Растения — индикаторы - Владимир Николаевич Меженский

Мониторинг — это слежение за состоянием окружающей среды с целью предупреждения критических ситуаций, вредных и опасных для здоровья человека. Такие специальные наблюдения позволяют выделить негативные антропогенные воздействия на биосферу.

При экологическом мониторинге загрязнений использование растений-индикаторов часто даёт более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как первые реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Кроме того, растения своими реакциями отражают загрязнения за длительный период, и их использование является менее трудоёмким, чем измерение физических и химических параметров загрязнённости природной среды. На листьях деревьев при загрязнении атмосферы появляются хорошо заметные некрозы. По присутствию некоторых устойчивых к загрязнению видов и отсутствию неустойчивых видов (например лишайников) определяется уровень загрязнения атмосферы городов. Поэтому исследователи рассматривают растения как наиболее чувствительные и надёжные индикаторы загрязнённости атмосферы и гидросферы.

Городские растения страдают от выхлопных газов автомобилей, трубного дыма и пыли. Деревья и кустарники рано стареют, изреживается их крона, преждевременно желтеют и опадают листья. Если в нормальных условиях хвоя сосны опадает через 3-4года, то в загрязнённой атмосфере значительно раньше, поэтому хвойные растения являются чуткими индикаторами загрязнённости атмосферы.

Индикаторные растения используют как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки общего состояния природной среды. Фитотоксическое действие атмосферных загрязнителей обнаруживается путём наблюдения за дикорастущими и культурными растениями в зоне загрязнения. Мониторинг осуществляется путём наблюдения как за отдельными растениями, так и за состоянием растительных сообществ — фитоценозов. С помощью мониторинга на уровне вида обычно производят специфическую индикацию какого-то одного загрязнителя, а на уровне фитоценозов — общего состояния природной среды. Измерение ширины годичных колец и площади повреждённой поверхности листьев, определение содержания хлорофилла, активности некоторых ферментов и продуктивности, выявление аномалий роста позволяют выявить негативное воздействие загрязнителей.

Обнаружив по состоянию дикорастущих и культурных растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ путём стандартной экспозиции некоторых растений в обследуемом районе. Это можно делать как в лабораторных условиях на специальном оборудовании, так и экспонированием растений в контейнерах или на делянках. Живыми приборами служат растения-индикаторы, которые высаживают на грядки, в вегетационные сосуды или в специальные коробочки. Например, в компактные контейнеры с мхами — бриометры. Их легко переносить и устанавливать в любых местах, которые необходимо проконтролировать.

Иногда по внешнему виду растения-индикатора невозможно определить степень загрязнённости, потому что прямой зависимости между количеством поглощённого загрязнителя и интенсивностью проявления анатомо-морфологических и физиолого-биохимических признаков может и не быть. В таком случае измеряют содержание загрязнителей непосредственно в растительном материале. Для этого используют растения, которые обладают устойчивостью к загрязнителям, и в то же время избирательно аккумулируют их. Таким индикатором содержания в воздухе соединений фтора являются плевелы многоцветковый и многолетний (Lolium multiflorum, Lolium perenne). По величине накопления фитотоксиканта в листьях за определённый период можно с достаточной точностью определить среднее его содержание в окружающем воздухе.

Мониторинг на уровне фитоценозов предполагает учёт различных показателей разнообразия видов. Удобным объектом оказались диатомовые водоросли. Диатомовые водоросли — это одноклеточные организмы, большинство которых можно разглядеть только под микроскопом, хотя имеются виды, различимые невооружённым глазом. Особенностью их строения является наличие крепкого кремнезёмного панциря, красота форм и структур которого вызывает восхищение. Диатомеи являются чуткими индикаторами на солёность, температуру и другие показатели среды обитания. На протяжении веков они формировали донные осадки, анализ которых позволяет судить о климате далёких эпох.

Способность диатомовых водорослей успешно расти на стёклах позволила разработать простой и дешёвый метод контроля. Он даёт возможность фиксировать изменения в структуре сообществ диатомовых водорослей, которая при естественных условиях остаётся довольно постоянной во времени. Однако, если в водную среду поступают загрязнения, богатые биогенными элементами (азотом, фосфором, углеродом), некоторые виды становятся очень многочисленными. При поступлении токсических веществ число видов и величина популяций снижаются, хотя иногда некоторые виды, устойчивые к токсикантам, становятся очень многочисленными из-за отсутствия конкуренции за пищу. С помощью диатомовых водорослей могут быть обнаружены самые незначительные концентрации тяжёлых металлов или радиоактивных элементов, поскольку водоросли способны аккумулировать эти вещества до количеств, в тысячи раз превышающих их содержание в окружающей среде.

Техногенное влияние приводит также к неблагополучному состоянию водоёмов, вследствие сброса в них сточных вод. В результате превышаются предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в реках, озёрах, морях, подземных водах, ухудшается качество питьевой воды. Растения-индикаторы помогают определить качество воды. Для этой цели помимо микроскопических водорослей представляют ценность крупномерные водные растения. Водные растения, видные невооружённым глазом, позволяют визуально оценить экологическое состояние водоёма, определить трофические свойства воды, а иногда и специфику её химизма. Водная растительность помогает определить уровень загрязнённости водной среды, а прибрежная растительность — уровень загрязнённости донных отложений малорастворимыми токсическими веществами.

В достаточно чистой воде растут харовые водоросли (Chara aspera, Chara tomendos), водокрас (Hydrocharis morsus-ranae), пузырчатки малая и охристая (Utricularia minor, Utricularia ochroleuca), рдест цветной (Potamogeton coloratus), сальвиния (Salvinia natans). При умеренном загрязнении преобладают нителлопсис (Nitellopsis obtuse), рдест блестящий и пронзённолистный (Potamogeton lucens, Potamogeton perfoliatus), уруть мутовчатая (Myriophyllum verticillatum). В очень сильно загрязнённых водах развиваются многокоренник (Spirodela polyrhisa), рдест узловатый (Potamogeton nodosus), роголистник (Ceratophyllum demersum), ряска (Lemna vinor), стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia).

Следует учитывать, что многие виды водных растений обладают широким географическим и экологическим ареалами и в разных водоёмах имеют различное индикаторное значение.

О степени антропогенного влияния на окружающую среду судят по исчезновению видов, например, декоративных растений первоцветов: подснежников (Galanthus nivalis, Galanthus plicatus), пролесок( Scilla bifolia, Scilla sibirica), рябчиков (Frittilaria meleagris, Frittillaria ruthenica), тюльпанов (Tulipa quercetorum, Tulipa schrenkii), численность которых вблизи городов резко сокращается вследствие хищнического сбора, вытаптывания и переуплотнения почвы. Чрезмерный выпас скота, приводящий к деградации естественных лугов, можно диагностировать по характеру растительности, когда ценные кормовые виды замещаются менее питательными. Избыток навоза приводит к усиленному развитию азотолюбивых растений, которые животные не едят.

На свалках обитают рудеральные, или мусорные растения — крапива (Urtica dioica), красавка (Atropa belladonna), лопух(Лг&шт lappa), которые, как правило, являются нитрофилами (см. первую главу). Индикаторами нарушенных земель являются завезённые амброзия (Ambrosia artemisifolia) и циклахена (Cyclachaena xantifolia), которым трудно конкурировать с местными растениями в устоявшихся биоценозах, но которые прекрасно развиваются на стройках, свалках, пустошах, вдоль дорог. Некоторые сорняки обитают в посевах культурных растений, и их жизненный цикл приспособлен к определённой культуре. Так, рыжик льновый (Camelina linicola) и плевел льновый (Lolium linicolum) встречаются только в посевах льна, а