Геоботаническая индикация почв

Геоботаническая индикация почв

Растения-индикаторы почвы. Организмы, по которым можно определить тот тип физической среды, где они росли и развивались, являются индикаторами среды. Например, таковыми могут быть галофиты. Адаптируясь к засолению, они приобретают определенные морфологические признаки, по которым можно определить, что данная почва засолена, и даже примерную степень засоления.

Это касается не только галофитов, но и жизненных форм растений относительно влаги (гигрофиты, ксерофиты и т. д.), по которым можно оценить влияние этих условий на пастбищный потенциал.

Весьма существенной представляется индикаторная функция растений. Наблюдая за растениями, человек еще в глубокой древности осваивал ориентиры в пространстве и времени.

Когда нет солнца и звезд — этих самых надежных указателей направления движения, — растения верно служили ему вместо компаса. Некоторые растения довольно точно «показывали» человеку время суток.

Другие растения выполняли функцию барометра и гигрометра.

Они позволяли за несколько часов, а иногда и дней узнавать о приближении ненастной погоды. Собираясь копать колодец, человек отыскивал нужные ему растения, которые подсказывали, как глубоко залегает вода, соленая она или пресная.

Растения-индикаторы не утратили своего значения и в настоящее время. Геоботанический метод обнаружения пресных вод в пустынях и полупустынях получает все большее распространение. Все шире используются растения-индикаторы в поисках ценных полезных ископаемых, для характеристики почв сельскохозяйственных угодий, горных пород, форм рельефа, геоморфологических процессов, культурного ландшафта. Некоторые растения играют важную индикаторную роль при определении загрязненности атмосферы и гидросферы теми или иными примесями.

Например, исчезновение лишайников на стволах деревьев свидетельствует об увеличении содержания сернистого газа в воздухе, качественный и количественный составы фитопланктона свидетельствует о степени загрязнения водной среды, и т. д.

Фитоиндикаторами называют растения и их сообщества, указывающие на какие-то конкретные особенности среды их обитания.

Различают индикаторы частных особенностей среды обитания и индикаторы общего или основного комплекса условий существования (трофность, влажность и аэрация почвы).

Теоретической основой метода является положение о взаимозависимости между растениями и условиями местообитания.

В настоящее время растения-индикаторы используют в своих исследованиях и практической деятельности геологи, почвоведы, землеустроители, лесоводы, гидрогеологи, климатологи, археологи.

Тесная взаимосвязь растений с условиями существования позволяет не только по особенностям среды судить о потребностях растений, но и по характеру растительности делать заключения о свойствах окружающей среды, иными словами, использовать растительность как индикатор условий. Определение свойств среды по растениям и растительному покрову составляет содержание особой отрасли ботаники — фитоиндикации, или учения о растительных индикаторах.

Фитоиндикация развилась на основе теоретических представлений, высказанных еще в конце прошлого века В. В. Докучаевым, Е. Вармингом и другими учеными, о всеобщей взаимосвязи и взаимообусловленности элементов природы, а, следовательно, и о возможности судить об изменениях одних элементов по изменению других.

Индикационное значение растительного покрова особенно велико, поскольку среди элементов природы он легко доступен наблюдениям, более чуток и пластичен. По выражению автора первой сводки о растительных индикаторах Клементса Ф. растение или растительное сообщество представляет лучшую меру условий, в которых оно произрастает, это своеобразный «прибор», отражающий особенности среды.

Фитоиндикация охватывает широкий круг явлений, связанных с распознаванием тех или иных особенностей среды или ее изменений. Например, она может включать:

• — определение солености водоемов по характеру водной растительности;
• — определение загрязнения воздуха в городах по составу и состоянию растений и т. д.

Но особенно широко используется фитоиндикация для определения почвенно-грунтовых условий.

Что может служить в этой области объектом фитоиндикации, на какие признаки могут указывать растения и растительные сообщества? Это:

• 1) свойства почв (химический состав, плодородие, степень засоления, кислотность, режим увлажнения);
• 2) состав и свойства грунтов и горных пород (геологическая индикация), в том числе и такие особенности, как новейшие тектонические процессы;
• 3) антропогенные изменения в почвенной среде как современные (всякого рода загрязнения), так и прошлые (следы окультуривания и различных нарушений).

В качестве индикаторов особенно пригодны виды с узкой экологической амплитудой, приуроченные к определенному сочетанию условий. Так, ольха черная — более надежный индикатор почвенных условий, чем сосна обыкновенная, поскольку распространение первого вида ограничено эутрофными местообитаниями с избыточным (но не застойным) увлажнением, а сосна встречается и на сухих песках, и на сильно обводненных болотных массивах, и на меловых обнажениях.

Различают индикаторы положительные и отрицательные. Первые указывают на ту или иную особенность среды (например, обилие гигрофитов означает избыточное увлажнение почвы), вторые исключают определенные условия в данном местообитании, поскольку не переносят или избегают их (так, произрастание растений-гликофитов исключает высокую концентрацию солей в почвенном растворе).

Индикаторными признаками, указывающими на определенные условия, могут служить различные признаки целых растительных сообществ (флористический состав, наличие или отсутствие видов-индикаторов или экологических групп, их обилие) и отдельных растений (внешний вид, морфологические и анатомические особенности — форма роста, ветвления, необычная окраска или форма цветков, листьев и т. д., химический состав, интенсивность отдельных физиологических процессов, например, уровень транспирации при разном водном режиме почвы).

Ниже даются примеры фитоиндикации наиболее важных характеристик почвенно-грунтовых условий.

Индикация почвенного плодородия (богатства почвы): один из наиболее широко применяемых на практике разделов фитоиндикации. Преобладание видов — эутрофов или олиготрофов, количественное соотношение разных по «трофности» групп, присутствие нитрофилов или растений-индикаторов богатства почвы фосфором — все эти данные помогают довольно точно оценить степень богатства почвы с помощью растений. В частности, на обилие доступного азота указывает пышное развитие листьев и их темно-зеленый цвет (причем не только у нитрофильных видов).

Иногда уже издали заметно тёмное пятно лугового травостоя там, где по каким-либо причинам (чаще зоогенным) в почве скапливаются нитраты или соли аммония.

Для отдельных районов и типов растительности разработаны специальные индикационные шкалы, таблицы и справочники, позволяющие по растительности оценить степень плодородия почв.

Индикация кислотности почв проводится по наличию и соотношению в растительном покрове ацидофилов, базифилов, нейтрофилов. Индикация засоления почвы возможна по появлению в растительном покрове растений-галофитов и степени их обилия, по преобладанию и количественному соотношению видов, принадлежащих к разным типам галофитов. В ряде случаев характер растительности дает возможность установить не только степень засоления, но и состав солей в почвенном растворе. Гидроиндикация особенно важна для засушливых районов. Она включает определение по растительному покрову свойств грунтовых вод: глубина и характер залегания, степень минерализации и ее сезонный режим и т. д.

Так, тамарикс ветвистый Tamarix rasissima в полупустынях и пустынях произрастает при глубине грунтовых вод от 1 до 7 м., а оптимум развития имеет при глубине от 1,8 до 2,4 м. Индикаторами пресных грунтовых вод в дельтах пустынных рек служат некоторые кустарники: солянка кустарниковая Salsola arbuscula, соляноколосник Halostachys caspica и др.

Есть и специальная группа индикаторов, указывающих на не связанные с грунтовыми водами линзы верховодки (воды поверхностного стока в западинах, просочившиеся до водоупорного горизонта).

В лесостепи и степи Северного Казахстана индикаторами таких пресноводных линз служат березняки с травяным покровом, в котором преобладают гигромезофиты и мезофиты (костяника Rubus saxatilis, таволга Filipendula ulmaria, вейник наземный и др.).

Ясно, что индикаторами грунтовых вод могут быть лишь виды с достаточно глубокой корневой системой из групп фреатофитов — растений, корни которых достигают грунтовых вод, и отчасти трихогидрофитов, использующих влагу капиллярной каймы. Растения-омброфиты с неглубокой корневой системой, живущие лишь за счет атмосферных осадков, в этом случае в качестве индикаторов непригодны.

Другая область гидроиндикации — определение по растительности условий увлажнения в верхних корнеобитаемых слоях почвы.

В этом случае большую индикаторную роль играют присутствие и степень обилия в растительном покрове видов разных экологических типов по отношению к воде: гигрофитов, мезофитов, ксерофитов, а также групп, переходных между ними. Существуют подробно разработанные шкалы растений-индикаторов влажности почвы. Некоторые виды могут указывать не только на степень, но и на сезонный режим увлажнения. Так, в Волго-Ахтубинскон пойме пырей ползучий Agropyron repens свидетельствует о местообитаниях с переменным и непродолжительным увлажнением, а бекмания обыкновенная Beckmannia eruciformis, напротив, о длительном и устойчивом затоплении. Индикация некоторых свойств торфяных залежей — мощности, химического состава, возраста, режима увлажнения и т. д. — также может быть проведена с использованием свойств растительности.

Следует отметить, что некоторые растительные индикаторы приурочены не к какой-то одной особенности почвы, а к определенному сочетанию почвенных факторов, что делает возможным индикацию почвенных условий одновременно по двум или нескольким признакам.

На этом принципе построены некоторые индикационные шкалы, например, Л. Г. Раменского (1938), дающие возможность по составу луговой растительности определить и богатство почвы, и условия увлажнения.

Иногда такие шкалы изображают в виде сеток, где по горизонтали откладывают один фактор, а по вертикали — другой, или в виде координат, где расходящиеся от центра линии означают изменение нескольких разных факторов. Следует иметь в виду, что такие схемы не имеют строгого количественного и геометрического смысла, но, тем не менее, дают представление об индикационной значимости того или иного растения или растительной ассоциации. растение биологический гидроиндикация Геологическая индикация по растительному покрову включает характеристику горных пород (например, их состав), глубину залегания и режим вечной мерзлоты и др.

Особое развитие получила такая важная отрасль геологической фитоиндикации, как использование растительных индикаторов при поисках полезных ископаемых. Минералогический состав горных пород в определенной степени влияет и на почвенный слой: возникают так называемые поля специфической минерализации почв, которые отражаются на составе растительного покрова и состоянии растений. Один из индикаторных признаков — состав флоры.

Известны индикаторные виды, приуроченные к породам и почвам с определенной минерализацией. Такие индикаторы в иных условиях не встречаются и отличаются устойчивостью (а иногда и требовательностью) к определенным элементам. Известны соответствующие «флоры»: «галмейная» (Viola calaminaria и др.), указывающая на обогащение почвы цинком, «серпентинитовая» (или серпентинная) на серпентинитах, содержащих много магния;"доломитовая", «медная» (в том числе «медные» мхи), растения-индикаторы селена, кобальта и др.

Виды, приуроченные исключительно к металлоносным участкам, в целом, получили название металлофитов.

В геологической фитоиндикации индикаторным признаком может быть также изменение внешнего облика растений (например, у чабреца горного Satureja Montana, приуроченного к серпентинитам Балкан, приземистый рост, суккулентность листьев) и особенно окраски цветков. Так, белый миндаль под влиянием магния становится розовым, оранжевая эшшольция в присутствии меди — сизой, белые цветки чабреца на серпентинитах — ярко-фиолетовыми. Недаром формы некоторых видов на серпентинитах иногда описывают как особые морфологические расы.

Наконец, геологическая фитоиндикация может основываться и на изменении химического состава растений. Известно, что многие растения способны концентрировать определенные элементы. Иногда такая концентрация происходит в любых условиях, даже при незначительном содержании элементов в окружающей среде, и тогда не имеет индикаторного значения. Например, береза накапливает железо и марганец независимо от местообитания, морские водоросли — йод, плаун сплюснутый Lycopodium complanatum — алюминий, орех водяной Trapa natans — марганец. Список таких «ложных индикаторов» хорошо известен в геологии.