Фитоиндикация загрязнений окружающей среды в условиях города

 
 

Фитоиндикация загрязнения почвы. 

      Загрязнение почвы проявляется в основном в двух формах:

      - физическое изменение связано  с различными, прежде всего механически  действующими, агентами, способными, особенно если они влияют на ризосферу, привести к существенным нагрузкам на соответствующие экосистемы. Они могут быть связаны с химическими изменениями или часто приводят к таким изменениям;

      - химическое загрязнение вызвано  веществами, действующими в виде газов, растворов или твердых тел и не вызывающими при этом, по крайней мере в начальной стадии, изменений физического характера.

        

Физическое  изменение почвы. 

      Причинами физических нагрузок на почву являются:

а) прямые механические воздействия:

- повышенное  давление на поверхность почвы  (транспорт, вытаптывание).

б) процессы, связанные  с перемещением почвы (водная, ветровая эрозия, эоловые отложения, особенно вследствие промышленных выбросов).

      Наблюдаемое уплотнение почвы определяется пенетрометрически. Параллельно в лаборатории и в поле можно провести исследования важных экологических параметров (прорастание, рост побегов и корней, продуктивность).

      Подорожники демонстрируют, например, видоспецифичные  различия к уплотнению почвы. В результате представляется возможным путем оценки популяционно-экологических параметров названных видов использовать полученные данные для биоиндикации. Действие на фитоценозы можно проследить, анализируя описания растительности или с помощью длительных наблюдений на экспериментальных квадратах. 
 

Химическое  загрязнение почвы. 

      Исходя  из агрегатного состояния и способа  действия загрязнителей, упрощенно  их можно подразделить на следующие  группы:

      - газы (особенно серосодержащие промышленные  выбросы, галогениды и окислы азота);

      - пыль (зола, известковая пыль, частицы,  содержащие тяжелые металлы, особенно  промышленные выбросы);

      - соли (переносимые воздухом и  водой, особенно при посыпании  зимой улиц для удаления льда  или при добыче и переработке  соли);

      - агрохимикаты (средства защиты растений, удобрения);

      - органические газы и жидкости (прежде всего продукты ископаемых  видов топлива);

      - радиоактивные осадки (главным образом  при загрязнении ими воздуха).

      Изменение химических параметров почвы отражается спустя короткий или длительный период на росте и продуктивности отдельных видов, их популяций или приводит к более или менее сильным нарушениям структуры фитоценозов и даже к развитию сукцессий.

      По  причине физико-химической специфики  отдельных почв при одинаковой интенсивности и продолжительности действия химического стрессора степень и форма возникающего химического загрязнения может быть различной. Для биоиндикации это важно, поскольку между химической обстановкой и ее влиянием на биоценоз не обязательно существует линейная зависимость. Решающее значение для действий на биологическом уровне имеет по этой причине соотношение интенсивности стрессора и специфической реакции буферной системы почвы. 
 

Фитоиндикация городских насаждений.

     Фитомониторинг  строится на основе ответных реакций растений на весь комплекс условий местообитания, несводимый непосредственно на влияние техногенного загрязнения. Выявление влияния техногенных условий, производится путем сравнения исследуемых городских сообществ с природными аналогами или внесением растений в загрязненную область. В случае наличия в сообществе видов-интродуцентов, необходимо учитывать уровень отклонения условий в данном климате от оптимума. Так как, ответные реакции на загрязнение наблюдается у всех растений, то необходимо выделить наиболее удобные для индикации виды и признаки. Применение методов фитоиндикации, по сравнению с инструментальными методами имеет ряд недостатков, в частности, в быстро меняющихся условиях - присутствует некоторая необъективность, и отклонение результатов особенно в годы с экстремальными условиями. Ощутимым минусом является, то, что при использовании для анализа урбосреды, нужно следить за всеми компонентами системы, и любое их изменение может привести к сбою системы анализа

     При создании системы фитомониторинга нужно использовать ряд принципов позволяющих получать наиболее объективную информацию:

     -  Определение генезиса существующих насаждений.

     -  Составление перечня видов городских насаждений.

     -  Учет различных абиотических факторов, формирование по ним бальных шкал, для систематизации существующих насаждений и выделение групп (например, в пределах одного балла) по которым необходимо вести отдельный учет для выявления влияния фактора загрязнения.

     -  Модельные площадки для сбора информации располагать в соответствии с размещением объектов озеленения и пунктами аналитического контроля за состоянием окружающей среды. Они должны располагаться в различных функциональных зонах города и пригородных насаждениях.

     -  При анализе данных, учитывать весь комплекс условий местообитания.

     -  На основе данных, исследований, должны быть выделены наиболее значимые виды-биоиндикаторы, по реакциям: количественным либо качественным, на загрязнители.

     -  При анализе полученных данных, учитывать особенности вегетационного периода.

     -  Сбор данных осуществлять в одном вегетационном периоде, как для отдельного вида, так и при анализе сообщества в целом.

   -  При использовании методов разработанных на других территориях необходима, их предварительная апробация.

   Все методы фитоиндикации, можно разделить  на две группы:

1. Выявление наиболее устойчивых к токсикантам видов.
2. Подбор наиболее чувствительных растений к действию токсикантов и определение степени загрязнения атмосферу по ответным реакциям конкретных видов.

   Распространенным  методом фитоиндикации является лихеноиндекация. Лишайники используются на основе их высокой чувствительности к загрязнителям, широко известен тот  факт, что в загрязненных территориях  лишайники отсутствуют. Это связано  с тем, что лишайники в отличие от растений поглощают вещества всем талломом без предварительной фильтрации воды почвой. Конкретным методом оценки концентрации диоксида серы в окружающей среде является реакция лишайников. При его концентрации выше 0,3 мг/м3 наблюдается полное отсутствие лишайников - лишайниковая пустыня. При уровне в 0,05 мг/м3 - 0,20 мг/м3 присутствуют ксанории, фисулы, анатихии, леканоры. Богатство лишайниковой флоры свидетельствует о концентрации не более 0,05мг/м3. Наиболее чувствительным к диоксиду серы является эпифитный лишайник Hypogymnia physodes, при концентрации 0,23мг/м3, его полное отмирание происходит в течении двадцати девяти суток, а при 0,08 мг/м3 некроз 60% таллома. Индикаторами на диоксид азота, являются лишайники, как эпифитные, так и эпигейные содержащие азотофиксирующие сине-зеленые водоросли, но механизмы определения по ним существенно отличаются. Так при увеличении концентрации диоксида азота его концентрация в эпифитных лишайниках увеличивается, что связано с его поглощением из воздуха и из осадков, а талломе эпигейных способных к азотофиксации, его общая концентрация уменьшается, как предполагается, это связано с нарушением азотистого обмена. Сходный эффект, так же вызывает диоксид серы.

     Анализом  мхов методом масс-спектрометрии  можно выявить загрязнение тяжелыми металлами, мхи проявляют наибольшую способность к их накоплению.

     Удобными  объектами для изучения влияния  условий обитания являются виды хвойных. Хвойные рассматриваются в связи  с возможностью круглогодичных наблюдений. При исследовании хвойных для биоиндикации используют разнообразные параметры (опадаемость хвои, ее пигментация, количество воска кутикулы, содержание фенолов, интенсивность фотосинтеза). Анализируется окраска хвои (нарушение пигментации), количество воска, содержание фенольных соединений. При превышении предела выносливости листьев, по содержанию диоксида серы, происходит их опадание. Соединения фтора дают специфическую реакцию хвои, побеление листовой пластинки у основания, и последующее потемнение, связанное с некрозом, уменьшается площадь листьев у хвойных и лиственных.

     Самым уязвимым процессом в организме  растения, является фотосинтез. Наличие  загрязнителей вызывает его нарушения. В приделах малых концентраций токсиканта изменения можно обнаружить по снижению активности фотосинтеза. Нарушения происходят также во многих биохимических процессах. О них можно судить по показателям водного режима, количественному составу пигментного аппарата, активности ферментов, состоянию антиоксидантной системы, накоплению фенольных соединений, свободных аминокислот, пролина. Показатели асимметричности листовой пластинки, как критерии нарушения стабильности развития органов растений, связанного с действием поллютанта. Уровень транспортного загрязнения атмосферы влияет на такие морфометрические показатели состояния деревьев как высота, средние размеры листовых пластинок, количественный показатель ажурности кроны. Доля жизнеспособной, дефектной пыльцы, показатели метаболизма пыльцевых зерен, являются точным показателем за счет уязвимости мейоза. Морфологические, физиолого-биохимические показатели плодов и семян, онтогенез. Так же могут использоваться специфические параметры: радиальный прирост у древесных растений и микоризация.

     Чувствительно к соединениям фтора относятся гладиолусы. Тяжелые металлы можно выявить по показателям листьев Avicennia marina (Forsk.) Vierh, в частности по пероксидазной активности, и по соотношению хлорофилла a и b.

     Таким образом, описанные объекты и методы пригодны для объективной оценки урбанизированной среды. Направленность изучения реакции растений на загрязнение, позволяет более наглядно видеть его последствия. Изучение урбосообществ, дает возможность, наметить общие пути их стабилизации, и возможной замены видов при увеличении антропогенной нагрузки. Фитоиндикацию следует рассматривать, как важное дополнение инструментальных методов, позволяющих оценить перспективу и весь комплекс воздействия техногенеза на окружающую среду. 

Ель – индикатор загрязнения  городской среды. 

     Некоторые газообразные загрязняющие вещества, особенно оксиды серы и азота, попадая в поры хвои, наносят прямой ущерб. Они способствуют снижению интенсивности фотосинтеза и роста растений, что проявляется в сокращении продолжительности пребывания хвои на побеге, ее изреженности и пожелтения. Такие изменения видны визуально. Кроме того, поллютанты разрушают восковые оболочки хвои, что наряду с облегчением попадания внутрь патогенных микроорганизмов и ухудшения механической регуляции, обуславливают избыточную потерю воды. Согласно опытным данным, как изреживание и пожелтение хвои, так и уменьшение ее влажности отмечается в еловых насаждениях с нарастанием загрязнения атмосферы территории. Загрязняющие вещества являются так же причиной поражения почвенной микрофлоры, вымывания важных питательных веществ и насыщения алюминием. С увеличением его содержания ухудшается функциональность тонких корневых волосков, вследствие чего снижается всасывание воды и питательных компонентов из почвы. Еще более информационным может служить изменчивость содержания и состава метаболитов ассимиляционного аппарата. Весьма чувствительными индикаторами системы “среда- растительный организм” являются терпеноиды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  используемой литературы:

1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем под редакцией Р. Шуберта.
2. Биологические методы оценки природной среды под редакцией доктора биол. наук Н.Н. Смирнова.
3. Статья Оплеухина А.А. «Методы фитоиндикации городских насаждений».
4. http://improvement-environment.ru. Рубрика: окружающая среда городов и растительность.
5. И.Г. Семенкова, Э.С. Соколова «Фитопатология».