5.4.5. Биоиндикаторные методы мониторинга загрязнения почв

Почва — один из главных объектов окружающей среды, центральное связующее звено между биотическим и абиотическим компонентами биосферы. Полный анализ почвы требует много времени и труда.

Так о высоком плодородии почв свидетель­ствуют следующие растения: малина, крапива, иван-чай, таволга, сныть, чистотел, копытень, кислица, вале­риана, чина луговая, костер безостый, таволга.

Индикаторы умеренного (среднего) плодородия: майник двулистный, медуница, дудник, грушанка, гра­вилат речной, овсяница луговая, купальница, верони­ка длиннолистная.

О низком плодородии свидетельствуют сфагновые (торфяные) мхи, наземные лишайники, кошачья лапка, брусника, клюква, белоус, ситник нитевидный, душис­тый колосок.

Безразличны к почвенному плодородию: лютик едкий, пастушья сумка, мятлик луговой, черноголовка, ежа сборная. Малотребовательна к почвенному плодо­родию сосна обыкновенная.

Кроме общего понятия «плодородие почвы», мож­но выяснить обеспеченность почвы определенными элементами.

Например, о высоком содержании азота свидетель­ствуют растения-нитрофилы — иван-чай, малина, кра­пива; на лугах и пашне — разрастания пырея, гусиной лапчатки, спорыша (горца птичьего).

Наоборот, недостаток азота проявляется бледно-зеленой окраской растений, уменьшением ветвистости и числа листьев.

Высокую обеспеченность кальцием показывают кальциефилы: многие бобовые (например, люцерна серповидная), лиственница сибирская.

При недостатке кальция господствуют кальциефобы — растения кислых почв: белоус, щучка (луговик дернистый), щавелек, сфагнум и др. Эти растения устой­чивы к вредному действию ионов железа, марганца, алюминия.

Индикаторами разного водного режима почв являются растения-гигрофиты, мезофиты, ксерофиты.

Влаголюбивые растения (гигрофиты) — обитатели влажных, иногда заболоченных почв: голубика, багуль­ник, морошка, белозор, калужница, герань луговая, камыш лесной, сабельник болотный, таволга вязолистная, горец змеиный, мята полевая, чистец болотный.

Растения достаточно обеспеченных влагой мест, но не сырых и не заболоченных — мезофиты. Это боль­шая часть луговых трав: тимофеевка, лисохвост луго­вой, пырей ползучий, ежа сборная, клевер луговой, горошек мышиный, чина луговая, василек фригийский. В лесу это брусника, костяника, копытень, золотая роз­га, плауны.

Растения сухих местообитаний (ксерофиты): коша­чья лапка, ястребинка волосистая, очитки (едкий, пур­пурный, большой), ковыль перистый, толокнянка, по­левица белая, наземные лишайники.

Установление показателей глубины залегания грун­товых вод имеет значение для уточнения свойств почв и для выработки рекомендаций по их мелиорации. Для индикации глубины залегания грунтовых вод можно использовать группы видов травянистых растений (индикаторные группы). Для луговых почв выделяет­ся 5 групп индикаторных видов, приведенных в таблице 9.

Помимо названных групп растений, есть переход­ные виды, которые могут выполнять индикаторные функции, например мятлик луговой, может быть вклю­чен как в первую, так и во вторую группы. Он указывает залегание воды на глубине от 100 до более 150 см. Хвощ болотный — от 10 до 100 см и калужница болот­ная — от 0 до 50 см.

Таблица 9

В качестве биоиндикатора может быть использо­ван и один вид, если этот вид имеет массовое развитие в конкретном местообитании.

Глубину почвенно-грунтовых вод в лесных экоси­стемах и характер увлажнения почв можно определить по таблице 10.

Таблица 10

Одним из важнейших свойств по­чвы лесной зоны является ее кислотность. Повышенная кислотность отрица­тельно сказывается на росте и развитии ряда видов растений. Это происходит из-за появления в кислых почвах вредных для растений веществ, например раство­римого алюминия или избытка марганца. Они нару­шают углеводный и белковый обмен в растениях, за­держивают образование генеративных органов и приводят к нарушению семенного размножения, а иногда вызывают гибель растений. Повышенная кислотность почв подавляет жизне­деятельность почвенных бактерий, участвующих в разложении органики и высвобождении питательных веществ, необходимых растениям.

В процес­се эволюции сформировались три группы растений: ацидофилы — растения кислых почв, нейтрофилы — обитатели нейтральных почв, базифилы — растут на щелочных почвах. Зная растения каждой группы, в по­левых условиях можно приблизительно оценить кислотность почвы, используя данные таблицы 11.

Таблица 11

При антропогенном загрязнении в почву попадают повышенные количества микроэлементов и соединений тяжелых металлов, что нарушает обменные процессы растений и питающихся ими организмов. Полевые исследования дикорастущих форм могут выявить избыток того или иного элемента в почве. Внешне признаки избыточного содержания элемента в почве следующие:

▫ Цинк – вызывает обесцвечивание и отмирание листьев. Молодые листья желтеют, верхушечные почки отмирают, более старые листья могут опадать без увядания, жилки окрашиваются в красный или черный цвет. Первые признаки появляются на молодых растениях.

▫ Медь – вызывает пожелтение молодых листьев. Жилки остаются зелеными.

▫ Марганец – первые признаки появляются на молодых растениях, поражение местное. Пожелтение появляется между жилками молодых листьев, превращая их в желтые или беловатые с темно-коричневыми пятнами. Лист искривляется и сморщивается.

▫ Железо – пожелтение появляется между жилками молодых листьев, жилки остаются зелеными.

▫ Кобальт – у некоторых растений вдоль основных зеленых жилок листа появляются прозрачные, наполненные водой участки. Позднее листья становятся коричневыми и опадают.

▫ Фосфор – повреждается все растение. Появляются желтоватые или коричневые концы и края наиболее старых листьев. Вызывает опадение листьев.

▫ Магний – листья слегка темнеют и немного уменьшаются, иногда наблюдается свертывание и сморщивание молодых листьев, на поздних стадиях роста концы их втянуты и отмирают.

▫ Калий – на ранних стадиях слабый рост растений, удлинение междоузлий, светло-зеленая окраска листьев. На поздних стадиях рост замедляется, у листьев появляются пятна, листья вянут и опадают.

▫ Сера – общее огрубление растений, листья маленькие, тускло-зеленые, стебли твердые. Позднее листья могут скручиваться внутрь и покрываться наростами, края их становятся коричневыми, затем бледно-желтыми.

▫ Азот аммонийный или нитратный – желтеют края листьев. Позднее желтеет, а затем приобретает коричневый цвет вся поверхность листьев между жилками. Концы листьев свертываются, после этого листья опадают.

Кроме рассмотренных методов исследования состава почв с помощью растений, широко используются методы мониторинга с использованием в качестве биоиндикаторов почвенных и напочвенных беспозвоночных животных [18].