Біомоніторинг грунтів - Біоіндикація як метод оцінки стану навколишнього середовища

На основі екологічної характеристики організмів, тобто їх реакцій на вплив факторів середовища, виокремлюють еврибіонти -- види з широкою адаптаційною здатністю, які можуть жити при різних значеннях фактора, і стенобіонти -- види з низькою адаптаційною здатністю, життєдіяльність яких обмежена вузьким діапазоном змін певного фактора. Саме стенобіонти (організми або їх угруповання), життєві функції яких тісно корелюють з певними чинниками середовища використовують для біоіндикації грунту.

На основі дослідження рослинного покриву можна визначити основні складові грунтів (рухомі сполуки основних елементів живлення рослин Са, N2, Р, S, К, Mg), оскільки певні види рослин домінують у місцевостях з відповідним складом грунту. Наприклад, нітрофіти (азотолюби) можна вважати надійними індикаторами грунту, збагаченого азотом, до них відносять берест, черемху, бузину, бруслину європейську. Найбільше їх росте на землях з підвищеним вмістом нітратів, дуже рідко вони трапляються на бідних азотом землях. Домінування різних рослин-галофітів (солестійких) пов'язано з засоленістю грунтів різними йонами. Певні види рослин відображають якісний склад катіонів у поглинаючому комплексі грунту.

Фітоіндикацію широко застосовують при визначенні кислотності грунтів. Так, на дуже кислих грунтах (рН = 3- 4,5) ростуть крайні ацидофіли (надають перевагу кислим грунтам), до яких належать сфагнум, плавун булавовидний; на кислих грунтах (рН = 4,5-6,0) -- помірні ацидофіли (калюжниця болотна, їдкий і повзучий жовтець); на слабо кислих грунтах (рН 5,0-6,7) -- слабкі ацидофіли (медунка, купина багатоквіткова, анемона жовтецева).

Теоретичною передумовою застосування грунтов-зоологічного методу з метою діагностики грунтів сформульоване М. С.Гиляровим в 1949 р.

Тварини-індикатори забруднення грунту. Популяції та комплекси видів грунтових тварин відзначаються стабільністю і стійкістю навіть за дуже несприятливих змін в екосистемі, тому на землях, активно використовуваних людиною, грунтові тварини лишаються останньою групою, за якою оцінюють ступінь впливу людини на біоту. Цьому сприяють особливості грунту як середовища існування.

Різноманіття грунтових тварин дуже велике, тому вибір об'єктів серед них повинен бути обмеженим. Якщо це стосується видів, то до них ставиться цілий ряд вимог. Перевага віддається великим грунтовим безхребетним, багато з яких мешкає в досить широкому діапазоні екологічних умов. Середовище існування представників цієї групи - не найменше скупчення грунтової вологи, не порожнини і ходи в грунті, а весь грунт як середовище. Тому зв'язок зі змінами грунтових умов, хімізму грунтових розчинів, гумусу у великих грунтових тварин набагато тісніший, ніж у дрібних. Ареали багатьох видів добре відомі, і їх популяції на протязі всього ареалу мають досить високу чисельність. Важливе й те, що серед великих безхребетних багато видів-поліфагів, слабко пов'язаних із певною групою рослин чи тварин у своєму живленні. Серед них для моніторингу найбільш зручні представники таких груп: дощові черв'яки, ковалики та їх личинки, великі хижі туруни, деякі види мокриць і диплоподів.

Високий ступінь осілості цих груп, широка харчова база, достатня вивченість особливостей екології, розподілу, розміри ареалів, висока чисельність у різних місцях уможливлюють використання видів із цих груп як основних об'єктів екологічного моніторингу.

Популяції грунтових тварин чутливі до змін, які відбуваються в екосистемах і грунтовій біоті, і реагують в основному зменшенням кількості видів, чисельності та біомаси популяцій, зникненням характерних для екосистем видів і появою еврибіонтних форм. У сильно пошкоджених екосистемах популяції грунтових тварин, у першу чергу мікроартроподів, залишаються останнім "уламком" тваринного світу, що колись існував. Водночас у результаті господарської діяльності людини виникає велика кількість екосистем, у яких немає багатьох груп грунтової фауни, головним чином грунтоутворювачів, таких як дощові черв'яки, ківсяки, мокриці. Такі зміни в комплексах помітні на ділянках, що на них людина безпосередньо здійснює господарську діяльність.

Рослини - індикатори родючості грунтів. Повний аналіз грунту вимагає багато часу та праці. Однак багато особливостей грунту, в тому числі і родючість, можна визначити за рослинами-індикаторами, які його ростуть в ньому. Так наприклад, про високу родючість свідчать такі рослини: малина, кропива, іванчай, таволга, снить, чистотіл, копитняк, кислиця, валеріана.

Індикатори помірної (середньої) родючості: медунка, дудник, грушанка, гравілат річковий, вівсяниця лугова, купальниця, вероніка довголиста. Про низьку родючість свідчать сфагнові (торф'яні) мохи, наземні лишайники, котяча лапка, брусниця, журавлина, ситник ниткоподібний, запашний колосок. Байдужі до грунтової родючості жовтець їдкий, пастуша сумка. Маловимоглива до грунтової родючості сосна звичайна.

Рослини - індикатори забезпеченості грунту певними елементами. Про високий вміст азоту свідчать рослини-нітрофіли - іванчай, малина, кропива; на луках і ріллі - розростання пирію, споришу (горця пташиного). При хорошому забезпеченні азотом рослини мають інтенсивно-зелене забарвлення.

Навпаки, нестача азоту проявляється блідо-зеленим забарвленням рослин, зменшенням гіллястості і числа листя. Високу забезпеченість кальцієм показують кальцієфіли: багато бобових (наприклад люцерна серповидна), модрина сибірська. При нестачі кальцію панують кальцієфоби - рослини кислих грунтів: щучка (луговик дернистий), квас, сфагнум та ін. Ці рослини стійкі до шкідливої дії іонів заліза, марганцю, алюмінію.

Рослини - індикатори водного режиму грунтів. Індикаторами різного водного режиму грунтів є рослини-гігрофіти, мезофіти, ксерофіти.

Вологолюбні рослини (гігрофіти) - мешканці вологих, іноді заболочених грунтів: лохина, багно, морошка, білозір, калюжниця, герань лугова, очерет лісовий, шабельник болотний, горець зміїний, м'ята польова, чистець болотний.

Рослини досить забезпечених вологою місць, але не сирих і не заболочених - мезофіти. Це велика частина лугових трав: тимофіївка, лисохвіст луговий, пирій повзучий, конюшина лучна, горошок мишачий, волошка фрігійська. У лісі це брусниця, костяниця, копитняк, золота різка, плауни.

Рослини сухих середовищ (ксерофіти): котяча лапка, нечуйвітер волосистий, ковила пірчаста, мучниця, мітлиця біла, наземні лишайники.

Рослини-індикатори глибини залягання грунтових вод. Встановлення показників глибини залягання грунтових вод має значення для уточнення властивостей грунтів і для вироблення рекомендацій щодо їх меліорації. Для індикації глибини залягання грунтових вод можна використовувати групи видів трав'янистих рослин (індикаторні групи). Для лугових грунтів виділяється 5 груп індикаторних видів [7].

Крім названих груп рослин, є перехідні види, які можуть виконувати індикаторні функції, наприклад мятлик луговий може бути включений як в першу, так і в другу групи. Він вказує залягання води на глибині від 100 до понад 150 см. Хвощ болотний - від 10 до 100 см і калюжниця болотна - від 0 до 50 см.

Глибина грунтових вод

I. Конюшина лучна, подорожник великий, пирій повзучий - більше 150 см.

II. Мітлиця біла, костриця лучна, горошок мишачий - 100-150 см.

III. Таволга в'язолисна, канаркова трава - 50-100 см.

IV. Осока лисяча, осока гостра, куничник Лангсдорфа - 10-50 см;

V. Осока дерниста, осока пухирчаста - 0-10 см.

Рослини-індикатори кислотності грунтів. Кислотність - одна з характерних властивостей грунту лісової зони. Підвищена кислотність негативно позначається на рості і розвитку ряду видів рослин. Це відбувається через появу в кислих грунтах шкідливих для рослин речовин, наприклад розчинного алюмінію або надлишку марганцю. Вони порушують вуглеводний і білковий обмін в рослинах, затримують утворення генеративних органів і призводять до порушення насіннєвого розмноження, а іноді викликають загибель рослин. Підвищена кислотність грунтів пригнічує життєдіяльність грунтових бактерій, що беруть участь в розкладанні органіки і вивільнення поживних речовин, необхідних рослинам.

У лабораторних умовах кислотність грунтів можна визначити універсальним індикаторним папером, набором Алямовського, рН-метром, а в польових умовах - за допомогою рослин-індикаторів. У процесі еволюції сформувалися три групи рослин: ацидофіли - рослини кислих грунтів, нейтрофіли - мешканці нейтральних грунтів, базіфіли - ростуть на лужних грунтах. Знаючи рослини кожної групи, в польових умовах можна приблизно визначити кислотність грунту.

Група біоіндикаторів рН грунту. Виражені ацидофіли: сфагнум, зелені мохи - гілокоміум, дікранум, плавун булавовидний, плавун річний, плавун сплюснутий, пухівка піхвова, підбіл багатолистий, котяча лапка, касандра, цетрарія, щучка дерниста, хвощ польовий, квас малий - 3,0-4,5.

Помірні ацидофіли: чорниця, брусниця, багно, калюжниця болотна, сухоцвіт, жовтець отруйний, мучниця, білозір болотний, фіалка собача, сердечник луговий, куничник наземний - 4,5-6,0.

Слабкі ацидофіли: папороть чоловічий, медунка неясна, зеленчук, дзвіночок кропиволистий, дзвіночок широколистий, бор розлогий, осока волосиста, осока рання, малина, смородина чорна, вероніка довголиста, горець зміїний, орляк, кисличка заяча - 5,0-6, 7.

Ацидофільно-нейтральні: зелені мохи - гілокоміум, плеврозіум, верба козяча - 4,5-7,0. Нейтрофільні: яглиця європейська, полуниця зелена, лисохвіст луговий, конюшина гірська, конюшина лучна, мильнянка лікарська, борщівник сибірський, цикорій - 6,0-7,3. Нейтрально-базіфільні: мати-й-мачуха, люцерна серповидна, келерія, осока волохата, лядвенець рогатий, гусяча лапка - 6,7-7,8. Базіфільні: бузина сибірська, в'яз шорсткий - 7,8-9,0.

Існує класифікація певних груп рослин-індикаторів по відношенню до грунтового зволоження:

    1. Фреатофіти - рослини, пов'язані з водоносними горизонтами у яких добре розвинена коренева система (до 5-30 м).Наприклад, середньоазіатські тамарикси мають кореневу систему до 7 м, а чорний саксаул - 25 м. 2. Омброфіти - рослини, що існують за рахунок атмосферних опадів. Вони мають сильно розгалужену систему поверхневих коренів, які здатні швидко всмоктувати вологу під час опадів. 3. Трихогідрофіти - життя цих рослин, насамперед, пов'язане з капілярною вологою грунтових вод. Вони часто поєднують риси фреатофітів і омброфітів і мають кореневі системи універсального типу.

По відношенню до механічного складу грунтів і материнських порід рослини поділяють на:

    1. Псамофіти - ростуть на пісках. 2. Пелитофіти - на глині. 3. Алевритофіти - на суглинистих або супісчаних грунтах. 4. Хасмофіти - на кам'янистих грунтах. 5. Петрофіти або літофіти - на скалах.

По відношенню до засолення грунту, досить умовно, виділяють дві великі групи рослин-індикаторів:

    - галофіти - мешканці засолених грунтів ( за перевагою аніонів розрізняють галофіти хлоридного типу, або власно галофіти та сульфатно - кальцієвого типу, або гіпсофіти; та - глікофіти - рослини, що мешкають на грунтах, які не містять зайвої кількості солей.

За пристосуванням до надлишкового вмісту солей рослини поділяють на:

    - еугалофіти, або власно галофіти, які накопичують солі у великих кількостях в тканинах рослини і мають соковиті і м'ясисті стебла; - кріногалофіти - рослини які здатні виділяти надлишок солей у вигляді краплин розсолу крізь особливі залози (їх іноді називають фільтруючими галофітами) і мають характерний сольовий наліт; - глікогалофіти - рослини, що мають кореневий бар'єр, тобто систему анатомічних і фізіологічних пристосувань, які захищають рослину від зайвого надходження солей до тканин рослини.

По відношенню до умов зволоження грунтів виділяють рослини:

    - ксерофіти - види посушливих місцезростань, для них характерні вузколистість, опушення листків, жорсткі стебла та видозміни листків (колючки); - мезофіти - рослини помірнозволожених районів; -гігрофіти - рослини-індикатори надлишкового зволоження; -гідрофіти - рослини мілководь та прибережних смуг водойм, мають темно-зелене листя та товсті соковиті стебла.

За однією з основних характеристик грунтів, їх кислотністю, рослини поділяють на дві великі групи:

Ацидофіли - рослини кислих грунтів (вереск, пушиця, білоус та ін.) та базифіли, або ацидофоби - рослини лужних грунтів (бузина, крушина, бересклет та ін.).

Ще В. Л.Комаров писав "Потрібно добитися того, щоб за змінами рослинного покриву можна було б безпомилково судити про грунт". Сьогодні знання про індикацію грунтів значно розширилися. Існує багато рослин, за показниками яких можна безпомилково визначити механічний, хімічний, сольовий, водний та інші показники грунтів.

Похожие статьи




Біомоніторинг грунтів - Біоіндикація як метод оцінки стану навколишнього середовища

Предыдущая | Следующая