan balsamic poplar di Cis-Ural menyerap 100 kg sulfur dioksida; di daerah yang tidak terlalu tercemar, 1 hektar perkebunan linden berdaun kecil mengakumulasi hingga 40 ... 50 kg belerang di daun. Para ilmuwan telah menemukan bahwa di zona kontaminasi gas konstan yang kuat, balsam poplar paling banyak menyerap senyawa belerang, dan lebih sedikit - elm halus, ceri burung, dan maple berdaun abu. Di zona polusi gas sedang, indikator terbaik adalah tipikal untuk linden berdaun kecil, abu, lilac, dan honeysuckle. Komposisi spesies dari dua kelompok pertama dipertahankan di zona kontaminasi gas periodik yang lemah. Banyak spesies pohon yang sangat tahan terhadap anhidrida belerang memiliki sifat penyerapan gas yang rendah. Selain sulfur dioksida, penanaman menyerap nitrogen oksida. Selain polutan udara utama tersebut, ruang hijau juga menyerap polutan lainnya. Poplar, willow, abu, memiliki daun hingga 5 kg atau lebih, menyerap hingga 200 ... 250 g klorin selama musim tanam, semak - hingga 100 ... 150 g klorin.

Satu pohon selama musim tanam menetralkan senyawa timbal yang terkandung dalam 130 kg bensin. Pada tumbuhan di sepanjang jalan raya, kandungan timbalnya adalah 35 ... 50 mg per 1 kg bahan kering, dan di zona atmosfer bersih - 3 ... 5 mg. Alkain, hidrokarbon aromatik, asam, ester, alkohol, dll. Secara aktif diserap oleh tanaman.

Penurunan bahaya kontaminasi zat karsinogenik oleh penanaman hijau telah ditetapkan.

Perkebunan di tanah perkotaan yang habis lebih rentan terhadap gas yang memabukkan. Pengenalan pupuk mineral dan organik ke dalam tanah semacam itu meningkatkan ketahanan gas spesies pohon.

Perkebunan dengan kapasitas penyaringan (menyerap rata-rata hingga 60 t/ha polutan berbahaya) mampu mengatasi eliminasi polusi udara oleh aglomerasi industri, yang nilai maksimumnya mencapai 200 t/ha.

Contoh di atas secara meyakinkan membuktikan bahwa ruang hijau, bersama dengan penggunaan sarana teknis pemurnian dan peningkatan teknologi produksi, memainkan peran penting dalam menghilangkan dan melokalisasi kotoran berbahaya di udara atmosfer. Membawa layanan sanitasi dan higienis yang sangat besar, hutan tanaman sendiri menderita kontaminasi debu dan gas di udara.

Kesimpulan

Organisme tumbuhan memainkan peran kunci dalam biosfer, setiap tahun mengumpulkan bahan organik dalam jumlah besar dan menghasilkan oksigen. Umat ​​\u200b\u200bmanusia menggunakan tumbuhan sebagai sumber nutrisi utama, bahan baku teknis, bahan bakar, bahan bangunan. Tugas fisiologi tumbuhan adalah untuk mengungkapkan esensi dari proses yang terjadi pada organisme tumbuhan, untuk membangun interkoneksinya, perubahan di bawah pengaruh lingkungan, mekanisme pengaturannya untuk mengontrol proses tersebut untuk mendapatkan volume yang lebih besar. dari produksi.

Baru-baru ini, kemajuan dalam biologi molekuler, pemuliaan, genetika, rekayasa seluler dan genetika memiliki pengaruh besar pada fisiologi tumbuhan. Berkat pencapaian biologi molekuler, fakta yang diketahui sebelumnya tentang peran fitohormon dalam proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman telah menerima interpretasi baru. Sekarang fitohormon memainkan peran penting dalam pengaturan proses fisiologis yang paling penting. Dalam hal ini, salah satu tugas terpenting yang dihadapi fisiologi tumbuhan adalah mengungkap mekanisme pengaturan hormonal.

Studi pada tingkat molekuler telah memberikan banyak kontribusi untuk menjelaskan proses masuknya unsur hara ke dalam tanaman. Namun. Harus dikatakan bahwa pertanyaan tentang asupan dan, terutama, pergerakan nutrisi melalui tanaman sebagian besar masih belum jelas.

Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan besar telah dibuat dalam memahami proses utama fotosintesis, meskipun banyak pertanyaan memerlukan studi lebih lanjut. Ketika mekanisme proses fotosintesis terungkap sepenuhnya, maka impian umat manusia untuk mereproduksi proses ini dalam instalasi buatan akan menjadi kenyataan.

Dengan demikian, penerapan yang semakin luas dari prinsip-prinsip yang ditemukan melalui penelitian biologi molekuler dalam studi proses pada tingkat seluruh tumbuhan dan komunitas tumbuhan akan memungkinkan untuk mendekati pengendalian pertumbuhan, perkembangan, dan akibatnya, produktivitas tumbuhan. organisme.