Лабораторная работа №2. Индексы видового разнообразия
Индексы видового разнообразия сообществ основываются на положении, что структура нормального сообщества может изменяться из-за резких изменений окружающей среды и что степень изменения в структуре сообщества может быть использована для оценки интенсивности стресса в окружающей среде.
Индекс Менгиника
(0
- ∞), где
S – число видов, N – число особей в пробе.
Индекс Маргалефа
(0
- ∞), где
S – число видов, N – число особей в пробе.
Индекс Симпсона
(0
– 1.0), где
ni – число особей i-того вида; N – число особей в пробе.
Индекс Макинтоша
(1.0
- ∞), где
ni – число особей i-того вида.
Индекс информационной теории Шеннона
(0
– ∞),
где
ni – число особей i-того вида; N – число особей в пробе.
Задание. Рассчитать значения индексов видового разнообразия по карточкам первичной обработки проб фитопланктона, перифитона или зоопланктона для двух станций отбора, одна из которых находится выше сброса сточных вод, другая – ниже. Сделать вывод о влиянии сточных вод на разнообразие видов в исследуемых сообществах.
Лабораторная работа №3. Индексы видового сходства
Временные и пространственные изменения качества воды можно оценить сравнением двух или нескольких структур сообществ. Предпочтение отдается тем индексам, которые принимают во внимание общие для сравниваемых сообществ виды.
Коэффициент сходства Жаккарда
(0
– 1.0), где
a – число видов в сообществе А; b - число видов в сообществе B;
c - число видов, общих для обоих сообществ.
Коэффициент сходства Кульчинского
(0
– 1.0), где
a – число видов в сообществе А; b - число видов в сообществе B;
c - число видов, общих для обоих сообществ.
Коэффициент сходства Серенсена
(0 – 1.0),
где
a – число видов в сообществе А; b - число видов в сообществе B;
c - число видов, общих для обоих сообществ.
Коэффициент сходства Чекановского
(0 – 1.0), где
W – сумма меньших значений изобилия видов, общих для обоих сообществ; A и B – суммы значений изобилия, соответствующих сообществам A и B.
Задание. Сравнить два сообщества гидробионтов, используя индексы сравнения по карточкам первичной обработки проб фитопланктона, перифитона или зоопланктона для двух станций отбора, одна из которых находится выше сброса сточных вод, другая – ниже. Сделать вывод о влиянии сточных вод на видовой состав исследуемых сообществ.
Лабораторная работа №4. Оценка качества вод и определение направленности экологических процессов в водоеме
По значению среднего индекса сапробности определяется уровень загрязнения органикой исследуемого участка водоема.
Таблица 1. Шкала оценки качества вод
-
класс качества вод
характеристика вод
индекс
сапробности
I
очень чистые
< 1.00
II
чистые
1.0 – 1.50
III
умеренно загрязненные
1.51 – 2.50
IV
загрязненные
2.51 – 3.50
V
грязные
3.51 – 4.00
VI
очень грязные
> 4.00
Комплексная оценка экологической направленности процессов в водоеме может быть произведена по методу В.А.Абакумова, согласно которому выделяется четыре вида экологических модификаций, отражающих изменение биоценоза под воздействием факторов среды.
Экологическая модуляция – перестройка биоценоза, которая не изменяет общего уровня его организации. Отмечается качественная перестройка сообщества гидробионтов (смена видового состава, изменение соотношения видов) без значительных изменений количественных показателей (числа видов, численности, биомассы). При этом ни упрощения, ни усложнения структуры биоценоза не происходит. Этот тип модификации отмечается при незначительном антропогенном воздействии на биоценоз.
Экологический прогресс – усложнение экологической структуры вследствие увеличения разнообразия биоценоза. Число видов при этом часто увеличивается. Если эти явления вызваны антропогенными факторами, можно утверждать, что экосистема находится в состоянии антропогенного экологического напряжения.
Экологический регресс – характеризуется уменьшением видового разнообразия и упрощением структуры биоценоза. Отмечается уменьшение числа видов в сообществе. При этом может быть отмечено увеличение общей численности и биомассы сообщества, иногда за счет массового развития немногих видов. Как правило, регистрируется в случае усиленного загрязнения водных экосистем органическими веществами.
Метаболический регресс – наступает в случае высокого уровня загрязнения, когда наступает предел адаптационных возможностей биоценоза. Наряду с уменьшением числа видов уменьшается численность и биомасса сообщества гидробионтов. Как правило, отмечается в случае тяжелого загрязнения водоемов и водотоков токсическими веществами.
При комплексной оценке уровня загрязнения вод на обследованных участках водоема принимаются во внимание все полученные в результате анализа данные (первичные показатели – численность, биомасса, число видов; индексы, рассчитанные по указанным формулам; специфические индексы, разработанные для отдельных гидробиологических показателей.
Наиболее часто применяется таблица, где учитываются индексы сапробности, рассчитанные по фитопланктону, зоопланктону, перифитону; индекс Вудивисса – по макробентосу, микробиологические показатели (общее число бактерий, число сапрофитных бактерий и их соотношение); индекс разнообразия Шеннона (табл.2).
Задание. Используя полученные данные по двум исследуемым сообществам (общую численность, общую биомассу, число видов, индексы загрязнения, индексы разнообразия, индексы сравнения), установить степень и характер воздействия сточных вод на состояние сообщества гидробионтов. Установить класс качества вод, принимая во внимание все рассчитанные индексы, определить направленность экологических процессов на станции, расположенной ниже сброса сточных вод, применяя метод экологических модификаций.
Таблица 2. Классификация качества вод по гидробиологическим и микробиологическим показателям
Класс качест-ва вод |
Степень загрязненности вод |
Гидробиологические показатели
|
Микробиологические показатели
|
Гидрохи-мический индекс загрязнения воды (ИЗВ) |
Градации по В.А.Яковлеву индекса видового разнообразия Шеннона |
||||
Фито-планктон, зоопланктон, перифитон |
Зообентос |
||||||||
Индекс сапробности по Пантле и Буку (в модификации Сладечека) |
Отношение общей численности олигохет к общей численности донных организмов,% |
Биотичес-кий индекс по Вуди-виссу, баллы |
Общее количество бактерий, 106кл/см3 (кл/мл) |
Коли-чество сапрфит-ных бактерий 103кл/см3 (кл/мл) |
Отношение общего количества бактерий к количеству сапрофит-ных бактерий |
||||
I |
Очень чистые
|
< 1.00 |
1 – 20 |
10 |
< 0.5 |
> 0.5 |
> 103 |
< 0.3 |
> 2.0 |
II |
Чистые
|
1.00 - 1.50 |
21 – 35 |
7 – 9 |
0.5 – 1.0 |
0.5 – 5.0 |
0.3 – 1.0 |
> 2.0 |
|
III |
Умеренно загрязненные |
1.51 - 2.50 |
36 – 50 |
5 – 6 |
1.1 – 3.0 |
5.1 – 10.0 |
103 - 102 |
1.0 – 2.5 |
> 2.0 |
IV |
Загрязненные
|
2.51 – 3.50 |
51 – 65 |
4 |
3.1 – 5.0 |
10.1 – 50.0 |
< 102 |
2.5 0 4.0 |
1.0 – 2.0 |
V |
Грязные
|
3.51 – 4.0 |
66 – 85 |
2 – 3 |
5.1 – 10.0 |
50.1 – 100.0 |
4.0 – 6.0 |
0 – 1.0 |
|
VI |
Очень грязные |
> 3.0 |
86 – 100 или макробентос отсутствует |
0 - 1 |
> 10.0 |
< 100.0 |
6.0 – 10.0 |
0 |
|
Примечание. Допускается оценивать класс качества воды и как промежуточный между вторым и третьим, третьим и четвертым, четвертым и пятым (IV – V).
Лабораторная работа № 5. Использование высших растений для оценки трофности водоема.
Оценка трофности водоема по высшим водным растениям основана на учете видового разнообразия растений и их индикаторной значимости. Для расчета общей трофности каждому типу водоема присваивается номер: ацидотрофные – 0, дистрофные – 1, олиготрофные – 2, мезотрофные – 3, эвтрофные – 4. Индикаторная значимость вида учитывается по таблице 3.
Таблица 3. Индикаторные виды растений, обитающие в водоемах различной трофности
Тип водоема |
|||
дистрофный |
олиготрофный |
мезотрофный |
эвтрофный |
Сфагновые мхи |
Лобелия Дортмана |
Рдест сплюснутый |
Водяной перец |
Вахта трехлистная |
Уруть очередноцветковая |
Ряска трехдольная |
Шелковник неукореняющийся |
Белокрыльник болотный |
Лютик простертый |
Уруть мутовчатая |
Шелковник фенхелевидный |
Сабельник болотный |
Полушник колючеплодный |
Кувшинка белая |
|
Ежеголовник родственный |
Полушник озерный |
Ряска малая |
|
Кубышка желтая |
Рдест блестящий |
Стрелолист плавающий |
|
Тростник обыкновенный |
|
Осока пузырчатая |
|
Кизляк кистецветный |
|
Кувшинка четырехгранная |
|
Водяная сосенка |
|
Частуха подорожниковая |
|
Пузырчатка обыкновенная |
|
Рдест маленький |
|
Хвощ топяной |
|
Водокрас лягушечий |
|
|
|
Рогоз узколистный |
|
|
|
Элодея канадская |
|
Частоту встречаемости учитывают по девятибалльной шкале (Табл.4).
Таблица 4. Соотношение значений относительного обилия и частоты встречаемости организмов (h)
Частота встречаемости |
Количество экземпляров одного вида, % |
h |
Очень редко |
<1 |
1 |
Редко |
2 – 10 |
2 |
Нередко |
10 – 40 |
3 |
Часто |
40 – 60 |
5 |
Очень часто |
60 – 80 |
7 |
Масса |
80 – 100 |
9 |
Задание. Произвести идентификацию предложенных растений (гербарии, рисунки, фотографии). Занести названия растений в карточку, классифицировать их по типу водоема и определить частоту встречаемости по таблицам 3 и 4. Расчитать суммарную трофность водоема. Определить тип исследуемого водоема по трофности.
Таблица 6. Пример расчета суммарной трофности водоема
