Растения индикаторы

      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. 1. Индикаторы кислотности почвы.  Одним из главных характеристик почвы  является ее кислотность. Кислотность  почвы — это свойство почвы, обусловленное  наличием ионов водорода, находящихся  в ней. Ее можно выразить при помощи рН — показателя активности ионов водорода.

В соответствии с величиной рН различают  почвы; сильнокислые  — рН < 4,5, среднекислые  — рН < 4,6-5,0, слабокислые — рН —-5,1-5,5, близкие к нейтральным — рН 5,6-7,0, щелочные  — рН > 7,0. Кислую реакцию имеют болотные, дерново-подзолистые и серые лесные почвы, нейтральную — черноземные почвы,  щелочную — каштановые почвы и сероземы, сильнощелочную —  солонцы.

       Большинство культивируемых растений наиболее успешно  развивается в условиях среды, близкой  к нейтральной. Поэтому если почва  на участке сильнокислая или сильнощелочная, то ее необходимо улучшить. Кислые почвы известкуют, добавляя известняк, гашеную известь, доломитовую муку, мел, мергель, торфотуф или печную золу. Доза внесения извести зависит от кислотности почвы, ее механического состава и выращиваемой культуры.

  Некоторые садовые растения требуют кислых почв, поэтому для обеспечения  наилучших условий их роста почву  иногда приходится подкислять. Из плодовых культур это, например, американские крупноплодные клюква (Vaccinium macrocarpon L.), требующая рН 3,5-5, и голубика (Vaccinium corymbosum L.), растущая при рН 4-5,5. Наши ягодные кустарники — крыжовник (Grossulaha sp.),  малина (Rubus idaeus L.),  черная смородина (Ribes nigrum L.) также предпочитают слабокислые почвы. Хорошо развиваются в кислой среде белокочанная и цветная капуста (Brassica capitata L., Brassica cauliflora L.),  редис (Raphanus sativus L.). Многие цветочно-декоративные растения — верески (Galluna sp.), гортензии  (Hydrangea sp.), рододендроны (Rhododendron sp.), папоротник мужской (Dryopteris filis-mas (L.) Schott) — нуждаются в кислых почвах, поэтому под посадку приходится вносить кислый торф.

       Газонные  травы — полевица тонкая (Agrostis tenuis L.), овсяницы обманчивая и тонколистная  (Festuca fallax L., Festuca tenuifolia L.) образуют лучший дерн на почве, кислотность которой находится в пределах рН 5,2-5,6. Для формирования качественного и долговечного газона важное значение имеют интенсивность скашивания, высота скашивания — у каждого вида газонных злаков она своя — ниже 1 см, 1 -2,2-3, выше 3 см,— а также плодородие почвы и ее кислотность.

      Плодовые  культуры являются растениями лесных сообществ и предпочитают выщелоченные почвы со слабокислой или нейтральной реакцией, хотя могут нормально развиваться и на слабощелочных почвах. Однако на щелочных почвах у них может наблюдаться железное или магниевое голодание, приводящее к хлорозу. Между тем ряд садовых растений лучше развивается, если в почве имеется известь. Из плодовых культур — это вишня  (Cerasus vulgaris L.), кизил (Cornus mas L.), миндаль (Amygdalus communis L.), из овощных — спаржа (Aspagagus officinalis L.), из цветов — бурачок (Alyssum saxatile L.), гвоздики (Dianthus sp.), ирисы (Iris sp.),  настурция (Tropaeolum majus L.), флоксы {Phlox sp.).  Любят известковые почвы орхидея наших лесов — венерин башмачок (Cypripedium calceolus L.) и обитатель горных вершин — эдельвейс  (Leontopodium alpinum L.). Важно знать рН почвы не только агрономам, но и ресурсоведам. Ботаники при характеристике растительных условий по отношению к кислотности почв выделяют: ацидофилы — растения кислых почв; нейтрофилы — растения нейтральных почв; базифилы — виды растений, характерные для щелочных почв (Рис.1, 2, 3). Ацидофилы обычно указывают на кислые и бедные почвы, нейтрофилы и базифилы встречаются на почвах, богатых минеральными элементами.

       Растения  кислых почв :— крайние  ацидофилы, растущие на сильнокислых почвах  с рН 3,0-4,5. В эту группу входят сфагновые мхи — бурый, компактный и магелланский (Sphagnum fuscum L., Sphagnum compactum L., Sphagnum magellanicum L.), зеленые мхи (Dicranum sp., Hylocomium splendens L.),  плауны (Lycopodium sp.),  белоус (Nardus sticta L.), вереск (Galluna vulgaris L.), водяника (Empetrum nigrum L.), марьянниклуговой (Melampyrum pretense L.), ожика волосистая (Lusula pilosa L.), пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum L.), ситник тонкий (Juncus tenuis L.), щучка (Deschampsia caespitosa L.); — умеренные  ацидофилы индицируют почвы с  рН 4,5-6,0. К ним относятся сфагнум балтийский (Sphagnum balticum L.), багульник (Ledum palustre L.), брусника (Rhodococcum vitis-idaea L.), кошачья лапка (Antennaria dioica L.), седмичник (Trientalis europaea L.), толокнянка (Arctoctaphylos uva-ursi L.), фиалка собачья (Viola canina L.), черника (Vaccinium mytrtillus L.);

— слабые ацидофилы показывают почвы с  рН 5,0-6,7. В эту группу входят сфагнум Гиргензона (Sphagnum girgensohnii L.), папоротник мужской (Dryopteris filis-mas L.), бор развесистый (Millium effusum L.), ветреница лютиковая (Anemone ranunculoides L.), зеленчук (Galeobdoton luteum L.), колокольчики широколистный и крапиволистный  (Campanula latifolia L., Campanula trachelium L.), купена многоцветковая (Polygonatum multiflorum L.), медуница неясная (Pulmonaria obscura L.), овсяница высочайшая (Festuca altissima L.), осоки волосистая и ранняя (Carexpillosa,  Carexpraecox L.). Растениями-индикаторами околонейтральных почв с рН 6,0-7,3 являются земляника зеленая, или клубника (Fragaria  viridis L.), сныть (Aegopodium podagria L.) и другие растения. Нейтральные до слабощелочных почвы с рН 6,7-7,8 индицируют растения-нейтробазифилы: мать-и мачеха  (Tussilago farfara L.),  пупавка красильная (Anthemis tinctoria L.). Базиофилы — растения, растущие на щелочных почвах: василек русский (Centaurea ruthenica L.), горчак (Acroptilon repens L.), кермеки (Limonium sp.), подмаренник (Galium aparine L.), селитрянка (Nitraria schoberi L.). Растения-галофиты обитают в засоленных местах и способны накапливать в своих органах большое количество солей. Это не причиняет им ущерба, а не слишком высокие концентрации солей даже способствуют росту. Особенно склонны к накоплению солей растения семейства маревые —  Chenopodiaceae. Солерос (Salicomia euroраеа L.) растет даже при содержании поваренной соли в почве 2-3 %-ной концентрации, которая для большинства растений является смертельной. Даже если выращивать галофиты на нормальных садовых почвах, они могут накапливать в своих тканях Na и Сl. [4]

       Опыты по подбору растений для выращивания  на засоленных почвах и при поливе их сильно минерализированной водой позволили выделить формы, пригодные для возделывания в условиях, губительных для обычных сортов культурных растений. Оказалось, что наиболее устойчивые линии росли достаточно хорошо даже при поливе морской водой. Большие группы растений не могут служить индикаторами, так как нормально растут в широком диапазоне рН. Это растения-эвритопы, обитающие на почвах с рН от 3,0-9,5, т.е. от сильнокислых до сильнощелочных, например, мышиный

горошек  (Vicia crassa L.).

     Растения  способны указать нам и на плотность  почвы. Так, дымянка лекарственная (Fumaria officinalis L.), незабудка полевая (Myosotis arvevsis L.), пикульник (Galeopsis bifida L.) растут на рыхлых почвах, а лапчатка гусиная (Potentilla anserina L.), лютик ползучий (Ranunculus repens L.), подорожник большой (Plantago major L.) — на уплотненных [3, 4, 7].

 1.2 Индикаторы почвенного плодородия

      Растительность  подает нам достаточно явные сигналы о структуре почвы, ее водном режиме и балансе питательных веществ. Поэтому с помощью растений можно определить, например, какие выбрать удобрения. Плодородие почвы является ее важнейшей характеристикой. Именно от плодородия зависит и урожай, и красота растений. Растения-индикаторы укажут на уровень плодородия земли, на которой они произрастают.

       Если  запас питательных веществ в почве невелик, на них могут произрастать только растения-олиготрофы. В природе на таких землях растут низшие растения — сфагновые мхи (Sphagnum sp.) и лишайники: кладонии  (Cladonia sp.), пельтигера (Peltigera sp.),  цетрария, или исландский мох (Cetraria islandiса L.). Из высших растений это обитающие во влажных лесах и болотах багульник  (Ledum palustre L.), брусника (Vaccinium vitis-idaea L.), вереск (Calluna vulgaris L.), клюква (Vaccinium oxycoccus L., или Oxycoccus quadripetalus L.), подбел (Andromeda polifolia L.), черника (Vaccinium myrtillus L.) и растения песчаных почв — белоус  (Nardus stricta L.), бессмертник (Helichrysum arenarium L.), кошачья лапка (Antennaria dioica L.), ястребинка волосистая (Hieracium umbellatum L.) и др. Для того чтобы сделать эти почвы пригодными для культивирования других растений, необходимо повысить их плодородие внесением удобрений.

      Растения-мезатрофы  довольствуются средней обеспеченностью почв минеральным питанием. Это зеленые мхи гилокомиум (Hylocomium splendens L.) и ритидиадельф (Rhytidiadelphus sp.),  папоротник мужской (Dryopteris filix-mas L.), вероника дубравная (Veronica chamaedrys L.), ветреница лютиковая (Anemone ranuncoloides L.), земляника лесная (Fragaria vesca L.), грушанка круглолистная (Pirola rotundifolia L.), душица (Origanum vulgare L.), иван-да-марья (Melampyrum nemorosum L.), любка двулистная (Planantera bifolia L.), смолевка поникшая (Silene nutans L.), яснотка пурпуровая (Lamium purpureum L.) и другие растения.

    Указателями богатых почв являются растения-эвтрофы и растения-мегатрофы. На плодородных почвах растут: мох мниум (Mnium sp.),  папоротники страусово перо {Matteuccia  struthiopteris L.) и кочедыжник женский (Anthrinum filix-femina L.), иван-чай (Chamaenerium angustifolium L.), копытень (Asarum europaeum L.), коротконожка лесная (Brachypodium silvaticum L.), крапива двудомная и жгучая (Urtica dioica L., Urtica urens L.), купырь лесной (Anthriscus silvestris L.), лебеда (Atriplexpatula L.), лисохвост (Alopecurus pratensis L.), лунник (Lunaria rediviva L.), малина (Rubus idaeus L.), медуница (Pulmonaria obscura L.), мокрица (Stellaria media L.), овсяница гигантская (Festuca gigantean L.), паслен черный (Solarium nigrum L.), перелеска благородная (Hepatica nobilis L.), хвощ лесной (Equisetum silvaticum L.) и некоторые другие виды.

     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

1.3 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.