Biomonmitoring

zanieczyszczeń atmosfery ,

wód i gleby

Kategorie patologicznych przejawów

oddziaływania fluoru

Kategorie patologicznych przejawów oddziaływania

fluoru: I. Widoczne przejawy uszkodzenia

przejawiające się w depigmentacji (chlorozie)

nekrozie liści oraz nienormalności w tworzeniu

płodów, owoców.

II. Zmiany w procesach fizjologicznych, aktywności

metabolitycznej i strukturze komórkowej, które nie

powodują zmian we wzroście i wyglądzie.

III. Depresja albo stymulacja wzrostu, zmiany w

kwitnieniu i tworzeniu owoców, redukcja ilości i

jakości plonów.

IV. Akumulacja fluoru w roślinach.

Widoczne przejawy

uszkodzenia

W obrębie I kategorii- „Widoczne przejawy” wyróżnia się

następujące objawy:

1.Depigmentacja- jest powodowana destrukcją chlorofilu,

powoduje żółknięcie i blednięcie.

2. Nekrotyzacja- jest następstwem depigmentacji, miejsca,

gdzie nastąpiła destrukcja chlorofilu, nie są zdolne do

dalszego wykonywania funkcji fizjologicznych i dlatego

obumierają.

W zależności od lokalizacji wyróżnia się nekrozy:

• terminalne- obejmujące tylko wierzchołek blaszki liściowej,

• literalne- nekrozy boczne alb o n a obwodowej części

blaszki liściowej,

• między nerwami, najczęściej na parenchymie

asymilacyjnej,

• nieprawidłowe- rozmieszczone na całej blaszce liściowej.
3. Defoliacja- może być częściowa lub totalna, następuje od

górnej części korony drzew ku środkowi.

Mchy jako dobre biowskaźniki

• Mchy są grupą roślin która posiada szereg cech dobrego

biowskaźnika (Tyler, 1970, Grodziński 1980) . Są one

następujące:

1. Wiele gatunków mchów ma szeroki zasięg geograficzny i

występuje obficie w bardzo różnorodnych siedliskach, w lasach,

torfowiskach, wrzosowiskach, a także w obszarach

uprzemysłowionych i miejskich.

2. Mchy nie posiadają kutikuli i epidermy, dzięki czemu ich liście są
łatwo przepuszczalne dla jonów metali.
3. Mchy są pozbawione korzeni i tkanek przewodzących, sole

mineralne czerpią głównie z opadów atmosferycznych i suchej

depozycji,

4. Aktywnie rosnąca część mchu czerpie pokarm ze stale

obumierającej części, nie ma więc kontaktu z podłożem,

5. Niektóre gatunki, np. Hylocemium i Thuidium posiadają budowę

piętrową, a roczne przyrosty tworzą wyraźne segmenty,

6. Pomiędzy segmentami transport składników mineralnych jest

bardzo słaby z powodu braku tkanek przewodzących,

7. Mchy pobierają metale głównie pasywnie na drodze prostego
procesu wymiany jonów

Czynniki modyfikujące poziom metali ciężkich w

mchach

Poziom metali w mchach jest uzależniony

od wielu czynników spośród których jako

najważniejsze należy wymienić:

• rodzaj lub gatunek mchu
• część mchu
• wiek mchu
• miejsce zbioru próby
• wielkość opadów atmosferycznych
• sposób przygotowania prób mchów do

analizy chemicznej

• metody analityczne

Niektóre kryteria stosowane do oceny wrażliwości

na SO

2

epifitycznych mchów i porostów w warunkach terenowych i

laboratoryjnych

KRYTERIA

METODY

Biomasa

Pomiar suchej masy

Zawartość chlorofilu

Ekstrakcja i oznaczenie spektrofotometryczne

Zmiany barwy

Kolorowe fotografie

Stopień pokrycia przez

poszczególne gatunki

Ocena wizualna, odbicie na kalce,

planimetrowanie

Płodność

i reprodukcja

Kontrola protonemata u mchów oraz soredia

i isydia u porostów

Częstotliwość

występowania

poszczególnych gatunków

Zliczanie na drzewach

Wzrost i rozwój

Fotografie, kalkowanie, planimetria

Obfitość

Ocena wizualna, biomasa

Uszkodzenia plechy

Ocena wizualna,

fotografie w promieniowaniu

podczerwonym,

planimetrowanie zdrowej

i uszkodzonej części plechy

Zawartość siarki

Analiza chemiczna

Ogólna ilość gatunków

Liczenie na drzewach

Zalety i wady zastosowania porostów nadrzewnych jako biomonitorów

zanieczyszczenia atmosfery SO

2

Zalety

Wady

- porosty rosną powoli i żyją
długo

- porosty można łatwo
transplantować i łatwo się z

nimi obchodzić
- porosty nie maja tkanek

przewodzących i łatwo
absorbują i akumulują siarkę z

wodnych roztworów
- gatunki porostów różnią się

we wrażliwości: od bardzo
wrażliwych do bardzo

tolerancyjnych
- porosty są bardziej wrażliwe

na niskie stężenia SO

2

niż

rośliny wyższe
- obserwuje się wysoką

korelację między
występowaniem gatunków

porostów a stężeniem SO

2

w

otaczającym je środowisku

- porosty wykazują słabe
zdolności do regeneracji

i mogą zamierać przy
ekspozycji na SO

2

- porosty akumulują

oprócz siarki także fluor
i metale ciężkie

- porosty nie reagują

szybko na wysokie

stężenia SO

2

- liczenie gatunków

porostów występujących
w warunkach

naturalnych jest
żmudne

- często jest potrzebna

specjalizacyjna wiedza o

porostach

Porównanie zalet i wad zastosowania roślin

do biomonitorowania fluoru

Wiele gatunków roślin

wyższych i porostów jest

wrażliwych zadziałanie
związków fluoru

Rośliny wrażliwe zanim zostaną

przetransportowane w teren musza

rosnąć w szklarni w atmosferze wolnej od
związków fluoru

Charakterystyczne

symptomy pojawiają się
na roślinach przy
znanym stężeniu fluoru

Reakcja roślin wrażliwych na fluor może

być powolna. Rośliny muszą rosnąć
akumulując fluor i wtedy dopiero
wykazują symptomy

Stężenie fluoru w

roślinach może być
dokładnie zmierzone

Symptomy na roślinach

skorelowane są ze

stężeniem F w atmosferze

Symptomy mogą nie odzwierciedlać

dawki fluoru:
- deszcze mogą zmywać fluorki,
- część fluorków może być zmieniona
przez roślinę

w mniej szkodzące formy,

-stan odżywienia roślin może wpływać na
wyrazistość symptomów

Symptomy zwykle się

nasilają gdy koncentracja

fluoru w roślinach i

powietrzu rośnie

Symptomy uszkodzeń spowodowane

związkami fluoru mogą być maskowane
przez:
-stres wilgotnościowy

- niskie temperatury
- choroby grzybkowe ( np. Botrytis )

Tabela bioindykacyjna ( wg Hawskwortha i Rosea, zmodyfikowana przez

Kiszkę)

Stopi

eń

Stężenie

SO

2

w μg/m

3

powietrza

Wyróżniające gatunki porostów

0

?

Brak epifitów

1

>170

glon Desmococcus viridis

2

>150

Lecanora conizaeoides, glon Desmococcus viridis

3

>125

Lepraria incana, Buellia punctata, Lecanora expallens

4

>70

Hypogymnia physode, Parmelia saxatilis,Parmelia

sulcata,Lecidea scalaris, Chaenotheca ferruginea ; u nasady pnia

moga pojawiać się Physcia adscendens i Xanthoria parietina

5

>60

Melanelia fuliginosa, Parmeliopsis ambigua, Lecanora chlarotera,

Calicium viride,Chrysotrix candelaris oraz zdegereowane plechy

Ramalina farinacea,Evernia prunastri i Platismatia glauca; na

drzewach przydrożnych ponadto występują; Physconia grisea,

Melanelia exasperatula, Pleurosticta acetabulum, Phaeophyscia

orbicularis, Physcia tenella, Xanthoria calendaria

6

>50

Gatunki z rodzajów Pertusaria, Parmelia, Lecanora, Lecidea oraz

Graphis scripta, Pseudoevernia furfuracea, Bryoria fuscescens na

drzewach przydrożnych ponadto: Physconia distorta,

P.enteroxantha, Xantoria polycarpa

7

>40

Flavoparmelia caperata, Parmelina tiliacea, Anaptychia ciliralis,

Acrocordia gemmata, Ramalina fastigiata, Can deliria concolor

8

>35

Unsea mirta, Ramalina pollinaria, Anaptychia ciliralis z

owocnikami

9

>30

Lobraria pulmonaria, Ramalina

Utleniacze

• Tytoń odmiany Bel W3 oraz fasola odmiany Tempo mogą być skutecznie

użytkowane w biomonitorowaniu zanieczyszczeń ozonem. Obie te rośliny

są jednak roślinami rocznymi i każdego roku muszą być wysadzane.

• Odmiana tytoniu Bel wymaga ocienienia i specjalnej troski aby

reagowała w specyficzny sposób.

• Biała sosna może być używana jako roślina wieloletnia, o objawach

chlorotycznej

karłowatości. Można też oznaczać na niej oddziaływanie SO

2

.

• Winorośl zwłaszcza kultywar Ives może być dobrym biomonitorem

wieloletnim wrażliwym na ozon.

• Sałata włoska i fasola Pinto były stosowane do wykrywania PAN (azotanu\

acetylenu), ale żadna z tych roślin nie jest zbyt dobrym monitorem.

Wieloletnie biomonitory oddziaływania PAN czekają na odkrycie.

• NO

2

i inne tlenki azotu nie należą do zanieczyszczeń powietrza silnie

oddziaływujących na rośliny. Wyjątek stanowi ich oddziaływanie na

rośliny w szklarniach.

• Pomidory i sałata sąużytecznymi biomonitorami Ń0x w zamkniętych

warunkach.

• Szpilkowe i pewne drzewa liściaste, paprocie, porosty są znakomitymi

biomonitorami zanieczyszczenia dwutlenkiem siarki.

• Istnieje także potrzeba identyfikacji większej ilości biomonitorów takich

jak porosty, które byłyby wrażliwe na S0

2

, HF i metale ciężkie tak aby

efekt ich oddziaływania mógł być określony oddzielnie.

Porównanie zalet i wad zastosowania roślin

do biomonitorowania utleniaczy ( głównie O

3

)

Wiele gatunków roślin jest

wrażliwych na O

3

i inne

utleniacze

Czynniki glebowe

i środowiskowe mogą wpływać na
reakcję roślin stosowanych w
biomonitoringu na ozon i PAN

Niektóre odmiany roślin

reagują na O

3

w

środowisku

Poleganie na objawach

symptomatologicznych może

prowadzić do błędów w określaniu
uszkodzeń na biomonitorach

Niektóre rośliny mają

ściśle powiązane odmiany,
które różnią się tylko
wrażliwością na O

3

Dla wyciągania znaczących wniosków

na tem,AT relacji dawka/reakcja
potrzebna jest lepsza kwantyfikacja
ilościowa określenia reakcji roślin na

ozon lub PAN

Reakcje roślin można

czasami powiązać z

koncentracją O

3

w

środowisku

Potrzebne są lepsze biomonitory na

PAN

Biomonitoring przy użyciu

roślin jest łatwiejszy do

wykonania i tańszy niż
zastosowanie instrumentów
pomiarowych w sieci
monitoringu

Nie można wyeliminować całkowicie

monitorowania instrumentalnego,

niezbędna jest znajomość koncentracji
O

3

i PAN w środowisku

Fluorowodór , etylen i metale ciężkie

Fluorowodór

• Morele, brzoskwinie, szpilkowe, gladiole, frezje i czasami porosty są

bioindykatorami HF.

• Między koncentracją HF w powietrzu i akumulacją F w

tkankach roślin stwierdzono wysoką korelację.

Etylen

• Etylen jest przenikliwym zanieczyszczeniem powietrza, który

oddziaływuje na rośliny przy bardzo małej koncentracji.

• Udokumentowana jest przydatność orchidei jako wrażliwych

biomonitorrów ale nie maj a szerokiego zastosowania w praktyce.

• Trudne jest określenie epinastich reakcji na afrykańskich

nagietkach i pomidorach.

• Potrzebny jest dobry schemat biomonitoringu oddziaływania

etylenu w którym stosowane byłyby wrażliwe rośliny z łatwymi do

określenia reakcjami w warunkach polowych.

Metale ciężkie

• Najlepszymi biomonitorami zanieczyszczenia metalami

ciężkimi są mchy. Wiele pracy wymaga przeprowadzenie

obserwacji, w których późne gatunki mchów pobierają różne ilości

metali w różnym czasie.

• Do dalszych badań powinny być wybrane mchy, które akumulują

specyficzne metale ze znaną szybkością

Porównanie zalet i wad przy zastosowaniu roślin jako biomonitory

zanieczyszczenia powietrza metalami ciężkimi i pyłem

Zalety

Wady

- rośliny są doskonałymi

receptorami i kolektorami

metali ciężkich

- pyły i metale ciężkie na i

w częściach roślin mogą
być oznaczane metodami

chemicznymi i fizycznymi

- mchy i porosty pobierają

selektywnie i bezpośrednio
metale ciężkie z powietrza i

deszczu

- rośliny mogą być

używane dla określenia
lokalizacji źródeł metali

ciężkich i pyłów oraz
sposobu ich

rozprzestrzeniania i
osadzania

- rośliny wyższe pobierają

metale ciężkie także z gleby

nie tylko z powietrza co
utrudnia interpretację

wyników

- zawartość metali ciężkich

w liściach roślin wyższych
może odzwierciedlać tylko

ilość wychwyconą i
uwięzioną w

powierzchniowym poziomie
woskowym

- mchy i porosty są także

wrażliwe na SO

2

i HF i inne

zanieczyszczenia

-

mchy i porosty różnią się w

reakcji na działanie metali
ciężkich, duża liczba gatunków jest
potrzebna do dokładnego

biomonitoringu

Biomonitornig wód

• Przy biomonitoringu wód wykorzystywać można:
• określenie miana Coli (wskaźnikowi temu nadano rangę wskaźnika

weryfikującego klasę czystości określoną na podstawie pozostałych

oznaczeń),

• występowanie w jeziorze śniecią ryb lub masowej śmiertelności innych

organizmów (toksyczne właściwości wody), także ma charakter

weryfikujący,

• ilościowe i jakościowe badania fito- i zooplanktonu (określanie

saprobowości wody),

• występowanie zakwitów i wzrost udziału sinic w fitoplanktonie, które

są symptomem zaawansowania trofii, obniżających jakość wody,

• występowanie zooplanktonu (udział dużych wioślarekjest wysoki w

warunkach wczesnej eutrofii, natomiast w gorszej jakości wód - silnie

zeutrofizowanych, towarzyszy wzrost widłonogów),

• występowanie bentosu (próbka z dna), w miarę pogarszania się stanu

jeziora następuje spadek udziału skąposzczetów i larw

ochotkowatych na rzecz larw wodzieni,

• obserwacje literału (strefa przybrzeżna), jeżeli w strefie tej zauważymy

skupiska glonów nitkowatych świadczy to o przeżyźnieniu zbiornika,

• obecność małża racicznicy -jest charakterystyczna dla jezior silnie

zeutrofizowanych,

• chlorofilu a -jest wskaźnikiem produkcji pierwotnej.

• Istnieje wprost proporcjonalna zależność między

koncentracją chlorofilu a koncentracją fitoplanktonu

Biologiczne wskaźniki

zanieczyszczenia wód

Ksenosaprob
y

Saprobiont

y

Oligosapro
by

Saproso

my

Mezosapro
by

Saprofile

Polisaproby

Saprobion

ty

wzrost

zanieczyszczenia

Ryby stosowane do oceny toksyczności różnych substancji

chemicznych

Ryby są stosowane do oceny toksyczności różnych substancji chemicznych.
W Europie wykorzystywane są dwie grupy ryb:
- bardzo wrażliwe

• pstrąg

• koza

• kiełb

• sliz

• słonecznica

• sandacz
- średnio wrażliwe

• okoń

• kleń

• wzdręga

• leszcz

• karp

• ukleja

• szczebla stawowa
Bada się je w roztworach substancji zanieczyszczających w okresie 2 – 20 dni i

ocenia śmiertelność.

• W ciągu 2 dni  śmiertelność bardzo ostra

• 5 dni  ostra

• 10 dni  średnia

• 20 dni  słaba