Фітомоніторинг клімату

Клімат – статистично багаторічний режим погоди, який визна­чається широтою місцевості, висотою її над рівнем моря, віддаленістю місцевості від океану, рельєфом суходолу, характером підстильної поверхні, антропогенним впливом та іншими факторами.

Існує кілька класифікацій клімату:

• за географічними зонами (клімат тайги, тропічних пустель тощо);

• за зв'язком атмосфери з поверхнею землі (клімат приземного шару повітря, клімат вільної атмосфери та ін.);

• за циркуляцією поверхневих мас над суходолом і океаном (кон­тинентальний, морський або океанічний);

• за ступенем сухості або, навпаки, вологості повітря (аридний, семіаридний, гумідний та ін.).

Важливим завданням кліматичних досліджень за регіональними програмами є розробка моделей формування регіонального клімату, розробка сценаріїв можливої його зміни під впливом глобального потепління, а також місцевих антропогенних факторів.

Схема регіонального кліматичного моніторингу складається з:

• інформаційної бази даних;

• діагностичної оцінки фактичного стану клімату;

• оцінювання стану клімату в близькому майбутньому та у перспективі;

• оцінювання можливої реакції окремих об'єктів природного середовища на зміни клімату;

• рекомендацій народному господарству стосовно зниження нега­тивних наслідків змін клімату.

Так, в Україні зміна температурного режиму, кількості опадів, випаровування за останні 30 років призвели до посилення процесів ерозії, засолення та опустелення. Знизився в ґрунтах вміст гумусу, змінилися умови зимівлі озимих, активізувалися хвороби сільськогосподарських культур, зросли популяції шкідників.

Водночас збільшення негативного екологічного тиску на природ­не середовище (посухи, зливові дощі, суховії, пилові бурі) призвело до погіршення стану земельних ресурсів.

Фітомоніторинг забруднення атмосфери

Мільйони років атмосферу забруднювали викиди як природного, так і антропогенного походження.

Джерела надходження забруднювальних атмосферу речовин можна ранжирувати в такому порядку:

• стаціонарні джерела (згоряння палива);

• нафтопереробні заводи;

• добування корисних копалин (не металів);

• чорна металургія;

• кольорова металургія;

• хімічна промисловість;

• целюлозно-паперова промисловість;

• харчова промисловість;

• рухомі джерела (транспорт).

Забруднювальні атмосферу речовини поділяють на первинні – вики­ди джерел забруднення (вуглеводні, альдегіди, етилен тощо) та вторинні – фотохімічні оксиданти, що утворюються вже в атмосфері (озон, двоокис азоту, пероксиацетилнітрати).

Вплив фотохімічних оксидантів на рослини навіть сильніший, ніж первинних забруднень, а їхній вміст в атмосфері залежить від часу доби, метеорологічних умов і концентрації первинних забруднювальних речовин. Найнижчий вміст – у ранкові години, коли викиди промислових газів в атмосферу найменші, а найвищий – о другій – третій годині дня. У суміші вторинних забрудників найтоксичнішим елементом є озон. Відомо, що його концентрація залежить від сонячного світла і співвідношення в повітрі NO₂/NO. Другою за токсичністю речовиною, що забруднює атмосферу, вважають етилен, найменша концентрація якого спричинює незворотні явища в рослинному організмі.

На реакцію рослин на вплив фотооксидантів діють наступні фактори:

• генетично зумовлені пороги пошкодження, або фізіологічні реак­ції (швидкість росту, цвітіння, плодоношення, утворення насін­ня, врожайність);

• вік рослини, або ступінь її зрілості;

• умови культивування, включаючи запас поживних речовин, вміст вологи в ґрунті, освітлення, температуру, відносну вологість по­вітря та тип ґрунту;

• концентрація забруднювальної речовини і тривалість впливу (характерний ефект “доза – відповідь”), відповідно гостра або хронічна дія;

• Фактори, дія яких на рослину подібна до дії забруднювальних повітря речовин, такі:

• біологічні (бактерії, гриби, комахи, кліщі, нематоди, віруси, ге­нетичні аберації);

• фізичні (світло, механічні пошкодження, поживні речовини, рН, температура, вода, вітер, пестициди, солі). Вплив полютантів на організм рослини, як правило, неспецифічний, але в деяких випадках у рослин можна спостерігати і специфічні реакції.

До неспецифічних реакцій рослин на забруднення атмосферного повітря відносять:

• зниження загальної життєздатності рослин;

• зниження резистентності до хвороб і консументів;

• перерозподіл асимілятів на репарацію пошкоджень;

• зміну інтенсивності фотосинтезу та дихання;

• зміну ритму транспірації;

• мутагенну дію.

Під час вивчення ефектів впливу атмосферних забруднень на ро­слини слід охарактеризувати їх за наростанням інтенсивності кон­центрацій. Виділяють такі концентрації:

• фонова – нормальний (допустимий за ГДК) вміст речовин;

• мала – майже не перевищує фонові значення, зумовлює значні зміни основного метаболізму, які можна назвати адаптивними (рос­лина завжди здатна до певних перебудов і широко їх використовує під час адаптації до незначних коливань стану довкілля);

• середня – в 10...100 разів перевищує фонову, її токсичний вплив помітний і призводить до кумулятивного ефекту, що зумовлює зни­ження продуктивності;

• висока – призводить до пригнічення рослини і неможливості відтворення потомства виду, випадання цього виду з екосистеми, при цьому коефіцієнт розмноження особини стає меншим за одиницю, що унеможливлює відтворення виду навіть за умови усунення екосистемних факторів типу конкуренції чи впливу хвороб;

• летальна – призводить до чітко виражених гострих уражень, насамперед пожовтіння листків, часткового або повного опадання їх і навіть загибелі рослини.

Ефект впливу полютантів на фітоценози не є простою сумою ефек­тів впливів на види, що їх становлять. Якщо вплив незначно відрізняється від фонових значень, це зумовлює фізіологічні, морфологічні та інші перебудови в середині виду. Якщо ж вплив значно відрізняється від фонового, то сукцесія призводить до нового клімаксового стану, що характеризується іншим видовим складом, де види будуть мак­симально пристосовані до нового середовища.

Відомо, що навіть за незначного перевищення фонової концент­рації забруднень (в 1...10 разів) в атмосфері, з екосистем швидко зникають лишайники та чутливі види грибів. Так, за останні 20 років у Західній Європі і Північній Америці кількість видів мохів і лишайників скоротилася на 25...30%.

Водночас стійкі до забруднення атмосфери рослини можуть сприяти її очищенню. Наприклад, високу здатність поглинати гази має караган, а низьку – липа, клен.

Детоксикація шкідливих речовин у рослині відбувається різними способами:

• цитоплазма рослинних клітин зв'язує деякі шкідливі речовини, перетворюючи їх на неактивні;

• токсиканти трансформуються в рослинах на нетоксичні продук­ти, які залучаються до загального метаболізму рослинних клітин;

• корені рослин виділяють деякі шкідливі речовини, поглинуті надземною частиною рослин, наприклад сірковмісні сполуки.

Різні фітоценози відіграють неоднакову роль в очищенні атмосфери від шкідливих домішок. Так, на 1га лісу газообмін в 3...10 разів вищий, ніж у агроценозі. Деревні насадження збільшують турбулентність повітря, сприяють переміщенню повітряних течій, внаслідок чого забруднювальні речовини швидше розсіюються.

Запитання. Завдання

1. У чому полягає сутність поняття наукового методу?

2. Які методи використовують під час проведення наукових досліджень?

3. Розкрийте суть методів за способом організації дослідження.

4. Чим відрізняються загальнонаукові методи досліджень від емпіричних?

5. Дайте визначення поняттям: “аналіз”, “синтез”, “індукція”, “дедукція”, “аналогія”, “абстрагування”, “моделювання”, “системний аналіз”.

6. Назвіть основні емпіричні методи наукових досліджень та розкрийте їх зміст.

7. Охарактеризуйте структуру експерименту та назвіть його основні етапи.

8. Обґрунтуйте необхідність проведення соціологічного опитування в екологічних дослідженнях.

9. У чому полягають особливості проведення екологічних досліджень?

10. Які спеціальні методи використовують в екологічних дослідженнях?