Общая характеристика

Растения – крайне важный и интересный объект для характеристики состояния окружающей среды. Важность оценки состояния природных популяций растений состоит в том, что именно растения являются основными процудентами, их роль в экосистеме трудно переоценить. Растения чувствительный объект, позволяющий оценивать весь комплекс воздействий, характерный для данной территории в целом, поскольку они ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно из двух сред: из почвы и из воздуха. В связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, состояние их организма отражает состояние конкретного локального местообитания. Удобство использования растений состоит в доступности и простоте сбора материала для исследования. Специфика растений как объекта исследования предъявляет определенные требования к выбору видов. При выборе вида в зависимости от задачи исследования, необходимо учитывать, что, в силу прикрепленного образа жизни, мелкие травянистые виды растений в большей степени, по сравнению с древесными видами, могут отражать микробиологические условия (как естественные локальные различия типа почвы, влажности и других факторов, так и антропогенные – точечное загрязнение). При наличии таких микробиологических различий, получаемые оценки состояния растений могут существенно различаться для разных видов. Это означает, что для выявления микробиологических различий предпочителен выбор травянистых растений, в то время как для характеристики достаточно больших территорий лучше использовать древесные растения. По данным Н.Г. Кряжевой и Е.К. Чистяковой (Захаров и др., 2001) сбор материала следует проводить после остановки роста растений. Каждая выборка должна включать в себя 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). При выборе растений важно учитывать четкость определения принадлежности растения к исследуемому виду, условия произрастания особи и возрастное состояние растения. Для оценки стабильного развития растений можно использовать любые признаки по различным морфологическим изменениям. Некоторые ограничения при этом накладываются лишь необходимостью того, чтобы рассматриваемые признаки были полностью сформированы к моменту исследования. В качестве наиболее простой системы признаков, удобной для получения большого объема данных для различных популяций, предлагается система промеров листа у растений с билатерально симметричными листьями. Для оценки величины флуктуирующей асимметрии необходимо выбирать признаки, характеризующие общие морфологические особенности листа, удобные для учета и дающей возможность однозначной оценки. Для оценки степени нарушения стабильности развития удобно использовать пятибалльную оценку (Захаров и др., 2001).

Изучение геохимических особенностей растительности сопровождается описанием ее на участках, непосредственно примыкающих к избранным на профиле местам заложения разрезов. Оно производится по принятой в обычных геоботанических исследованиях методике, на пробных площадках, размеры которых варьируют до 100 м². Наряду с обычными геоботаническими описаниями при ландшафтно-геохимических исследованиях особое внимание следует уделять некоторым особенностям растений и растительного покрова в целом. Установлено, что изменчивость внешнего облика растений, их размеров, формы и цвета листьев, цветов, характера кущения в зависимости от недостатка или избытка некоторых элементов. Все эти изменения, или, как их называют геоботаники, “морфы”, могут быть внешними показателями определенных уровней содержания в ландшафтах ряда биологически важных элементов. Все морфологические отклонения растений от нормы должны фиксироваться. Изменения обилия некоторых видов или родов растений может быть показательным для суждения об аномальном содержании некоторых элементов в почвах.

4.5.2. Отбор проб и пробоподготовка

Биогеохимическое опробование целесообразно проводить в течение времени, соответствующего определенной фенологической фазе развития растений. Если такой возможности нет, то площадь работ делится на участки, опробование которых займет время, соответствующее определенным фенофазам развития растений. Введение поправок на вегетационные колебания содержаний элементов нецелесообразно, так как представляет собой трудоемкую и малоточную работу. Если требуется зимнее опробование, его проводят после наступления устойчивых морозов и до начала весенних оттепелей (Алексеенко, 2000).

Биогеохимические пробы могут быть простыми (берется одно растение или одна, заранее определенная его часть) и составными. В последнем случае для пробы отбирается также только один вид растения или его определенная часть. Опробование растений (биогеохимическое) осуществляют на основных точках наблюдения по преобладающим (2-5) видам, повсеместно растущим в районе. Каждое растение составляет отдельную пробу. У травянистых растений в одну пробу отбирают всю наземную часть. Корень отрезают от стебля, тщательно отряхивают от минеральных частиц и помещают в отдельный мешочек. Остальную часть растения заворачивают в плотную бумагу.

Многолетние кустарники и деревья опробуют, формируя пробы из одних и тех же частей растения (листья, прирост последнего года, многолетние побеги, кора). Масса биогеохимической пробы составляет 100-200 г сырого вещества. Для растений с большой зольностью масса пробы может быть 50-100 грамм. Пробу растений маркируют, указывая номер пробы, номер основного разреза и профиля. Для отбора проб могут быть использованы ножи, садовые ножницы, сучкорезы. Листья с деревьев и кустарников удобнее всего отбирать руками в перчатках. Методика пробоподготовки заключается в высушивании и измельчении пробы, после чего подвергается озолению. Схема пробоподготовки приводится на рисунке 4.5.1.

Озоление проб проводится в лабораторных условиях в специальных электрических печах (Ковалевский и др., 1967; Ковалевский, 1991; Алексеенко, 2000). Последние позволяют выдерживать определенный температурный режим, что резко увеличивает производительность работ при улучшении качества. Озоление можно проводить в фарфоровых и металлических тиглях, предварительно установив, что данные тигли не вызывают загрязнение проб. Оптимальные режимы озоления растений приводятся в таблице 4.5.1.

Таблица 4.5.1

Оптимальные режимы озоления растений

(Алексеенко, 2000)

Примечание: *- герметизация печи в период набора температуры

Показателем полного озоления является появление равномерной окраски золы (от белой до пепельно-серой и коричневой) и отсутствие черных углей. Вероятные причины брака при озолении и способы его исправления приводятся в таблице 4.5.2.

Таблица 4.5.2

Вероятные причины брака при озолении и способы его исправления

(Алексеенко, 2000)

Зольность сухого вещества наземных растений приводится в таблице 4.5.3.

Таблица 4.5.3

Зольность сухого вещества наземных растений

(Алексеенко, 2000)

Золу подвергают растиранию и отправляют в лабораторию на анализ. Учитывая большую гигроскопичность золы многих растений, а также повышенную «слипаемость» ее отдельных частичек, спектральный анализ золы биогеохимических проб «методом просыпки» в большинстве случаев невозможен (Алексеенко, 2000).

Мониторинг биоты

Для изучения животного мира, в практике работ, перспективными объектами биологических исследований могут выступать пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие.

Из рептилий наиболее интересным объектом исследования может быть прыткая или полосатая ящерицы по данным А.С. Баранова, В.И. Борисова, А.В. Валецкого и Н.П. Ждановой (Захаров и др., 2001). Использование этого вида представляется удобным, в связи с его широким распространением. Кроме того, ящерицы имеют небольшой радиус индивидуальной активности, в связи с чем, могут отражать состояние локальной территории. Так как возрастные и половые у ящериц по уровню стабильности развития отсутствуют, выборка может быть суммарной. Однако необходимо учитывать, что полученные оценки стабильности развития по морфологическим признакам отражают ситуацию на момент формирования исследованных признаков (период пренатального онтогенеза) и не подвержены дальнейшим возрастным изменениям. Поэтому, при сравнении разных популяций лучше использовать особей из одновозрастных групп (сеголетки, молодые, взрослые). Учитывая дальнейшую статистическую обработку, объем выборки должен быть не меньше 20 особей. Материал не нуждается в предварительной подготовке. Непродолжительное время пойманных особей можно хранить в замороженном виде. Затем их лучше зафиксировать. Хранить материал нужно в 72-75 % этаноле. Для оценки стабильного развития можно использовать любые билатеральные признаки различных морфологических структур. Лучше выбирать признаки, которые легко учитываются. Наиболее удобными являются признаки фолидоза (чешуйчатого покрова). В настоящее время балльная шкала оценки отклонений стабильности развития от условной нормы находится в стадии разработки.

Птицы, как объекты для оценки здоровья среды, обладают рядом преимуществ: приуроченность развития птенцов к определенному локальному участку, большое экологическое разнообразие. По данным П.Д. Венгерова (Захаров и др., 2001), объекты исследования должны отвечать следующим требованиям: многочисленность, оседлость (при анализе взрослых особей), широкая распространенность, эвритопность, доступность изучения. Из воробьинообразных можно рекомендовать большую синицу, мухоловку-пеструшку, обыкновенного скворца, домового и полевого воробьев и др. Для оценки ситуации в текущем году на локальном участке оптимальным вариантом является использование гнездовых птенцов. Возможен также отлов ювенильных особей после вылета из гнезда до начала дальних кочевок. Взрослых птиц используют только у строго оседлых видов при сравнении каких-либо удаленных биотопов, например, естественных и урбанизированных территорий. Особей разных полов объединяют в одну выборку, поскольку по величине асимметрии они не различаются. Достаточный объем выборки – 30 особей. После осмотра птиц кольцуют и возвращают в природу. В большинстве случаев допустима только прижизненная обработка, что ограничивает набор признаков. Исследования связаны с метрическими признаками оперения (длина маховых и рулевых) и меристических признаков фолидоза ног (число роговых щитков). Предпочтительнее использовать последние. Они легко учитываются, проявляют индивидуальную изменчивость. У воробьиных птиц роговые щитки покрывают переднюю и заднюю части цевки и верхнюю сторону пальцев. Достаточно анализировать изменчивость числа щитков на втором, третьем и четвертом пальцах, как наиболее легко и безошибочно учитываемых. Подсчет щитков производится от проксимального к дистальному концам пальцев, при этом совокупность щитков, расположенных в месте причленения пальцев к цевке, не учитывается. Бальная шкала оценки отклонений стабильности развития от условий нормы находится в стадии разработки.

Млекопитающие, находясь на вершине пищевых цепей, являются важным объектом для характеристики рассматриваемой экосистемы. Данные А.С. Баранова, В.И. Борисова, А.В. Валецкого (Захаров и др., 2001), полученные по представителям этой группы, в наибольшей степени пригодны для экстраполяции на человека. Использование фоновых, наиболее многочисленных для данного региона видов облегчает сбор материала и дает возможность получения выборок одного и того же вида во всех изучаемых точках. Можно использовать такие широко распространенные виды как рыжая и обыкновенная полевки, полевая и домовая мыши, обыкновенная бурозубка и др. Различия между животными разных возрастных групп обычно отсутствуют, поэтому возможно использование суммарной выборки. Если желательна оценка ситуации на текущий момент, необходимы выборки молодых особей этого года рождения. Для характеристики популяции необходимо использование репрезентативной выборки. Опыт свидетельствует, что адекватная оценка ситуации может быть получена уже при анализе 20 особей. При сборе материала предпочтительнее использование живоловок или ловчих канавок, т.к. другие орудия отлова могут повреждать материал, что особенно нежелательно при малой численности животных. При интерпретации результатов необходимо учитывать, что полученные оценки стабильности развития по хронологическим признакам отражают воздействие на момент формирования исследованных признаков (период пренатального онтогенеза и ранние этапы постнатального развития) и не подвержены дальнейшим возрастным изменениям. Материал до обработки лучше хранить в замороженном виде. При отсутствии такой возможности для фиксации можно использовать 70% этанол или 4% формалин. Для изучения асимметрии у мелких млекопитающих наиболее удобным представляется черепной материал. Мягкие ткани удаляются с костей черепа после вываривания. Качество очистки черепа желательно контролировать под бинокуляром. Костный материал требует особых условий хранения. Он может сохраняться длительное время. При изучении стабильности развития млекопитающих в большинстве случаев используются хронологические признаки, а именно число мелких отверстий для нервов и кровеносных сосудов на левой и правой сторонах черепа. Эти признаки, которые формируются на ранних стадиях онтогенеза и не подвержены, как правило, возрастным изменениям. Для оценки стабильности развития млекопитающих используется пятибалльная шкала (Захаров и др., 2001).