Лекции - Биоиндикация и антропогенные стрессоры

Подождите немного. Документ загружается.

Изменение плодородия почв и их истощение в результате агропроизводства явяется одним

из наиболее часто встречающихся видов антропогенного воздействия. Почвенное плодородие

формируется под воздействием агротехники, внесения удобрений, комплекса приемов мелиорации

и т. п. Биоиндикаторными признаками уменьшения почвенного плодородия может служить сни-

жение микробиологической активности почв, запасов биомассы и биопродуктивности биоцено-

зов. В качестве показателей могут быть использованы виды-индикаторы трофности и сравни-

тельный анализ изменения их состава во времени.

5. Засоленность почв

Почти четвертая часть почв земного шара засолена в той или иной степени. Незасо-

ленными считаются почвы, содержащие < 0,25% солей, засоленными - содержащие > 0,25% солей;

слабосолончаковатые содержат более 0,25% солей в нижних горизонтах (80-150 см), солончако-

ватые - на глубине 30-80 см, солончаковые – на глубине 5-30 см. По составу солей различают

сульфатно-содовое, хлоридно-сульфатное, сульфатно-хлоридное, хлоридное засоления.

Засоленные почвы характеризуются особенными физико-химическими свойствами и явля-

ются токсичными для большинства живых организмов. В процессе развития выделились группы

организмов, способные переносить избыточное содержание легкорастворимых солей в подсти-

лающем субстрате. На засоленных землях формируются характерные экосистемы с развитием

солеустойчивых видов. В биоиндикации широко развит раздел галоиндикации, изучающий воз-

можности оценки интенсивности, качественного солевого состава, характера и других особенно-

стей засоленных почв.

Приоритетными видами-галоиндикаторами являются растения. П. А. Генкель (1954) вы-

делил следующие экологические группы растений по отношению к засолению:

Галофиты (галофилы) - растения засоленных местообитаний, легко приспосабливающиеся

в процессе своего индивидуального развития к высокому содержанию солей в почве благодаря

наличию ряда анатомо-морфологических особенностей. Среди них выделяются эугалофиты и

криногалофиты. Эугалофиты - типичные солянки, соленакапливающие растения. К ним относятся

виды родов Salicornia, Suae-da, Petrossimonia, Salsola. Они могут содержать до 10% и более солей,

что вызывает увеличение осмотического давления клеточного сока.

Криногалофиты - солевыделяющие растения: виды родов Tamarix, Prankenia, Limonium.

Среди них выделяют растения кумуляционного типа - возможно накопление солей при нарушении

солевыделения, и регуляторного типа - увеличение концентрации солей в тканях существенно не

возрастает даже при отсутствии их выделения (связывание солей происходит органическими ве-

ществами протопласта).

Гликогалофиты (гликофиты) - соленепроницаемые растения, произрастающие на засо-

ленных почвах, но не накапливающие легкорастворимых солей в тканях. К ним относятся виды

родов Artemisia, Elaeagnus.

Галофобы (гликофиты) - виды растений, избегающие засоленных почв.

Группа галофитов неоднородна по устойчивости к составу и концентрации легкораство-

римых солей в почвах. По степени солеустойчивости выделяются: олигогалофиты, растущие при

малых содержаниях солей в почве; мезогалофиты довольствуются средним содержанием солей;

эугалофиты - настоящие галофиты.

Кроме того, выделяют факультативные и облигатные галофиты, эвригалинные и стенога-

линные виды, способные произрастать в условиях широкой или узкой амплитуды концентрации

солей и переносить различное по составу засоление или приуроченные к конкретному виду засо-

ления.

Большинство галофитов принадлежит к очень ограниченному перечню семейств. Все они

практически относятся к маревым Chenopodiaceae, свинчатковым Plumbogin-асеае, франкениевым

Frankeniaceae, тамариксовым Татаггхасеае. Анатомо-морфологические и физиологические при-

способления, выработанные для снижения токсичного воздействия легкорастворимых солей, при-

вели к образованию особого облика этих растений. Он получил название «галоморфное строе-

ние». Оно включает:

1) суккулентность, отличную от ксерофитов;

2) увеличение размера клеток;

3) высокое осмотическое давление клеточного сока;

4) связывание солей в составе органических соединений, безвредных организму;

5) быстрый рост, способствующий увеличению солеемкости.

В биоиндикационных исследованиях используются различные виды эугалофитов, кринога-

лофитов и гликогалофитов. По степени связи индикатора с объектом индикации выделяют: по-

стоянные, переменные и отрицательные индикаторы.

Постоянные индикаторы - облигатные галофиты.

Евгалофиты (эугалофиты) - солепроникающие растения: Salicornea europaea, виды рода

Climacoptera, Suaeda, Petrosimonia.

Солевыделяющие галофиты - криногалофиты: кермек Гмелина Limonium gmelinii, кермек

кустарниковый L. suffroticosum.

Ниже в табл. 28 приведена биоиндикационная схема постоянных индикаторов уровня за-

легания и минерализации грунтовых вод.

Таблица 28.

Постоянные индикаторы грунтовых вод (Виноградов, 1964)

Растения-индикаторы Глубина, м Максимальная величина

засоления, %

Солерос

Salicornia europaea

2,4

4,8

Сарсазан Halocnemum strobilaceum 1,2-6,1 45

Прибрежница Aeluropus litoralis 0,9-5,3 35

Нитрария

Nitr

aria schoberi

0,8

3,7

Соляноколосник

каспийский

Halostachys caspica

0,3

3,7

Поташник

Kalidium caspica

1,9

4,1

Кермек Limonium suffroticosum 0,8-1,9 3,2

Тамарикс

Tamarix hispida

0,6

3,2

Переменные индикаторы - виды, преимущественно, произрастающие на засоленных

почвах. Они могут встречаться на почвах с достаточно широким диапазоном засоления как на

сильно-, так и на слабоминерализованных субстратах. К ним относятся саксаул черный Haloxylon

aphyllum, древовидные солянки Salsola arbus-cula, S. richteri и др.

Отрицательные индикаторы - виды, встречающиеся только на незасоленных почвах. К

ним относятся типичные гликофиты (гликогалофиты): Carex physodes и др.

В природных условиях существует приуроченность видов к почвам с определенным качест-

венным составом засоления.

Хлоридное засоление - соотношение ионов Cl

-1

:SO

-2

= 2. Постоянные индикаторы - со-

лерос Salicornea europaea и сарсазан Halocnemum strobilaceum.

Сульфатно-хлоридное - соотношение ионов Cl

-1

:SO

-2

= 1 - 2. Индикаторами являются

прибрежница Aeluropus litoralis, соляноколосник каспийский Halostachys

caspica.

Хлоридно-сульфатное - соотношение ионов Cl

-1

:SO

-2

= 0,2 - 1. Индикатор - полынь

черная Artemisia pauciflora.

Сульфатное - соотношение ионов Cl

-1

:SO

-2

= 0,2 - 2. Индикаторные виды - грудница та-

тарская Galatella tatarica, грудница мохнатая G. villosa.

Антропогенное загрязнение легкорастворимыми солями довольно широко распростране-

но. Оно возникает в областях с аридным и семиаридным климатом при избыточном орошении

земель, когда капиллярная кайма в почвах смыкается с засоленными грунтовыми водами, распо-

ложенными на значительной глубине. В этом случае происходит подтягивание ионов легкораство-

римых соединений к поверхности земли и наблюдается вторичное засоление почв. Кроме того,

проблема воздействия засоления хорошо известна в крупных городах, где в зимний период улицы

посыпают солью. Источниками поступления легкорастворимых солей в окружающую среду явля-

ются также предприятия по производству минеральных (калийных) удобрений и т.д.

Биоиндикация антропогенного загрязнения и изменения солевого режима почв осуществ-

ляется по изменению химического состава живых организмов и видовому составу сообществ. При

вторичном засолении почв основными индикаторами негативных изменений в экосистемах высту-

пают галофиты, изменение обилия и видовое разнообразие которых указывает на интенсивность и

качественный состав засоления.

Накопление легкорастворимых солей в зеленых насаждениях является хорошим показате-

лям стрессовых воздействий в урбоэкосистемах. Высокие концентрации токсикантов в организме

приводят к появлению хлороза и некроза листьев растений. Широко используются шкалы хлоро-

зов и некрозов для оценки интенсивности воздействия (см. рис. 7-8), хотя всегда следует учиты-

вать, что преждевременное пожелтение или отмирание листвы растений не является специфиче-

ским признаком на воздействие определенного загрязняющего вещества. Реакция организма обу-

словлена в данном случае воздействием всего комплекса негативных факторов урбоэкосистемы:

загрязнением воздуха выхлопными газами, ТМ, легкорастворимыми солями, уплотнением почвы и

другими факторами, приводящими к изменению воздушного, водного и минерального питания

живых организмов.

6. Биоиндикация типов почв

Один из важных разделов биоиндикации - выявление показателей, характеризующих тип и

подтип почв. Установлено, что тип почв характеризуется рангом растительности на уровне фор-

мации (сообщества одновидовых эдификаторов). Подтип, род, вид, разновидность почв индици-

руются более мелкими таксономическими единицами - классом или группой ассоциаций, а также

собственно индикаторными ассоциациями. В лесной зоне установлена следующая взаимосвязь

почвенных разностей и растительности: группы и классы ассоциаций ельников указывают на

распространение подзолистых и торфяно-болотных почв. Степень оподзоливания, оглеения и

торфонакопления позволяют установить доминанты и содоминанты травяно-кустарничкового и

мохово-лишайникового ярусов (табл. 29).

Таблица 29 Взаимосвязь почв и растительности (Морозов, 1930; Андреева, 1958; Ни-

ценко, 1971)

Почвы Растительность

Темноцветные среднесуглинистые, дерново-

подзолистые

Ельник сложный Piceetum tihosum

Темноцветные среднесуглинистые сильно-

оподзоленные

Ельник зеленомошный с рябиной Picee-

tum hylocormosum var. sorbosum

Типичные среднеоподзоленные Ельник папоротниковый Piceetum fihco-

sum

Торфянисто- подзолистые оглеенные Ельник хвощево-долгомошный Piceetum

polytnchosum var. equisetosum

Торфяно- болотные Ельник кустарничково-сфагновый Picee-

tum sphagnosum var. encosum

Важным аспектом практической деятельности является диагностика физико-химических

свойств черноземов, представляющих основной агропотенциал страны. Смена доминантов и эди-

фикаторов фитоценоза, обилие и проективное покрытие индикаторных видов позволяют опреде-

лить мощность, механический состав, плодородие почв, формирующихся под тем или иным степ-

ным сообществом (табл. 30).

Контрольные вопросы

1. Основные последствия действия пыли и золы на ПТК

2. Изменение кислотности почв, растения-индикаторы кислотности и богатства почв

3. Механический состав почв, литоиндикаторы

4. Показатели и индикаторы почвенного плодородия

5. Индикация засоленности почв – постоянные, переменные, отрицательные индикаторы

6. Индикация типов почв