5. Экосистемный уровень биоиндикации на примере трофической структуры и сукцессии.

Экосистемный уровень предполагает изучение круговорота веществ и потоков энергии. Круговорот веществ осуществляется при участии запаса биогенов, организмов-продуцентов (растения, создающие органическое вещество из неорганических), организмов-консументов (животные, распределяющие и регулирующие потоки вещества и энергии) и организмов-редуцентов (грибы и бактерии, которые разрушают органические вещества, пополняя запас биогенов).

Среди различных показателей экосистем для биоиндикации представляют интерес трофическая структура и сукцессионные изменения.

Трофическая структура. Нарушение соотношения между блоками продуцентов, консументов, редуцентов. Например, вблизи комбинатов цветной металлургии, расположенных в таежной зоне, толщина подстилки достигает 20 см, превышая норму в 3–4 раза. Это происходит из-за угнетения почвенных беспозвоночных, ускоряющих процесс разрушения растительных остатков.

Сукцессии – естественные смены сообществ от простых и неус­той­чи­вых до сложных и устойчивых. Последние получили название зрелых, или климаксных. Антропогенный пресс нарушает естественный ход сукцессий. Страдают прежде всего заключительные стадии – зрелые климаксные сообщества, они не формируются. Процесс все время отбрасывается на более ранние стадии. Например, полная сукцессия лесов в Подмосковье предполагает не только смену березняков ельниками, но и формирование сложных смешанных лесов с участием дубов. Редкость таких лесов свидетельствует о глубоких преобразованиях территории. Попытки воспроизвести естественную сукцессию встречают большие трудности. При лесной рекультивации отвалов угледобывающей промышленности посаженные деревья не образуют настоящих лесов. Даже спустя 30 лет в почве под ними не развивается характерный для лесов комплекс сапрофагов-разрушителей лесной подстилки, что свидетельствует о существенном отличии почвенных и лесорастительных условий на отвалах, по сравнению с лесами. Беспозвоночные животные являются в данном случае биоиндикаторами формирования «неполноценных» экосистем.

В целом, нарушения среды на ценотическом и экосистемном уровнях приводят к:

4.     упрощению структуры сообществ и экосистем;

5.     нарушению внутренних связей (между видами, экологическими группами, блоками экосистемы и т.д.), т.е. механизмов саморегуляции сообществ и экосистем.

Выявление этих признаков – основной путь биоиндикации на высших уровнях организации живого.

6. Растения – индикаторы плодородия, водного режима, кислотности почв, глубины залегания грунтовых вод.

Фитоиндикация – использование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название – индикационная геоботаника.

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.

Гидрофиты – водные растения, погруженные полностью в воду или же имеющие плавающие на поверхности листья.

Гигрофиты – растения влажных мест обитания (дождевых лесов, болот, побережий водоемов). Это травянистые виды со слабой корневой системой, высокой способностью испарять воду, слаборазвитой механической тканью. Они совершенно не выносят даже кратковременного пересыхания субстрата, любят влажный воздух. Внешне характеризуются крупными тонкими листьями, иногда с капельным острием, по которому стекает вода (например, некоторые фикусы), особыми выростами на листьях для усиления испарения воды (например, императорская бегония).

Ксерофиты – растения сухих мест обитания. Имеют специфический облик и ряд специальных приспособлений. Ксерофиты встречаются в местах с сухим жарким климатом (сухие степи, пустыни и полупустыни). Засушливые условия могут наблюдаться даже в дождливых тропических лесах – недостаток влаги испытывают, например, многие эпифиты, растущие на верхних ветвях высоких деревьев. Особенностями ксерофитов являются уменьшение размеров листьев, их опушение, наличие толстой кожицы, воскового налета на ней, многочисленных жилок и устьиц. Некоторые ксерофиты имеют сильноразвитую корневую систему или специальные органы, запасающие воду. Ксерофиты, в отличие от гигрофитов, могут хорошо регулировать испарение воды. Наиболее известными типами ксерофитов являются суккуленты, жестколистные, тонколистные и ложные ксерофиты.

Суккуленты – растения с сочными, мясистыми листьями или стеблями (молочай, кактусы, агавы и т. д.), запасающие в тканях воду. Суккуленты, выращиваемые в комнатных условиях, не страдают от сухости комнатного воздуха в отличие от остальных растений.

Мезофиты – растения, требующие средних условий влажности. В эту группу входит большинство культивируемых в помещениях растений. Для многих растений, выращиваемых в комнатных условиях, необходима влажность порядка 70-80%, тогда как обычно влажность составляет порядка 50%. Тропическим видам с тонкими нежными листьями (фиттония, маранта, селангинелы, папоротники) необходима влажность воздуха около 90%. Для поддержки высокой влажности воздуха, особенно зимой, очень полезно использовать бытовые увлажнители воздуха.

Кислотность – один из ведущих факторов, определяющих видовой состав и численность сообществ почвенных беспозвоночных. Численность дождевых червей, например, обычно прямо пропорциональна рH от 3 до 8.

кислотность (рH) почвы:

1.   крайние ацидофилы (рH 3–4,5): сфагнум, гилокомиум, дикранум, плауны, водяника, марьянник луговой, ожика волосистая, пушица влагалищная, щучка, белоус, вереск;

2.   умеренные ацидофилы (рH 4,5–6): черника, брусника, багульник, сушеница, кошачья лапка, толокнянка;

3.   нейтральные (рH 6–7,3): растения дубрав - сныть, клубника зеленая, таволга шестилепестная;

  базофилы (рH>7,8): бузина, вяз, бересклет, крушина, крапива двудомная, хмель, недотрога, гравилаты. Гидротермический режим

В Восточной Сибири встречаемость в почве личинок майского хруща говорит о том, что вечная мерзлота залегает не ближе 2,2–3 м от поверхности почвы и что зимой не происходит смыкания промерзшего слоя с вечной мерзлотой. В Европейской части присутствие личинок майского хруща – показатель глубокого залегания грунтовых вод.