Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов

С помощью растений можно проводить биоиндикацию всех природных сред. Индикаторные растения используются при оцен­ке механического и кислотного состава почв, их плодородия, ув­лажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соеди-нениями, а также при выявлении трофических свойств водоемов и степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержа­ние в почве свинца указывают виды овсяницы {Festuca ovina и др.), полевицы (Agrostis tenuis и др.); цинка — виды фиалки (Viola tricolor и др.), ярутки (Tlaspi alpestre и др.); меди и кобальта — смолевки (Silene vulgaris и др.), многие злаки и мхи.

Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфоло­гическими реакциями — изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая или бронзовая окраска), различной фор­мы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изме­нение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны.

Некоторые естественные факторы могут вызывать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Так, например, хлороз листьев может быть вызван недостатком железа в почве или ран­ним заморозком. Поэтому при определении морфологических из­менений у растений необходимо учитывать возможность действия других повреждающих факторов.

Индикаторы другого типа представляют собой растения-акку­муляторы. Они накапливают в своих тканях загрязняющее веще­ство или вредные продукты метаболизма, образуемые под дей­ствием загрязняющих веществ, без видимых изменений. При пре­вышении порога токсичности ядовитого вещества для данного вида проявляются различные ответные реакции, выражающиеся в из­менении скорости роста и длительности фенологических фаз, биометрических показателей и, в конечном счете, снижении про­дуктивности.

Получить точные количественные данные о динамике и вели­чине стрессовых воздействий на основе морфологических измене­ний невозможно, но можно довольно точно определить величину потерь продукции и, имея график зависимости «доза — эффект», рассчитать величину стрессового воздействия.

Б. В. Виноградов классифицировал индикаторные признаки ра­стений как флористические, физиологические, морфологические и фитоценотические. Флористическими признаками являются раз­личия состава растительности изучаемых участков, сформировав­шиеся вследствие определенных экологических условий. Индика­торное значение имеет как присутствие, так и отсутствие вида. К физиологическим признакам относятся особенности обмена ве­ществ растений, к анатомо-морфологическим признакам — осо­бенности внутреннего и внешнего строения, различного рода ано­малии развития и новообразования, к фитоценотическим при­знакам — особенности структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растении, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости.

Очень часто в целях биоиндикации используются различные аномалии роста и развития растения — отклонения от общих за­кономерностей. Ученые систематизировали их в три основные груп­пы, связанные: (1) с торможением или стимулированием нор­мального роста (карликовость и гигантизм); (2) с деформациями стеблей, листьев, корней, плодов, цветков и соцветий; (3) с воз­никновением новообразований (к этой группе аномалий роста относятся также опухоли).

Гигантизм и карликовость многие исследователи считают урод­ствами. Например, избыток в почве меди вдвое уменьшает разме­ры калифорнийского мака, а избыток свинца приводит к карли­ковости смолевки.

В целях биоиндикации представляют интерес следующие де­формации растений:

• фасциация — лентовидное уплощение и сращение стеблей, корней и цветоносов;

• махровость цветков, в которых тычинки превращаются в ле­пестки;

• пролификация — прорастание цветков и соцветий;

• асцидия — воронковидные, чашевидные и трубчатые листья у растений с пластинчатыми листьями;

• редукция — обратное развитие органов растений, вырождение;

• нитевидность — нитчатая форма листовой пластинки;

• филлодий тычинок — превращение их в плоское листовидное образование.

Биомониторинг может осуществляться путем наблюдений за отдельными растениями-индикаторами, популяцией определен­ного вида и состоянием фитоценоза в целом. На уровне вида обычно производят специфическую индикацию какого-то одного загряз­нителя, а на уровне популяции или фитоценоза — общего состо­яния природной среды.