ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.09.2020
Просмотров: 8003
Скачиваний: 76
285
маревые, портулаковые, гребенщиковые (солерос травянистый, хамилион боро-
давчатый, лебеда белая, или кокпек, петросимония толстолистная, поташник
каспийский, ежовник, или биюргун солончаковый, сарсазан шишковатый). В
группу индикаторов засоленных почв можно включить также виды родов све-
ды, прутняка, многие виды рода солянки, гребенщиков – щетинистоволосного и
тонкоколосного, селитрянку сибирскую.
Л.Г. Раменский (1956) выделял 5 степеней засоления почв и связанных с
ними растений-индикаторов (табл. 13.8).
Таблица 13.8.
Фитоиндикаторы степени засоления почв на Юго-востоке Европейской части России
Степень засоления и характеристика почвы
Индикаторы
Степень засоления
I. Слабозасоленные, солончаковатые серозем-
ные, каштановые солонцовые почвы. Реакция
почвенных растворов – слабощелочная (рН 7,5–
8,3), в водной вытяжке из верхнего полуметро-
вого слоя содержится 0,05% сульфатов и 0,01–
0,03% хлоридов.
Полынь белоземельная, терескен, грудни-
ца татарская, солянка деревцевидная, или
боялыг.
II. Среднезасоленные почвы; обычно это луговые
солончаковатые почвы (рН 7,5–8,3), сульфаты –
0,1–0,3%, хлориды – 0,05–0,1%.
Ежовник, или биюргун солончаковый,
полынь малоцветковая, ситник Жерара,
солянка корявая, или жесткая, морковник
обыкновенный.
III. Сильнозасоленные почвы (солончаки) (pH до
9,1), сульфаты – до 0,05%, хлориды – до 0,3%.
Полынь малоцветковая, хамилион боро-
давчатый, франкения жестковолосая, или
сайгачья трава, солянка Комарова, горь-
куша солончаковая.
IV. Резко засоленные почвы (солончаки). Содер-
жание водорастворимых солей в поверхностном
слое почвы – несколько процентов.
Хамилион черенковый, млечник примор-
ский, сарсазан шишковидный, соляноко-
лосник прикаспийский, или карабаркар,
солерос европейский.
V. Злостные солончаки (шоры)
Растительность сильно изрежена или
полностью отсутствует.
Тип засоления
Хлоридное
Сар-сазан шишковидный, солерос европейский, гребенщик мно-
говетвистый.
Сульфатно-хлоридное
Поташник каспийский, гребенщик щетинистоволосый, солянка
узловатая.
Хлоридно-сульфатное
Прибрежница солончаковая, селитрянка Шобера, соляноколос-
ник, или карабакар прикаспийский, саксаул черный, петросимо-
ния толстолистная.
Сульфатное
Ежовник, или биюргун канделябрный, и безлистный, нанофитон
ежовый.
Солонцы
Ксерогалофиты: полынь малоцветковая, камфоросма марсель-
ская.
Солонцеватые почвы
Ксеромезофиты: солнечник русский, лихнис сибирский.
Загипсованные почвы
Гипсофит ежовник, или биюргун гипсовый.
286
13.2.2. Созологическая (природоохранная) фитоиндикация
Биоиндикация
– способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее
живых организмов и их сообществ. Наиболее часто при создании модели реак-
ций экосистем на воздействие антропогенных факторов используют экотокси-
кологические эксперименты, в основе которых лежит исследование реакций от-
дельных (модельных) организмов на эти факторы –
биотестирование
. В каче-
стве моделей (биотестов, индикаторов, тест-объектов) обычно используются
живые организмы, выделенные в лабораторную культуру. Это универсальный
метод в последние годы широко используется во всем мире для оценки каче-
ства объектов окружающей среды. Система наблюдений за реакцией биологи-
ческих объектов на воздействие поллютантов называется
биологическим мони-
торингом.
Биологический мониторинг включает в себя наблюдение, оценку и
прогноз изменений
состояния экосистем и их элементов, вызываемых антропо-
генным воздействием.
В качестве фитоиндикаторов широко используются водоросли и лишай-
ники. В культуре сине-зеленых водорослей выявляют процент мертвых и жи-
вых клеток, интенсивность флуоресценции, учитывают их биомассу и др.
Удобным объектом при исследовании токсичности загрязнений и сточных вод в
отношении численности водорослей являются одноклеточные зеленые водо-
росли (хлорелла, сценедесмус). У них определяют такие тест-функции, как со-
держание хлорофилла и соотношение разных типов хлорофилла. Широко из-
вестно, что многие лишайники способны чутко реагировать на загрязненность
воздуха. На этом их свойстве основано особое направление индикационной
экологии –
лихеноиндикация
.
Идеальная система мониторинга дает возможность количественно
оце-
нить состояние среды и ее изменения. Биологическая индикация позволяет
оценивать степень загрязнения окружающей среды по существующим биологи-
ческим показателям.
Поскольку вариабельность органической жизни чрезвычайно велика, осо-
бенно важно для мониторинга выбирать такие организмы, которые являются
наилучшими индикаторами изменений среды.
Для экотоксикологического картирования ландшафтов можно использо-
вать биоиндикаторы, аккумулирующие загрязнители по безбарьерному типу,
т.е. прямо пропорционально их концентрации во внешней среде (покровные
ткани растений и животных для этого не подойдут). Для биотестирования за-
грязнения почв, вод и атмосферы наиболее приемлемы листья, цветки и другие
органы растений.
Индикаторы должны удовлетворять ряду требований:
аккумуляция поллютантов не должна приводить к гибели тест-
организмов;
численность тест-организмов должна быть достаточной для отбора, т.е.
без влияния на их воспроизводство;
в случае долгосрочных наблюдений предпочтительны многолетние ви-
ды флоры;
287
биоиндикаторы должны быть генетически однородными (одновозраст-
ными и характеризоваться близкими свойствами);
должна быть обеспечена легкость отбора проб и быстрота тестиро-
вания;
результаты биотестов должны быть точными и воспроизводимыми;
при выборе тест-организмов предпочтение следует отдавать регистра-
ции функциональных, этологических, цитогенетических изменений отдельных
индикаторных процессов биоты, а не только изменению ее структуры, числен-
ности или биомассы, т.к. эти последние являются более консервативными.
13.2.2.1. Индикация почв
13.2.2.1.1. Биотесты на бактериях
Для тестирования остатков пестицидов, тяжелых металлов в почве и воде
используется микробиотест, позволяющий определить эффект суммарного при-
сутствия всех поллютантов. Метод основан на получении водной почвенной
вытяжки и количественной оценке в ней токсикантов по степени ингибирова-
ния одного из ключевых ферментов – люциферазы, что количественно реги-
стрируется биолюминометром типа БЛМ 8101. В питательную среду на основе
водной вытяжки (почва/вода – 1/10) высевают культуру
Photobacterium
phosphoreum
. Этим способом анализируются остатки пестицидов (ФОС, ХОП),
нитриты и тяжелые металлы. В санитарно-эпидемиологических исследованиях,
наряду с прямым определением содержания патогенных микроорганизмов,
также применяются методы индикаторных штаммов (или «почвенной заклад-
ки») и определения токсичности почв. При этом в качестве тест-объектов ис-
пользуют
Clostridium tetani
,
Cl. perfringens
,
Bacillus anthracis
,
Escherichia coli
и
др. Сущность метода «почвенной закладки» заключается в оценке соотношения
вегетативных и споровых форм биоиндикаторов в стерильной и нативной поч-
ве. Степень токсичности почв определяют по проценту пророста индикаторных
бактериальных штаммов, т.е. по отношению образовавшихся колоний к коли-
честву посевов. Показатель токсичности рассчитывается как величина обратная
проросту. Токсичность почвы ранжируется по восьми классам опасности.
13.2.2.1.2. Биотесты на водорослях
Классическим тест-объектом на загрязнители является одноклеточная зе-
леная водоросль хлорелла (
Chlorella vulgaris
Beijer.). Ее преимущества для экс-
пресс-анализа загрязнения заключаются в коротком жизненном цикле и воз-
можности проводить оценку по различным показателям.
Метод «бумажных дисков» – альгологическая оценка фитотоксичности
гербицидов. Интенсивность роста
Ch. vulgaris
оценивается в зависимости от
концентраций токсиканта. За альгицидные принимают концентрации вещества,
полностью подавляющие рост водорослей на дисках.
Метод замедленной флюоресценции (ЗФ). Эффект ЗФ проявляется у рас-
тений при наличии сформированного фотосинтетического аппарата. Гербициды
288
(ингибиторы фотосинтеза) способны изменять интенсивность флюоресценции.
Под действием очень низких концентраций гербицида флюоресценции резко
ингибируется, что регистрируется на специальной установке. Этим способом
можно выявить наличие гербицидов ингибиторов реакций Хилла. В случае дру-
гих пестицидов метод малоэффективен.
Зеленые и диатомовые водоросли весьма пригодны и для визуальных
оценок: под действием токсикантов первоначально зеленая масса водорослей
меняет цвет – становится густо-коричневой или, наоборот, обесцвечивается.
Существуют достаточно надежные способы количественной регистрации
воздействия загрязнителей, например, плазмолиз. Водоросли некоторое время
выдерживают в растворе, содержащем загрязняющие токсические вещества, а
затем переносят в гипертоничный раствор (1 М NaCl или раствор сахарозы).
Живые клетки подвергнутся плазмолизу (цитоплазма отойдет от клеточной
стенки в одном или нескольких местах), мертвые клетки на гипертоничный
раствор реагировать не будут.
Для определения количества погибших клеток пользуются методом ви-
тального окрашивания. Живые клетки сильно ограничивают проникновение в
протоплазму органических веществ, и, будучи помещенными в раствор ряда
красителей, практически не окрашиваются. В мертвые клетки краска проника-
ет свободно, благодаря чему наличие погибших клеток легко поддается учету.
Для тестирования загрязненной почвы используют тест учета биологи-
ческого разнообразия водорослей на единицу площади. При малейшем за-
грязнении почвы, первыми из альгоценозов исчезают зеленые водоросли.
Желто-зеленые водоросли, особенно одноклеточные, являются показателями
чистоты почвы.
13.2.2.1.3. Биотесты на высших растениях
Для биотестирования отработано немало методов на различных культу-
рах: белой горчице (
Sinapis alba
L.), озимой и яровой пшенице (
Triticum
aestivum
L.), овсе (
Avena
L.), гречихе (
Fagopyrum
L.), огурце (
Cucumis
L.),
кресс-салате (
Lepidium sativum
L.), сое (
Glycine
L.), льне (
Linum
L.), еже сборной
(
Dactylis glomerata
L.).
Горчица служит индикатором на противодвудольные гербициды, овес и
рис используют как индикаторы почвенных противозлаковых гербицидов, ре-
дис является традиционным биотестом при исследовании остатков пестицидов
в почве и конечной продукции растениеводства, на огурце и гречихе тестируют
гербициды – производные мочевины и фенилкарбаматы. Тест длится 10 дней.
При наличии вредных веществ снижается процент всхожести и ингибируется
рост зародышевых корешков. К недостаткам данного теста можно отнести не-
специфичные изменения, затрудняющие выявление конкретного загрязнителя.
Действие пестицидов на злаки обнаруживается по их влиянию на морфо-
генез растений и проявляется в изменениях типа морфозов. У озимой пшеницы
при высокой пестицидной нагрузке (2,4-Д, диален, лонтрел, тилт, байлетон, ме-
тафос) наиболее распространенным и устойчивым типом морфоза является «му-
товка», т.е. увеличение числа колосков на уступе колосового стержня.
289
13.2.2.1.4. Грибы как индикаторы
Наличие толстостенных многоклеточных спор повышает устойчивость
многих дейтеромицетов к высоким концентрациям тяжелых металлов. При за-
грязнении почв тяжелыми металлами у многих микромицетов происходит уси-
ление споруляции в 2–5 раз, а содержание мицелия может снижаться в 2–3 раза.
Чем беднее почвы, тем более сильное влияние оказывают тяжелые металлы на
микромицеты.
При промышленном и транспортном загрязнении тяжелыми металлами
комплекс почвенных микромицетов обедняется, снижается разнообразие видов,
упрощается структура, индекс разнообразия Шеннона уменьшается в 1,5–2 ра-
за. При небольших дозах загрязнения разнообразие видов может несколько
увеличиваться.
Наибольшая чувствительность к тяжелым металлам проявляется у видов,
имеющих узкие ареалы. В оподзоленных почвах один из самых чувствительных
видов – мортнерелла римская, в черноземах – пенициллиум шерстистый. У чув-
ствительных видов тяжелые металлы тормозят развитие спорангиев, снижают
скорость спорообразования, прорастания спор, роста мицелия. Более устойчивы
к загрязнению виды с широкими ареалами. При высоком загрязнении соедине-
ниями ртути и кадмия в дерново-подзолистых почвах начинают преобладать ви-
ды аспергиллусы черный и земляной, не типичные для этих почв. В черноземных
почвах с высоким содержанием тяжелых металлов обильно представлены грибы
пенициллиум красный, пациломицесс лилиевидный.
13.2.2.2. Биоиндикация водоемов
Для оценки токсичности загрязнений природных вод, контроля токсично-
сти сточных вод, экспресс-анализа в санитарно-гигиенических целях использу-
ют бактерии, грибы, высшие и низшие растения.
13.2.2.2.1. Определение общего микробного числа в водоеме
Материалы и оборудование
: стерильные чашки Петри; стерильные мем-
бранные фильтры (d = 0,45 мкм); фильтровальный прибор Зейтца; водоструй-
ный насос; мясопептонный агар (МПА); стерильный пинцет; 70%-ный спирт;
спиртовка; термостат; стерильные колбы.
Ход работы
: 1) Делают серию последовательных разведений воды из во-
доема. По 10 мл воды из каждого разведения пропускают через мембранные
фильтры, наложенные на предварительно профламбированную поверхность
фильтровального прибора, используя водоструйный насос. Каждую пробу ана-
лизируют в 3–5-кратной повторности. 2) Разливают по 20 мл МПА в чашки
Петри. После остужения мембранные фильтры стерильным пинцетом помеща-
ют фильтратом на поверхность питательной среды в чашки Петри на 24 ч. Чаш-
ки инкубируют в термостате при температуре 30–37°C. 3) По истечении време-
ни инкубации во всех параллельных чашках подсчитывают количество колоний
микроорганизмов на поверхности агара и находят среднее значение.