Растения-индикаторы

     Растения-эвритрофы, т.е. растения, которые могут расти и успешно развиваться на почвах разного плодородия, в качестве индикаторов почвенного плодородия использованы быть не могут. Важнейшим элементом питания растений является азот. При нехватке азота растения слабо растут, имеют чахлый вид, бледную окраску листьев. При достаточном азотном питании развитие надземных органов и общее состоянии растений хорошее.

Индикаторами  значительного содержания азота в почве являются растения-нитрофилы. Они растут на обогащенных азотом почвах ольховых лесов — калужница (Caltha palustris L.), крапива двудомная (Urtica dioica L.), недотрога (Impatiens noli-tangere L.), паслен сладко-горький (Solanum dulcamara L.), хмель (Humulus lupulus L.), в верхних слоях почвы под пологом лиственных лесов — звездчатка лесная (Stellaria holostea L.), пролесник многолетний (Mercularia perennis L.), на плодородных пустырях — крапива глухая и яснотка пурпуровая (Lamium album L., Lamium purpureum L.), лопух (Arctium lappa L.), марь белая (Chenopodium album L.), пустырник (Leonurus cardiaca L.). Индикаторами низкого содержания азота в почве являются растения-нитрофобы. Ими являются многие бобовые растения: дрок красильный (Genista tinctoria L.), люцерна (Medicagolupulina L.), астрагал (Astragalus sp.) и другие. Выживать на почвах, бедных азотом, им помогает содружество с азотфиксирующими микроорганизмами, которые способны получать азот из атмосферы и снабжать им растения. Клубеньковые бактерии в течение года обогащают 1 га бобового поля 200-300 кг азота. Помимо бобовых известно до двух сотен видов других растений, дружащих с азотфиксирующими микроорганизмами. Это, в частности, лох (Elaeagnus angustifolia L.), облепиха (Hippophae rhamnoides L.), ольха (Alnus glutinosa L.), шефердия (Shephesdia argentea L.).

     Какими  бы ни были почвы по кислотности  или плодородию, для нормальной жизнедеятельности растений существенным фактором является и степень солнечного освещения. Различают светолюбивые растения, которые не выносят затенения, теневыносливые и тенелюбивые, которые погибают при прямом солнечном освещении. Растения-гелиофиты нормально развиваются только при интенсивном освещении. В условиях сильного затенения процессы дыхания у них начинают преобладать над процессами фотосинтеза, и растения могут погибнуть. Светолюбивыми растениями являются дрок красильный (Genists tinctoria L.), земляника лесная (Fragaria vesca L.), ракитник (Cytisus ruthenicus L.), фиалка собачья (Viola canina L.).

     Теневыносливые  растения способны расти и развиваться в широком диапазоне условий освещенности — от сильного затенения до полного солнечного света, например, купена лекарственная (Polygonatum officinale L.), ландыш (Convallaria majalis L.), пролеска (Scilla bifolia L.). Тенелюбивые растения-сциофиты не выносят прямого солнечного света. Это кислица (Oxalis acetocella L.), майник (Majanthemum bifolium L.), недотрога (Impatiensnoli-tangere L.), фиалка удивительная (Viola mirabilis L.), хвощ лесной (Equisetum silvaticum L.), хохлатки (Corydalis sp.), растущие в тенистых влажных лесах. Знание о свето- или тенелюбивых культивируемых растениях поможет избежать ошибок при размещении их на садово-огородном участке.

     Индикаторы  дефицита или избытка химических элементов в почве Растениям для нормального роста и развития необходимы разнообразные питательные элементы, причем вреден как недостаток, так и избыток их в почве. Некоторые питательные элементы могут находиться в почве в достаточном количестве, но в недоступной для растений форме. При недостатке элементов питания у растений нарушается нормальный обмен веществ, что сопровождается изменением их внешнего вида. При недостаточном питании растения бывают низкорослыми, в некоторых случаях преждевременно цветут, плодоносят и стареют. У культурных растений симптомы дефицита элементов питания хорошо изучены. При появлении признаков недостаточности каких-либо элементов питания у растений-индикаторов необходимо провести подкормку недостающим элементом питания всех плодовых культур, растущих на участке [2, 7]. 

3. Индикаторы месторождений полезных ископаемых 

     Накопление  минеральных веществ в органах  растений можно использовать для того, чтобы путем листового анализа — изучения золы листьев — выявить нехватку или избыток определенных элементов. Растения таким образом могут служить индикаторами содержания питательных веществ в почве, а также возможного наличия рудных месторождений.

     На  засоленных и содержащих соду почвах, в гипсовых впадинах, на почвах с повышенным содержанием тяжелых металлов и на отвалах пустой породы после промышленных разработок минеральные вещества могут оказывать на окружающую среду токсическое воздействие. Только немногие растения приспособлены к таким почвам. Некоторые из них способны накапливать ионы тяжелых металлов и пригодны для индикации таких почв.

     Ярутка (Thlaspi alpestre L.) встречается на почвах, содержащих цинк и кадмий. Она способна без вреда для себя накапливать в листьях эти металлы в количествах, в сотни и тысячи раз больших, чем на почвах с нормальным содержанием цинка и кадмия, соответственно, 25 г и 170 мг на 1 кг сухого вещества. Отмечена способность бобовых растений — астрагала (Astragalus sp.), донника (Melilotus sp.), клевера (Trifolium sp.) — накапливать много молибдена. Минуартия (Minuartia verna L.) из семейства гвоздичных индицирует свинец и медь, а букашник (Jasione montana L.) из семейства колокольчиковых — мышьяк.

     В местообитаниях, содержащих много свинца, произрастают злаки: овсяница овечья (Festuca ovina L.) и полевица тонкая (Agrostis tenuis L.); на цинковых почвах — особые виды фиалки (Viola calaminaria L.), ярутки (Thlaspi calaminare L.) и смолевки (Silene sp.). Полынь холодная (Artemisia frigida L.) помогает найти вольфрам; гладиолус (Gladiolus sp.), качим (Gypsophila patrini L.), смолевка обыкновенная (Silene vulgaris L.) — медь. На серпентиновых почвах (богатых Cr, Ni, Mg) встречаются папоротник костенец клиновидный (Asplenium cuneifolium L.), армерия приморская (Armeria maritima L.), бурачок Бертолона (Alyssum bertolonii L.), кипарис Сарджента (Cupressus sargentii L.) и другие растения.

     Кладоискатели используют способность представителей флоры обнаруживать драгоценные металлы. Имеются растения, указывающие на присутствие в почве золота, серебра, платины. В шишках пихты (Abies alba L.) и сосны (Pinus silvestris L.), растущих на почвах с содержанием золота 0,00002%, его концентрация возрастает в пятьдесят раз. Еще более страстной любительницей золота оказалась кукуруза (Zea mais L.), не зря прозванная королевой полей. Из тонны золы кукурузных отходов можно извлечь до 60 г золота. Не менее активным накопителем золота оказался и неприметный хвощ (Equisetum sp.). Залежи серебряных руд в американском штате Монтана были открыты благодаря эриогонуму (Eriogonum ovalifolium L.).

     В наш атомный век открыта способность  растений указывать месторождения урана. У сосен и можжевельников, растущих над залежами урана, в надземных органах отмечается повышенная концентрация этого элемента. Если в золе листьев содержание урана составит 2 части на миллион, то данное месторождение можно считать пригодным для промышленной разработки.

     Астрагал  двухбороздчатый (Astragalus bisulcatus L.) и другие виды астрагала могут быть индикаторами селена, а так как селен часто сопутствует урановым рудам, то эти растения также полезны при поиске урановых месторождений. Селен сам по себе является редким химическим элементом, на который имеется повышенный спрос в разных отраслях промышленности. Благодаря астрагалам, накапливающим его в своих тканях, организовать добычу селена можно не путем строительства рудников, а сбором растений с последующим выделением ценного металла из зольного остатка после сжигания растительной массы. Там, где уран встречается вместе с серой, полезными индикаторами могут быть накапливающие серу представители семейств крестоцветных (Brassicaceae) и лилейных (Liliaceae). У растений иван-чая (Chamaenerium angustifolium L.), растущих над урановыми месторождениями, розовые в норме лепестки становятся белыми.

     Под влиянием радиоактивного излучения  белеют и зеленеют синие плоды голубики (Vaccinium aliginosum L.). Нефть называют кровью промышленности, и человечество неустанно ищет все новые и новые ее месторождения. Среди множества органических веществ, входящих в состав нефти, имеются соединения, стимулирующие рост растений. Поэтому в нефтеносных местообитаниях некоторые растения выделяются необычайно буйным ростом. Это взморник, или зостера малая (Zostera nolti L.i), достигающая в нефтеносных районах каспийских вод метровой длины, при обычном размере 10-40 см, или петросимония (Petrosimonia triandra), буйно разрастающаяся на битуминозных почвах [2, 5, 7]. 

4. Индикаторы грунтовых вод 

     Ботаники  по нарастающей требовательности к водному режиму выделяют следующие группы растений: ксерофиты, мезофиты и гигрофиты. Первые встречаются в сухих местообитаниях, способны переживать продолжительные периоды сухости почвы и воздуха. Вторые приспособлены к жизни в условиях умеренного (достаточного) увлажения. Третьи растут во влажных местообитаниях, с большим количеством осадков и постоянно высокой влажностью воздуха. Ввиду многообразия природных условий выделяют также промежуточные (переходные) группы: ксеромезофиты и мезогигрофиты.

     Донник  белый (Melilotus albus L.), ковыль (Stipasp.), кошачья лапка (Antennaria dioica L.), незабудка мелкоцветковая (Myosotis micrantha L.), очиток едкий (Sedum acre L.), песчанка узколистная (Arenaria stenophylla L.), тимьян ползучий (Thymus serpyllum L.), цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.), чистец пушистый (Stachys pubescens L.), ястребинка волосистая (Hieracium pilosella L.) указывают на сухость почв.

     Индикаторами  повышенной влажности являются белокрыльник (Calla palustris L.), водяной перец (Polygonum hydropiper L.), дербенник, или плакун-трава (Lythrum salicaha L.), калужница (Caltha palustris L.), лабазник вязолистный (Filipendula ulmaria L.), лютик ползучий (Ranunculus repens L.), незабудка болотная (Myosituspalustris L.), осоки береговая и топяная (Carexriparia L., Carexlimosa L.), рогоз узколистный (Typha angustifolia L.), сабельник (Comarum palustre L.), селезеночник (Chrysosplenium alternifolium L.), тростник обыкновенный (Phragmites communis L.), чистец болотный (Stachys palustris L.).

     В регионах с недостаточным увлажнением  вода является жизненной необходимостью. И не просто вода, а вода, пригодная для питья и земледелия. В пустынях имеются свои растения-индикаторы, позволяющие определить наличие подземных запасов воды, глубину ее залегания, ее качество и степень минерализации.

     Таким образом, благодаря растениям-индикаторам можно без применения дорогостоящих технологий определить:

— состав почв;

— содержание в почве питательных веществ, т.е. степень ее плодородия;

— наличие  месторождений полезных ископаемых;

— глубину  залегания грунтовых вод, степень их минерализации и пригодность для хозяйственно-бытовых нужд и полива [9]. 
 

II. РАСТЕНИЯ-ИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 

     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 дает 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 тру доемким, чем измерение физических и химических параметров загрязненности 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 надежные индикаторы загрязненности 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 загрязненной атмосфере значительно раньше, поэтому хвойные растения являются чуткими индикаторами загрязненности атмосферы.

     Индикаторные растения используют как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки общего состояния природной среды. фитотоксическое действие атмосферных загрязнителей обнаруживается путем наблюдения за дикорастущими и культурными растениями в зоне загрязнения.

     Мониторинг  осуществляется путем 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 поврежденной 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 путем 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.