Мох мхи индикаторы среды. Архив материалов

Различные организмы по-разному реагируют на те или иные антропогенные воздействия, являясь их показателями. Следует отметить, что индикаторными свойствами обладают не только отдельные виды организмов, но и их сообщества в целом. Преимущество живых индикаторов состоит в том, что они суммируют биологически важные данные об окружающей среде и отражают её состояние в целом, делают необязательным применение дорогостоящих трудоёмких физических и химических методов для измерения отдельных биологических параметров. Живые организмы реагируют на кратковременные и залповые выбросы токсикантов, которые может не зарегистрировать автоматизированная система контроля. Они отражают скорость происходящих в природной среде изменений, указывают пути и локализацию различного рода загрязнений в экологических системах, возможные пути попадания этих агентов в пищу человека, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека, а также помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающиеся по своей устойчивости к антропогенному воздействию .

Ввиду высокой отзывчивости мхов к изменениям условий произрастания и химического состава окружающей среды при широком распространении, наряду с лишайниками, их часто используют в качестве биоиндикаторов. В качестве показателей экологических условий используют видовой состав мхов и их обилие, а содержание минеральных веществ в организме мхов является интегральным показателем уровня загрязнения, отражающим более или менее усредненное содержание поллютантов за продолжительный период (время существования дерновинки или отдельной особи).

Мхи способны накапливать в своем организме широкий спектр техногенных поллютантов: от органических веществ, включая пестициды, до тяжелых металлов и радионуклидов. В качестве индикаторов-накопителей среди мохообразных чаще всего применяются распространённые в наших лесах зелёные мхи: Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., Dicranum polysetum Sw., Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G.. Данные виды используются в странах ближнего и дальнего зарубежья при реализации программ мониторинга содержания тяжёлых металлов в различных экосистемах: от сосновых лесов до геотермальных источников. В частности, наблюдения за содержанием Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Cr, V, Pb и Zn во мхах постоянно проводятся в Финляндии, Германии, Австрии, Польше, Испании и Италии, Новой Зеландии , США и Канаде. Мониторинговые исследования содержания тяжёлых металлов таким способом ведутся и в России и Беларуси, например, в Березинском биосферном заповеднике.

Наиболее важным представляется изучение мхов как накопителей радионуклидов, т.к. большая часть территории Гомельской области загрязнена радиоактивными выпадениями в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

до 43,81 % от валового запаса в сосновом биогеоценозе (влажная суборь В3) . Наиболее реальные данные приводятся в: со временем не происходит существенных изменений роли биоты в аккумуляции 137Cs, а лишь его перераспределение в сторону напочвенного покрова. Мхи содержат 6 % (максимально 12 %) от суммарных запасов 137Cs в экосистеме, что сопоставимо с таковым значениями для древесного яруса.

Причиной формирования столь высокого содержания 137Cs в моховом покрове при малом периоде установления равновесия с окружающей средой может выступать способность мхов удерживать питательные вещества, транспортировать их в акропетальном направлении и повторно их использовать, что приводит к минимизации потерь элементов питания .

Таким образом, в условиях загрязнения территории 137Cs происходит избирательное накопление нуклида, и моховой покров способен становиться депо (до 12 % от суммарного содержания в экосистеме) легко вовлекаемых в биологический круговорот форм 137Cs. Основным выводом практически всех исследований касающихся накопительной способности мхов является констатация факта о возможности применения их как индикаторов-накопителей. Вопросы участия мхов в дальнейшей миграции накопленного ими 137Cs и влияния мохового покрова на доступность нуклида для корневого питания высших растений, сопряжённых с развитым моховым покровом, являются малоизученными.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА ДЛЯ БИОГЕОХИМЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕНЕНИЙ В РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ Матяшенко Г.В., Чупарина Е.В., Финкельштейн А.Л. Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН, г. Иркутск, e-mail: [email protected] В качестве биоиндикаторов загрязнения наземных экосистем успешно используются мхи. Вследствие физиологических особенностей, они способны поглощать минеральные вещества как из воздушной среды, так и из гумусового слоя почвы. Поэтому мхи применяют для оценки атмосферного загрязнения, а также для тестирования состояния верхнего слоя почвенного покрова. В Прибайкалье широко распространены мхи Pleurozium schreberi и Hylocomium splendens, которые и послужили объектами исследования в данной работе. Нами определены содержания ессенциальных и потенциально токсичных элементов в упомянутых мхах, собранных в районе Южного Байкала, для оценки возможности их использования в качестве биомониторов. Мхи отбирали на северо-западном макросклоне хребта Хамар-Дабан на заложенных ранее (1972 г.) постоянных пробных площадях 50×50 м, на разном удалении от Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК). Сбор проведен в начале июля 2011 года. Мхи также были отобраны на острове Ольхон (озеро Байкал), относящемся к экологически чистой территории. В каждой точке (БЦБК, пос. Солзан, ключ Голанский, о. Ольхон) составлялись комбинированные образцы, взятые с 5-10 куртин. После высушивания при 40 ºС до постоянного веса образцы очищались от мусора и мертвого материала, оставлялись только зеленые сегменты последних трех лет. Часть предварительно подготовленного материала поступала на анализ. Определение элементного состава мхов выполняли методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). Образцы растений измельчали в электрической кофемолке. Доизмельчение проводили в ручной кофемолке. При этом достигался необходимый размер частиц (менее 100 мкм). Из навески 1 г измельченного материала прессовали излучатель на подложке из борной кислоты при усилии 16 тонн. Интенсивности аналитических линий Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Br, Rb, Sr, Zr, Ba и Pb измеряли на волновом рентгеновском спектрометре S4 Pioneer (Bruker, AXS). Стандартные отклонения, характеризующие внутрилабораторную прецизионность измерений, не превышали 5 %. Правильность результатов оценивали сопоставлением результатов РФА с аттестованными значениями концентраций элементов в польском стандартном материале состава травосмеси INCT-MPH-2 и китайском СО (стандартном образце) состава листьев и веток кустарника (GBW 07602). Значения пределов обнаружения рассчитывали по 3σ критерию, используя стандартные образцы с малым содержанием элемента. Величины пределов обнаружения составили, в мкг/г: Na (30); Mg (10); Al, Mn и Fe (5); Cl, Ti и Ba (4); Si, Zr и Pb (3); P, S, K и Sr (2); Сr (2,6); Ca, Ni, Cu, Zn, Br и Rb (1). Содержание некоторых элементов во мхах, собранных на территориях с разной техногенной нагрузкой, приведены в таблице ниже. В таблице даны минимальные и максимальные содержания элементов во мхах. В последней колонке таблицы представлен диапазон содержания элементов, которые были установлены для мхов, собранных на европейских территориях с разной антропогенной нагрузкой. Как видно, диапазоны содержания большинства элементов, взятые из публикаций, шире, как со стороны минимальных, так и со стороны максимальных концентраций, по сравнению с данными наших исследований. Этот факт объясняется тем, что литературные данные по разным видам мхов с разных природных территорий отличаются степенью техногенного влияния. Сравнивая максимальные концентрации, мы можем предположить, что мхи Прибайкалья меньше подвержены антропогенному воздействию по сравнению с образцами европейских территорий. Таблица Содержания элементов во мхах Элемент Диапазон содержания P, % S, % Cl, % Fe, % Mn, мкг/г Ni, мкг/г Cu, мкг/г Zn, мкг/г Sr, мкг/г Ba, мкг/г Pb, мкг/г 0.079-0.195 0.062-0.125 0.0010-0.0345 0.080-0.345 170-420 3-14 3-10.5 31-66 11-28.5 7-62 3-7 Литературные данные 0.070-0.283 0.061-0.202 0.0045-0.38 0.0068-2.073 22-2200 0.1-93.9 3-200 7.9-877 0.5-339 4-250 2.1-12.2 На рис. 1а и 1б показаны распределения элементов во мхах в зависимости от места отбора. Для обоих видов мхов было выявлено, что концентрации элементов в образцах из фоновых территорий значительно ниже значений, полученных для мест отбора, подверженных антропогенному влиянию. Различие содержаний эссенциальных элементов в фоновых и загрязненных зонах значительно меньше, чем различие содержания микроэлементов. Поэтому использование микроэлементов во мхах предпочтительнее при оценке атмосферного загрязнения территорий. БЦБК 0,6 ключ Голанский Солзан 0,5 Cr *10 Cu *10 Zn Sr C, % БЦБК БЦБК ключ Голанский Солзан Ольхон б 0,3 0,2 0,1 0 Ti Pl. schreberi 0,4 Ольхон Ольхон Ольхон БЦБК Ольхон БЦБК Ольхон 40 БЦБК БЦБК а Ольхон 80 Ольхон Ольхон C, мкг/г 120 БЦБК 160 БЦБК Pl. Schreberi Ba Pb *10 0 Na *10 Mg P S K Ca Рис. 1. Распределение токсичных (а) и эссенциальных (б) элементов в образце Pleurozium schreberi в зависимости от места отбора Таким образом, рентгенофлуоресцентный метод анализа обеспечивает получение необходимых данных об элементном составе мхов. Анализ этих данных показал, что мхи являются информативными видами растений, свидетельствующими о состоянии окружающей среды.

Среди многообразия растений существуют такие, которые называют растениями-индикаторами. Для них присуща четко выраженная адаптация к определенным условиям окружающей среды. То есть эти растения предпочитают те или иные типы почв и условия существования. Например, одни чаще растут на кислых почвах, другие - на глинистых, третьи предпочитают известняки или тенистые места. Кроме того, растения могут многое рассказать и о плодородности почвы.
Так, на почвах, содержащих много азота, часто встречаются крапива двудомная, купырь, лебеда, лютик едкий. Повышенное количество азота придает этим растениям интенсивно-зеленый цвет. В то же время морковь дикая и очиток предпочитают почвы с небольшим количеством азота. У этих растений соответственно бледно-зеленый цвет листьев.

Почвы с высоким содержанием кальция предпочитают многие виды бобовых, ольха. Эти растения еще называют кальцефилами. Бобовые, кстати, могут извлекать кальций из глубоких слоев почвы, а потом обогащать им верхние слои.

Нейтральные почвы по душе ромашке непахучей, редьке полевой, клеверу, вьюнку полевому, мать-и-мачехе, пырею ползучему, пастушьей сумке, крапиве, лебеде, мокрецу. На таких почвах можно сажать фактически все культурные растения.

Кислые почвы подходят для хвоща полевого, черники, мяты полевой, щавеля дикого, подорожника, фиалки трехцветной, клюквы, брусники. Из культурных растений на них могут расти люпин, ревень, гортензия, рябина, хрен и некоторые другие. А бобовые слишком кислые не выносят.
На слабокислой почве отлично растут клевер, папоротники, пырей, мать-и-мачеха, ромашка, одуванчик. Из культурных растений это картофель, петрушка, крыжовник, смородина, облепиха, арбузы, тыквы, кабачки, розы, нарциссы, пионы, колокольчики, васильки и другие. Кислотность почв можно понизить путем внесения извести.

На известняках хорошо растут люцерна, мать-и-мачеха, прострел, лютик.
Щелочные почвы предпочитают фиалка полевая, мак самосейка, вьюнок, люцерна посевная, горчица полевая, злаковые. Из культурных растений на таких почвах можно высаживать кукурузу, злаки, мак, ломонос. На щелочных часто наблюдается хлороз растений, то есть сказывается дефицит железа.
Соленые почвы любит лебеда. Заболоченные - мята полевая, хвощ полевой, мать-и-мачеха. Сухие - полынь, ромашка, цикорий обыкновенный. Плотные - лютик ползучий, подорожник большой, пырей ползучий, ромашка душистая. Глинистые и суглинистые - одуванчик, мята, хвощ.
Плодородные почвы предпочитают чистотел, сныть, малина, крапива, кислица. Малоплодородные - брусника, клюква, торфяные мхи, лишайники, щавель малый, толокнянка, пастушья сумка.
Близкое расположение грунтовых вод предпочитают ива, дуб, ольха серая, щавель, наперстянка, болиголов, мать-и-мачеха. А яблони и вишни на таких местах растут плохо.

Всем известно, что благодаря растениям мы получаем чистый воздух. Но и тут есть свои рекордсмены. Так, растения с опушенными листьями, такие как клен серебристый, очищают воздух от пыли. Черный и бальзамический тополь, ива белая, вяз гладкий активно поглощают серный газ. Угарный - ольха, бирючина, ель, осина. Свинец - липа сердцевидная, тополь черный, каштан конский.

В последнее время были научно обоснованы связи между определенными растениями и месторождениями некоторых полезных ископаемых. К примеру, в Австрии и в Китае с помощью растений, предпочитающих почвы с большим содержанием меди, открыли залежи медной руды, а в Америке с помощью растений нашли месторождения серебра. Обитатель пустынь акантофиллиум - колючка, на которую никто не обращал внимания, попадая на землю, богатую серой, распускает не розовые цветы, а белые; там же, где в земле есть цинк, листья растения приобретают желтоватый оттенок.
Некоторые цветы помогают геологам находить месторождения цинка. На его повышенное содержание в почве указывают фиалки и анютины глазки. Именно на таких землях у этих растений встречаются самые крупные цветки. Кстати, фиалка помогла геологам найти самое крупное цинковое месторождение в Западной Европе. На почвах, богатых известью, растут адонисы, лилии-саранки; а на содержание в почве никеля и кобальта указывает сон-трава. Если пышным цветком расцвел качим (растение из семейства гвоздик), то где-то поблизости есть медь.

Нередко по уродливому развитию некоторых растений можно узнать о присутствии в почве многих полезных ископаемых. К примеру, на почвах с обычным содержанием бора такие растения, как полынь, прутняк, солянка, растут высокими, а на почвах с повышенным содержанием этого элемента эти растения становятся карликовыми. Измененная форма лепестков мака указывает на то, что под землей находятся залежи свинца и цинка, а цветки штокрозы с ненормально рассеченными узкими лепестками - на месторождения меди или молибдена. Поможет отыскать воду и определит, пресная она или соленая, солодка - крупное растение с темной зеленью и с красно-фиолетовыми кистями цветов. Если растение цветет пышно - вода пресная, если слабо и на листьях появляется светлый налет - вода соленая.
Возникла даже наука - "индикационная геоботаника", изучающая растения, чутко реагирующие на изменения условий окружающей среды и помогающие обнаружить богатства земных недр.
Вулканологи утверждают, что примулы способны предсказать извержение вулканов. К примеру, на острове Ява в горах Пангранто, королевская примула расцветает только накануне вулканического извержения. Биологи объясняют эту пророческую способность цветка эффектом воздействия ультразвука на его капилляры, в которых ультразвуковые колебания ускоряют движение жидкостей. Вероятно, тем самым в тканях растения ускоряются процессы обмена веществ, и оно расцветает.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ (биоиндикаторы) - организмы, реагирующие на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением внешнего вида, химического состава, поведения. При экологическом мониторинге загрязнений использование биологических индикаторов часто дает более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как биологические индикаторы реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Кроме того, обладая «памятью», билогические индикаторы своими реакциями отражают загрязнения за длительный период. На листьях деревьев при загрязнении атмосферы появляются некрозы (отмирающие участки). По присутствию некоторых устойчивых к загрязнению видов и отсутствию неустойчивых видов (например, лишайников) определяется уровень загрязнения атмосферы городов.

При использовании биологических индикаторов важную роль играет способность некоторых видов аккумулировать загрязняющие вещества. Последствия аварии на Чернобыльской АЭС были зафиксированы в Швеции при анализе лишайников. Сигнализировать о повышенном содержании бария и стронция в окружающей среде могут береза и осина неестественно зеленым цветом листьев. Аналогично в ареале рассеяния урана вокруг месторождений лепестки иван-чая становятся белыми (в норме - розовые), у голубики темно-синие плоды приобретают белый цвет и т. д.

Для выявления разных загрязняющих веществ используются разные виды биологических индикаторов: для общего загрязнения - лишайники и мхи, для загрязнения тяжелыми металлами - слива и фасоль, диоксидом серы - ель и люцерна, аммиаком - подсолнечник, сероводородом - шпинат и горох, полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) - недотрога и др. Используются и так называемые «живые приборы» - растения-индикаторы, высаженные на грядках, помещенные в вегетационные сосуды или в специальных коробочках (в последнем случае используют мхи, коробочки с которыми называются бриометрами).
«Живые приборы» устанавливают в наиболее загрязненных частях города. При оценке загрязнения водных экосистем в качестве биологических индикаторов могут использоваться высшие растения или микроскопические водоросли, организмы зоопланктона и зообентоса. В средней полосе России в водоемах при загрязнении воды разрастаются роголистник, рдест плавающий, ряски, а в чистой воде - водокрас лягушачий и сальвиния. С помощью биологических индикаторов можно оценивать засоление почвы, интенсивность выпаса, изменение режима увлажнения и т. д. В этом случае как биологический индикатор чаще всего используется весь состав фитоценоза. Каждый вид растений имеет определенные пределы распространения (толерантности) по каждому фактору среды, и потому сам факт их совместного произрастания позволяет достаточно полно оценивать экологические факторы.

Возможности оценки среды по растительности изучаются специальным разделом ботаники - индикационной геоботаникой. Ее основной метод - использование экологических шкал, т. е. специальных таблиц, в которых для каждого вида указаны пределы его распространения по факторам увлажнения, богатства почвы, засоления, выпаса и т. д. В России экологические шкалы были составлены Л. Г. Раменским. Широкое распространение получило использование деревьев как биологических индикаторов изменения климата и уровня загрязнения окружающей среды. Учитывается толщина годичных колец: в годы, когда выпадало мало осадков или в атмосфере повышалась концентрация загрязняющих веществ, образовывались узкие кольца. Таким образом, на спиле ствола можно видеть отражение динамики экологических условий.

Для быстрой оценки основных характеристик почвы на участке существует много методов, и один из них: по дикорастущим растениям-индикаторам. Благодаря им можно визуально определить, например, кислотность, механический состав, питательность, плотность, влажность почвы.

Большинство культурных садовых растений адаптированы к широким пределам рН и погибают только при крайних значениях кислотности почв.

Наименее чувствительны к кислотности колокольчики, фиалки, ирисы, гладиолусы, можжевельники, злаки. Типичные любители «кисленького» - азалии, рододендроны, верески. Нейтральную реакцию почвы предпочитают гиацинты, тюльпаны, виолы; щелочную - чистец пушистый, эдельвейс альпийский, гипсофила и др.

Индикаторы кислотности. Индикаторы очень кислых почв (рН 3,0-4,5) - сфагновые и зеленые мхи, плауны, вереск обыкновенный, белоус торчащий, пушица влагалищная, щучка дернистая.

Обитатели кислых и слабокислых почв - конский щавель, щавелек малый, торица полевая, майник двулистный, кошачья лапка двудомная, мать-и-мачеха, медуница неясная, мята полевая, вероника лекарственная, подорожник большой, папоротник мужской, фиалка собачья, пикульник красивый, куриное просо, хвощ полевой, лютики ползучий и едкий.

Индикаторы бедных почв - сфагновые мхи и лишайники, багульник болотный, брусника, клюква, черника, вереск обыкновенный, белоус торчащий, бессмертник песчаный, очиток едкий, кошачья лапка двудомная, ястребинка волосистая, щавелек малый. Плодородные участки предпочитают копытень европейский, яснотка, крапива, лебеда, белена черная, малина, мокрица, печеночница.

На высокое содержание азота указывают крапива двудомная и жгучая, кипрей, крестовник весенний, лебеда татарская, хмель, щирица запрокинутая, калужница. А присутствие растений из семейства Бобовые - дрока красильного, лядвенца рогатого, люцерны и астрагала - говорит о его недостатке. На низкое содержание в почве азота указывает и присутствие росянки, мелколепестника канадского, льнянки.

Индикаторы легких почв - бессмертник песчаный, очиток едкий, сосна обыкновенная. На тяжелых глинистых часто встречаются лапчатка гусиная, лютик ползучий, подорожник, горец птичий, бересклет бородавчатый.

Дрема белая - индикатор щелочных почв

Мокрица - индикатор нейтральных почв

Щучка дернистая - индикатор очень кислых почв

Крапива двудомная - высокое содержание азота в почве

Мята полевая - индикатор слабокислых почв