Гідроіндикація

Різні елементи гідросфери тісно пов'язані з рослинним покривом. У зв'язку з цим рослинні індикатори можуть використовуватися під час вивчення вод морів, океанів, поверхневих вод суші, снігового покриву, підземних вод і ґрунтової мерзлоти.

Склад і розподіл рослинності бентосу і планктону морів є показником освітленості, температури, хімічного складу, збагаченості органічною речовиною, переміщення водних мас, льодового режиму та ін.

Рослинність здатна відбивати зміни освітленості зі збільшенням глибини. Наприклад, у Чорному морі на поверхні субліторалі (глибина до 3...5 м), де освітленість досягає 100 000 лк, переважають світлолюбні види (поліфіти): із вищих водних рослин – Zostera, зелені водорості Ulva, Cladophora, Enteromorpha поряд із бурими – Padina та червоними – Polisiphonia.

Середню сублітораль (глибина 3...5; 10... 15 м залежно від прозо­рості води) з освітленням до 40 000 лк займають помірно-світлолюбні водорості (мезофіти), переважно бурі Cystoseira та червоні Ceramium.

Нижня сублітораль і елітораль (10...15; 50..60 м), де освітлення зменшується до сотень люкс, розповсюджені лише тіньовитривалі (умброфільні) червоні водорості.

Одночасно водорості можуть бути використані як показник певних температурних властивостей води.

Наприклад, кріофільна водорость Phaeocystis pouchetii, яка може жити лише при температурі від 1 до 11,6° С, є індикаційним показником холодних полярних вод. До холодостійких (кріофільних) видів також належать Fucus, Bangia та Enteromorpha. Існують також виключно теплолюбні (термофільні) види – Trichodesmium, Syraco, які існують лише за температури, вищої 20° С.

У результаті різної чутливості водоростей до солоності води, їх розподіл може характеризувати зміни вод різного ступеня мінералізації. Так, водорость Halosphaera viri живе у воді за солоності понад 30‰. У солоних морських водах із солоністю 3...30‰ часто наявні угруповання бурих і червоних водоростей (Fucus, Сystoseira, Laminaria, Мacrocistis). Індикаторами прісних або слабомінералізованих вод (до 3‰) є Spirogyra, Sagittaria та Nymphaea candida.

Рослинність використовують також як індикатор хімічних влас­тивостей води, для чого визначають кількісний вміст органічної речовини або засолення легкорозчинними солями.

За кількісним вмістом органічної речовини води природних водойм поділяють на:

• евтрофні – насичені гуміновими сполуками і мінеральними ре­човинами. У таких водоймах найрізноманітніша прибережна, плава­юча на поверхні та занурена рослинність;

• оліготрофні – найчистіші, бідні на органічну речовину води. Рослинність таких водойм дуже специфічна, найтиповішими пред­ставниками є Lobelia та Litorella.

• дистрофні – насичені гуміновими сполуками, кислі, бідні на мінеральні речовини. Це, як правило, заболочені, торф'янисті терито­рії лісів. Типовими представниками цих територій є Сагех, Еquisetum і Роtamogeton.

Рослини індикують також ґрунтові води. За характером взаємо­зв'язку з ґрунтовими водами виділяють:

• постійні гідроіндикатори – рослини, пов’язані з наявністю ґрунтових вод: гігрофіти індикують наявність близьких ґрунтових вод, а фреатофіти мають розвинену кореневу систему і використову­ють воду глибинних горизонтів. Постійні гідроіндикатори поділяють на глікофільні, які ростуть на грунтах з промивним водним режимом, та галофільні, що ростуть на ґрунтах з випаровувальним режимом;

• перемінні гідроіндикатори – рослини територій з непостійним ґрунтовим зволоженням. Це може бути міжпластове зволоження, капілярна кайма, конденсація атмосферної та ґрунтової вологи, внутрішньогрунтове випаровування або глибинні лінзи;

• негативні гідроіндикатори – рослини, які використовують дуже малі запаси гігроскопічної вологи і потребують достатньої аерації ґрунту. За наявності близьких ґрунтових вод ці рослини відсутні;

• індиферентні види – це ті, що мають широку екологічну амплітуду відносно вологи.

Гідрогеологічні умови можна оцінювати за фізіологічними індикаторними ознаками, до яких належать:

• показники водного режиму, такі, наприклад, як інтенсивність транспірації, що має високі значення у мезофітів, фреатофітів і гігрофітів та низькі у галофітів і ксерофітів;

• пігментація, або забарвлення, рослин. Наприклад, сукуленти при наявності близьких ґрунтових вод мають інтенсивне темно-зеле­не забарвлення, а за глибини понад 1...1,5 м – жовто-червоне;

• вміст солей у вегетативних органах. З'ясовано, що фреатофіти мають більш виражену кореляцію між вмістом солей в рослині та мінералізацією ґрунтових вод. Наприклад, у сарзана вміст солей у тканинах підвищується від 35 до 45% сухої ваги зі збільшенням мінералізації ґрунтових вод від 7 до 85 г/дм³. Ксерофіти мають незначну залежність між збільшенням солевмісту рослин і мінералізацією води більше, ніж 8...10 г/дм³. Ймовірно, що ці рослини мають кореляцію між вмістом і мінералізацією вод тільки за невеликих її значень (до 10 г/дм³);

• анатомо-морфологічні ознаки – це розміри рослин, пагонів, форми росту, характер розгалуження, зміни анатомічної будови тканин тощо.

Однак можливості фітоіндикації значно обмежуються у результаті змін рослинного покриву під дією антропогенних чинників. За таких умов спостерігається пригнічення індикаторних видів навіть в оптимальних умовах їх росту та розвитку. У зв’язку з чим фітоіндикаційні польові спостереження необхідно доповнювати додатковими експериментальними дослідженнями.

Використання рослин у моніторингових дослідженнях можливе у двох випадках: якщо вони накопичують у своїх тканинах забруднювальні речовини в значно вищих концентраціях порівняно із середовищем або, якщо їх чутливість до впливу забруднювальних речовин значно вища, ніж усіх інших рослин.

Рослина–монітор – це рослина, у якої ознаки пошкодження з’являються під час дії на неї фітотоксичної концентрації однієї забруднювальної речовини або їх суміші.

Переваги рослин-моніторів перед приладами в тому, що вони де­шеві, легко відтворюються, а також мають типову відповідну реакцію на вплив забруднювального фактора.

Для кількісного оцінювання забруднення за допомогою рослин-моніторів необхідно провести попереднє визначення певних залежностей між реакцією рослини на забруднення і концентрацією цієї речовини в довкіллі. Для цього необхідно:

• порівняти ступінь пошкодження рослини з відомою концентра­цією забруднювальної речовини в середовищі існування рослини;

• використати рослину як живий колектор з подальшим визна­ченням кількості токсиканту. Наприклад, мох Hyphum cupressiforme здатний поглинати цинк, свинець, кадмій, нікель, мідь і марганець та накопичувати їх у своїх тканинах у десятки разів більше, ніж у навколишньому середовищі;

• визначити кількість токсиканту (або метаболіту, що з'являється у відповідь на пошкодження в рослинній клітині) та порівняти її з концентрацією токсиканту в середовищі.

Слід зазначити, що суттєве підвищення концентрації певних хімічних елементів в окремих ділянках біосфери призвели до того, що під час еволюції деякі рослини почали рости за високого вмісту цих елементів. Такі рослини отримали назву рослин індикаторів-моніторів. Серед них виділяють універсальні і локальні індикатори.

Універсальні ростуть виключно в районах з підвищеним вмістом конкретного елемента, а локальні – часто широко розповсюджені і лише в окремих районах за певних умов стають індикаторами забруднення.

За особливостями поглинання певних хімічних елементів росли­ни поділяють на концентратори і деконцентратори. Потрапляння в звичайні рослини (не концентратори) підвищеної кількості певних елементів спричинює низку фізіологічних і морфологічних змін. Вони настільки характерні, що можуть індикувати забруднення.