Биоиндикация наземных экосистем

Антропогенные изменения биоты наземных экосистем определяются не только прямым воздействием человека, но и, преимущественно, антропогенным изменением параметров среды (атмосферного воздуха, почв, поверхностных и грунтовых вод). Для биоиндикации наземных экосистем наиболее часто используются показатели состояния высших растений, лишайников, мхов, почвенных водорослей, бактерий, и др.

Высшие растения. В целом, ПДК для высших растений оказываются существенно меньшими, чем для человека. При этом устойчивость различных растений к поллютантам атмосферного воздуха различна. По общепринятой классификации, из высших растений к категории "очень чувствительных" относятся хвойные (кедр, ель, сосна), береза бородавчатая. К "чувствительным" – липа, малина. "Средней чувствительностью" обладают сирень, можжевельник. "Очень устойчивыми" являются бересклет, бирючина, клен ясенелистный, большинство крестоцветных, зонтичных, сложноцветных, вересковых, и др.

Биоиндикационное значение имеют характеристики основных ярусов фитоценоза (I – древостой; II – кустарниковый ярус; III – травяно-кустарничковый ярус; IV – ярус мхов и напочвенных лишайников): видовой состав, число особей каждого вида, средние значения вы­соты и диаметра ствола деревьев, сомкнутость, обилие, проективное покрытие, жиз­ненность, изменения тканей, характерные уродства.

Для условий лес­ной полосы России наиболее чув­ствительны к загрязнению воздуха хвойные леса. Сосна обыкновенная считается важнейшим биоиндикатором антропогенного влияния. Ин­формативными показателями техногенного загрязнения являются:

– статические морфологи­ческие и анатомические показатели сосен;

– динамические показатели (величины годового прироста);

– характеристики хвои (продолжительность жизни, масса, характерные повреждения – пигментации, хлорозы, некрозы, усыхания);

– показатели состояния генеративных органов – женских шишек (их размеры, количество, обилие семян);

– показатели обилия и разнообразия фауны беспозвоночных – вредителей деревьев; и др.

Лишайникиявляются очень надежными индикаторами загрязнения воздуха. Лихенофлора (от лат. "lichen" – лишайник) традиционно используются для биоиндикации ("лихеноиндикация"). (Традиционно используемый термин "лихенофлора" не вполне верен, поскольку лишайники являются не растениями, а симбиозом гриба и водоросли и, вероятно, имеют полифилитическое происхождение). Особенно активно лишайники накапливают металлы (гораздо более эффективно, чем сосудистые расте­ния). Высокая чувствительность лишайников к атмосферному загрязнению обусловлена:

– активной кумуляцией поглощенных поллютантов (вследствие отсутствия защитных покровов и медленного вывода метаболитов);

– особой уязвимостью водорослевого компонента лишайников, пигменты которого под воздействием поллютантов быстро разрушаются.

Реакция лишайников на антропогенные воздействия видоспецифична, однако существуют и некоторые общие закономерности реакции различных крупных групп лихенофлоры на загрязнение воздуха.

Так, наиболее чувствительны к внешним воздействиям эпифитные лишайники (растущие на стволах деревьев).

По-разному реагируют на загрязнение воздуха лишайники с различным строением вегетативного тела (слоевища, или таллома) – накипные (или корковые), листоватые и кустистые. Слоевище накипного лишайника представляет собой корочку, прочно сросшуюся с субстратом - корой дерева, древесиной, поверхнос­тью камней. Листоватые лишайники имеют вид чешуек или пластинок, прикреплен­ных к субстрату с помощью пучков грибных нитей (гиф) - ризин или от­дельных тонких гиф - ризоидов. Лишь у немногих лишайников таллом сра­стается с субстратом только в одном месте с помощью мощного пучка грибных гиф, называемого гомфом. У кустистых лишайников таллом состоит из ветвей или более толстых, чаще ветвящихся стволиков. Кустистый лишайник соединяется с субстра­том гомфом и растет вертикально или свисает вниз. В целом, кустистые лишайники наиболее чувствительны к воздействиям (первыми исчезают из лихенофлоры при загрязнении воздуха), листоватые – обладают средней чувствительностью, накипные – наиблоее устойчивы (при загрязнении исчезают последними).

Для биоиндикации используются следующие характеристики лихенофлоры:

– видовой состав;

– показатели видового богатства и разнообразия лихенофлоры;

– показатели обилия (биомасса, проективное покрытие) конкретных видов и лихенофлоры в целом;

– индексы соотношения показателей обилия кустистых, листоватых и накипных лишайников;

– доля эпифитных лишайников в общих показателях обилия лихенофлоры;

– морфологические и структурные показатели: толщина и плотность слоевища, степень покрытия слоевища соредиями (возрастают при интоксикациях), пигментация, общее изменение окраски (о патологических изменениях свидетельствует появление беловатого, коричне­вого или фиолетового оттенков).

Почвеннаябиота (беспозвоночные, водоросли, сине-зелёные (цианеи), грибы, бактерии и др.) специфична для различных почвенных комплексов. Поэтому изменения биотических структурных и функциональных характеристик (разд. 3.2) обусловливаются и не только загрязнением, но их структурными изме­нениями почв. Реакция почвенной биоты на воздействие, в зависимости его характера и интенсивности, может существенно варьировать. Так, при загрязнении почв малотоксичными органическими веществами интенсивно развиваются и функционально активизируются микроорганизмы–редуценты. В почвах, загрязненных токсичными поллютантами (особенно – металлами и хоррорганическими соединениями), биологическая активность редуцентов ингибируется.