тема має своє інформаційне поле яке характеризує її розвиток у просторі та часі
Работа добавлена на сайт samzan.net:
ЛЕКЦІЯ 4
ЄДНІСТЬ ІНФОРМАЦІЙНОГО ПОЛЯ ПРИ ЕКСПЕРТНІЙ ЕКОЛОГІЧНІЙ ОЦІНЦІ СТАНУ ВОДНИХ ЕКОСИСТЕМ
4.1 Принципи формування класифікації екологічної якості поверхневих вод
4.2 Фазові реакції гідробіонтів при формуванні сукцесій.
4.1 Принципи формування класифікації екологічної якості поверхневих вод
Будь-яка біокосна система має своє інформаційне поле, яке характеризує її розвиток у просторі та часі. Якщо це визначення відноситься до водного середовища, то його стан характеризуватиме інформаційне поле розвитку ценозів цього середовища (біопродукційні характеристики, енергетична база, якість води тощо).
Питанню екологічної індексації та стандартизації стану водних екосистем останнім часом приділяється значна увага на державному та міждержавному рівнях. Багато наукових розробок відносяться до санітарних та санітарно-екологічних нормативів, частина з яких затверджена. Однак, всі ці нормативи містять характеристики щодо умов побутового та виробничого призначення і несуть інформацію споживчого характеру. На перших етапах вони відповідають екологічним умовам щодо розвитку водних ценозів, однак їх не слід ототожнювати.
Для розгляду екологічного стану водних ценозів та умов формування якості води необхідно прийняти ряд аксіом та законів:
а) інформаційне поле водного біоценозу розглядається у тримірній системі координат і характеризується у просторі і часі: «С-Q» (концентрація-витрати, м3/с), "С-L" (концентрація-віддаль, км), "С-t" (концентрація-час), "С-В-t” (концентрація-біомаса-час), причому часові біопродукційні та енергетичні характеристики підпорядковуються правилам "золотого перетину" та "золотого кореня"( г, = 1.6.18 у разі зростання, та г2 = 0,618 у разі зменшення характеристик);
б) характеристиками інформаційного поля є показники енергетичних субсидій (С, N, Р), біопродукційні кількісні характеристики (бактеріопланктон, фітопланктон), функціональні характеристики (БСК, розчинений кисень, фітомаса бактеріопланктону), та супутні біоциди і специфічні домішки антропогенного походження (важкі метали, пестициди, нафтопродукти, СПАР);
в) кількісні показники якості води залежать від екологічного стану водного середовища, тобто, стану розвитку ценозів їх біопродукційних характеристик;
г) формування ценозів відповідають часовим характеристикам та певній послідовності розвитку, через існування угрупувань організмів у певному часі (гомеостатичне плато), забезпечене енергетичними дотаціями.
Відомо 5 етапів розвитку ценозів водного середовища:
1 етап - оптимальні стартові умови для розвитку популяцій при малій чисельності та забезпеченому належному енергетичному балансі;
2 етап - розвиток виду, розширення ареалу, чисельності, з інтенсивним споживанням енергетичних субсидій (С, N, Р, 02, С02, солей);
3 етап - розхитування рівноваги, у системі з'явились лімітуючі чинники (недостатньо енергетичних субсидій), спостерігається порушення трофічних зв'язків;
4 етап - випадіння окремих видів, монотипізація за рахунок пристосування біоти до порушених умов середовища (рН, забруднення органічними речовинами, пестицидами);
5 етап - клімакс системи, загибель ценозу, поява мутацій, дефіцит кисню, зрушення величини рН в лужному чи кислому напрямку.
При цьому система ценозу розвивається циклічно у вигляді синусоїди, досягаючи клімаксного стану. Після чого ценоз руйнується, на його заміну приходять інші, більш пристосовані до нових умов середовища. У зв'язку з цим необхідно звернути увагу на спроби поєднання споживчих вимог якості води її біологічними дослідженнями цієї води, що зазвичай проводять на тест-об'єктах - гупі, дафніях.
Це, зрозуміло, дає певний об'єм інформації, однак до формування екологічного стану поверхневих вод несе інформацію не завжди коректну.
Дафнія розвивається десь на 3-4 етапі розвитку ценозу при наявності достатньої кормової бази. При спостереженні за водоймою, яка була забруднена сапоніном від скидання стічних вод цукрозаводу, відмічався інтенсивний розвиток дафній. При масовій загибелі риби (внаслідок гемолізу еритроцитів), дафнія почувала себе досить добре, мала високу біопродуктивність.
Крім того, дафнія почуває себе добре в очищених стічних водах після біологічного очищення (м.Київ, Бортничі, очисні споруди). Скидна вода біологічно нестабілізована, несе бактеріальні та енергетичні забруднення, сторонню біологічну інформацію. Тобто, виживання дафній - далеко не екологічна норма і підхід тут повинен бути іншим.
У водоймі необіхідно визначити, що характеризує біологічну норму, що патологічно для окремого виду ценозу (мікроводоростей, найпростіших, іхтіофауни, макрофітів), та як змінюватиметься трофічна піраміда. Тому для екологічної оцінки стану поверхневих вод необхідно використовувати поняття екологічного оптимуму – створення оптимальних стартових умов для первинного синтезу органічної речовини мікроводоростями у водному середовищі.
Ще на початку 50-х років Свердруп та Кларке запропонували рівняння біоситезу органічної речовини в протоплазмі клітин, що грунтується на вмісті елементів та енергетичних витратах: 1300000 кал променевої енергії + 106 С02 + 90Н2О + 16N03 + 1Р04 + мінеральні елементи = 13000 кал потенціальної енергії, що міститься в 3258г протоплазми (106С, 180Н, 46 О, 16N, 1Р, 815 г зольних речовин), + 154 02 + 1287000 кал розсіяної теплової енергії .
В більш узагальненому вигляді рівняння фотосинтезу має вигляд:
106СО2 + 16NO3 + HPO42- + 122H20 + 18H+ = C106H265O110N16 Р +13802 (4.1)
рівняння розкладу:
(СН20)106 (NH3)16 Н3Р04 +138 02 = 106 С02 +122H20 + 16NO-3; +Н3Р04 (4.2)
Тобто, масове співвідношення С : N : Р складає 106 : 16 : 1. Саме таке співвідношення енергетичних компонентів і було оптимальним при дослідженнях на природних водоймах. Базуючись на цьому, при фоновому значенні фосфору можна підрахувати якісні характеристики стану водного середовища по вуглецю та азоту, необхідні для первинного фотосинтезу (3 мг/л) мікроводоростей.
Показники якості води, що відповідають цим стартовим умовам: ХСК - 20 мгО/л, азот мінеральний- 0.50 мгN/л (з урахуванням асиміляції з повітря - 0.70 мгN/л), фосфору мінерального - 0.045-0.05 мгР/л.
Принцип побудови інформаційного поля:
а) числові значення еталону порівняння кожної характеристики приймаються як одиниця масштабу еталонного радіусу; за отриманими значеннями будуємо коло, площа якого приймається за 1.0.
б) кожне значення еталонної характеристики (лімітуючої розвиток ценозу) перемножується на значення "золотого кореня" - 1.618, отримуємо величину характеристик наступного класу, і так до V класу. Відповідне співвідношення площ інформаційного поля складатиме їс - 1.0;3.0; 8.0; (13.0); 21.0; 55.0. (табл 4.1.).
Таблиця 4.1
Принцип побудови екологічної класифікації стану поверхневих вод по продукції первинної органічної речовини
|
Харак терис тики |
Роз мір ність |
Класи |
||||
|
І еталон |
П клас (еталон х х 1.618) |
Ш клас (П клас х х 1.618) |
IV клас (Ш клас х х 1.618) |
V клас IV класх х х 1.61*) |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
ХСК |
мгО/л |
20.0 |
32.0 |
52.0 |
84.0 |
136.0 |
|
NH+4 |
мrN/л |
0.50 |
0.81 |
1.30 |
2.10 |
3.4 |
|
Р03-4 |
мгР/л |
0.045 |
0.073 |
0.118 |
0.190 |
0.307 |
|
Біомаса фіто план ктону |
мг/л |
3.0 |
5.0 |
8.0 |
13.0 |
21.0 |
|
Іе |
1.0 |
3.0 |
8.0 |
21.0 |
55.0 |
Маючи характеристики еталону порівняння та серію безпосередніх спостережень на місцях за екологічними характеристиками (бактеріальними), визначаємо шляхом проведення кореляційного аналізу значення досліджуваних характеристик для кожного класу.
4.2. Фазові реакції гідробіонтів при формуванні сукцесій.
Зміни, що відбуваються у біоценозі при формуванні сукцесій, не виникають раптово, вони проходять певні фазові реакції, які відповідають (адекватним) умовам, що реєструються у водному середовищі якісними характеристиками самої води. Ці зміни можна характеризувати, як:
а) зміни у часі біоценозу у середовищі, не забрудненому антропогенними чинниками;
б) зміни у часі біоценозу на клітинному рівні під впливом чинників токсичної дії або інших абіотичних факторів (температурних, радіаційних, високочастотних випромінювань тощо).
Будь-який ценоз у часі проходить фізіологічний цикл розвитку від молодості (оптимуму) до старіння (клімаксу), що базується на сталій енергетичній базі. Причому, чинником, який може викликати колапс ценозу, являється відсутність навіть однієї складової енергетичних дотацій, наприклад, фосфору. Лімітуючий фактор може виникати не тільки внаслідок відсутності його у річковому стоці, але і внаслідок енергетичної конкуренції у сукупності водних ценозів. Не пристосований до нових умов ценоз гине, однак на його місці розвивається новий.
Інша картина спостерігається при дії токсичного реагента на живу клітину. Процес деградації клітини досить розтягнутий у часі (для нижчих організмів - мікроводоростей, простіших) і більш швидкий - у вищих - хребетних (річкової іхтіофауни).
В цілому можна сприйняти класифікацію Рекевега щодо гемо-токсичних фаз тканини, що виникають під дією токсичної речовини - біоциду.
Фазові реакції на токсикогенну (або несприятливу) дію зовнішніх (абіогенних) факторів наступні:
1 -фаза екскреції, або намагання організму звільнитись від сторонніх домішок за рахунок власних механізмів виділення (або вийти із зони забруднення) -додатній реотаксис (міграція риби проти напрямку руху забруднення).
2 - фаза реакції - намагання звільнитися від забрудника, прискорити механізм обміну шляхом активації тканин, багатих судинами (зябра), або підняття риби із зимувальних ям на чисту воду, пошук середовища із сприятливими умовами детоксикації.
3- фаза депонування - два попередніх механізми не допомогли вийти з кризового стану, встановлюється рівновага між дією токсичного чинника та захисною реакцією виду (перехід на інший шлях газового обміну рибами при дефіциті кисню, виділення слизу для захисту зовнішніх покривів та інше).
4 - фаза імпрегнації - характеризує процес фіксації речовини, що надходить, у клітині, як її складової частини (ДДТ, важкі метали). Клітина перестає виділяти продукти обміну, вони накопичуються в ній, виникає феномен акумуляції. Він може мати два напрями: 1) посилення ділення клітини і утворення дефектних дочірніх особин (ряска мала при дії кристалів 2.4- ДДТ, у присутності іонів цинку з явищами хлорозу (Гриб Й.В., 1970); 2) накопичення продуктів обміну з явищами деформації клітин (наприклад, викривлення хребта у коропових риб в присутності хлорорганічних пестицидів та порушення кальцієвого обміну, генетичні порушення в найпростіших організмів та рослинах (гігантизм).
5 - фаза дегенерації клітин виникає в результаті постійного впливу абіотичних факторів, токсичних, температурних, радіаційних.. Патологічний процес переходить із матріксу в самі клітини, викликаючи їх невпорядкованість та порушуючи диференціацію (зміни у складі та формулі крові), опіки зябер, ороговіння ока у риб).
6 - фаза дедиференціації - вихід клітин із ієрархічної системи організму, утворення цисти (мікроводорості).
Рівень патолого-біологічних фаз повинен бути підтверджений функціональними та енергетичними критеріями. Відновлення системи можливе (з енергетичних позицій) там, де втрачена половина енергетичного матеріалу ценозу чи їх сукупності.
Теж саме відноситься і до цілої екосистеми річки, що складається із сукупності біоценозів.
Схему відповідності екологічної класифікації якості поверхневих вод відносно гомотоксичних фаз клітин гідробіонтів розроблено Грибом Й.В. (табл 4.2.)
Таблиця 4.2.
Фазові перетворення у сукцесіях біоценозів у залежності від якості води
(Гриб Й.В., 1997)
|
Якісні харак теристики умов розвит ку ценозу (норма- пото логія, прояви) |
Клас |
||||
|
І оптимум |
II добрий |
III задовільний |
IV перехідний |
V поганий |
|
|
1 |
2 |
3 |
5 |
5 |
6 |
|
біологічний бар'єр деградації зворотного розвитку |
|||||
|
а) ценоз |
|||||
|
норма |
оптимальні стартові умови розвитку сукупності ценозів |
фаза енерге тичної конку ренції та метаболічної інгібіторної дії |
фаза перебу дови трофіч них зв'язків |
випадання окремих видів, монотипізація видового складу |
колапс, руйнування ценозу, явища дег радації |
|
прояви |
якість води відповідає всім старто- вим умовам розвитку ценозів, чиста, прозора, без запахів, придатна для пиття |
зовнішньо без видимих ознак, хоча відбувається диференціа- ція за умовами середовища |
сплавлення за течією угру- повань мікро- водоростей, ряски і опалесценція води, запах водоростевий, зіст чисель- ності гетгро- трофних |
інтенсивний розвиток фі- томаси мікро- водоростей та вищої водної рослинності, зменшення кількості ви- дів у ценозах (фіто та зоопланктону в бентосних організмах, явища стагнації та періодичного дефіциту розчиненого кисню, бактеріальні забруднення |
явища стагнації, "цвітіння" води (знабе- на., мікро- цистіс та ін.), зароста- ння поверхні водного дзеркала макрофіта- ми (очерет кушир, ряс- ка, спіро- делла), запах болотно-во- доростевий, часом сірко- воднений, гниючий; вода непридатна для пиття |
|
мікроорга- нізм в рологічними, |
|||||
|
б) клітинний рівень (токсична дія) |
|||||
|
норма |
витоки річок, річки у непорушених природних басейнах, природні джерела; внаслідок сталих умов та динамічності вивчаються як еталони порівняння. |
||||
|
патологія (поява абіотичного фактору токсичних домішок) |
Фаза екскреції: фізіологічний обмін, пошук оптимальних умов розвитку біоти або зайняття фізіологічних ніш, вихід на чисту воду |
Фаза реакції - посилення фотосинтезу мікроводо- ростей, інтенсивне дихання у риб, підвищена рухомість, активація обмінних процесій у клітині |
фаза депо- нування , імпрегнації, хлороз, зміни формули крові у риб, сплавлення по течії, додатній реотаксис; інтенсифікація процесів поділу клітин |
фаза деградації клітин, хлороз, лізис водоростей, червоних кров'яних тілець у риб, сплавлення по течії, викрив- лення хребта |
фаза деди- ференціації, мутація клітин, розвиток пухлин, деструкти-ризація |
2. Эволюция да или нет
3. гиперссылки а язык HTML Hyper Text Mrkup Lnguge это независимый от платформ язык разметки текста
4. Роль и значение научной школы ЛС Выготского для психологии
5. 1097 Зареєстровано в Міністерстві м
6. Налог на доходы иностранных организаций, не осуществляющих деятельность в Республике Беларусь через постоянное представительство
7. тема диспетчеризації типографії Версія- Бачення Дата
8. При контроле о качестве изделия судят не по абсолютным значениям показателей качества а по тому насколько э
9. Першабытная эпоха на тэрыторыі Беларусі 40 тыс
10. Симбирская книга 1994
11. Тематика курсовых работ по статистике Статистическое исследование демографической ситуации рождае
12. Тема 2- Вооружение боевых машин Занятие 1- Пушка БМП2 I
13. а-все ряды лицевые петли Перед и спинка- Наберите на более длинные циркулярные спицы 176194212230248 петель вс
14. Введение Преобразование всех сторон жизни общества в решающей степени зависит от человеческого фактора
15. Дальневосточный федеральный университет ШКОЛА РЕГИОНАЛЬНЫХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ ИСЛЕДОВАНИЙ Кафедра между
16. Тема- Изготовление изделия Сделай Молоток Сам
17. вариант Вариант 1 Основатель популяционного подхода в.html
18. Основные цели и этапы оценки ценных бумаг
19. Iru ЗАМОРОЗКА ПРОДУКТОВ Овощи и фрукты зелень Время хранения ~ 812 месяцев при температур
20. Zdchk.ru Таблица для заполнения ответов на задания 1 тура IV Всероссийской дистанционной олимпиады