Биоиндикация в наземно-воздушной среде с помощью растений (фитоиндикация)

Биоиндикация прошла немалый путь развития. Первые наблюдения в этой области сделали еще античные ученые: именно они обратили внимание на связь облика растений с условиями их произрастания. Живший в 327-287 гг. до н.э. Теофраст написал известную работу " Природа растений", в которой содержится немало советов о том, как по характеру растительности судить о свойствах земель. Аналогичные сведения можно встретить в трудах римлян Катона и Плиния Старшего.

Идею биоиндикации по растениям сформулировал еще в первом веке до н. э. Колумелла: " Рачительному хозяину подобает по листве деревьев, по травам или уже поспевшим плодам иметь возможность здраво судить о свойствах почвы и знать, что может хорошо на ней расти".

А.Н. Радищев отмечал: " Где растет дуб, клен, вяз, яблонник, буквица, клубника, там земля добра. Березняк показывает убогую глину, а сосняк, можжевельник - молодило - сухую супесь; тростник же, мох, хвощ и осока – мокрую землю и болотную". Это направление, получившее название ландшафтной биоиндикации, успешно используется в практических целях. В нашей стране основоположником биоиндикационного использования растений, оценки свойств почв и подстилающих горных пород по особенностям развития растений и составу растительного покрова, бесспорно, считают А.П. Карпинского. Его работу, посвященную приуроченности растений к различным горным породам и опубликованную в 1841 г., до сих пор нередко используют.

Основой биоиндикации является теснейшая взаимосвязь и взаимообусловленность всех явлений природы. Она представляет собой частный случай приложения идей В.В.Докучаева о связи всех элементов условий среды с решением практических задач. В.В. Докучаевым (1883, 1893 г.) было развито представление о почве как об особом естественноисторическом образовании. По его определению, " почвой следует называть дневные или наружные горизонты горных пород, естественно измененные совместным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов". Особенно четко проявляются взаимообусловленные связи почвенного и растительного покрова. В.В. Докучаевым (1898) был сформулирован " закон постоянства взаимоотношений между почвой и обитающими на ней растительными организмами как во времени, так и в пространстве". Глубокие связи между почвой, породой и растительностью изложены в трудах П.А. Костычева (1890). Отсюда и возникла возможность устанавливать по растительности компоненты, особенности почвы и ландшафта в целом. Примеры практического использования индикаторов почв приведены Ф.И. Рупрехтом (1866). В связи с этим одним из первых направлений в биоиндикации была индикационная геоботаника. Из теоретических, обобщающих работ по биоиндикации первой наиболее фундаментальной и выдающейся была сводка Ф. Клементса (Clement, 1920). Эта работа положена в основу учения о растительных индикаторах.

Значительный интерес представляют работы по использованию растительности как показателя климата (Koppen, 1901; Берг, 1939; Ильинский, 1939); типов леса (Погребняк, 1929, 1955; Сукачев 1930; Каяндер, 1933; Воробьев, 1953; Сибирякова, Вернандер, 1957); уровня залегания грунтовых вод (Отоцкий, 1899; Meinzer, 1927; Востокова, 1953; Викторов, 1955, 1959; Sykora, 1959). Идеи В.И. Вернадского (1926, 1934), Б.Б. Полынова (1952), А.П. Виноградова (1952, 1954) дали обоснование возможности использования растений и растительных сообществ в целях индикации полезных ископаемых, направленности геохимических процессов.

Широко используются растительные индикаторы при изучении сельскохозяйственных угодий, оценке богатства, засоления, увлажнения, механического состава почв, стадий пастбищной дигрессии (Чаянов, 1909; Shаntz, 1911, 1924; Келлер, 1927; Ларин, 1926, 1953; Федоров, 1930; Раменский 1938, 1950, 1956). Последовательный анализ экологических условий земель и их оценка по растительному покрову содержатся в трудах Л.Г. Раменского (1938, 1941), В.И. Ларина (1953). Современные сведения о растительных индикаторах обобщены в обзорной статье А. Сэмпсона (Sampson, 1939) " Растительные индикаторы”; сводках С.В. Викторова, Е.А. Востоковой, Д.В. Вышивкина (1962) " Введение в индикационную геоботанику"; Б.В. Виноградова (1964) " Растительные индикаторы…"; С.В. Викторова, Г.Л. Ремезовой (1988) " Индикационная геоботаника". В последней работе особое внимание уделяется применению в биоиндикации дистанционных методов с использованием аэрофото- и космических снимков, послуживших основой для интенсивного развития нового направления – ландшафтной индикации (Викторов, Чикишев, 1990).

Фитоиндикация - использование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название - индикационная геоботаника.

К индикационным признакам относятся:

- флористические (различия в видовом составе);

- физиолого-биохимические (характеристики химического состава, обмена веществ, их аномалии, особенности состава пигментов, определяющих цвет растений);

- эколого-физиологические, в частности отношение к воде, засолению почв, характеру субстрата и т.д. (выявление ксерофитов, мезофитов, галофитов, петрофитов и др.);

- морфологические (размеры, особенности внешнего и внутреннего строения растений, в частности ветвления, пролиферации, искривлений и других отклонений, ширина годичных колец и др.);

- эколого-морфологические (особенности жизненных форм);

- онтогенетические (особенности фенологии, длительность развития);

- ассоциированность видов;

- структура сообществ (синузиальная, вертикальная и горизонтальная - особенности сложения ярусов, микрогруппировок, микрофитоценозов);

- эколого-динамические, эколого-генетические ряды, сукцессии (взаимоотношения и динамика сообществ в пространстве и во времени) и др.

В настоящее время растения и растительные сообщества используются как индикаторы форм рельефа, современных геоморфологических процессов и четвертичных отложений горных пород, полезных ископаемых, геологического строения, тектонических процессов, поверхностных вод, особенностей снежного покрова, глубины залегания и минерализации грунтовых вод, многолетней мерзлоты, типов, богатства, кислотности, засолѐ нности, увлажнения, механического состава почв, структуры почвенного профиля и динамики почвенных процессов, климата, природных и антропогенных процессов (Виноградов, 1964).