Адаптація рослин до умов техногенно забрудненого середовища

3.2 Адаптація рослин до умов техногенно забрудненого середовища

Здатність рослин пристосовуватись до зміни умов середовища Д.М.Гродзинський розглядав як прояв форм надійності, а А.А. Жиренко – як реалізацію їх адаптивного потенціалу. Приуроченість рослин до певного місцезростання привела в ході еволюції до створення різних видів вищих рослин, які відрізняються хімізмом обміну речовин. Ці біохімічні відмінності, біологічні особливості росту та розвитку, а також анатомо-морфологічні відмінності в будові асимілятивних органів рослин і визначають, на погляд Л.П. Красинського, видові відмінності в газостійкості, яка в першу чергу визначається їх фізіолого-біохімічними особливостями.

В світлі положень надійності біологічних систем, сформульованої Д.М.Гродзинським, в стійкості рослин до дії викидів промислових підприємств першорядне значення повинні мати механізми, які забезпечують автономний захист кожного органа та окремої його клітини від несподівано або швидко поступаючих, різноманітних за хімічним складом синтетичних речовин.

У відповідь на дію екстремальних факторів природного середовища в клітинах рослин синтезуються не тільки специфічні адаптогени та стрес протектори, але й при досягненні певного рівня напруги фактору і токсичні речовини.

Техногенне забруднення навколишнього середовища різними хімічними речовинами є для рослин не стільки якісно новим, скільки кількісно вагомим фактором, тобто суттєво перевищує можливості механізмів стійкості. Надходження в надземні органи рослин токсичних синтетичних речовин як за об’ємом, так і за часом дії значно перевищує поглинання рослинами непотрібних речовин природного походження.

Інгредієнти техногенного забруднення середовища відносяться до не ресурсних факторів, дія яких на рослини може істотно лімітувати ефективність використання природних ресурсів, необхідних їй для нормального росту та розвитку. Зменшення біомаси, скорочення тривалості життя дерев’янистих рослин Ю.З. Кулагін розглядав як “вимушену плату” за адаптацію до умов техногенних екотопів. Фенотипічні модифікації рослин в екстремальних умовах техногенних екотопів можуть мати двоякі властивості: пов’язані з підвищенням функціональної значимості захисних механізмів цілої рослини та окремих її органів або з посиленням ефективності використання ресурсних факторів середовища.

Натурні дослідження в різних промислових регіонах показують, що трав’яні рослини більш пристосовані до росту в умовах забрудненого середовища. На відміну від деревних порід, повний індивідуальний розвиток деяких евритопних видів можливий в найбільш несприятливих умовах техногенних екотопів, наприклад, на територіях промислових виробництв, біля основних джерел емісій та токсичних відвалів гірничих кар’єрів.

Для деревних рослин адаптивні зміни пов’язані з формуванням малооб’ємних щільно зімкнутих слабопродувних кулястих або зонтичних крон. Формування щільнозімкнутих слабопродувних крон знижує вірогідність тотального пошкодження мутагенами асиміляційних органів та новоутворень як у вегетативній, так і в генеративній сферах. В екстремальних умовах природного та техногенно забрудненого середовища спостерігається мінімізація розмірів основного органа рослин – пагона. Формування вкорочених меживузль, зміна ауксибластів в брахіопласти – результат скорочення періоду активності росту рослин та прискорення елементарних етапів морфогенезу. Зниження темпів росту деревних рослин, які піддаються дії емісії промислових підприємств, пов’язано з перерозподілом речовино-енергетичних ресурсів між вегетативними та генеративними частинами рослин. Із-за постійної надмірної витрати ресурсів пластичних речовин на створення необхідних морфоструктур, повільне накопичення фітомаси в життєвій стратегії рослин техногенних екотопів значно скорочуються або повністю виключають репродуктивні фази розвитку.

Як реалізацію принципу „уникнення” критичних періодів, або ритмологічної поліваріантності, слід розглядати і скорочення строків вегетації у багатьох видів рослин в екстремальних умовах техногенних екотопів. Цей зсув у фенологічному стані рослин досягається за рахунок передчасного опадання листя. Скорочення строків вегетації і, відповідно, збільшення біль безпечного у відношенні впливу полютантів періоду органічного та вимушеного спокою Ю.З. Кулагін розглядів як прояв „анаболітичної форми зимостійкості” в адаптивній стратегії виду.

Порівнюючи способи захисту цілісності онтогенезу рослин в екстремальних умовах природного та техногенного забрудненого середовища Ю.З. Кулагін відмічав високу ступінь їх ідентичності у фенологічному прояві, що може свідчити про генетичну предвизначеність загальних реакцій рослин на пошкоджуючий вплив полютантів та стресову дію природних факторів, в межах видової адаптивної норми. Звісно, що платою за виживання рослин в найбільш жорстких умовах техногенних екотопів є значне зниження цінності їх господарських та декоративних якостей [9].

3.3 Фітоіндикація, її роль в оцінці довкілля

Індикаторні рослини можуть використовуватись як для виявлення окремих забруднювачів повітря. Так і для оцінки загального стану природного середовища. Фітотоксична дія атмосферних забруднювачів виявляється шляхом спостереження за дикорослими та культурними рослинами. Моніторинг може здійснюватись шляхом спостереження рослинних угруповань фітоценозів. За допомогою моніторингу на рівні виду звичайно проводять специфічну індикацію якогось одного забруднювача, а на рівні фітоценозів – загального стану природного середовища.

Як на рівні виду, так і на рівні фітоценозів про стан природного середовища можливо робити висновки по показникам продуктивності рослин. Деякі анатомо-морфологічні та фізіолого-біохімічні признаки рослин також можуть служити критерієм кількості поглинутого рослинами токсиканта [10].

Урбогенні градієнти середовища, які розрізняють на території міст за їх едафічними та кліматичними характеристиками, а також за станом забруднення абіотичного і біотичного довкілля, вимагають трудомістких і дорогах інструментальних досліджень. Крім того, вони не можуть водночас дати комплексної оцінки стану середовища. Для диференціації комплексних урбогенних градієнтів середовища використовують п'ять рівнів річної індикації: фізіолого-біохімічний (клітинний), анатомо-морфологічний (організмовий), популяційний, ценотичний і біогеоценотичний.

Комплексний урбогенний градієнт середовища (КУГС), як відомо. проявляє себе в міру пересування від периферії до центру зумовлює стан біоценотичного покриву міста і його приміської зони, творячи екокліни або еколого-фітоценотичні пояси. Біологічне індексування дає змогу встановити реакцію різних організмів та вплив КУГС в цих екоклінах.

Клітинний рівень реакції рослин на вплив КГУС проявляється передусім у зростанні напруженості водного режиму. Наприклад, на початку серпня всмоктуюча сила листя липи крупнолистої, кінського каштана й ялини колючої (цей показник є мірилом активності води в клітинах листових пластинок) в умовах Львова значно вища (на 7-8 атм.), ніж у заміських насадженнях. Проте в кінці вегетаційного періоду всмоктувальна сила у міських видів різко зменшується і листя поступово починає всихати і відпадати. Першою із ознак відчутного впливу КУГС у ІІІ ; ЕФП є зменшення хлорофілів і каротиноїдів.

Організмовий рівень. Індексування стану міського середовища і , зокрема, дії КУГС в різних ЕФП можна вести шляхом оцінки анатомо-морлогічних змін. Наприклад, вплив КУГС у III і IV ЕФП проявляється у ксероморфіамі листової пластинки дерев і чагарників, її зменшенні і потовщенні. Одночасно змінюється структура, форма і розміри крони. Внаслідок зменшення розмірів і кількості листя крона стає ажурнішою. Змінюються й інші морфологічні показники: знижується лінійний приріст пагонів поточного року, прирости у висоту і за діаметром, зменшується розмір генеративних органів, скорочується тривалість вегетаційного періоду, падає життєвість рослин. Такий підхід дає змогу визначити три основні групи деревних рослин (найстійкіші, середньої і низької стійкості до дії КУГС) та виробити рекомендації щодо їх вирощування у відповідних еколого-фітоценотичних поясах(ЕФП).

Флористико-фауністичний рівень. Від периферії до центру міста, а отже, від І до IV ЕФП зменшується флористичне та фауністичне різноманіття біоти. Ліхеноіндикація, за допомогою якої вдалося встановити рівень збіднення видового складу лишайників, появу нових для місцевих ценозів токситолерантних видів, а також зникнення специфічних рис покриву епіфітних лишайників, дає можливість не лише диференціювати КУГС всередині міст і приміських зон, але й проградуювати стан цілих міських екосистем, виділивши, наприклад, "чисте" місто Тернопіль, "середньої чистоти" Івано-Франківськ, Луцьк, Рівне і "брудне" — місто Львів.

Ценопопуляційний рівень. Можна простежити, як з І по ІІІ ЕФП рвуться ценопопуляційні зв'язки. Наприклад, у III ЕФП лісові ценопопуляцїї практично не трапляються, а в IV їх існування повністю залежить від господарської діяльності. В більшості парків, створених на місці грабово-букових та грабово-дубових лісів, не знаходимо таких характерних індикаторів як осока волосиста, копитняк, печіночниця, конвалія, барвінок. Однак, бачимо, як рясно розвиваються антропогенні ценопопуляції бальзаміну, яглиці, гравілату міського.

Фітоценотичний рівень. Прослідковується спрощення структури фітоценозів: видової, просторової (вертикальної і горизонтальної), екологічної, характеру рясності видів і проективного вкриття.

Біоценотичний рівень. Спостерігається при пересуванні від І до IV ЕФП порушення трофічної структури біоценозів, що проявляються передусім у зменшенні гетеротрофів другого порядку, а також деструкторів.

Фітоіндикація урбогенного середовища як метод порівняльної екології вимагає подальшого розвитку, зокрема пошуку кількісних тестованих оцінок, поєднання усіх рівнів досліджень - від клітинного до біогеоценотичного рівнів [12].

В зоні забруднення повітря сірчистим газом рослини інтенсивно накопичують у своїх тканинах сірку. Звичайно чим більший склад цього елементу в рослинах, тим сильніше виявляється пошкоджене листя. Спочатку на них виникають опіки, потім листові пластинки зморщуються, відмирають та опадають. В рослинах, піддавались впливу двоокису сірки, різко попадає вміст хлорофілу, суттєво порушується структура хлоропластів. Все це відбивається на інтенсивності фотосинтезу, вона різко ослаблюється, що в свою чергу гальмує ріст рослин, знижує врожайність, послаблює стійкість рослин до збудників хвороб. Рослини, у яких реакція на сірчистий газ проявляється різко та чітко, можна використовувати як індикатори цього токсиканта. Таким індикатором можуть бути епіфітні лишайники, які потребують дуже чистого повітря і найменше забруднення атмосфери, яке не впливає на більшість вищих рослин, викликає їх масову гибель. Хвойні пороти теж страждають від сірчистого газу, під дією якого хвоя сосни в зонах сильного забруднення набуває темно-червоного кольору, який розповсюджується від основи голок, до їх гострого кінця, а потім голки відмирають і опадають. Дуже високою чутливістю до сірчистого газу володіє злак тонконіг однорічний (Poa annua L.).

Фтор також дуже шкідливий для рослин. Рослинні клітини реагують на нього відразу ж після його проникнення у тканини. Перш за все на рослинах з’являється хлороз, який супроводжується відмиранням листя (цитрусові, хвойні, рис, коліус, яблуня, груша). При індикації забрудненості атмосфери фтором використовують особливо чутливі до фтору рослини: цибулю, гладіолуси, ялину, квасолю, сорго, сосну. Ці рослини страждають вже при концентрації фтористого водню порядку 0,5 мкг/м³. найбільш характерний признак пошкодження хвойних порід – побіління, а потім потемніння кінців голок [4].

Більш ніж 40 хімічних елементів таблиці Менделєєва відносяться до важких металів. З точки зору забруднення оточуючого середовища, в основному ґрунтів, здатності накопичуватись в харчових продуктах та токсичності найбільше значення мають Hg, Pb, Cd, Sn, Va, Zn, Sb, Cu, Ni, Mo, As і Co. Для індикації забрудненості атмосфери важкими металами використовуються нижчі рослини, сфагнові мохи, лишайники. Під впливом надлишку деяких елементів в природному середовищі змінюється забарвлення листя, квітів, плодів та інших органів вищих рослин [8].

Найбільш часто при надлишку того чи іншого елементу виникає явище хлорозу – втрата зеленого забарвлення, яке супроводжується пожовтіння, а іноді навіть побілінням листя. До виникнення таких хлорозів призводить надлишок в ґрунті сполук алюмінію, марганцю, міді. Надлишок рухливого цирконію приводить до омертвіння тканин листка, при цьому між омертвілими ділянками можуть зберігатися зелені зони. Розповсюдження хлорозу від верхівки листка до основи викликане перенасиченням ґрунту цинком.

В деяких випадках явище хлорозу супроводжується не пожовтінням, а почервонінням листя. Характерні зміни спостерігаються у смілки, яка поглинула багато свинцю, її листя та стебло стають темно-червоними. А почорніння хвої сосни в ряді випадків може вказувати на підвищений вміст в ґрунті та підстилаючій породі палатини.

В результаті насичення тим чи іншим хімічним експериментом змінюється також забарвлення квітів. Під дією йоду починають переважати жовто-червоні відтінки. У випадку збільшення у ґрунті марганцю квіти ряду рослин набувають невластиву їм жовто-червону гаму, а гвоздики та айстри – темно-пурпурової. Пелюстки троянд під дією міді із рожевих та жовтих перетворюються в голубі або навіть червоні. Присутність у ґрунті високих доз нікелю приводить до того, що у сон-трави оцвітина змінює колір з фіолетового на білий.

Специфічний вплив підкислення ґрунтів на рослини (кислотні дощі) позначається на кислоточутливих видах; забруднення ґрунту пилюкою, яка містить важкі метали – на рослинах з високою чутливістю до підвищеного вмісту цих елементів; шкода, яка наноситься дією сольового стресу позначається на фізіолого-біохімічних реакціях як солечутливих глікофітів, так і більш або менш солестійких галофітів.

Зміна хімічних параметрів ґрунту відображується через короткий або тривалий період на рості та продуктивності окремих видів, їх популяцій, або призводить до більш або менш сильним порушенням структури фітоценозів і навіть до розвитку сукцесій. Консументи та деструктори часто відчувають при цьому побічний вплив в результаті змін структури фітоценозів, кількісних або якісних змін в доступності їжі. Це в свою чергу відображується на їх активності та чисельності [5].

Отже, проблема захисту природного середовища в нинішній час носить глобальний характер. Важливим етапом на шляху оздоровлення природного середовища стає розробка методів моніторингу, які направлені на виявлення, ідентифікацію та визначення концентрації токсичних речовин. Дуже важливий елемент при цьому – рослини, які дуже чутливо реагують на стан атмосфери та гідросфери.

РОЗДІЛ 4 КРИПТОІНДИФІКАЦІЙНА ОЦІНКА СЕРЕДОВИЩА

Атмосферне повітря сучасних міст містить десятки різних забруднювачів, як газових, так і завислих. Більшість з них отруйна для людини. Тому в містах організовані системи для спостереження за забруднювачами і їх вимірювання

В різних пунктах міст встановлені прилади які інформувати про кількість забруднювачів у певний час і в динаміці. В основному інструментальні аерохімічні вимірювання характеризують стан на даний момент уривчасто(якщо мережа спостережних пунктів недостатньо густа).

Така інструментальна реєстрація може бути доповнена біоіндикаторними (ліхено-, бріо-, фітоіндикаційними) методами визначення ступеня забрудненості (чистоти) атмосферного повітря. Ці методи мають кілька позитивних якостей: 1) дешеві і потребують порівняно мало часу; 2) фітоіндикаційні дані відбивають багаторічний середній стан атмосферного середовища; 3) при повторних дослідженнях (картування) фітоіндикація дає уяву про динаміку ступеня забрудненості міста й інших населених пунктів.

Концепція фітоіндикації заснована на адекватному відбитті живим організмом умов середовища, в яких він розвивається і на зміну яких відповідним чином реагує. Спорові рослини, насамперед лишайники та мохи, як організми найбільш безпосередньо залежні від факторів оточуючого середовища, з особливим успіхом можуть бути використані в якості фітоіндикаторів забруднення природного середовища На відміну від інших рослин вони відрізняються більшою стійкістю до таких факторів, як високі і низькі температури, відсутність води, короткий вегетаційний період. Для лишайників і мохів характерне повсюдне поширення, довга тривалість життя, а також підвищена чутливість до різних забруднень повітря, що пояснюється особливостями будови і процесів життєдіяльності цих спорових рослин.

Різні види лишайників володіють неоднаковою стійкістю до забруднень і тому можуть служити добрими індикаторами ступеня забруднення повітря Переконливо доведено, що епіфітні лишайники і мохоподібні є більш тонкими індикаторами якості повітря, ніж епілітні епігейні види.

Розглянемо угруповання епіфітних лишайників як транзитні екосистеми, в які речовини надходять і з яких виходять переважно низхідними гідрогеохімічними потоками.

Серед епіфітних лишайнків найбільш чутливими до зміни гідрохімічних умов є кущисті лишайники, які мають найменший контакт з субстратом, низьку буферність середовища і пристосовані до найбільш низьких концентрацій шкідливих речовин у водному середовищі. Листкові лишайники в тих самих умовам толерантніші, за кущисті а найтолерантнішими є накипні лишайники, які мають контакт з субстратом, високу буферність середовища і порівняно добре постачання поживними речовинами.

Використання водоростей в ролі індикаторів забрудненості атмосферного повітря лише починається. З'ясовано, що аерофільні епіфітні водорості (наприклад, Pleurococus vulgaris, Clorococus Нитісоlа, Stichococus bacilleus та ін.) є більш токситолерантними порівняно з лишайниками і мохами. Вони часто ростуть у зоні лишайникової „пустелі”, тобто там, де відсутні лишайники. Ця властивість водоростей дає змогу розширити амплітуду криптоіндикаційних досліджень і використовувати їх в якості індикаторів в умовах сильного забруднення, де інші організми не розвиваються. За даними англійських дослідників, найпоширеніший аерофільний вид Pleucocus viridis. трапляється навіть в умовах з концентрацією SО2, понад 170 мкг/м³.

За останні 50 років, упродовж яких все більше активізується і розширюється використання нижчих рослин, особливо лишайників і мохів, в ролі індикаторів ступеня забрудненості атмосферного повітря, суттєво збагатився набір криптоіндикащйних методів. Якщо перші десятиріччя (20-ті-40-ві роки) головним методом було зональне картування поширення окремих видів лишайників у містах та їх околицях, то в 50-ті роки та пізніше з'явилося багато інших методів. Опубліковано ряд оглядових праць, присвячених теорії та практиці біологічної індикації за допомогою лишайників.

Оскільки всі згадані методи базуються на представленні даних у вигляді карт або картосхем, а також у зв'язку з тим, що при екологічній індикації найбільший інтерес являє просторовий розподіл явищ і розглянемо криптоіндикаційні методи з позиції можливості поданні результатів як криптоіндикаційних карт. За даними естонського вченого Ю.Л. Мартіна, на сьогодні за результатами ліхеноіндикаційних досліджень закартовано близько 200 міст і промислових районів у Західній пі, Японії, Новій Зеландії, Північній та Південній Америці, країнах колишнього Радянського Союзу. Тому зараз, як вважає автор, можна скласти цілий атлас або принаймні об'ємний каталог.

Картосхема, є практичним виходом індикаційних робіт, і особливо чіткого оформлення, точності, оскільки ця форма результатів передбачена головним чином для неспеціалістів в області ліхенології й екології.

На велику різноманітність карт і великі можливості їх складання й оформлення, розрізняють декілька типів карт і картосхем, і мають в основі однакові вихідні дані й однакову інформацію.

Перший тип карт відбиває відсутність або присутність видів на території, яка вивчається, причому відсутність виду несе таку інформацію як і його присутність (негативна і позитивна інформація). Подібні карти в принципі в принципі нічим не відрізняються від тих, що використовуються при флористичних і фітогеографічних дослідженнях. Детальність карти залежить від масштабу основи Такі карти поділяються на точкові, які відбивають конкретні місцезнаходження, і контурні, які дають інформацію про наявність певного виду на прийнятій одиниці площі.

Ці два типи карт за змістом дають якісну характеристику поширення виду. Іншими словами ця група карт відбиває якісні флористичні дослідження, пов'язані з описом поширення окремих видів під впливом промислових викидів і в умовах міських агломерацій. Об'єктами цієї групи криптоіндикаційних методів (флористично-аутекологічних методів, за Трассом, 1982) є вид, його популяція, певні групи і повні списки видів певних місцезростань, субстратів, територій.

Другу групу становлять ті карти, які дають і деяку кількісну інформацію про поширення виду, тобто для кожного місцезростання подані характеристики виду: покриття, трапляння, життєвість, плодоношення тощо.

Метод визначення проективного вкриття певної площі, наприклад, половини стовбура дерева певним видом, може бути використаний, особливо у районах із сильним забрудненням повітря, де трапляються лише окремі найбільш токситолерантні епіфіти (наприклад, лишайники Іесапоrа сопіzaaeoes або І. vаrіа). Перевагою даного методу є відсутність в ньому суб'єктивних оцінок, проте він потребує доброї спеціальної підготовки, відносно дорогої техніки фотографування.

До третьої групи належать карти, які відбивають кількість видів лишайників. Цей показник можна розрахувати на окремий стовбур дерева або як середнє на прийняту кількість форофітів (дерев одного , того ж виду і віку які зростають в однакових умовах), або ж як середню кількість виді лишайників на певній площі, що є одиницею картування. Звичайно, на карту наносять кількість епіфітннх видів, які трапляються на 1 км² кожної досліджуваної ділянки. Наприклад, було показано, що кількість видів лишайників зростає зі збільшенням відстані від центра міста.

Це явище надалі отримало назву міського ефекту.

У всіх зазначених випадках можливі різновиди карт, які відбивають кореляцію характеру поширення видів з показниками забруднення повітря на даній території.

Складання карт криптограмної рослинності входить в комплекс екологічних і геоботанічних досліджень. Подібні роботи можливі лише при достатній вивченості певного регіону. Наявність на території Великобританії радіації S0₂ у повітрі дало змогу вченим Хоксворту та Роузу зіставити результати вивчення лишайникових угруповань з показниками приладів. На основі карти Джільберта, складеної на підставі вивчення лишайникових угруповань і корелюючої із середньорічними рівнями вмісту SO₂, в цих зонах отримано 10-бальну індикаційну шкалу (шкала оцінки забруднення повітря SO₂ за допомогою вивчення угруповань епіфітних лишайників). Фітоіндикаційні шкали для визначення середньорічного вмісту SO у повітрі за показаннями епіфітних лишайникових угруповань мають добру достовірність в області значень забруднювача від ЗО до 170 мкг/м³ повітря.

Краща кореляція існує між величиною значень зимових концентрацій. У районах Західної Європи, де зимові значення вмісту SO₂ перевищують 170 мкг/м³, епіфітні лишайники відсутні. Необхідно брати до уваги, що застосування фітоіндикаційних шкал обмежене в основному районами, для яких вони розроблені. Тому в межах України використовувати ці шкали неможливо. Причому клімат Британських островів більш вологий і достатньо малих доз SO₂ для загибелі лишайників. У більш континентальних районах така концентрація, мабуть, буде вищою.

Згідно з ЮЛ. Мартіном (1984), серед карт рослинності можна виділити, принаймні, три категорії.

1.         Дрібномасштабні карти. Таких карт опубліковано небагато. Хокворт і Роуз (1970) склали карту, яка відбиває забруднення в Англії та Уельсі на основі епіфітних лишайників. Рао і Леблан (1967) подали карту, яка відбиває порушену рослинність бореальних лісів у Вейво, Онтаріо (Канада). До цієї групи карт також належить карта Баркмана (1958), яка висвітлює генералізовану картину поширення епіфітних пустель навколо міських агломерацій і промислових центрів у Голландії.

2.         Середньомасштабні карти. Із карт, які належать до цієї категорії, заслуговує на увагу робота Джільберта (1965), де показана лишайникова пустеля с Тюн Веллі в Англії. Подібну карту підготував і Домроз (1965)для індустріального району Рейн-Вестфалія, яка грунтується на ступені покриття лишайникових угруповань.

3.         Крутомасштабні карти. Правильно було б називати їх схемами картосхемами. Ці карти дають загальну картину зон епіфітної рослинності всередині і навколо міст та індустріальних центрі. Таких карт багато, мабуть, більша частина індикаційних карт (для Осло, Стокгольма, Хедьсіню, Цюріха, Дебрецена, Кракова, Монреаля, різних міст у Румунії, Будапешта). Безліч індикаційних карт, виконаних у багатьох країнах, ґрунтується на різних індексах, тобто на синтетичних показниках, які кількісно передають властивості лишайникових угруповань.

На цих картах не відбиваються якісні властивості угруповань, що вивчаються, і інформацію для створення ієрархії картуючих одиниць служать інтегральні кількісні показники. Мова, йде головним чином, про два найбільш поширені індекси та їх модифікації:

А) І.Р. - індекс політолерантності Трасса (1968), який має такий вигляд:

І.Р.=

де п - кількість видів у синузії; а_і - ступінь політолерантності виду (екологічний індекс); с_і - покриття виду; С_і - сумарне покриття видів, що утворюють синузію.

У формулі Трасса показники (класи) толерантності видів (а_і) можуть мати значення від 1 до 10 і визначаються за результатами польових спотережень для кожного виду; покриття виду (с_і) визначається за 10-6альною шкалою: 1 — покриття становить 1-3%; 2 - 3 5%; 3 - 5-10%; 4 - 10-20%; 5 - 20-30%; 6 - 30-40%; 7 - 40-50%; 8 - 50-60%; 9 - 60-80%; 10 - 80-100% площі квадрата (наводиться візуально або за допомогою сітки квадрата 20x20см).

Класом політолерантності (а_і) даного виду вважають той, де вид найбільш часто спостерігся і має найвище покриття і життєздатність. Таких класів 10: від 1-го (природні ландшафти без антропогенного впливу) до 10-го (міські та індустріальні ландшафти з дуже сильним антропогенним впливом). Для того, щоб встановити місцеву незалежність виду до класу політолерантності , всі його місцезнаходження розподіляють за типами місцезростань, вимальовується крива локальної "поведінки" виду на узагальненій трансекті і в чистих до забруднених місцезростань. Така методика визначення класу політолерантності виду має, звичайно, деякі недоліки. Результати її застосування залежать від кількості матеріалу, від суб’єктивності визначення типів місцезростань, в яких були зібрані або описані зразки даного виду, від трапляння виду на території (рідкий чи звичайний).

Б) І.А.П. – індекс чистоти атмосфери де Слувера і Леблана, який математично є сумою добутків комбінованого показника трапляння-екологічного покриття й екологічного індексу, який відбиває чутливість до забрудненого повітря кожного з видів, що складають угрупування. Індекс чистоти має такий вигляд:

І.А.П.=

де Q- екологічний індекс кожного виду (ступень стійкості до забруднення); f_і - комбінований показник частоти трапляння-покритгя кожного виду; n — кількість видів, які зростають у даному районі.

Екологічний індекс (Q) оцінюється від 1 до 30 і визначається за середнім значенням кількості видів, які траплялись в досліджуваному місце, зростанні; f - комбінований показник трапляння-покриття може мати значення від 1 до 5 і визначається візуально.

Недоліком цієї типології є деяка розпливчастість. У чистому вигляді вказані комбінації видів, безперечно, трапляються рідко (крім перших трьох), і досліднику необхідно визначати належність своїх описів до двох-трьох класів через всілякі переходи між класами, звідси і можливості суттєвих помилок. У методиці Трасса значення і ступінь політолерантносгі видів залишаються проблематичними, якщо дослідження здійснюються в новій області (по відношенню до тієї, де було проведене визначення політолерантносгі видів раніше).

Для складання екологічних рядів витривалості типологій політолерантносгі, чутливості або сенсибільності видів лишайників спочатку використовувались дані візуальних спостережень за видами на різних відстанях від джерела забруднення, обробляли ценологічні описи (зведені таблиці), пізніше здійснювали статистичні обробки і, нарешті, дані експериментальних досліджень про витривалість різних видів відносно до концентрації певних забруднюючих речовин (сірчистого ангідриду, фтору, озону).

Проте, оскільки точні експериментальні аналізи до останнього часу стосувались лише незначної кількості видів, головним методом залишається спостереження за поведінкою видів у полі, в природних умовах, табелярна обробка зібраних даних і показ у вигляді кривих їх „поведінки” на екологічному трансекті (градієнті) з віддаленням від джерела забруднення - центру міста, промислового підприємства [12].

РОЗДІЛ 5 ЛІХЕНОІНДИКАЦІЯ

Один з ведучих ліхенологів, X. Трас, розділив методи ліхеноіндикації (тобто індикації за допомогою лишайників) на три групи. На перше місце він поставив методи, що дозволяють вивчати зміни, що відбуваються в будівлі і життєвих функціях лишайників під впливом забруднення. Методи другої групи базуються на описі видів лишайників, що живуть у районах з різним ступенем забруднення атмосфери. Третя група включає методи вивчення цілих лишайникових співтовариств у забруднених районах і складання спеціальних карт. При використанні методів першої групи можна вибрати показовий вид лишайника, що досить легко відзивається на погіршення якості навколишнього середовища. Відмінний приклад такого індикаторного виду - гіпогімнія роздута, і багато ліхенологів використовують цей лишайник при проведенні своїх досліджень. Так, вивчаючи поширення викидів сталеливарних заводів у Північній Фінляндії, учені зібрали зі стовбурів дерев гіпогімнію роздуту, що виростала на різних відстанях від заводів. В міру наближення до джерела викидів сильно мінялися такі показники стану рослини, як кислотність клітинного соку, електропровідність, зміст хлорофілу, сірки і заліза в слань і ступінь пошкодження фотобіонта. До речі, за станом водорості в лишайнику легко спостерігати, користуючись флуоресцентним мікроскопом. Здорові клітки в синім або ультрафіолетовому світлі мають характерне червоне світіння. В міру руйнування кліток колір стає спочатку коричневим, потім жовтогарячим і потім білим.

Щоб визначити, наскільки швидко зміниться лишайник під впливом забруднення, користуються методом трансплантації, тобто пересадження рослини в забруднені райони. Уперше трансплантацію лишайників здійснив німецький учений Ф. Арнольд у 1892 році. Він переніс трохи надгрунтових видів цих рослин із сільської місцевості в місто Мюнхен. Дуже незабаром усі "переселенці" загинули. У 1959 році з Хібін у Ботанічний сад Тартуського університету привезли п'ять арктоальпійських лишайників. Вже в перші місяці перебування на новому місці лишайники сполотніли, їх апотеції утратили свій ошатний вид, ріст припинився. Через рік усі лишайники загинули. Довше інших протрималася нефрома арктична. Існує кілька способів трансплантації. Надґрунтові лишайники переносять разом із ґрунтом, вирізуючи ділянки розміром 20X20 або 50X50 див. Рунисті види можна переносити в спеціальних пластмасових горшках або підвішувати в сіточках. Епіфітні види переносять разом з гілками або шматочками кори, на яких вони росли. Для висікання дисків з кори користуються особливими бурами діаметром 4-6 см. У забрудненому районі кору і гілки з епіфітами прибивають на дерева тих же порід, що і дерева, з яких вони були вилучені, або на спеціальні дошки і стовпи. Через кілька тижнів або місяців лишайники досліджують і визначають ступінь їхньої пригніченості. Пересадження дає зведення про індивідуальну стійкість видів.

Стосовно забруднення повітря види лишайників можна розділити на три категорії: 1) низько чуттєві, зникаючі при перших симптомах забруднення; 2) середньочуттєві, що приходять на зміну загиблим чуттєвим видам, з якими вони не могли конкурувати, поки повітря було чистим; 3) самі витривалі, толерантні до забруднення.

Цікаві результати отримані ліхенологом В.В. Горшковими на Кольському півострові. Вивчаючи вплив сірчистого газу і поліметалевого пилу на лишайники, він проаналізував стан ліхенофлори соснових лісів на різних відстанях, від комбінату "Североникель". Для цього на стовбурах дерев відзначали ділянки площею 100 см², на яких підраховували кількість епіфітних лишайників і визначали їхній видовий склад. У фоновому районі, на відстані 60 км від комбінату, було виявлено 70 видів лишайників. Середнє сумарне покриття стовбурів дерев цими рослинами складало 11,2%, а кількість порожніх, не зайнятих ними площадок - 13% загального числа досліджених. У 30 км від комбінату середнє сумарне покриття зменшилося в п'ять разів, а кількість площадок без лишайників збільшилося в чотири рази. Тут виявилося всього 22 виду лишайників. У 15 км від джерела забруднення середнє сумарне покриття складало всього 0,01% значення, характерного для незабрудненого району, і 90% усіх досліджених площадок виявилося не зайняте лишайниками. Нарешті, у восьми кілометрах від комбінату знаходилася абсолютна "лишайникова пустеля".

Іноді стійкість лишайників до забруднення обумовлена зовнішніми умовами. Виявляється, що слань, що добре змочується, страждає від забруднення більше, ніж змочувана погано. Але іноді пояснення причини стійкості лишайника до забруднення потрібно шукати усередині самого лишайника. Важливу роль грає щільність корового шаруючи, проникність кліток, присутність деяких лишайникових речовин, що нейтралізують кислотні випадання. На основі індивідуальних особливостей лишайників були зроблені шкали, що дозволяють установити рівень забруднення конкретного району по наявності або відсутності в ньому визначених видів лишайників. Прикладом може служити шкала полеотолерантності епіфітів, тобто стійкості до міських умов. Цю шкалу склав X. Трас. Шкала включає десять класів. У 1-й, 2-й і 3-й класи входять лишайники, що живуть тільки в природних ландшафтах (у лісах, болотах, удалині від населених пунктів) і в слабко окультуреній місцевості (у лісових масивах поруч з населеними пунктами, лугах). У 4-й, 5-й і 6-й класи попадають лишайники, що більш-менш часто зустрічаються в помірковано окультуреному ландшафті (у селищах, малих містах, парках в околицях великих міст і на цвинтарях). Нарешті, класи 7, 8, 9 і 10 поєднують ті види лишайників, що поширені в сильно окультурених районах (у великих і середніх містах).

Іноді лишайникам допомагають вижити самі несподівані щасливі обставини. Так, краще виживають ті колонії, у розпорядженні яких більше живильних речовин. Замічено скупчення лишайників на краях міських дахів, де багато пташиного калу, а також на гниючих суках старих дерев. Важливим є і переважне в даному районі напрямок вітрів, що несуть згубні гази і пил.

Ліхенологічні карти дозволяють спостерігати за змінами, що відбуваються в стані повітря протягом 20-50 років. Ці методи вимагають не дуже значних витрат і з успіхом можуть доповнити, а іноді і замінити більш точні фізико-хімічні методи дослідження повітря, для яких необхідна дорога апаратура. Правда, для складання карт необхідно досить повно вивчити ліхенофлору в досліджуваному районі. Припустимо, потрібно скласти опис епіфітних лишайників у якому або парку. Для цього, рухаючи по алеї, описують ті лишайники, що ростуть по обох її сторонах на спробних площадках, на кожнім п'ятому (або третім або десятому) дереві. Спробна площадка обмежується на стовбурі дерев'яною рамкою, наприклад розміром 10Х10 см, що розділена усередині тонкими дротиками на квадратики по 1 см². Відзначають, які види лишайників зустрілися на ділянці, який відсоток загальної площі рамки займає кожен зростаючий там вид. Крім того, відзначають життєздатність кожного зразка: є чи в нього плодові тіла, здорова або хирлява слань. На кожнім дереві описують мінімум чотири спробні площадки: дві в підстави стовбура (з різних його сторін) і дві на висоті 1-1,5 м. У цілому по алеї виходить значне число описів, а по всьому парку - і того більше. Одні карти відбивають присутність якогось одного виду лишайників на даній території, інші подають додаткову інформацію про його достаток у різних крапках, на третіх позначене кількість видів лишайників, що виростають у зоні дослідження.

Ліхеноіндикація - один з найважливіших і корисних методів екологічного моніторингу. Однак цей метод не завжди застосовують. Справа в тім, що лишайники, як і будь-які живі організми, відчувають зміни навколишнього середовища. Тому в природі часто не можна установити конкретну причину тих або інших ушкоджень лишайників. Простий вплив температури або вологості може перекривати вплив забруднення, особливо якщо концентрація забруднюючих речовин невелика.

ВИСНОВКИ

1.         Біоіндикація - система оцінки стану навколишнього середовища за фізіологічними, морфологічними, екологічними змінами в ряди рослин-біоіндикаторів, які чутливо реагують на зміни факторів навколишнього середовища. Біоіндикаційні дослідження мають історію, яка своїми коренями сягає в глибину століть, коли пошук та вирощування якої-небудь рослини людина пов’язувала з певними екологічними умовами. Наукового рівня фітоіндикація почала набувати з розвитком геології, географії, ґрунтознавства, ботаніки, особливо з роботами А.Гумбольта, який зумів побачити суттєві закономірності, які зв’язують рослинний покрив та найважливіші екологічні фактори.

2.         Види рослині можуть слугувати фітоіндикаторами в міському середовищі, за їхніми різноманітними реакціями (анатомо-морфологічними та фізіологічними змінами, змінами у видовому стані екотопів та стані покриття, та ін.) можна визначити присутність у середовищі різних видів забруднюючих речовин. Для диференціації комплексних урбогенних градієнтів середовища використовують п'ять рівнів річної індикації: фізіолого-біохімічний (клітинний), анатомо-морфологічний (організмовий), популяційний, ценотичний і біогеоценотичний. Ці рівні фіто індикації разом дають уявлення про загальну картину забруднення міського середовища.

3.         Основну масу фітоіндикаційних досліджень складають криптоіндикаційні дослідження (проведення картування території, створення біоіндикаційних шкал та ін.). Індекс полі толерантності та індекс чистоти атмосфери - основні фітоіндикаційні показники, зміни яких характеризують забрудненість міського середовища.

4.         Ліхеноіндикація - один з найважливіших і корисних методів екологічного моніторингу.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.  Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1998. - 455с.

2.  Білявський Г.О. та інші. Основи екологічних знань: Навч. посібник. – К.: Либідь, 2003. – 336 с.

3.  Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. Пер. с нем. /Под ред. Р. Шуберта. - М.: Мир, 1988. - 348с.

4.  Викторов С.В., Ремезова Г.Л. Индикационная геоботаника. - М.: Изд-во МГУ, 1988. - 167с.

5.  Джигирей В.С. Екологія то охорона навколишнього середовища: Навч. посібник: Для студ. вузів. - К.: Знання, 2000. - 203с.

6.  Злобін Ю.А., Кочубей Н.В. Загальна екологія. Навчальний посібник. – С.: Університетська книга, 2003. – 414с.

7.  Экология города: учебник для студ. вузов под ред. Ф.В. Стольберга. - К.: Либра, 2000. - 464с.

8.  Козлов Ю.С. и др. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. - М.: “АГАР”, 2000. - 176с.

9.  Кормиков И.И. Адаптация растений к условиям техногенно загрязненной Среды. - К.: Наукова думка, 1996. - 238с.

10.Крапивин В.Ф. Проблемы мониторинга. - М.: Знание, 1991. - 64с.

11.Кучерявий В.П. Екологія. – Львів: Світ, 2001. – 500 с.

12.Кучерявий В.П. Урбоекологія. – Л.: Світ, 1999. – 346с.

13.Международная программа по биоиндикации антропогенного загрязнения природной среды /Е.В.Соколов, Д.А. Криволуцкий и др. //Экология, - 1990. - № 2. - 90-94с.

14.Мэнинг У. Дж., Фелер У.А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. - М.: Гидрометеоиздат, 1985. - 143с.

15.Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. - М.: Агенство “Фаир”, 1998. - 320с.