Metody bioindykacyjne w ocenie stanu zanieczyszczenia atmosfery.
Bioindykacja polega na określaniu za pomocą testów biologicznych jakości środowiska. Twórcą definicji bioindykacji w Polsce jest profesor M.Górny.
„Bioindykacja to metoda za pomocą której, dzięki stosowanym żywym organizmom na różnych poziomach ich organizacji, określa się kierunek i stopień nasilenia zmian w środowisku ich życia.”
Metody bioindykacyjne, mimo że są proste i tanie w przeciwieństwie do instrumentalnych pomiarów skażeń atmosfery dają wiarygodny obraz oddziaływania specyficznych zanieczyszczeń na poszczególne komponenty środowiska, są podstawą do biologicznego oddziaływania zanieczyszczeń na środowisko. Reakcja może zachodzić na różnych poziomach organizacji życia: komórki, tkanki, organizmu, osobnika, populacji, biocenozy czy też ekosystemu. Jako bioindykatory stosuje się rośliny niższe i wyższe, rzadziej zwierzęta. Metody bioindykacji mają tą zaletę nad metodami instrumentalnymi pomiaru zanieczyszczeń, że są tanie w wielu przypadkach czulsze od pomiarów chemicznych powietrz, obejmują działanie zanieczyszczeń na organizmy żywe, nie są czasochłonne i uciążliwe. Natomiast pomiary aparaturowe są kosztowne, czasochłonne, wymagają zasilania, nadzoru i kalibracji. Aparaty są wrażliwe, delikatne niezbyt dobrze przystosowane do funkcjonowania w warunkach pogodowych w odległych miejscach.
Podstawą bioindykacji jest zakres tolerancji ekologicznej oraz charakter tolerancji ekologicznej organizmu na specyficzne zanieczyszczenia, na które reagują w określony sposób. Organizmy o wąskim zakresie tolerancji na określone warunki środowiska są dobrymi biowskaźnikami.
Organizmy wskaźnikowe powinny spełniać następujące kryteria:
mieć wąski i specyficzny zakres wymagań ekologicznych,
posiadać szerokie rozmieszczenie geograficzne,
posiadać w środowisku dużą liczebnie populację,
mieć długi cykl życiowy lub kilkanaście pokoleń w roku.
Bioindykatory można wykorzystywać do określania warunków panujących w siedliskach takich jak: wilgotność, suchość, zakwaszenie, zasadowość zasobność w azot, czystość wód gleb i powietrza atmosferycznego.
Pojęcie bioindykacja jest ściśle powiązana z metodą oceny środowiska zwaną, biomonitoring.
Biomonitoring jest to metoda ilościowa, w której używa się rośliny wskaźnikowe do oceny stopnia zanieczyszczenia środowiska. Reakcja roślin na zanieczyszczenia jest ściśle powiązana z określonym stężeniem związku.
Wśród bioindykatorów wyróżnia się bioindykatory wrażliwe, które bardzo szybko reagują na zanieczyszczenia w postaci uszkodzonej tkanki i bioindykatory kumulatywne, które gromadzą substancje szkodliwe bez widocznych uszkodzeń. Zanieczyszczenia powierza mogą być pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego, są to substancje stałe ciekłe lub gazowe. Zanieczyszczenia powietrza są najbardziej niebezpieczne, gdyż są mobilne i mogą skazić na dużych obszarach wszystkie komponenty środowiska. Do charakterystycznych zanieczyszczeń, które są monitorowane za pomocą biowskaźników należą:
SO2
tlenki azotu, NOX
ozon troposferyczny O3
pyły
fluor
tlenki węgla
Skutkami tych zanieczyszczeń są groźne zjawiska takie jak:
kwaśne deszcze
smog
dziura ozonowa
efekt cieplarniany
Do oceny zanieczyszczeń atmosfery przez SO2 służą porosty, które są bardzo wrażliwe na najmniejsze stężenia ditlenku siarki. Porosty są to organizmy składające się z dwóch części: grzyba i glonu. Takie powiązanie pozwala porostom rosnąć praktycznie na wszystkich powierzchniach. Zanieczyszczenia atmosfery ocenia się na podstawie porostów rosnących na drzewach liściastych (epifity) w 7 stopniowej skali porostowej. Występowanie poszczególnych gatunków porostów w środowisku mówi nam o stopniu jego zanieczyszczenia.
Do wykrywania znanego stężenia SO2 służy również soja, natomiast dobrym bioindykatorem na znane stężenie ozonu jest tytoń Bel-W3. Z kolei do oznaczania zanieczyszczeń HF służą mieczyki (gladiole), frezje, a przy monitorowaniu metali ciężkich takich jak Zn, Pb, Cd, Ni, Cu, pomocne są mchy, które kumulują te pierwiastki. Do oceny stanu zanieczyszczeń atmosfery służą zarówno rośliny naturalnie zajmujące swoje siedliska a także rośliny niższe i wyższe, mchy i porosty w sposób świadomy i celowy eksponowane na zanieczyszczenia. Dlatego też konieczna jest hodowla roślin z podobnym stałym fenotypem i z genotypami różniącymi się tylko wrażliwością na specyficzne zanieczyszczenia.
Rośliny (biotesty) muszą wykazywać wyraźną reakcję na zanieczyszczenia w postaci nekroz, chloroz, zmian wielkości plonu, wzrostu czy też produkcji kwiatów i nasion. Muszą być łatwe w uprawie, odporne na choroby i szkodniki, które fałszują obraz badań, a także muszą być powtarzalne tzn. nasiona lub rośliny z rozmnożenia dają takie same objawy.
W stosunku do bioindykacji stawia się następujące warunki:
powinna być względnie szybka,
powinna dawać dokładne i powtarzalne wyniki,
obiekty stosowane do bioindykacji powinny być liczne, o zbliżonej jakości.
Przed rozpoczęciem biomonitoringu musimy znać reakcję roślin na działanie zanieczyszczeń, obejmują to badania reakcji w kontrolowanych warunkach dla ustalenia zależności dawka-reakcja. Na podstawie takich symptomów jak: stopień uszkodzenia liści, igieł, wzrostu lub spadku plonu, stopnia fotosyntezy, oddychania, transpiracji, ogólnego plonu lub biomasy, czasu kwitnienia wnioskujemy o stopniu zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego.
W ocenie uszkodzeń pomocna jest typowa skala, która obejmuje:
0- brak uszkodzeń.
1- nieznaczne.
2- średnie.
3- średnie do silnych.
4- silne.
5- całkowite.
Ocena taka może dotyczyć % powierzchni liścia, w przypadku igieł długości, przebarwień lub % igieł na pędzie bądź gałązce. Na podstawie tych badań i znajomości reakcji roślin na pojedyncze lub większą ilość zanieczyszczeń możemy stworzyć gęstą sieć biomonitorów i po wnikliwej analizie przedstawić stopień zanieczyszczenia powietrza na danym obszarze.
Rośliny do testów powinny być wysadzone w wazonach, wiadrach lub do względnie takiej samej gleby z zapewnieniem automatycznego podlewania a także muszą być maksymalnie wyeksponowane na wiatry niosące ze sobą zanieczyszczenia.
W biomonitoringu należy uwzględnić jeszcze czynniki naturalne takie jak:
konkurencja,
wilgotność,
wiek rośliny,
zaopatrzenie w składniki pokarmowe,
warunki topograficzne i klimatyczne.
Bioindykacja odbywa się na różnych poziomach organizacji i obejmuje:
pomiary biochemiczne w tkankach organizmu,
zmiany fizjologiczne i występowanie poszczególnych organizmów wybranych gatunków,
pomiary populacji wybranych gatunków oraz rozmieszczenie gatunków.
pomiary w funkcjonowaniu lub występowaniu wybranych elementów ekosystemu,
zmiany w występowaniu ekosystemów.
Tak, więc bioindykacja pozwala na wczesne wykrycie czynników stresujących zarówno naturalnych jak i antropogenicznych oraz może być prowadzona na różnych poziomach organizacji życia. Bioindykatory pełnią funkcję ostrzegawczą w odniesieniu do zmian wywołanych w biosferze, pomagają ocenić zmiany w przestrzeni i czasie.