Bioindykacja - metoda oceny stanu środowiska, głównie poziomu zanieczyszczeń, na podstawie badania reakcji organizmów żywych (stenobiontów, organizmów wskaźnikowych) na zmiany. Dobrymi bioindykatorami zanieczyszczenia wód są np. raki rzeczne, larwy chruścików, a powietrza - porosty. Do określania trofii zbiorników wodnych wykorzystywane mogą być również współczynniki fitoplanktonowe. . Bioindykacja opiera się na systemie wskaźników biologicznych bioindykatorów i ich zróżnicowanej i specyficznej relacji na określone czynniki środowiska.
Metody bioindykacji używa się także przy ocenie stanu lasów. Polega na określeniu stopnia defoliacji (ubytku liści koron drzew), zabarwienia liści, obecności pasożytów itp.
Bioindykatory - organizmy wykorzystujące zróżnicowaną wrażliwość i charakterystyczną reakcję na działanie czynników środowiska. Są to z reguły gatunki o wąskim zakresie tolerancji lub reagujące w specyficzny sposób na działanie określonego czynnika. Specyficzna wrażliwość bioindykatorów umożliwia określenie stopnia, zasięgu o struktury zmian degradacyjnych środowiska. Bioindykatorami oprócz gatunków roślin i zwierząt mogą być także wskaźniki ekologiczne i populacyjne takie jak: skład gatunkowy, liczebność, zagęszczenie, produkcja biomasy, struktura troficzna.
Cechy dobrego bioindykatora:
-ściśle określone występowanie Dobre bioindykatory powinny charakteryzować stosunkowo wąskim zakresami tolerancji ekologicznej (walencja ekologiczna), najlepsze są gatunki stenotopowe, wyspecjalizowane.
-długi cykl życiowy Lepszymi bioindykatorami są gatunki długo przebywające w badanym środowisku z stanie aktywnym. Gorszymi bioindykatorami np. stanu rzek są amfibiotyczne owady, które w środowisku wodnym przebywają zaledwie kilka tygodni, a resztę czasu spędzają poza zbiornikiem wodnym.
-szerokie zasięgi geograficzne Gatunki o dużych areałach rozmieszczenia geograficznego mogą być wykorzystywane w wielu krajach, dlatego gatunek może być wykorzystany w miarę uniwersalnie.
-duża liczebność występowania Duża liczebność umożliwia łatwe odnalezienie gatunku w środowisku - gatunki rzadkie wymagają pobrania dużej liczby prób, co jest pracochłonne i kosztowne.
-łatwość oznaczania Tylko gatunki, które łatwo można oznaczyć (rozpoznać, zidentyfikować), nadają się na wskaźniki.
- stenotypowość (czułość rejestrowania zmian w środowisku) - dokładne poznanie reakcji rośliny lub zwierzęcia na poszczególne elementy środowiska.
- stałość i powtarzalność reakcji
- dobrze poznany pod względem systematycznym, morfologicznym, anatomicznym i fizjologicznym
- ekologicznie ważna rola
- możliwość jakościowego i ilościowego określenia zanieczyszczenia
- łatwy do rozpoznania
- reagowanie adekwatne do zanieczyszczenia
Sposoby ochrony wód przed zanieczyszczeniami
Ochrona zasobów wodnych polega przede wszystkim na rozwiązaniach technicznych, takich jak:
1) stosowanie bezściekowych technologii w produkcji przemysłowej
2) napowietrzanie wód stojących
3) zamykanie obiegów wodnych w cyklach produkcyjnych i odzysk wody ze ścieków
4) utylizacja wód kopalnianych w cyklach produkcyjnych i odzysk wody ze ścieków
5) zabezpieczanie hałd i wysypisk
6) instalowanie niezbędnych urządzeń ochrony wód we wszystkich nowych inwestycjach przemysłowych
7) oczyszczanie ścieków i unieszkodliwienie osadów ściekowych
Metody badań bioindykacyjnych:
Laboratoryjne - są dokładne, przebiegają w ściśle kontrolowanych warunkach fizykochemicznych i biologicznych np. badanie intensywności fotosyntezy, oddychania
Terenowe - trzeba uwzględnić wiele czynników środowiskowych działających na biowskaźnik kompleksowo, co utrudnia interpretacje czynników. Zaletą jest fakt, iż obserwujemy organizmy w środowisku naturalnym. Np. wyznaczanie stref wegetacji porostów np. na podstawie przeciętnego wskaźnika uszkodzeń drzewostanu szpilkowego.
Bioindykatorem jest układ żywy, na różnym poziomie organizacji - od osobnika, poprzez populację, aż po biocenozę. W biotestach, służących do badania toksyczności wody lub ścieków, stosuje się bioindykatory zwierzęce, roślinne i bakteryjne.
Klasyfikacja metod bioindykacji:
Metody ekologiczne,
Metody fizjologiczne, biochemiczne i behawioralne,
Badania organizmów w środowisku kontrolowanym,
Metody badań wzrostu zawartości ekotoksyn w organizmach (bioakumulacja),
Metody histologiczne i morfologiczne,
Biosensory: sondy biologiczne do pomiarów ciągłych in situ.
Systematyka metod bioindykacji:
Obserwacja zmian flory i fauny w badanym obszarze,
Wykorzystanie organizmów kumulujących zanieczyszczenia jako bioindykatorów oraz szczególnie wrażliwych na określone zanieczyszczenia środowiska (np. wskaźników lichenologicznych)
BIOINDYKACJA - SYSTEM SAPROBÓW:
saproby - organizmy żyjące w strefie rozkładu materii organicznej
Strefa hipersaprobowa - ścieki - bakterie, bezbarwne wiciowce
Strefa polisaprobowa - redukcja materii organicznej (beztlenowa) - nitkowate bakterie siarkowe, wiciowce barwne i bezbarwne, orzęski, pierścienice, ochotkowate
Strefa alfamezosaprobowa - procesy utleniania i redukcji - bakterie, grzyby (Leptomites), wiciowce, orzęski, sinice, tubifexy, czerwone larwy ochotkowatych
Strefa betamezosaprobowa - woda słabo zanieczyszczona - dominują okrzemki, zielenice, sinice, larwy jętek, chruścików i ślimaków
Strefa oligosaprobowa - woda czysta - okrzemki, złotowiciowce, krasnorosty, larwy jętek, widelnic, chruścików, wirki, larwy ochotkowatych żółte i zielone
Strefa katarobowa - wody źródlane i górskie - niska zawartość związków mineralnych i organicznych, okrzemki, złotowiciowce, krasnorosty, mięczaki, skorupiaki
Strefa kryptosaprobowa - dużo zawiesiny mineralnej
Strefa antysaprobowa - dużo związków toksycznych, metali ciężkich, pestycydów
Monitoring biologiczny (biomonitoring) obejmuje szeroki zakres zjawisk i procesów zachodzących w przyrodzie z uwzględnieniem organizmów żywych.
Biomonitoring - obserwacje, zazwyczaj długoterminowe, zmierzające do oceny stanu ekosystemu, rzadziej do oceny stanu czystości wybranych elementów środowiska przyrodnicznego np. zanieczyszczeń wody i powietrza, na podstawie obecności i liczebności organizmów (gatunki wskaźnikowe).
Początkowo stosowano test toksyczności ostrej. Później wykorzystywano gatunki wskaźnikowe (np. indeks saprobów). Współcześnie rozwija się metody uwzględniające liczebność grup wskaźnikowych.
W ocenie czystości wody używane są:
ryby Gnathonemus petersii (trąbonos, mruk Petersa)
małże słodkowodne
Jako pierwsze metody biomonitoringu stosowano kanarki w kopalniach.
Na potrzeby biologicznego monitoringu rzek w Polsce - zgodnie z Ramową Dyrektywą Wodną Unii Europejskiej - w 2004 roku wprowadzono polski indeks biotyczny (skrót BMWP-PL), uwzględniający makrozoobentos. Wcześniej opierano się głównie na indeksie saprobów. Polski Indeks biotyczny wzorowany był na indeksie brytyjskim (BMWP Biological Minitoring Working Party). Monitoring wód prowadzą w Polsce Wojewódzkie Inspektoraty Ochrony Środowiska (WIOŚ).
Monitoring środowiska może być prowadzony w skali:
- globalnej (światowej), - kontynentalnej, -ogólnokrajowej, -lokalnej (np. w strefie oddziaływania obiektu przemysłowego);
Może dotyczyć:
-powietrza atmosferycznego, -wód powierzchniowych i podziemnych, -gleby i hałasu, -przyrody ożywionej.
Ważnym uzupełnieniem monitoringu środowiska są pomiary ilości zanieczyszczeń wprowadzanych do środowiska, np. wielkości emisji pyłów i gazów do atmosfery, ilości i składu ścieków odprowadzanych do wód, nagromadzenia i charakterystyki odpadów.
W Polsce do podstawowych zadań państwowego monitoringu środowiska należy dostarczanie informacji o:
-aktualnym stanie i stopniu zanieczyszczenia poszczególnych komponentów środowiska,
-ilości zanieczyszczeń odprowadzanych do środowiska,
-dynamice antropogenicznych przemian środowiska przyrodniczego i przewidywanych skutkach użytkowania środowiska.
W monitoringu środowiska stosuje się metody manualne — pomiary okresowe (nieautomatyczne), półautomatyczne stacje pomiarowe lub automatyczne systemy pomiarowo-alarmowe — pomiary ciągłe; odrębną grupę stanowi zdalne monitorowanie jakości środowiska — teledetekcja przy użyciu promieniowania elektromagnetycznego. Coraz większego znaczenia nabiera monitoring biologiczny, tj. bioindykacja zanieczyszczeń; polega on na wykorzystaniu roślin lub organizmów zwierzęcych do rejestracji szkodliwego oddziaływania zanieczyszczeń.
Największym zagrożeniem dla przyrody, a więc dla warunków naszego życia i zdrowia jest niewiedza i nieświadomość skutków, jakie mogą przynieść nierozważne działania człowieka. Aby naprawić i odpowiednio chronić środowisko niezbędna jest więc stała, systematyczna i powszechna edukacja.