Кислотность (рН) почвы

Кислотность - одно из характерных свойств почвы лесной зоны. Повышенная кислотность отрицательно ска­зывается на росте и развитии ряда видов растений. Это происходит из-за появления в кислых почвах вредных для растений веществ, например, растворимого алюминия или избытка марганца. Они нарушают углеводный и белковый обмен в растениях, задерживают образование генератив­ных органов и приводят к нарушению семенного размно­жения, а иногда вызывают гибель растений.

Повышенная кислотность почв подавляет жизне­деятельность почвенных бактерий, участвующих в раз­ложении органики и высвобождении питательных ве­ществ, необходимых растениям.

В лабораторных условиях кислотность почв можно определить универсальной индикаторной бумагой, рН-метром, а в полевых условиях - при помощи растений-индикаторов. В процессе эволюции сформировались три группы растений: ацидофилы - рас­тения кислых почв, нейтрофилы - обитатели нейтральных почв, базофилы - растения щелочных почв. Зная растения каждой группы, в полевых условиях можно приблизитель­но определить кислотность почвы (таблица 9);

- крайние ацидофиллы (рН 3-4, 5): сфагнум, гилокомиум, дикранум,
плауны, водяника, марьянник луговой, ожика волосистая, пушица влагалищная, щучка, белоус, вереск;

- умеренные ацидофилы (рН 4, 5-6): черника, брусника, багульник, сушеница, кошачья лапка, толокнянка;

- нейтральные (рН 6-7, 3): растения дубрав - сныть, клубника зеленая, таволга шестилепестная;

- базофилы (рН> 7, 8): бузина, вяз, бересклет, крушина, крапива двудомная _, хмель, недотрога, гравилаты.

• Растения - индикаторы водного режима

Индикаторами разного водного режима почв являются растения: гигрофиты, мезофиты, ксерофиты.

Влаголюбивые растения (гидрофиты) - обитатели влажных, иногда заболоченных почв: голубика, багульник, морошка, селезеночник очереднолистный, белозор, камыш лесной, сабельник болотный, таволга вязолистная, горец змеиный, чистец болотный, калужница болотная, рогоз узколистный, шалфей поникающий, чистец болотный, хвощ речной, лютик ползучий.

Растения достаточно обеспеченных влагой мест, но не сырых и не заболоченных - мезофиты. Это большая часть луговых трав: тимофеевка, лисохвост луговой, пырей пол­зучий, ежа сборная, клевер луговой, горошек мышиный, чина луговая, василек фригийский, герань луговая, подмаренник настоящий, майник двулистный, борщевик сибирский, чина весенняя, кульбаба осенняя. В лесу - брусника, кос­тяника, копытень, золотая розга, плауны.

Растения сухих местообитаний (ксерофиты): кошачья лапка, ястребинка волосистая, очитки (едкий, пурпурный, большой), ковыль перистый, толокнянка, полевица белая, наземные лишайники.

Таблица 9 – Растения-индикаторы кислотности почв (по Л.Г. Раменскому, 1956)

Группа	Биоиндикатор	РН почвы
1. Ацидофилы 1.1. Крайние ацидофилы	Сфагнум, зеленые мхи: гилокомиум, дикранум, плаун булаво­видный, плаун годичный, плаун сплюснутый, ожика волосистая, пушица влагалищная, подбел многолистный, кошачьи лапки, кассандра, цетрария, вереск	3, 0 – 4, 5
1.2. Умеренные ацидофилы	Белоус, щучка дернистая, хвощ полевой, щавелек малый, ожика многоцветковая, вейник седеющий, осока пепельно-серая или сероватая, полевица собачья, погремок малый, щитолистник обыкновенный.	4, 5 - 6, 0
1.3. Слабые ацидофилы	Черника, брусника, багульник, калужница болотная, сушеница топяная, лютик ядовитый, толокнянка обыкновенная, седмичник европейский, белозор болотный, фиалка собачья, сердечник луговой, вейник на­земный	6, 0 - 6, 5
1.4. Ацидофильно-нейтральные	Папоротник мужской, ветреница лютиковая, медуница неясная, зеленчук, колокольчик крапиво-листный, колокольчик широко­листный, бор развесистый, осока волосистая, осока ранняя, мали­на, смородина черная, вероника длинолистная, горец змеиный, орляк, иван-да-марья, кисличка заячья	6, 5 - 7, 0
2. Нейтрофильные	Зеленые мхи: гилокомиум, плевроциум; ива козья осока повислая, тря-сунка средняя, лисохвост луговой, овсянница луговая, сныть обыкновенная	6, 0 – 7, 3
2.2. Нейтрально-базофильные	Сныть европейская, клубника зеленая, лисохвост луговой, кле­вер горный, клевер луговой, мыльнянка лекарственная, аист­ник цикутиый, борщевик сибир­ский, цикорий, мятлик луговой	7, 0 – 7, 5
2.3. Базофильные	Мать-и-мачеха, пупавка кра­сильная, люцерна серповидная, келерия, осока мохнатая, лядвенец рогатый, гусиная ланка, бу­зина сибирская, вяз шершавый, бересклет бородавчатый песколюб песчаный, очиток едкий, горчица полевая	> 7, 8

Промежуточное положение занимают ксеромезофиты - индикаторы свежих и сухих почв (зопник клубненосный, герань кроваво-красная и др.). Индикаторами сырых и влажных почв служат мезогидрофиты (хвощ лесной, плакун годичный, гравилат речной, кислица обыкновенная и др.).

Л.Г. Раменским (1938) выделены 120 ступеней увлажнения почв. В его шкале увлажнения значения ступеней следующие: 1-17 ступени – увлажнение пустынное, 18-30 – полупустынное, 31-39 – сухостепное, 40-46 – среднестепное, 47-52 – лугостепное, 53-60 – сухолуговое, 61-63 – свежелуговое, 64-67 – влажнолуговое, 68-76 – сыроватолуговое, 77-88 – сыролуговое, 89-93 – болотнолуговое, 94-103 – болотное, 104-109 – местообитания прибрежно-водной растительности, 110-120 – местообитания водной растительности. Детально разработаны растительные индикаторы относительных ступеней увлажнения почв лугов, пастбищных и сенокосных угодий для Европейской части России, Урала, Сибири, Алтая (таблица 10).

· Растения - индикаторы глубины залегания грунтовых вод

Установление показателей глубины залегания грунто­вых вод имеет значение для уточнения свойств почв и для выработки рекомендаций по их мелиорации. Для индика­ции глубины залегания грунтовых вод можно использовать группы видов травянистых растений (индикаторные группы). Для луговых трав выделяется 5 групп индикаторных видов (таблица 11).

Помимо названных групп растений, есть переходные виды, которые могут выполнять индикаторные функции, например, мятлик луговой может быть включен как в пер­вую, так и во вторую группу. Он указывает залегание воды на глубине от 100 до более 150 см, хвощ болотный - от 10 до 100 см и калужница болотная - от 0 до 50 см.

В качестве биоиндикатора может быть использован и один вид, если этот вид имеет массовое развитие в кон­кретном местообитании.

Глубину почвенно-грунтовых вод в лесных экосисте­мах и характер увлажнения почв можно определить по таблице 12.

Таблица 10 – Растительные индикаторы относительных ступеней увлажнения почв центра и Юго-востока Европейской части России (Раменский, 1938, 1956)

Продолжение таблицы 10

Таблица 11 - Индикаторные группы растений - указатели глубин грунтовых вод на лугах (по Г.Л. Ремезовой, 1976)

Таблица 12 - Растения — индикаторы глубины залегания грунтовых вод и характеров увлажнения почв (по С.В.Викторову и др., 1988)

Для количественной оценки индикаторов разработаны шкалы значимости и достоверности (таблица 13). Важно и то, насколько часто встречается индикатор в пределах площади, на которой присутствует индикат. Это оценивает значимость индикатора.

Таблица 13 – Шкала значимости индикаторов (за 100% принято число изученных участков индиката)

· Биодиагностика почвенных микро- и макроэлементов

В результате глобального и регионального антропоген­ного загрязнения из воздуха и воды, а также при сбросе и захоронении отходов в почву попадают повышенные ко­личества соединений, содержащие катионы металлов, что приводит к увеличению их поступления в организм расте­ний и накоплению в органах и тканях. Повышенное со­держание микроэлементов и соединений тяжелых метал­лов вызывает нарушения метаболизма в тканях растений и обусловливает соответствующие признаки избыточного содержания. Полевые исследования дикорастущих форм могут выявить избыток того или иного элемента в почве.

Признаки избыточного содержания химических эле­ментов в почве

Цинк - обесцвечивание и отмирание ткани листьев; мо­лодые листья желтеют; верхушечные почки отмирают; более старые листья могут опадать без увядания; жилки ок­рашиваются в красный или черный цвет (на ранних стади­ях повреждение сходно с недостатком железа). Первые признаки появляются на молодых растениях, при этом по­ражается все растение.

Медь - хлороз молодых листьев, жилки остаются зеле­ными.

Марганец - первые признаки появляются на молодых растениях, поражение местное. Ткань некротическая, хло­роз развивается между жилками молодых листьев, пре­вращая их в желтые или беловатые с темно-коричневыми пятнами; лист искривляется и сморщивается (в этом ос­новное отличие от голодания).

Железо - ткань не некротическая; хлороз развивается между жилками молодых листьев; жилки остаются зеле­ными, позднее весь лист становится желтым или белова­тым, что сходно с голоданием.

Кобальт - у некоторых растений вдоль основных зеле­ных жилок листа появляются прозрачные, наполненные водой участки; между жилками также развивается некроз; позднее листья становятся коричневыми и опадают.

Фосфор - первые признаки появляются на взрослых растениях, повреждается все растение. Ткань некротиче­ская, общее пожелтение листьев; желтоватые или коричне­вые концы и края более старых: появление ярких некроти­ческих пятен; опадание листьев, у некоторых растений сходное с калийным голоданием, у других - с избытком азота.

Магний - листья слегка темнеют и немного уменьша­ются; иногда наблюдается свертывание и сморщивание молодых листьев, на поздних стадиях роста концы их втя­нуты и отмирают.

Калий - ткань не некротическая: на ранних стадиях слабый рост растений, удлинение междоузлий, светло-зеленая окраска листьев; на поздних стадиях рост замедляется, у листьев появляются пятна, листья вянут и отпадают.

Сера - общее огрубление растений, листья маленькие тускло-зеленые, стебли твердые, позднее листья могут скручиваться внутрь и покрываться наростами, края их становятся коричневыми, затем бледно-желтоватыми.

Хлор - общее огрубление растений, листья маленькие тускло-зеленые, стебли твердые, у некоторых растений на более старых листьях появляются пурпурно-коричневые пятна, после чего листья опадают.

Азот аммонийный или нитратный - повреждение местное. Ткань некротическая: хлороз развивается на краях ли­стьев и распространяется между жилками; появляется ко­ричневый некроз и концы листьев свертываются; затем ли­стья опадают (повреждение у многих растений сходно с голоданием).

Кальций - хлороз развивается между жилками с бело­ватыми и некротическими пятнами, которые могут быть окрашенными или иметь наполненные водой концентриче­ские кольца; у некоторых растений происходит рост лис­товых розеток; отмирание побегов и опадание листьев (по повреждению сходно с недостатком магния и железа).

Бор - хлороз концов и краев листьев, который распро­страняется внутрь, особенно между жилками, пока весь лист не становится бледно-желтым или беловатым; ожоги краев листьев и некроз с закручиванием краев, опадание листьев.

В программе экомониторинга предусматривается опре­деление признаков избытка микро- и макроэлементов в почве ключевых участков методом биодиагностики.

Контрольные вопросы

1. Перечислите методы биоиндикации воздушной среды.

2. Какие существуют методы биоиндикации загрязнения водной среды?

3. Что вы знаете о методах биоиндикации состояния и загрязнения почвы?

4. Морфолого-анатомические особенности животных.

5. Особенности поведенческих реакций животных.

6. Использование позвоночных животных в биотестировании.

7. История фитоиндикации и фитомониторинга.

8. Понятия индикатор и индикат. Требования к фитоиндикаторам, критерии их выбора.

9. Токсический эффект у растений и лишайников и методы его изучения. Классификация степеней поражения.

10. Методы фитоиндикации и фитомониторинга.

11. Какие вы знаете эколого-информационные показатели растительного сообщества?

12. Какие вы знаете индикаторные группы растений?

13. Экологические основы фитоиндикации. Особенности использования растений и лишайников в качестве фитоиндикаторов.

14. Виды и типы фитоиндикации. Ее преимущества и недостатки.

15. Задачи фитоиндикации и фитомониторинга.

16. Основные принципы применения фитоиндикации на различных уровнях организации.

17. Особенности фитоиндикации на популяционном уровне. Показатели растительных популяций как индикаторы качества среды.

18. Параметры структуры фитоценозов как индикаторы антропогенного влияния.

19. Виды растений и синтаксоны растительности как фитоиндикаторы почв и их свойств.

20. Зональная изменчивость фитоиндикаторов, ее закономерности и экологические причины.