CC BY
199Т.В. Иваныкина
АКТУАЛЬНОСТЬ БИОИНДИКАЦИИ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
The urgency and the importance of bioindication of plants in the conditions of technogenic of environmental pollution are considered.
Возрастающая с каждым годом деградация природной среды под влиянием антропогенных загрязнений создает угрозу выживаемости человечества. Современные технические средства контроля состояния окружающей среды, разработанные в первую очередь для оценки степени загрязненности в промышленных условиях, - не единственные способы определения состояния природной среды. Биоиндикация в этом плане является оптимальным и активно развивающимся методом ее оценки. Он подразумевает слежение за природными и антропогенными процессами в биологических средах, включающее всю совокупность взаимодействия живого с агентами внешней среды, в том числе выяснение ответных реакций биосред на природные и антропогенные воздействия [2].
Объектами исследования в данном случае выступают биоиндикаторы - организмы, присутствие или интенсивность развития которых служит показателем изменений каких-либо естественных процессов или условий в окружающей среде. Биоиндикация может осуществляться на всех уровнях организации живого (биологические молекулы, клетки, ткани, органы, организмы и популяции).
Когда в качестве индикаторов используют растения, то такая биоиндикация называется фитоиндикацией. Растения как биоиндикаторы проявляют дифференциальную чувствительность к различным видам антропогенных воздействий. В настоящее время биоиндикационным методом, основанным на изменении морфологии растений, построен ряд картосхем антропогенных влияний [2].
Биологические методы помогают диагностировать негативные изменения в природной среде при низких концентрациях загрязняющих веществ. При этом используемые виды биоиндикаторов должны удовлетворять следующим требованиям: это должны быть виды, характерные для природной зоны, где располагается данный объект; организмы-мониторы распространены на всей изучаемой территории и повсеместно; они должны иметь четко выраженную количественную и качественную реакцию на отклонение свойств среды обитания от экологической нормы; биология данных видов-индикаторов должна быть хорошо изучена [5].
На территории Амурской области можно отметить ряд растений, которые отвечают всем перечисленным требованиям и являются надежными индикаторами загрязненности окружающей среды. К таким видам относятся прежде всего все виды хвойных.
Хвойные виды растений особенно сильно страдают от сернистого газа. Чувствительность к нему у этих видов убывает в такой последовательности: ель, пихта, сосна, лиственница. Продолжительность жизни хвои сосны в зонах сильного загрязнения сернистым газом составляет один год, тогда как в норме - 3-4 года. Путем учета продолжительности жизни хвои и характера некрозов можно определить степень поражения хвойных насаждений сернистым газом; важным критерием является также содержание хлорофилла [6, 7].
Хорошими индикаторами степени загрязнения окружающей среды по сернистым и азотистым выбросам могут служить травянистые виды растений, - например, люцерна, клевер, гречиха, овес, подсолнечник, различные виды мятликов и др. [1].
Гладиолусы особо чувствительны к фторидам. Эти растения можно широко использовать для оценки загрязненности воздуха указанными веществами, тем более что они обладают повышенной устойчивостью к другому широко распространенному фитотоксиканту - сернистому газу. По мере увеличения концентрации фтора в воздухе верхняя часть листьев гладиолусов отмирает [1].
При избытке кобальта и свинца наблюдается ненормальное развитие лиственницы. Аномалия проявляется в виде неоднократного появления шишек (2-3 раза за сезон).
Способность низших растений аккумулировать тяжелые металлы широко используется при составлении карт загрязненности городов и территорий, примыкающих к автострадам [4, 6].
Культурные растения под влиянием смога резко снижают урожайность: бобы - на 25%, а помидоры - на 33%. Между степенью повреждения растений от загрязнений (некроз, ожоги листьев, хлороз) и величиной урожая существует вполне определенная количественная связь. Таким образом, культурные растения могут выступать в роли индикаторов загрязненности окружающей среды смогом [3].
Чрезвычайно чувствительно к выхлопным газам автомобилей комнатное растение традесканция. Ученые подметили, что окраска ее тычинок меняется из синей в розовую при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания [3].
Загрязнение окружающей среды может провоцировать у растений не только морфолого-фи-зиологические изменения, но также влияют на их распространение и изменение ареалов. В этом случае биоиндикация имеет существенное значение. Некоторые хвойные (ель, пихта, сосна) реагируют на антропогенные загрязнители ослаблением прироста, сокращением площади древостоев.
Современное развитие населенных пунктов и промышленных предприятий приводит к прогрессирующему сокращению и к уничтожению естественных ареалов растений. Многие аборигенные виды их часто вымирают или их вытесняют адвентивные виды. Адвентивные растения, как правило, более устойчивы к техногенным воздействиям. В связи с этим изучение процесса пополнения ими флоры представляет собой один из наиболее информативных вариантов биоиндикации.
С помощью растений-биоиндикаторов принципиально возможно обнаруживать места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений, проследить скорость происходящих в окружающей среде изменений, можно судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и прогнозировать дальнейшее развитие экосистемы.
Преимуществом методов биоиндикации перед физико-химическими является интегральный характер ответных реакций живых организмов, так как они суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом, выявляют наличие в окружающей природной среде комплекса загрязнителей.
Помимо того, в условиях хронической антропогенной нагрузки биоиндикаторы могут реагировать на очень слабые воздействия в результате аккумуляции дозы. Например, некоторые пестициды достаточно быстро разлагаются, что не позволяет выявить их исходную концентрацию в почве физико-химическими методами. Но если в качестве биоидикаторов взять растения, то это можно определить точно, так как они в первую очередь концентрируют пестициды даже при минимальном их содержании в почве. Растения-биоиндикаторы способны также фиксировать скорость происходящих в окружающей среде изменений, указывать пути и места скоплений
различного рода загрязнений в экологических системах и возможные пути попадания этих веществ в организм человека.
Методы фитоиндикации по сравнению с физико-химическими методами позволяют интерпретировать данные о концентрации в окружающей среде различных поллютантов (если их концентрация не запредельно высока). Физико-химические методы не содержат ответа на вопрос, насколько ситуация опасна для живой природы. Показатели предельно допустимой концентрации различных веществ разработаны лишь для человека. Эти показатели не могут быть распространены на живые объекты. С точки зрения охраны природы важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает фитоиндикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды. Физические и химические методы дают качественные и количественные характеристики фактора, но лишь косвенно судят о его биологическом действии. Биоиндикация, а в частности фитоиндикация, наоборот, позволяет получить информацию о биологических последствиях изменения среды. Помимо того, актуальность фитоиндикации обусловлена простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды, поскольку в этом случае не требуются специальные лаборатории и высокая квалификация персонала.
Фитоиндикация нередко точнее и объективнее, чем использование прямых физических и химических методов. Последние оценивают среду одномоментно, не отражают максимальные и минимальные значения отдельных неблагоприятных факторов в их воздействии на живые организмы, игнорируют их сочетания, тогда как фитоиндикация интегрирует все химические и физические стрессовые факторы и наиболее информативна при социально-гигиенических оценках пригодности природной среды для человека. Преимущество использования растений состоит и в том, что они неподвижны.
Биоиндикация растений в условиях техногенного загрязнения - актуальный и перспективный метод исследования состояния окружающей среды. Она позволяет существенно повысить точность прогнозов изменений в окружающей среде, вызванных деятельностью человека.
Биоиндикаторы в полной мере отражают степень опасности соответствующего состояния окружающей среды для всех живых организмов, в том числе и для человека. Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Но, отражая степень негативного воздействия в целом, биоиндикация не объясняет, какими именно факторами оно создано. Следовательно, наиболее эффективно оценка окружающей среды может производиться сочетанием физических, химических и биологических методов мониторинга.
1. Безель, В.С., Жуйкова, Т.В. Химическое загрязнение среды: вынос химических элементов наземной фитомассой травянистой растительности // Экология. - 2007. - № 4. - С. 259-267.
2. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / под ред. Р. Шуберта. - М.: Мир, 1988. - 350 с.
3. Виноградов, Б.В. Биоиндикация в рамках геоэкологии // Биоиндикация в городах и пригородных зонах: Сб. науч. трудов. - М.: Наука, 1993. - С. 5-11.
4. Кулагин, А. А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей. - М.: Наука, 2005. - 190 с.
5. Миркин Б.М. Современная наука о растительности. - М.: Логос, 2001. - 262 с.
6. Сперанская, Е.С. Системный подход при изучении нарушений растительности // Биоиндикация и биомониторинг... - С. 155-160.
7. Шульц Х. Биохимическая индикация хвои - способ раннего распознавания эффектов повреждения // Биоиндикация и биомониторинг. - С.70-78.
