Основной закон биологии определяет тесную связь организма с некоторыми условиями внешней среды. У стенобионтных видов эта связь весьма определенна и резко бросается в глаза, у эврибионтных организмов она может быть внешне скрыта за колебаниями условий жизни, которые организм свободно переносит.
Благодаря требованию организмом для своего существования и развития определенных абиотических и биотических условий возможно по нахождению или отсутствию особей того или иного вида составить себе представление об особенностях среды в данном месте. Иными словами, организмы могут являться биологическими показателями определенных условий.
Проблема биологических показателей имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение. В целом ряде случаев среду можно быстрее и точнее характеризовать по ее биологическим показателям, чем путем проведения специальных химических и иных исследований.
На тесную связь организмов с условиями существования раньше всего было обращено внимание в санитарной гидробиологии, которая стала использовать отдельные виды гидробионтов в качестве биологических показателей загрязнения (сапробности) природных вод промышленными и коммунальными стоками. Еще в 1869—1870 гг. А. Мюллер и Кон обратили внимание на роль животных и растений в процессе самоочищения воды, и Кон впервые разделил воды на три группы по степени загрязнения, указав для каждой группы соответствующие ей организмы (Зернов). Организмы данной группы постоянно живут в воде определенной степени загрязнения и в результате своей жизнедеятельности приводят воды высшего загрязнения к низшей степени, а воды низшей степени загрязнения к полному очищению.
Колквитц и Марсон установили, что в процессе самоочищения рек можно отличить три зоны с тремя основными группами гидробионтов: а) зону редукции органических соединений, населенную полисапробными организмами, б) зону начинающегося окисления, населенную мезосапробами, и в) зону окончательного окисления, населенную олигосапробами.
Я. Я. Никитинский и Г. И. Долгов (1927) составили список организмов, служащих показателями различной степени загрязнения природных вод России, в котором значится 941 вид животных и растений.
Полисапробами, живущими в анаэробных условиях сильно загрязненной белковыми веществами среды, являются серобактерии Beggiatoa, протококковая водоросль Polytoma uvella, инфузории Paramaecium putrinum и Vorticella putrina, червь Tubifex tubifex (при массовом развитии), из насекомых — только, крыска Eristalis teriax.
Среди мезосапробов различают две группы. В полуанаэробных условиях обитают альфа-мезосапробы: гриб Mucor, жгутиковая водоросль Eugleria viridis (при высокой продукции), инфузории Stentor coeruleus и Paramaecium caudatum, коловратка Rotifer neptunius, водяной ослик Asellus aquaticus, личинка мотыля Chironomus plumosus, моллюск шаровка Sphaerium corneum и др.
К числу бета-мезосапробов, обитающих в аэробных условиях, относятся синезеленая водоросль Aphanizomenon flos aquae, обусловливающая «цветение» вод, диатомея Melosira varians, зеленая нитчатка Cladophora, из цветковых — роголистник Ceratophyllum demersum; затем — коловратки Brachionus и Anuraea, ракообразные Cyclops и Daphnia, моллюски Radix auricularia, Valvata, Viviparus, наконец, рыбы (вьюн, карась, линь, карп, взрослые угри, колюшки, верховка, уклейка и голец) и лягушки.
Олигоса пробами, населяющими чистые, незагрязненные бассейны, являются: диатомея Melosira italica, коловратка Notholca longispina, моллюск Dreissena polymorpha, ракообразные Astacus fluviatilis, Gammarus pulex, Diaptomus graciloides, Bythotrephes longimanus, личинки стрекоз, поденок и ручейников, рыбы — стерлядь, форель, язь, щука, окунь, налим и др., из амфибий — тритоны.
Перечисленные организмы являются показательными для определенной степени загрязнения воды, если они встречаются не единичными экземплярами, а развиваются в нормальных для популяции количествах или в массе (соответствует оптимуму). В небольших количествах в качестве примеси они могут встречаться также и среди населения, свойственного иным степеням сапробности.
В последнее время высказывается мнение, что отдельные виды сапробионтов нельзя рассматривать в качестве индикаторов загрязнения водоемов: показательное значение имеют только определенные группировки (ассоциации) организмов, взятые в целом (Гофин и Тарзуэлл, 1956).
В. Г. Богоров (1938, 1939) показал возможность использования сезонного состояния планктона как индикатора для характеристики ледового режима и, в частности, для ледовых прогнозов в обстановке арктических рейсов. Близ кромки полярных льдов в районе их таяния пышно развивается фитопланктон (Зенкевич).
Биологические показатели имеют некоторое значение в рыбной промышленности, где ими пользуются при проведении разведки рыбных скоплений. В отличие от прямых методов разведки, когда исследователь имеет дело непосредственно с рыбой (опытные обловы, авиаразведка, эхоскопия и т. п. ), при косвенных методах разведка рыбы осуществляется путем изучения факторов среды обитания и наблюдением за некоторыми сопутствующими явлениями. Например, присутствие в определенном районе моря рыбоядных птиц, дельфинов и тюленей может служить внешним косвенным признаком наличия рыбы. С другой стороны, рыб можно искать по наличию специфичных для них кормовых организмов и ряду других признаков.
В общем биологические показатели рыбные скоплений могут быть разделены на отрицательные и положительные. Отрицательными показателями являются такие, присутствие которых означает отсутствие искомого вида рыбы. Например, в годы массового подхода в наши дальневосточные воды сардины-иваси было замечено, что при наличии в определенном районе моря холодолюбивых медуз и ребровиков исключается возможность присутствия здесь тепловодной сардины. Очевидно, что при подобной ситуации бесполезно применение эхолота или других средств прямой разведки.
Таким образом, объект разведки и его отрицательные биологические показатели являются антагонистами в экологическом отношении. В такой же отрицательной корреляции находятся сельдь и фитопланктон в случае его массового развития и т. д.
Иначе обстоит дело с положительными показателями, присутствие которых указывает на наличие интересующего нас вида. Одни из них являются экологическими аналогами по отношению к внешним абиотическим факторам, так как обладают сходными требованиями к условиям жизни (например, дальневосточная сардина и анчоус). Другие служат потребителями исследуемой рыбы (хищные беспозвоночные, хищные рыбы, рыбоядные птицы и млекопитающие): их присутствие обычно связано со скоплениями рыбы. Наконец, третью группу положительных биологических показателей составляют кормовые для рыб организмы — определенные формы планктона, бентоса и рыб (последнее —для хищников).
Б. П. Мантейфель (1941), исследовавший взаимоотношения планктона и сельди в Баренцовом море, устанавливает три типа таковых: 1) пищевая связь, возникающая вследствие питания сельди планктоном, 2) не пищевая зависимость в связи с воздействием гидрологических факторов на планктон и сельдь одновременно и 3) отрицательное воздействие массового развития некоторых элементов планктона на скопления сельди.
Наибольшее внимание исследователей привлекают пищевые взаимосвязи между рыбой и ее кормом: «планктофаг — планктон», «бентофаг — бентос» и т. п. На первых порах эти связи представляются простыми и односторонними, но по мере углубления исследований они оказываются весьма сложными, двусторонними.
Метод биологических показателей, особенно по кормовым организмам, ценен не только тем, что дает указание на возможность нахождения рыбы но также и тем, что позволяет делать некоторые заключения о количестве рыбы. Избирательность многих рыб в отношении кормовых организмов дала повод составлять карты и таблицы, в которых указывалась прямая корреляция уловов с плотностью популяции кормовых организмов.
Так, А. Харди (1926) и его последователи указывали на наличие в Северном море прямой связи между количеством сельди и основным объектом ее питания — веслоногим рачком Calanus finmarchiсus, для учета которого был предложен специальный прибор (планктонный индикатор). Однако внимательное исследование вопроса показывает, что положительная корреляция между количествами планктона и сельди наблюдается преимущественно тогда, когда сельдь держится разреженно и имеет небольшое промысловое значение. И напротив, сильное обеднение планктона, иногда наблюдающегося пятнами (после откорма рыбы), нередко указывает па присутствие мощных косяков сельди (Мантейфель).
Н. В. Лебедев (1936) предложил способ нахождения мест концентрации осетровых рыб в Черном море, основанный на выявлении кормовых организмов: моллюска Syndesmya fragilis — для осетра, червя Mellina palmata — для севрюги. Были разработаны карты кормовых площадей для осетровых и указаны градации плотности кормовых организмов, соответствующие разной величине уловов. Но и на дне водоема взаимоотношения рыбы с ее кормом не менее сложны, чем в толще воды. В. П. Воробьевым (1949) разработана методика поиска скоплений бентосоядных рыб, основанная на учете тех мест, где наблюдалось максимальное уменьшение биомассы пищевых организмов бентоса в результате выедания их рыбой.
Таким образом, «далеко не всегда следует придерживаться той крайне упрощенной мысли, что, как правило, рыбы больше там, где больше для нее пищи. Зависимость эта динамична и в разное время имеет свой особый характер».
Благодаря исследованиям В. Г. Богорова, Б. П. Мантепфеля, В. А. Яшнова и других советская промысловая планктология достигла значительных успехов в разработке основных принципов проведения разведки пелагических рыб. Устанавливаются биологические сезоны в развитии планктона, выявляются основные планктические комплексы и связь с ними рыбы, и на основе этого по кормовым организмам ведется разведка рыбы. На подобных же принципах глубокого биологического анализа материалов по бентосу должна строиться разведка донных рыб.
Может возникнуть вопрос, сколь велико значение гидробиологических методов проведения рыбопромысловой разведки в настоящее время, когда для этих целей широко применяются локационные установки и другая новейшая техника. На это следует сказать, что, не имея первенствующего значения, гидробиологические методы сохраняют роль в этом отношении в числе других. Нужно иметь в виду, что соответствующие работы представляют собой часть исследований по проблеме биологических показателей, имеющей значение и для других отраслей народного хозяйства, связи с чем необходима ее всесторонняя и углубленная разработка. «Развитие техники лова и поиска является одним из важнейших условий освоения рыбных ресурсов морских водоемов, но одной лишь техникой решить эту задачу нельзя» (Мантейфель и Никольский, 1953).
Гидробиологические методы разведки, как видно из изложенного выше, имеют значение преимущественно на крупных водоемах, где рыбу приходится действительно искать, в том числе и по кормовым организмам. Наиболее разработаны эти методы в отношении поиска морских пелагических рыб, меньше — применительно к донным.
В последнее время биологические показатели начинает использоваться также при разведке рыб в континентальных водоемах.
Для дальнейшего совершенствования биологических методов рыбопромысловой разведки необходимо: 1) углубленное изучение жизненных циклов развития и экологии массовых форм гидробионтов, 2) выяснение пищевых спектров промысловых рыб, с учетом суточных и сезонных особенностей питания, 3) учет избирательно выедаемых рыбами видов и 4) сопоставление распределения рыб и их поведения с таковым прочих обитателей водоема.
Биологические показатели имеют значение не только в водной среде, где объект хозяйства скрыт от глаз, но также и в других средах, для оценки иных явлений.
В охотничьем хозяйстве объект иногда также разыскивается по его кормовым средствам (особенно по «поеди»), причем возможно определение выхода пушнины по запасам кормов (например, белки — по кедровому ореху и т. п. ).
«Трава над жилами растущая бывает обыкновенно мельче и бледнее», — писал в сочинении «О рудных местах и жилах и о прииске их» М. В. Ломоносов, положивший начало применению ботанических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. На первый взгляд это кажется неожиданным и даже странным, а по существу вполне закономерно и служит примером приложения экологии к, казалось бы, далекой отрасли практики, доказывая полную жизненность этой науки.
В данном случае суть дела заключается в том, что наземные растения являются хорошими индикаторами не только» климатических особенностей местности (вспомним отличия в характере растительности засушливых и влажных местообитаний, холодных и жарких районов), но и эдафических условий, вызывающих различия в видовом составе и облике растений песчаных, известковых, солончаковых почв и т. п. Зависимость растений от условий почвы определяется, в частности, особенностями минерального питания, а последнее зависит от элементов, содержащихся в грунтовых и почвенных водах. Поэтому уже по общему облику растительности можно судить о неглубоком залегании рудных тел. Такой косвенный метод разведки, как и в рыбном деле, позволяет более эффективно использовать затем прямые методы геологической разведки полезных ископаемых с применением новейшей техники.
Возможен, например, поиск урана по определению его в золе растений и с помощью растений-индикаторов (Кэннон, 1954). Первый способ основан на том, что нормальное содержание урана в растениях редко превышает 1: 1000 000. У экземпляров, выросших на наносах, прикрывающих месторождения урановой руды, содержание урана повышенное. Собирая ветви деревьев и кустарников (со всех сторон кроны на определенной высоте), озоляя их и определяя уран флуорометрически, автор устанавливал площади повышенного содержания урана. Наиболее подходящими для этих работ видами оказались можжевельники, ввиду их широкого распространения в районе работ и мощной корневой системы. Большие ошибки вызывает урановая пыль, оседающая на ветвях вблизи разработок.
Второй способ поиска урана — посредством индикаторов — основан на нахождении показателей серы и селена, сопутствующих урану в районе проведенных работ. Индикаторами серы и ее соединений служат: Sisymbrium alfissimum, Toxicoscordion gramineum,
Eriogonum inflatum, Lepidium montanum, Stanieya plnnata, Allium acuminatum; индикаторы селена: Oryzopsis hymenoides, Aster venusta, Astragalus confertiflorus, A. thompsonae, A. pattersonii, A. preussii var. arctus. Два последних астрагала наиболее важны. Виды индикаторы обнаружены около 81% всех скважин с повышенной урановой минерализацией лишь у 12% скважин, не скрывших минерализованной. породы. Поиски урана ботаническими методами возможны при залегании руды на глубине не более 23 м от поверхности.
Геоиндикационные различия в строении и характере растительного покрова могут быть четырех типов: 1) эколого-физиологическими (к разным геологическим породам приурочены различные жизненные формы), 2) флористическими (существует приуроченность отдельных видов и разновидностей к определенным (породам), 3) структурными (имеет место различное размещение компонентов сообщества на разных породах), 4) в ритмах развития растительности (Викторов, 1953).
Характер растительности может служить показателем, например, степени осушения болотных лесов. По исследованию В. В. Мазинга (1955), проведенному в Эстонии на болотах верхового типа, состав и степень покрытия почвы мхами являются показателем изменения водного режима. Снижение встречаемости сфагновых мхов, клюквы и пушицы и возрастание встречаемости лесных мхов и брусники служат признаками степени осушение, для которой устанавливается несколько градаций. Использование этих признаков дало возможность составить план участков осушения и установить эффективность отдельных канав и дрен.
По наблюдениям П. И. Мариковского (1957), муравьи-жнецы (род Messor) могут быть использованы в качестве индикатора грунтовых вод в зоне пустыни. Названные муравьи строят свои муравейники в межбарханных понижениях песчаных пустынь и других биотопах, обычно лишенных поверхностных водоисточников. Жилище устраивается в земле, причем отверстие единственного хода бывает (особенно на солончаках) окружено правильным кратерообразным валиком выброшенной земли, который в случае дождя предохраняет муравейник от затопления жидкой грязью. Разветвления ходов вертикально спускаются на глубину 2—3 м или даже 25— 30 м, в зависимости от глубины залегания водоносного слоя, в непосредственной близости над которым муравьи хранят зерна растений, которыми питаются. Таким образом, нахождение муравейника жнецов свидетельствует об обязательном присутствии в данном месте грунтовых вод.
Рассмотренная проблема биологических показателей наглядно показывает, какое практическое применение могут находить сведения по экологии отдельных видов и что основой всех подобных работ является глубокое аутэкологическое исследование.
Используемая литература: Основы Экологии: Учеб. лит-ра./Б. Г. Иоганзен
Под. ред.: А. В. Коваленок,-
Т.: Типография № 1,-58 г.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com