2 Обзор методов биоиндикации
Влияние внешних факторов прослеживается на всех уровнях организации живой природы (рис. Многообразие методов биоиндикации увеличивается за счет использования представителей разных групп живых организмов.
Рис. Общая схема проявления биоиндикационных признаков.
– обитатели чистых вод (личинки веснянок, поденок, ручейников, вислокрылок, двустворчатые моллюски);
– организмы средней степени чувствительности (бокоплавы, речной рак, личинки стрекоз, личинки комаров-долгоножек, моллюски катушки);
– обитатели загрязненных водоемов (личинки комаров-звонцов, пиявки, водяной ослик, прудовики, личинки мошки, малощетинковые черви).
Таким образом, к настоящему времени разработано и успешно апробировано большое число методов биоиндикации, которые проводятся с использованием разных организмов и на разных уровнях организации живых систем. Можно выделить три основных направления подобных исследований:
– анализ численности и видового разнообразия биотических сообществ (чаще используется для водных экосистем);
– анализ химического состава тканей живых организмов (используется как для наземных, так и для водных экосистем);
– анализ видимых изменений внешнего вида и функционирования живых организмов (появление пятен на листьях, уродливых побегов, потеря хвои, замедление роста и др. ) (чаще используется для наземных экосистем).
Глава 2. Методы биоиндикационных исследований почв
1 Характеристика состояния почвы с помощью растений-индикаторов
Растения широко используются в качестве индикаторов состояния почвенного покрова, что обусловлено особенностями их питания (все необходимые минеральные вещества и воду растения получают из почвы). Соответственно, изменение химического состава почвы неизбежно скажется на всех процессах жизнедеятельности в организме растений. Наиболее информативными показателями при использовании растений в качестве биоиндикаторов является видовая структура фитоценоза, численность представителей отдельных индикаторных видов, а также выраженные изменения внешнего вида растений и их развития.
Рис. Различные варианты внешнего вида листьев (фены) белого клевера
Эффективным биоиндикатором загрязнения почвы может выступать липа. При этом по суммарному накоплению в листьях микроэлементов липа превосходит остальные виды деревьев. Показателем засоления почвы является краевой хлороз на листьях липы, который может быть выражен в разной степени (рис. 3):
– узкая желтая полоска по краю листа – первая степень загрязнения почвы (минимальная);
– широкая краевая полоса хлороза – вторая степень загрязнения почвы;
– обширный краевой некроз с желтой пограничной полоской – третья степень загрязнения;
Таким образом, спектр растений-биоиндикаторов, которые могут использоваться для оценки состояния почвы, весьма широк. В качестве основных показателей чаще всего оценивается состояние листьев, прорастание семян и морфология проростков, а также видовой состав растительных сообществ.
2 Характеристика состояния почвы с помощью микроорганизмов
К настоящему времени почвенные грибы по их реакции на загрязнение (по крайней мере, городское) разделяют на 4 группы:
– виды, проявляющие максимальную чувствительность к антропогенному загрязнению (грибы-эпифиты, фитопатогенные грибы, грибы, развивающиеся на разлагающихся в почве растительных остатках);
– виды эвритопных микромицетов, доля которых в городском почвенном сообществе поддерживается на относительно постоянном уровне вне зависимости от степени загрязнения;
Таким образом, изменение состояния почвы сопровождается выраженными изменениями структуры ее микроценоза. Наиболее перспективными биондикаторами в настоящее время считаются микроскопические грибы Penicillium и Aspergillus, практически отсутствующие в незагрязненных почвах, но доминирующие в сообществе в условиях урбанизированных территорий или при загрязнении почвы нефтепродуктами.
3 Характеристика состояния почвы с помощью животных
Основным требованиям, предъявляемым к видам-биоиндикаторам, в высокой степени удовлетворяют обитающие в почве беспозвоночные животные, которые составляют 90—99% биомассы и 95% видового состава наземных биоценозов. С использованием беспозвоночных можно оценивать влияние пестицидов, минеральных удобрений, агротехники на почвенные экосистемы. На урбанизированных территориях почвенные беспозвоночные могут служить источником информации о концентрации в почве тяжелых металлов, радионуклидов и других поллютантов, а также об изменении водного режима почв в результате мелиоративных мероприятий.
Ценность почвенных беспозвоночных как биоиндикаторов повышают их следующие особенности:
– высокая численность во всех биотопах;
– оседлый образ жизни;
– аккумуляция в клетках и тканях некоторых химических элементов;
– широкий ареал распространения;
Таким образом, потенциальными биоиндикаторами состояния почв могут быть беспозвоночных животные, обитающие в почве на том или ином этапе жизненного цикла, мышевидные грызуны, а также земноводные и пресмыкающиеся. В то же время анализ публикаций в научных журналах позволяет заключить, что на практике наиболее часто для биоиндикации почвенного покрова используются беспозвоночные, обитающие в почве. Особое место в ряду почвенных биоиндикаторов занимают дождевые черви, так как в случае выраженного загрязнения происходит изменение не только их численности и видовой структуры, но и изменение поведенческих реакций. Кроме того информативным методов биоиндикации является оценка видовой структуры комплекса почвенных беспозвоночных.
Биоиндикация – это оценка качества природной среды по состоянию ее биоты, то есть обитающих на данной территории живых организмов. Методы биоиндикации обладают рядом преимуществ перед классическими методами физико-химического анализа и в настоящее время являются неотъемлемым компонентом системы экологического мониторинга. Традиционные химические методы позволяют определить концентрацию (и превышение ПДК) для одного или нескольких конкретных загрязнителей, тогда как биоиндикация позволяет получать комплексную информацию об изменении состояния окружающей среды (в том числе с учетом взаимодействия нескольких негативных факторов).
Все методы биоиндикации основаны на использовании так называемых видов-индикаторов, представители которых наиболее чувствительны к изменениям окружающей среды. К настоящему времени разработано и успешно апробировано большое число методов биоиндикации, которые проводятся с использованием разных организмов и на разных уровнях организации живых систем. Чаще всего при оценке состояния среды с помощью биоиндикации учитывают численность и видовое разнообразие биотических сообществ, изменения внешнего вида и функционирования живых организмов или же накопление в тканях живых организмов тех или иных химических соединений.
Методы биоиндикации находят широкое применение для оценки состояния почв, при этом используются разнообразные виды-индикаторы, относящиеся к разным царствам живой природы (растения, животные, грибы, бактерии). Неоднократно показано, что изменение состояния почвы сопровождается выраженными изменениями структуры ее микроценоза (бактерии и микроскопические грибы), зооценоза и фитоценоза. При использовании растений-биоиндикаторов оценивают состояние их листьев или прорастание семян, а также изменения видовой структуры растительного сообщества. Спектр растений-биоиндикаторов очень широк и включает как травянистые, так и древесные растения. Наиболее перспективными биондикаторами в составе почвенного микроценоза в настоящее время считают не столько бактерии, сколько микроскопические грибы Penicillium и Aspergillus, практически отсутствующие в незагрязненных почвах, но доминирующие в сообществе в условиях урбанизированных территорий или при загрязнении почвы нефтепродуктами. Не менее часто для биоиндикации состояния почвенного покрова используются беспозвоночные животные, обитающие в почве, среди которых особое место занимают дождевые черви. Кроме того информативным методов биоиндикации является оценка видовой структуры комплекса почвенных беспозвоночных.
В целом можно заключить, что разработанные к настоящему времени методы биоиндикации состояния почв позволяют получать комплексную достоверную информацию о состоянии почвенных экосистем и широко используются для планирования и контроля антропогенной нагрузки на территории, а также для оценки методов эффективности рекультивации территорий. В то же время необходимо учитывать, что главными факторами, определяющими эффективность использования биоиндикации, является адекватный выбор организмов-индикаторов, а также систематичность наблюдений (взятия проб). В связи с этим многие авторы считают необходимость широкого внедрения многоуровневой биоиндикации, которая объединяла бы оперативные, краткосрочные (сезонно-годовые) и многолетние исследования. При выборе организма-индикатора необходимо учитывать особенности почв и преобладающие виды загрязнений на исследуемой территории. В частности, изменение структуры сообществ живых организмов под действием антропогенного давления может в определенной степени зависеть от типа почвы, что делает необходимым дальнейшие исследования в данном направлении.
Федеральный закон № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды». Статья 63. Единая система государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) (введена Федеральным законом № 331-ФЗ).
Гудимов А. , Матишов Г. , Бурдыгин А. , Свитина В. Многоуровневая биоиндикация – основа современной технологии биомониторинга // Морские исследования и образование. Труды VI Международной научно-практической конференции. – М. :ООО «ПолиПРЕСС», 2017. – С. 570-574.
Долгин М. , Мелехина Е. , Колесникова А. , Конакова Т. , Кудрин А. , Таскаева А. Исследования почвенных беспозвоночных как биоиндикаторов состояния окружающей среды на европейском Северо-Востоке России // Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем. Материалы XV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Киров: Изд-во Вятского государственного университета, 2017. – С. 317-320.
Домрачева Л. , Скугорева С. , Кутявина Т. , Симакова В. , Люкина А. Микроорганизмы в биоиндикации городских почв // Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем. Материалы XVI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Киров: Изд-во Вятского государственного университета, 2018. – С. 211-215.
Донерьян Л. , Водянова М. , Тарасова Ж. Микроскопические почвенные грибы – организмы-биоиндикаторы нефтезагрязненных почв // Гигиена и санитария. – 2016. – Т. – № 9. – С. 891-894.
Ефремова С. , Шарков Т. , Лукьянец О. Экологический мониторинг загрязнения почв // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. Белинского. – 2011. – № 25. – С. 568-571.
Заикина В. , Околелова А. , Лапченков А. Показатели биоиндикации светло-каштановых и аллювиальных почв // Почвы в биосфере. Сборник материалов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 50-летию Института почвоведения и агрохимии СО РАН. – Томск: Изд-во Национального исследовательского Томского государственного университета, 2018. – С. 238-242.
Казеев К. , Колесников С. , Акименко Ю. , Даденко Е. Методы биодиагностики наземных экосистем: монография. – Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2016. – 356 с.
Козлов К. , Карташев А. Изменение численности и поведенческих реакций дождевых червей Lumbricus rubellus Hoffmeister в условиях загрязнения почв нефтью // Сибирский экологический журнал. – 2004. – Т. – № 4. – С. 463-466.
Криволуцкий Д. Почвенная фауна в экологическом контроле: монография. – М. : Наука, 1994. – 268 с.
Крупская Л. , Саксин Б. , Бондаренко Е. , Ершова Е. , Бабурин А. Биоиндикация загрязнения экосистем в зоне влияния золотодобычи на юге Дальнего Востока // Исследовано в России. – 2004. – Т. – С. 1923-1942.
Наблюдение рек. Пособие для общественного экологического мониторинга. – СПб: Коалиция Чистая Балтика, 2015. – 32 с.
Назаренко Н. , Корецкая И. , Свистова И. Биоиндикация почвы транспортных зон г. Воронежа // Вестник ВГУ, серия: География, Геоэкология. – 2015. – №1. – С. 46-50.
Опекунова М. Биоиндикация загрязнений: учебное пособие. – СПб: Изд-во Санкт-Петербургского государственного университета, 2016. – 300 с.
Петрунина Н. , Ермаков В. Современные аспекты геохимической экологии растений // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. – 2006. – № 1. – С. 147-155.
Попович В. Биоиндикация техногенных эдафотопов свалок с помощью изучения жизнедеятельности Lumbricusterrestris // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. – 2016. – Т. – № 2. – С. 64-78.
Рассадина Е. Биоиндикация и ее место в системе мониторинга окружающей среды // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. – 2007. – С. 48-53.
Рассадина Е. Фитоиндикация состояния урбосистем // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. – 2010. – № 2. – С. 22-24.
Романова А. Методы биоиндикации в оценке экологического состояния водоемов // Вестник современных исследований. – 2016. – № 3-1. – С. 14-15.
Романова Е. , Игнаткин Д. , Романов В. , Любомирова В. , Мухитова М. Биоиндикация – составной компонент экологического мониторинга // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения. Материалы VII Международной научно-практической конференции. – Ульяновск, 2016. – С. 148-155.
Савинов А. , Никотин Ю. , Ерофеева Е. Биоиндикационный аспект изменчивости листьев Acernegundo L. при загрязнении городских почв тяжелыми металлами // Проблемы региональной экономики. – 2018. – № 5. – С. 45-47.
Савватеева О. , Мокрушина М. Биоиндикация по хвойным породам деревьев в городах (на примере г. Дубна Московской области) // В сборнике: Эколог – профессия будущего материалы Молодежного научного семинара. Под редакцией: Т. Галаниной, М. Баумгартэна. – 2014. – С. 101-107.
Турабаева Г. , Оспанова Г. , Бозшатаева Г. Результаты изучения муравьев в качестве биоиндикаторов почвы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 2. – С. 44-47.
Христофорова Н. , Емельянов А. , Ефимов А. Биоиндикация загрязнения прибрежно-морских вод о. Русского (залив Петра Великого, Японское море) тяжелыми металлами // Известия ТИНРО (Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра). – 2018. – Т. 192. – С. 157-158.
Чукаева Н. Некоторые аспекты использовани методик биоиндикации // Успехи современного естествознания. -2011. – № 8. – С. 78-79.
Характеристика супесчаных почв
Супесчаные почвы – это еще один из видов почв, которые являются благоприятными для выращивания культурных растений. В чем заключается характеристика земель такого типа?
Благодаря своей легкой структуре, такая земля отлично пропускает через себя воздух и воду. Стоит также отметить, что она хорошо удерживает влагу и некоторые минеральные вещества. Таким образом, супесчаные почвы могут обогатить этим все растущие в них растения.
Во время дождей или полива такая земля быстро поглощает воду и не образует на своей поверхности корку.
Супесчаные почвы быстро прогреваются. Таким образом, уже ранней весной их можно использовать как грунт для посадки семян или высадки черенков.
Для того чтобы ваша земля стала более плодородной, рекомендуется вносить в нее торф. Он поможет улучшить структуру данного грунта. Что касается питательных веществ, то для обогащения ими земли необходимо добавлять в нее компост или же навоз. Это нужно делать часто. Как правило, дачники подливают подготовленный и разбавленный с водой гумус на корни растений, что обеспечивает быстрый рост и обогащение минеральными и питательными веществами.