МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Харківський національний автомобільно-дорожнійуніверситет
Дорожньо-будівельний факультет
Кафедра екології
Розрахунково-графічна робота
з дисципліни:
«Біоіндикація»
Виконав:
студент ДЕК — 31
Михайлик В.М.
Перевірила:
Доц. Вальтер Г.А.
Харків — 2010
Завдання 1. Визначення середньозважених сапробнихвалентностей за Зелінке та Марваном
Оцінка ступенізабруднення за біологічними показниками, тобто за складом флори і фауни, можездійснюватись за індикаторними організмами. У такому випадку користуютьсязаздалегідь розробленими системами видів-індикаторів, за допомогою яких можнакласифікувати ступінь забруднення по присутності чи відсутності індикаторнихвидів чи груп.
Сапробність — ступіньнасиченості води органічними речовинами, що розкладаються, при постійномунизькому вмісті кисню. Організми, які живуть у водах, що містять гниючіречовини, називаються сапробіонтами.
Розрізняють п'ятьступенів сапробності:
1) х — ксеносапробність- ступінь найбільш чистих вод;
2) о — олігосапробність- незабруднені води, розчинених органічних речовин практично немає, кількістькисню близько до величини нормального насичення, сірководень відсутній,діоксиду вуглецю мало;
3) b — мезосапробність — малозабрудненіводи, характеризуються присутністю аміаку і продуктів його окислювання,сірководень зустрічається в незначних кількостях, кисню у воді багато імінералізація йде за рахунок повного окислювання органічної речовини;
4) a — мезосапробність — забрудненіводи, кисень присутній у незначних кількостях, кількість сірководню зростає,багато органіки, що нерозклалась;
5) р — полісапробність- дуже забруднені води, характеризуються майже повною відсутністю кисню,наявністю у воді білків, що нерозклалися, і значних кількостей сірководню.
Багато видів — індикаторівзустрічаються у водах двох чи навіть трьох ступенів сапробності.
Для уточненнярезультатів біологічного аналізу введений показник сапробної валентності.
Сапробнавалентність виду показує якою мірою він характерний для того чи іншого ступенясапробності. Кожному виду дається в сумі десять балів сапробної валентності, щорозподіляються в тих ступенях, у яких він зустрічається.
Для того, щоб приоцінці ступеня забруднення підвищити роль видів, присутність яких характернадля визначеного ступеня сапробності, вводять поняття індикаторної ваги, щооцінюється для кожного виду в балах від 1 до 5.
Індикаторна вага 5(кращі індикатори) — дається організмам, для яких усі 10 балів сапробноївалентності розподіляються в одному ступені сапробності чи у співвідношенні 9: 1у сусідніх ступенях сапробності.
Індикаторна вага 4- дається організмам, у яких бали сапробної валентності знаходяться в двохсусідніх ступенях сапробності у співвідношенні 8: 2 і 7: 3; чи в співвідношенні1: 8: 1 — у трьох ступенях сапробності.
Індикаторна вага 3- дається у всіх випадках, коли бали валентності знаходяться в двох сусідніхступенях сапробності в співвідношенні 6: 4 чи 5: 5 чи в трьох ступеняхсапробності із середньої в шість чи сім балів.
Індикаторна вага 2- привласнюється організмам, що зустрічаються в трьох ступенях сапробності,причому максимальна кількість балів в одному ступені досягає п'яти чи чотирьох,а також організмам з чотирьох ступенів сапробності із максимальною кількістю сімі шість балів в одній з них.
Індикаторна вага 1(погані індикатори) — дається всім організмам, що зустрічаються в чотирьохступенях сапробності з максимальною кількістю п'ять, чотири чи три бали в однійз них.
Для визначенняступеня сапробності всього біоценозу розраховують середньозважені сапробнівалентності для ксеносапробної ступіні — А, олігосапробної — В і т.д. заформулами:
/> і т.д.,
де ni — кількість особнів i-го виду;
ji — індикаторнавага i-го виду;
ai, bi,ci і т.д. — сапробні валентності i-го виду.
Розраховуютьсядобутки a. j. n; b. j. n; c. j. n і т.д. для кожного виду та їхні суми (SР). Ці сумиподіляються на суми добутків j. n. Отримані значення є середньозваженимивалентностями біоценозу.
Максимальнасередньозважена валентність характеризує біоценоз за сапробністю.
Порядоквиконання завдання:
Відповідно доіндивідуального завдання — перелік видів, які зустрічаються у пробах з трьохточок відбору проб, — вибрати з атласу індикаторних організмів вихідні дані длярозрахунку: сапробна валентність, індикаторна вага, індикаторне значення. Розрахуватисередньозважені сапробні валентності в трьох точках відбору проб і визначитисапробність ділянок. Отримані результати надати у таблиці, зробити висновокщодо сапробності води у трьох точках водного об¢єкту.
Розрахуноксередньозважених сапробних валентностей біоценозу.
Вихідні дані:
Точка 1.№ виду Сапробні валентності за ступінями сапробності Індикаторна вага, j Кількість особнів, n a (x) b (o) c (b) d (a) 21 - 3 6 1 3 31 58 2 3 5 - 2 8 64 - 7 3 - 4 30 39 - - - 10 5 42 79 3 6 1 - 3 28
Розрахунок:№ виду
х
(a j n)
о
(b j n)
b
(c j n)
a
(d j n) 21 - 279 558 93 58 32 48 80 - 64 - 840 360 - 39 - - - 2100 79 252 504 84 - åР 284 1671 1082 2193 Sjn = 521 Середньозважені сапробні валентності біоценозу A B C D 0,54 3, 20 2,07 4,2
Точка 2.№ виду Сапробні валентності за ступінями сапробності Індикаторна вага, j Кількість особнів, n a (x) b (o) c (b) d (a) 17 - 8 2 - 4 6 30 - - 9 1 5 2 63 - 10 - - 5 5 71 - 3 6 1 3 8 105 5 5 - - 3 12 № виду
х
(a j n)
о
(b j n)
b
(c j n)
a
(d j n) 17 - 192 48 - 30 - - 90 10 63 - 250 - - 71 - 72 144 24 105 180 180 - - åР 180 694 282 34 Sjn = 119 Середньозважені сапробні валентності біоценозу A B C D
1,51
5,83
2,36
0,28
Точка 3.№ виду Сапробні валентності за ступінями сапробності Індикаторна вага, j Кількість особнів, n a (x) b (o) c (b) d (a) 35 - - - 10 5 1 9 - - - 10 5 54 19 - 10 - - 5 7 66 - 7 3 - 4 32 90 - 2 4 4 2 1 № виду
х
(a j n)
о
(b j n)
b
(c j n)
a
(d j n) 35 - - - 50 9 - - - 2700 19 - 350 - - 66 - 896 384 - 90 - 4 8 8 åР 1250 392 2758 Sjn = 440 Середньозважені сапробні валентності біоценозу A B C D
2,84
0,89
6,26
Висновок: В цьомузавданні проведений розрахунок середньозважених сапробних валентностейбіоценозуЗавдання 2. Розрахунок індексу сапробності (індекс Ротшайна)
Оцінка ступенізабруднення води у водоймі може бути проведена за допомогою хімічного,бактеріологічного та біологічного методів. Під біологічним методом розуміютьоцінку якості води за складом та станом рослинного та тваринного населення.
Біологічнарівновага водних екосистем підтримується чисельними рухомими зв¢язками організмівміж собою та з оточуючим середовищем. Антропогенне навантаження порушує цюрівновагу, що відображається на видовому складі біоценозу. Біологічний аналізякості води дозволяє встановити зміни видового складу вже при такому слабкомузабрудненні водойм, яке ще не може бути зареєстроване за допомогою хімічного чибактеріологічного методів аналізу.
Оцінка якості абоступені забруднення за біологічними показниками, тобто за складом фауни чифлори, може бути проведена двома способами:
за індикаторнимиорганізмами;
за результатамипорівняння населення на ділянках, де забруднення відсутнє і на забрудненихділянках. У першому випадку користуються заздалегідь розробленими системамиіндикаторних організмів, за допомогою яких за наявністю або відсутністюіндикаторних видів або груп та їх відносній кількості можна віднести водоймуабо її зону до визначеного класу вод. В другому — немає потреби у системііндикаторних організмів або даних про чутливість окремих видів або груп дозабруднення, тому що висновок робиться за результатами співставлення складунаселення на різних станціях (створах) річки або ділянки водойми, які в різніймірі підлеглі забрудненню. Прикладом такого аналізу є розрахуноксапробіологічного індексу Ротшайна, який розраховується для біоценозів нарізних ділянках водойми і використовується для побудови графіка.
При розрахункуіндексу Ротшайна враховуються сапробні валентності й індикаторна вага показовихорганізмів. Кожній ступені сапробності придається визначене чисельне вираження(s):
ксеносапробнаступінь — sx = 90
олігосапробнаступінь — so = 70
b-мезосапробна ступінь — sb= 50
a — мезосапробна ступінь — sa = 30
полісапробнаступінь — sp = 10
Для кожного зіступенів сапробності підраховуються суми Р (SР), що є добутком частотизустрічальності видів, їх сапробної валентності й індикаторної ваги (аналогічновизначенню середньозваженої сапробіологічної валентності біоценозу — завдання №1). При розрахунку індексу Ротшайна приймаються до уваги не усі види показовихорганізмів, а тільки ті, котрі відносяться до ступені з максимальної S Р та до двох сусідніхз нею. Значення інших ступеней у розрахунок не приймаються.
Сапробіологічний індексРотшайна дорівнює:
/>,
де å Р2 — найвища з å Р;
å Р1 і å Р3 — сусідніз нею å Р;
S1,S2, S3 — значення sx…… spдля відповідних ступенів сапробності.
У тому випадку,якщо максимальна å Р припадає на одну з крайніх ступенів сапробності (ксеносапробну чиполісапробну), при розрахунку індексу враховуються не дві, а одна сусідняступені. Якщо дві å Р рівні, то також приймаються до уваги тільки дві ступені сапробностій індекс обчислюється за формулою:
/>
Отримані значеннясапробіологічного індексу витлумачуються таким чином:
ксеносапробнаступінь — 90-80
олігосапробнаступінь — 80-60
b-мезосапробна ступінь — 60-40
a — мезосапробна ступінь — 40-20
полісапробнаступінь — 20-10.
Порядоквиконання завдання:
1. Вихіднимиданими для розрахунку сапробіологічного індексу Ротшайна є дані, які отриманопри виконанні завдання 1.
2. Розрахуватиіндекс сапробності Ротшайна і визначити сапробність кожної ділянки.
3. Результатизвести в таблицю та представити їх графічно.
Результатирозрахунку індексу Ротшайнаточка
åР1
åР2
åР3
S1
S2
S3
SR 1 - 1082 2193 - 50 30 37 2 180 694 282 90 70 50 68 3 - 382 2758 - 50 30 33
Для графічногозображення результатів розрахунків будуємо графік, по осі ординат якоговідкладаємо значення індексу Ротшайна, а по осі абсцис — точки відбору проб.
/>
Висновок: Розрахованоіндекс Ротшайна, за журналом визначено ступені відповідно до власних даних
ксеносапробнаступінь — 90-80, олігосапробна ступінь — 80-60
b-мезосапробна ступінь — 60-40,a — мезосапробнаступінь — 40-20
полісапробнаступінь — 20-10.
Результативідображено в таблиці та графіку.
Завдання 3. Визначення сапробності за Пантле і Буком
Системи біологічногоаналізу якості води та засоби оцінки рівня забруднення можна поділити на тригрупи. В першу групу поєднані всі системи та засоби, у яких результатибіологічного аналізу витлумачуються на основі показового значення організмів,що знайдено в пробах води. До другої групи підпадають засоби оцінки ступенязабруднення за видовим різноманіттям населення водойми, що обстежується. Утретю групу поєднані системи, в яких використане як показове значенняорганізмів, так і видове різноманіття: оцінка ступені забруднення залежить відкількості видів, що зустрічаються в даній зоні, але види, що несталі дозабруднення, впливають на визначення ступені забруднення сильніше, ніж сталівиди. Таким чином, остаточна оцінка залежить і від видового різноманіття, і відтого, які види це різноманіття утворюють.
Видовий складспівтовариства свідчить про середній за тривалий період часу склад води. Різніорганізми мають різну ступінь чутливості і тому характеризують різні відрізкичасу. В залежності від мети і обставин використовують різні групи організмів.
Найбільш чутливимиє бактерії, вони дуже швидко розмножуються у забрудненій воді, приконцентраціях, які ще не може зареєструвати хімічний метод аналізу. Алебактерії мають дуже короткий життєвий цикл і тому характеризують дуже короткийперіод часу.
Простіші єкосмополітами і тому особливо придатні для використання в спробній системі. Простішідуже чутливі до змін хімічного складу води і є цінними показниками органічногозабруднення, але обмежене їх використання при аналізі токсичних промисловихстоків.
Багатоклітиннібезхребетні та водорості слід використовувати для біологічного аналізу води прислабкому органічному забрудненні. Безхребетні мають більш довгий життєвий циклі тому характеризують більш тривалий відрізок часу. Представників цієї групиможна використовувати для оцінку ступені забруднення як побутовими, так іпромисловими стічними водами.
За методом Пантлеі Бука кількісна оцінка видів-індикаторів забруднення враховує відношенняокремих видів до п'яти відомих ступенів системи сапробності — s і відноснучастоту зустрічальності — h.
Умовні ознаки тазначення s для різних ступенів сапробностіШкала сапробності умовні ознаки значення s
ксеносапробна
олігосапробна
b — мезосапробна
a-мезосапробна
полісапробна
х
о
b
a
p
1
2
3
4
Відносна частотазустрічальності видів-індикаторів та значення hШкала частоти кількість екз. одного виду (%) від загальної кількості значення h
дуже рідко
рідко
нерідко
часто
дуже часто
масовий розвиток
2-3
4-10
11-20
21-40
41-100
1
2
3
5
7
9
Обидві величини — sта h входять у формулу для обчислення індексу сапробності:
/>
У полісапробнійзоні він дорівнює — 4,0-3,5; у b — мезосапробній зоні — 3,4-2,5; у a-мезосапробній зоні — 2,4-1,5;в олігосапробній — 1,4-1,0 і в ксеносапробній — менше 1.
Порядоквиконання завдання:
1. Відповідно довихідних даних індивідуального завдання визначити процент зустрічальностькожного виду у пробах трьох пунктів відбору (%).
2. Визначитичисельне значення ступеня сапробності кожного виду — s та чисельне значеннязустрічальності кожного виду — h.
Визначитисапробність у трьох точках відбору проб за Пантле і Буком.
Результати звестив таблицю.
Результатирозрахунку сапробності за Пантле і БукомТочка № виду s h sh індекс 1 21 B 2 22 7 14 х
58
64
39
79
B
o
a
o
2
1
3
1
6
22
30
20
3
7
7
5
6
7
21
5
х
х
х
х сума 29 53 1,82
Точка
2
№ виду
17
30
63
71
105 s h
Sh
5
6
5
14
Індекс
Х
Х
Х
Х
Х
O
B
O
b
x-o
1
2
1
2
18
6
15
24
36
5
3
5
7
7 сума 27 30 1,11
Точка
3
№ виду
1
54
7
32
1 s h
Sh
3
27
3
7
Індекс
Х
Х
Х
Х
Х
а
а
о
о
В-а
3
3
1
1
1
57
7
34
1
1
9
3
7
1
сума 21 40 1,9
Висновок: В ційлабораторній роботі визначено індекс сапробності за формулами Пантле і Буком:
В 1-й точці — амезасапробній
В 2-й точці — олігосапробній
В 3-й точці — амезасапробній.Завдання 4. Графічне представлення даних біологічного аналізуякості води водного об¢єкту за показовими організмами
Для графічногонадання результатів дослідження стану біоценозів за допомогою видів-індикаторіввикористовують криві відносної чистоти і відносного забруднення води водойми. Крапкипершої являють собою відношення суми балів частоти зустрічальності (h) оліго — іb — сапробівдо суми балів усіх показових організмів у відсотках:
/>,%
Дзеркальнимвідображенням кривої відносної чистоти водойми є крива відносного забруднення,крапки якої це відношення суми балів частоти зустрічальності (h) a-сапробів іполісапробів до суми балів усіх показових організмів, виражене у відсотках:
/>,%
Порядоквиконання завдання:
Відповідно довихідних даних індивідуального завдання виразити чисельне значеннязустрічальності видів кожного ступеня сапробності в балах — h, аналогічноприйому з практичного заняття 3.
Розрахуватизначення відносного забрудення та відносної чистоти води в трьох точках тапредставити їх графічно.
Розрахунок таформа наведення результатів завданняВихідні дані Розрахунок Точка № виду s h Показник Значення 1 21 B 7 7 7 58 B 3 7+3+7+5 22 64 O 7
7+3+7+7+5 29 39 A 7 Відносне забруднення, % 42 79 O 5 Відносна чистота, % 58 2 17 O 5 30 B 3 5+3+5+7+7 27 63 O 5 5+3+5+7+7 27 71 B 7 Відносне забруднення, % 41 105 x-o 7 Відносна чистота, % 54 3 35 A 1 1+9+1 11 9 A 9 3+7+1 11 19 O 3 1+9+3+7+1 21 66 O 7 Відносне забруднення, % 57 90 B-a 1 Відносна чистота, % 43
Знайдені значеннявідкладають на вертикальній осі графіку, на горизонтальній осі відкладаютьточки відбору чи відстані між станціями відбору проб.
/>
Висновок: Розрахованозначення відносного забрудення та відносної чистоти води в трьох точках щовідображено на графіку і таблиці.