Оцінка ступені забруднення за біологічними показниками

2







МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

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 сапробних валентностей за Зелінке та Марваном



Оцінка ступені забруднення за біологічними показниками, тобто за складом флори і фауни, може здійснюватись за індикаторними організмами. У такому випадку користуються заздалегідь розробленими системами видів-індикаторів, за допомогою яких можна класифікувати ступінь забруднення по присутності чи відсутності індикаторних видів чи груп.

Сапробність - ступінь насиченості води органічними речовинами, що розкладаються, при постійному низькому вмісті кисню. Організми, які живуть у водах, що містять гниючі речовини, називаються сапробіонтами.

Розрізняють п'ять ступенів сапробності:

1) х - ксеносапробність - ступінь найбільш чистих вод;

2) о - олігосапробність - незабруднені води, розчинених органічних речовин практично немає, кількість кисню близько до величини нормального насичення, сірководень відсутній, діоксиду вуглецю мало;

3)  - мезосапробність - малозабруднені води, характеризуються присутністю аміаку і продуктів його окислювання, сірководень зустрічається в незначних кількостях, кисню у воді багато і мінералізація йде за рахунок повного окислювання органічної речовини;

4)  - мезосапробність - забруднені води, 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 - індикаторів зустрічаються у водах двох чи навіть трьох ступенів сапробності. 

Для уточнення результатів біологічного аналізу введений показник сапробної валентності. 

Сапробна валентність виду показує якою мірою він характерний для того чи іншого ступеня сапробності. Кожному виду дається в сумі десять балів сапробної валентності, що розподіляються в тих ступенях, у яких він зустрічається.

Для того, щоб при оцінці ступеня забруднення підвищити роль видів, присутність яких характерна для визначеного ступеня сапробності, вводять поняття індикаторної ваги, що оцінюється для кожного виду в балах від 1 до 5.

Індикаторна вага 5 (кращі індикатори) - дається організмам, для яких усі 10 балів сапробної валентності розподіляються в одному ступені сапробності чи у співвідношенні 9: 1 у сусідніх ступенях сапробності.

Індикаторна вага 4 - дається організмам, у яких бали сапробної валентності знаходяться в двох сусідніх ступенях сапробності у співвідношенні 8: 2 і 7: 3; чи в співвідношенні 1: 8: 1 - у трьох ступенях сапробності.

Індикаторна вага 3 - дається у всіх випадках, коли бали валентності знаходяться в двох сусідніх ступенях сапробності в співвідношенні 6: 4 чи 5: 5 чи в трьох ступенях сапробності 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 сім і шість балів в одній з них.

Індикаторна вага 1 (погані індикатори) - дається всім організмам, що зустрічаються в чотирьох ступенях сапробності з максимальною кількістю п'ять, чотири чи три бали в одній з них.

Для визначення ступеня сапробності всього біоценозу розраховують середньозважені сапробні валентності для ксеносапробної ступіні - А, олігосапробної - В і т.д. за формулами:


 і т.д.,



де ni - кількість особнів i-го виду;

ji - індикаторна вага i-го виду;

ai, bi, ci і т.д. - сапробні валентності i-го виду.

Розраховуються добутки a. j. n; b. j. n; c. j. n і т.д. для кожного виду та їхні суми (Р). Ці суми поділяються на суми добутків j. n. Отримані значення є середньозваженими валентностями біоценозу.

Максимальна середньозважена валентність характеризує біоценоз за сапробністю.

Порядок виконання завдання:

Відповідно до індивідуального завдання - перелік видів, які зустрічаються у пробах з трьох точок відбору проб, - вибрати з атласу індикаторних організмів вихідні дані для розрахунку: сапробна валентність, індикаторна вага, індикаторне значення. Розрахувати середньозважені сапробні валентності в трьох точках відбору проб і визначити сапробність ділянок. Отримані результати надати у таблиці, зробити висновок щодо сапробності води у трьох точках водного обєкту.

Розрахунок середньозважених сапробних валентностей біоценозу.

Вихідні дані:



Точка 1.

№ виду

Сапробні валентності за ступінями сапробності

Індикаторна вага, j

Кількість особнів, n



a (x) 

b (o) 

c () 

d () 





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) 



(c j n) 



(d j n) 

21

-

279

558

93

58

32

48

80

-

64

-

840

360

-

39

-

-

-

2100

79

252

504

84

-

Р

284

1671

1082

2193

jn = 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 () 

d () 





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) 



(c j n) 



(d j n) 

17

-

192

48

-

30

-

-

90

10

63

-

250

-

-

71

-

72

144

24

105

180

180

-

-

Р

180

694

282

34

jn = 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 () 

d () 





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) 



(c j n) 



(d j n) 

35

-

-

-

50

9

-

-

-

2700

19

-

350

-

-

66

-

896

384

-

90

-

4

8

8

Р

0

1250

392

2758

jn = 440



 Середньозважені сапробні валентності біоценозу



A

B

C

D



0

2,84

0,89

6,26



Висновок: В цьому завданні проведений розрахунок середньозважених сапробних валентностей біоценозу



Завдання 2. Розрахунок індексу сапробності (індекс Ротшайна)



Оцінка ступені забруднення води у водоймі може бути проведена за допомогою хімічного, бактеріологічного та біологічного методів. Під біологічним методом розуміють оцінку якості води за складом та станом рослинного та тваринного населення.

Біологічна рівновага водних екосистем підтримується чисельними рухомими звязками організмів між собою та з оточуючим середовищем. Антропогенне навантаження порушує цю рівновагу, що відображається на видовому складі біоценозу. Біологічний аналіз якості води дозволяє встановити зміни видового складу вже при такому слабкому забрудненні водойм, яке ще не може бути зареєстроване за допомогою хімічного чи бактеріологічного методів аналізу.

Оцінка якості або ступені забруднення за біологічними показниками, тобто за складом фауни чи флори, може бути проведена двома способами:

за індикаторними організмами;

за результатами порівняння населення на ділянках, де забруднення відсутнє і на забруднених ділянках. У першому випадку користуються заздалегідь розробленими системами індикаторних організмів, за допомогою яких за наявністю або відсутністю індикаторних видів або груп та їх відносній кількості можна віднести водойму або її зону до визначеного класу вод. В другому - немає потреби у системі індикаторних організмів або даних про чутливість окремих видів або груп до забруднення, тому що висновок робиться за результатами співставлення складу населення на різних станціях (створах) річки або ділянки водойми, які в різній мірі підлеглі забрудненню. Прикладом такого аналізу є розрахунок сапробіологічного індексу Ротшайна, який розраховується для біоценозів на різних ділянках водойми і використовується для побудови графіка.

При розрахунку індексу Ротшайна враховуються сапробні валентності й індикаторна вага показових організмів. Кожній ступені сапробності придається визначене чисельне вираження (s):

ксеносапробна ступінь - sx = 90

олігосапробна ступінь - so = 70

-мезосапробна ступінь - s = 50

 - мезосапробна ступінь - s = 30

полісапробна ступінь - sp = 10

Для кожного зі ступенів сапробності підраховуються суми Р (Р), що є добутком частоти зустрічальності видів, їх сапробної валентності й індикаторної ваги (аналогічно визначенню середньозваженої сапробіологічної валентності біоценозу - завдання № 1). При розрахунку індексу Ротшайна приймаються до уваги не усі види показових організмів, а тільки ті, котрі відносяться до ступені з максимальної  Р та до двох сусідніх з нею. Значення інших ступеней у розрахунок не приймаються.

Сапробіологічний індекс Ротшайна дорівнює:



,



де  Р2 - найвища з  Р;

 Р1 і  Р3 - сусідні з нею  Р;

S1, S2, S3 - значення sx... ... sp для відповідних ступенів сапробності.

У тому випадку, якщо максимальна  Р припадає на одну з крайніх ступенів сапробності (ксеносапробну чи полісапробну), при розрахунку індексу враховуються не дві, а одна сусідня ступені. Якщо дві  Р рівні, то також приймаються до уваги тільки дві ступені сапробності й індекс обчислюється за формулою:







Отримані значення сапробіологічного індексу витлумачуються таким чином:

ксеносапробна ступінь - 90-80

олігосапробна ступінь - 80-60

-мезосапробна ступінь - 60-40

 - мезосапробна ступінь - 40-20

полісапробна ступінь - 20-10.

Порядок виконання завдання:

1. Вихідними даними для розрахунку сапробіологічного індексу Ротшайна є дані, які отримано при виконанні завдання 1.

2. Розрахувати індекс сапробності Ротшайна і визначити сапробність кожної ділянки.

3. Результати звести в таблицю та представити їх графічно.



Результати розрахунку індексу Ротшайна

точка

Р1

Р2

Р3

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 графічного зображення результатів розрахунків будуємо графік, по осі ординат якого відкладаємо значення індексу Ротшайна, а по осі абсцис - точки відбору проб.







Висновок: Розраховано індекс Ротшайна, за журналом визначено ступені відповідно до власних даних

ксеносапробна ступінь - 90-80, олігосапробна ступінь - 80-60

-мезосапробна ступінь - 60-40, - мезосапробна ступінь - 40-20

полісапробна ступінь - 20-10.

Результати відображено в таблиці та графіку.


Завдання 3. Визначення сапробності за Пантле і Буком



Системи біологічного аналізу якості води та засоби оцінки рівня забруднення можна поділити на три групи. В першу групу поєднані всі системи та засоби, у яких результати біологічного аналізу витлумачуються на основі показового значення організмів, що знайдено в пробах води. До другої групи підпадають засоби оцінки ступеня забруднення за видовим різноманіттям населення водойми, що обстежується. У третю групу поєднані системи, в яких використане як показове значення організмів, так і видове різноманіття: оцінка ступені забруднення залежить від кількості видів, що зустрічаються в даній зоні, але види, що несталі до забруднення, впливають на визначення ступені забруднення сильніше, ніж сталі види. Таким чином, остаточна оцінка залежить і від видового різноманіття, і від того, які види це різноманіття утворюють.

Видовий склад співтовариства свідчить про середній за тривалий період часу склад води. Різні організми мають різну ступінь чутливості і тому характеризують різні відрізки часу. В залежності від мети і обставин використовують різні групи організмів.

Найбільш чутливими є бактерії, вони дуже швидко розмножуються у забрудненій воді, при концентраціях, які ще не може зареєструвати хімічний метод аналізу. Але бактерії мають дуже короткий життєвий цикл і тому характеризують дуже короткий період часу.

Простіші є космополітами і тому особливо придатні для використання в спробній системі. Простіші дуже чутливі до змін хімічного складу води і є цінними показниками органічного забруднення, але обмежене їх використання при аналізі токсичних промислових стоків.

Багатоклітинні безхребетні та водорості слід використовувати для біологічного аналізу води при слабкому органічному забрудненні. Безхребетні мають більш довгий життєвий цикл і тому характеризують більш тривалий відрізок часу. Представників цієї групи можна використовувати для оцінку ступені забруднення як побутовими, так і промисловими стічними водами.

За методом Пантле і Бука кількісна оцінка видів-індикаторів забруднення враховує відношення окремих видів до п'яти відомих ступенів системи сапробності - s і відносну частоту зустрічальності - h.



Умовні ознаки та значення s для різних ступенів сапробності

Шкала сапробності

умовні ознаки 

значення s

ксеносапробна

олігосапробна

 - мезосапробна

-мезосапробна

полісапробна

х

о

b

a

p

0

1

2

3

4



Відносна частота зустрічальності видів-індикаторів та значення h

Шкала частоти

кількість екз. одного виду (%) від загальної кількості

значення h

дуже рідко

рідко

нерідко

часто

дуже часто

масовий розвиток

< 1

2-3

4-10

11-20

21-40

41-100

1

2

3

5

7

9



Обидві величини - s та h входять у формулу для обчислення індексу сапробності:







У полісапробній зоні він дорівнює - 4,0-3,5; у  - мезосапробній зоні - 3,4-2,5; у -мезосапробній зоні - 2,4-1,5; в олігосапробній - 1,4-1,0 і в ксеносапробній - менше 1.


Порядок виконання завдання:

1. Відповідно до вихідних даних індивідуального завдання визначити процент зустрічальность кожного виду у пробах трьох пунктів відбору (%).

2. Визначити чисельне значення ступеня сапробності кожного виду - s та чисельне значення зустрічальності кожного виду - h.

Визначити сапробність у трьох точках відбору проб за Пантле і Буком.

Результати звести в таблицю.



Результати розрахунку сапробності за Пантле і Буком

Точка

№ 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

0

 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

0

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 цій лабораторній роботі визначено індекс сапробності за формулами Пантле і Буком:

В 1-й точці - а мезасапробній

В 2-й точці - олігосапробній

В 3-й точці - а мезасапробній.



Завдання 4. Графічне представлення даних біологічного аналізу якості води водного обєкту за показовими організмами



Для графічного надання результатів дослідження стану біоценозів за допомогою видів-індикаторів використовують криві відносної чистоти і відносного забруднення води водойми. Крапки першої являють собою відношення суми балів частоти зустрічальності (h) оліго - і  - сапробів до суми балів усіх показових організмів у відсотках:



,%



Дзеркальним відображенням кривої відносної чистоти водойми є крива відносного забруднення, крапки якої це відношення суми балів частоти зустрічальності (h) -сапробів і полісапробів до суми балів усіх показових організмів, виражене у відсотках:



,%



Порядок виконання завдання:

Відповідно до вихідних даних індивідуального завдання виразити чисельне значення зустрічальності видів кожного ступеня сапробності в балах - h, аналогічно прийому з практичного заняття 3.

Розрахувати значення відносного забрудення та відносної чистоти води в трьох точках та представити їх графічно.



Розрахунок та форма наведення результатів завдання

Вихідні 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

0

0



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 значення відкладають на вертикальній осі графіку, на горизонтальній осі відкладають точки відбору чи відстані між станціями відбору проб.






Висновок: Розраховано значення відносного забрудення та відносної чистоти води в трьох точках що відображено на графіку і таблиці.