Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Биоиндикация загрязнений

Механический состав почв. Литоиндикаторы

В природных экосистемах антропогенное изменение физических параметров необрабатываемых почв в большинстве случаев относительно невелико. Однако под

Ступени

богатства

почв

pH

Характеристика и распространение почв

Растения-индикаторы

1-3

4,0-4,5

Особо бедные почвы (сильно выщелоченные песчаные и супесчаные); оли- готрофный торф верховых болот

Подбел Andromeda polyfolia, вереск обыкновенный Calluna vulgaris, осока Сагех раисг- flora, мирт болотный Chamaedaphne calycu- lata, Cetraria uslandica, вороника Empetrum nigrum, пушица Eriophorum vaginatum

4-6

5,0-5,5

Бедные почвы (выщелоченные песчаные и супесчаные) . Бедные суходольные луга лесной зоны, сосновые боры и субори. Торф верховых и переходных болот

Полевица Agrostis canina, манжетка Al- chemilla vulgaris, осока Carex lasiocarpa, овсяника овечья Festuca ovina, ястребинка Hi- eracium pilosella, линнея Linnaea borealis, молиния голубая Molinia coerulea, белоус Nardus stricta, папоротник-орляк Pteridium aquilinum, сивец Succisa pratensis

7-9

5,5-6,5

Небогатые почвы (подзолистые, торфяные и др.). Суходольные луга лесной зоны, еловые и смешанные леса, бедные низинные луга, болота

Трясунка средняя Briza media, осока Carex aquatilis, хвощ Equisetum palustre, земляника лесная Fragaria vesca, нивяник Leucanthe- mum vulgare, марьяник дубравный Melam- pirum nemorosum, кислица Oxalis acetosella, горец Polygonum bistorta

10-13

6,0-7,5

Довольно богатые почвы (луговые, суглинки, выщелоченные черноземы). Пойменные, низинные луга и болота, степи, дубравы

Тысячелистник Achillea millefolium, ольха черная Alnus glutenosa, осока Carex visi- caria, василек луговой Centaurea jacea, ежа Dactxjlis glomerata, хмель Humulus lupubus, чина луговая Lathyrus pratensis

14-16

7,0-7,5

Богатые почвы (черноземы, каштановые и др.). Степи, пустыни, некоторые полупустыни

Лисохвост Alopecurus ventricosus, осока Carex hirta, цикорий Cichorium inthybus, ке- лерия Koeleria gracilis, лядвенец Lotus cor- niculatus, люцерна Medicago lupulina, лапчатка гусиная Potentilla anserina, чабрец Thymus marschallianus

воздействием агропроизводства и рекреационных нагрузок оно может иметь широкие масштабы. Как правило, все антропогенно измененные почвы сильно подвержены физическим нагрузкам. Изменение почвенных параметров касается сложения и структуры почвы, например ее порозности и плотности горизонтов, что может привести к уменьшению аэрироваииости и дренажа. Физические нагрузки па почвенные системы проявляются главным образом в изменении их агрегатиости. Это приводит к изменению соотношения основных структурных элементов почвы. Как известно, механический состав почв определяется соотношением физического песка (частицы > 0,01 мм) и физической глины (частицы < 0,01 мм). Механический состав почв во многом обусловливает тепловой, воздушный, водный режимы, особенности минерального питания растений. Песчаные почвы являются, по сравнению с суглинистыми и глинистыми, более холодными, менее водообеспеченными, отличаются бедным минеральным составом. В природе существует естественная дифференциация видов, приспособленных к обитанию па различных по механическому составу субстратах. Биоиидикацию механического состава почв и литологических особенностей горных пород проще всего проводить по растениям.

Выделяют две группы растений, приуроченных к различным по механическому составу почвам.

Псаммофиты — растения, произрастающие на песчаных субстратах. К ним относятся осока вздутая Carex physodes, аристида Aristida pennata, волоснец песчаный Leymus arenarius и др.

Петрофиты (литофиты) — растения, произрастающие на каменистых субстратах. Представителями этой группы являются василек Маршалла Centaurea marschalliana, иван-чай широколистный Chamaenerion latifolium и др.

В природе наблюдается естественная динамика луговых сообществ во времени, обусловленная уплотнением почв по мере становления фитоценозов. Согласно Р. Вильямсу выделяются три стадии зарастания пустоши. На первом этапе формирования луга залежь заселяется длиннокорневищными растениями, требующими хорошо аэрированных субстратов, — пыреем ползучим Elytrigia repens, костром безостым Bromopsis inermis и др. Разрастаясь, они способствуют уплотнению почв и снижению содержания в них воздуха, ухудшая тем самым условия жизнедеятельности организма. Роль длиннокорневищных видов в сообществе постепенно снижается, и они уступают место рыхлодернинным растениям, менее требовательным к аэри- рованности грунтов. Наступает вторая стадия формирования луга —стадия рыхло- дерновинных растений: тимофеевки луговой Phleum pratense, ежи сборной Dactylis glomerata, клевера лугового Trifolium pratense и др. Однако со временем образование сплошной дернины приводит к угнетению роста этих видов в связи с дальнейшим уплотнением почв и снижением обеспеченности корневых систем кислородом. Постепенно рыхлодерновинные виды сменяются плотнодерновинными; наступает третья стадия формирования лугового фитоценоза — стадия плотнодерновинных видов, сопровождающаяся на увлажненных субстратах вторичным заболачиванием территории. Основными ценозообразователями во влажных местообитаниях являются щучка дернистая Deschampsia caespitosa, а в сухих — овсяница овечья Festuca ovina и белоус торчащий Nardus stricta.

Изменение плотности почв под воздействием антропогенной нагрузки влияет на все группы почвенной флоры и фауны. Это проявляется в затруднении прорастания семян и проникновения корней растений в почву с последующим замедлением их роста. Следует различать воздействия, сказывающиеся вначале только на почве, и те, что затрагивают одновременно напочвенный ярус или связаны в основном с ним (нагрузка на растительность в результате вытаптывания).

В почвенных ценозах происходит снижение активности и обилия организмов (микроартропод и микробов), разлагающих органические вещества. Существует ви- доспецифичность растений по отношению к уплотнению почвы (вытаптыванию). Это хорошо демонстрирует изменение запасов фитомассы трех видов подорожников Plantago major, Р. lanceolata и Р. media, произрастающих на почвах с различной степенью уплотнения (см. рис. 32). Таким образом, эти популяционно-экологические параметры видов могут быть использованы для биоиндикации интенсивности уплотнения почв.

Исследовалось влияние антропогенного уплотнения почвы на микроартропод. Установлено обеднение фауны энхитреид в результате уплотнения верхнего горизонта почвы (0-10 см), обусловленного вытаптыванием.

В природе существует тесная связь встречаемости и жизненности некоторых видов растений-индикаторов с литолого-геохимическими условиями среды. Вопросы литоиндикации детально изучались многими учеными-геологами. В 1838 г. Ф. Унгер выделил по предпочтительности произрастания на почвах, обогащенных кальцием или кремнием, две группы растений — кальцефилы (кальцефиты) и силицифилы соответственно. Чуть позднее, в 1841 г., А. Карпинский составил схемы растений-индикаторов горных пород, показав связь распространения не только отдельных видов, но и их сообществ с геологическим фундаментом. Успешно использовались литоиндикаторы в практике геолого-съемочных работ П. А. Ососковым, Н. К. Высоцким и др.

В районах природного обогащения ТМ возникают такие локальные флоры, как медная, кобальтовая, галмейная (при избытке цинка). На ультраосновных, обогащенных Mg горных породах разной степени серпентинизации с резко сниженным отношением Ca/Mg и повышенным содержанием Ni, Со и Сг формируется специфическая серпентинитовая флора. На медных, кобальтовых, никелевых месторождениях, особенно в аридной зоне, развивается металлофитная флора, состоящая из специфических видов, например Silene cobalticola, Thlaspi calaminare, аккумулирующих металлы металлофильных подвидов и разновидностей, а также видов местной флоры. Виды металлофитных флор адаптированы к экстремальным условиям минерального питания и обладают высокой устойчивостью к ТМ. Вопрос об адаптации растений к ТМ неразрывно связан с вопросом устойчивости к ним.

Отчетливые флористические различия растительности в контрастных почвенно-геохимических условиях выявлены Н. В. Алексеевой-Поповой, И. В. Дроздовой, М. А. Катаевой (1998, 2001). Исследования методом конкретных флор (по А. И. Толмачеву) экологической дифференциации видов растений Полярного Урала в различных литологических условиях на ультраосновных, силикатных и карбонатных горных породах позволили выделить несколько групп видов по их встречаемости на разных типах горных пород.

A. Виды специфичные на Полярном Урале для ультраосновных пород: Asplenium viride, Koeleria asiatica, Thlaspi cochleariforme, Alyssum obovatum, Cochlearia arctica (в Арктике наиболее типична для морских побережий), Juncus biglumis, Thymus paucifolius, Artemisia borealis, Parrya nudicaulis.

Б. Виды активные на серпентинитах, вне их менее активные: Deschampsia glauca, Carex rupestris, C. melanocarpa, Allium schoenoprasum, Salix arctica (высокоактивна на серпентинитах), Rumex acetosa ssp. lapponica, Dianthus repens, Minuartia arctica, Sanguisorba officinalis, Saxifraga spinulosa, Pachypleurum alpinum, Andromeda polyfolia ssp.pumila, Senecio tundricola.

B. Амфитолерантные виды, весьма активные как на серпентинитах, так и на осадочных и метаморфических породах. Среди них — фоновые зональные виды, в том числе Dryas octopetala ssp. subincisa, Betula папа, Carex arctisibirica (всего 25 видов, некоторые из них типичны также для известняков).

Г. Виды-серпентинофобы, которые отсутствуют на серпентинитах, но обычны или даже часто встречаются на карбонатных и кислых породах в изученных районах Полярного Урала (39 видов). Эти виды, вероятно, переносят и кислые, и щелочные условия, но не выносят химизма серпентинитов: Equisetum pratense, Sibbal- dia procumbens, Tanacetum bipinnatum, Luzula confusa, Hierochloe odorata, Poa sibi- rica, Salix nummularia, S. reticulata, Dianthus superbus, Astragalus alpinus, Hedysarum arcticum, Potentilla cranzii, Phyllodoce coerulea, Vaccinium myrtillus и др.

Д. Кальцефиты Полярного Урала, встречающиеся только в «карбонатных флорах», отсутствующие на серпентинитах и кислых горных породах (43 вида): Carex sabinensis, С. ledebouriana, С. glacialis, Tofieldia pusilla, T. coccinea, Salix recurvigem- mis, Dryas punctata, Arabis alpina, Bromus vogulicus, Saxifraga tenuis, S. hieracifolia,

S. oppositifolia, S. caespitosa, Senecio resedifolius, Arnica iljinii и др.

Е. Облигатные ацидофиты, отсутствующие на серпентинитах и карбонатных породах (11 видов): Oxycocus microcarpus, Saxifraga aestivalis, Nardosmia laevigata, Cir- sium helenioides, Senecio congestus, Hieracium vulgatum и др.

Представители этих групп видов являются, по классификации Нобеля (1983), на Полярном Урале индикаторами, пассивное присутствие которых позволяет установить залегание горных пород с определенной минерализацией. Это относится к группам А, Д, Е, представители которых тесно связаны с соответствующим типом горных пород. Например, облигатные серпентинофиты достоверно указывают на ультраосновные горные породы. Виды группы Г — серпентинофобы, отрицательные индикаторы ультраосновных пород. На серпентинитах встречаемость некоторых видов, толерантных к ультраосновным породам, возрастает, расширяются их экологическая амплитуда и эвритопность по сравнению с зональными почвами на кислых субстратах. Амфитолерантные виды группы В не могут применяться для индикации геохимических условий среды.

Выявлены также флористические изменения на более высоком уровне: обеднение флоры на уровне семейства или рода. Таксономические спектры локальных флор на уровне семейства на ультраосновных, силикатных и карбонатных горных породах существенно различаются. Отмечено выпадение во флорах на ультраосновных породах семейств Equisetaceae, Orchidaceae, Papaveraceae, Crassulaceae, Callitrichaceae, Geraniaceae, Violaceae, Pyrolaceae, Primulaceae, Gentianaceae, Polemoniaceae, Rubi- aceae, Valerianaceae, Campanulaceae и др. Некоторые из этих семейств представлены единичными видами или обнаружены только на одном из изученных ультраосновных массивов в отличие от их представительства на других типах горных пород.

Наблюдается резкое изменение роли видов семейств Asteraceae, Ranunculaceae, Rosaceae. Главной причиной этого служат почвенно-геохимические различия, поэтому подобные особенности флоры также могут быть использованы как индикаторные признаки. Однако для их применения требуется сравнение локальных флор в различных геохимических условиях в данном географическом районе.

В разных регионах земного шара флора и растительность на выходах ультраосновных пород отличаются своеобразием. Оно становится особенно заметным в районах Крайнего Севера, где преобладает кислая, ненасыщенная основаниями, кора выветривания. Детальные исследования Н. В. Алексеевой-Поповой и И. В. Дроздовой (1998) серпентинитового массива в среднем течении р. Анадырь на Чукотке позволили проследить сукцессионные ряды от пионерных сообществ на серпентинитах, представленных на вершине горы, до зональных тундровых климаксовых сообществ, развитых на древнеаллювиальных отложениях р. Анадырь у ее подножия. Флора и растительность на выходах гипербазитов отличаются от зональных набором фоновых, доминатных видов. Так, обращает на себя внимание резкое доминирование Dryas incisa во многих растительных сообществах на серпентинитах Усть-Бельского горного массива. Здесь распространены щебневато-пятнистые осочково-дриадовые, кобрезиево-осочково-дриадовые тундры, а в более увлажненных, но хорошо дренированных экотопах — осочково-дриадово-рододендроновые тундры. Пионерные сообщества на серпентинитах, развитые на щебнистом элюво-делювии, отличают большая разреженность растительного покрова, небогатый видовой состав, ксерофитный характер. На обнаженном серпентинитовом субстрате на Чукотке встречаются виды, облигатно связанные с выходами ультраосновных пород, — Alyssum obovatum и Papaver anadyrense. Наряду с ними освоение субстрата происходит и за счет типичных эрозиофилов, произрастающих на других типах горных пород на незадернованных или зарастающих участках с подвижным субстратом, — Festuca auriculata, Minuartia rubella, Artemisia borealis, Artemisia glomerata, Eritrichium tschuktschorum, а также редко встречающихся видов — Cardamine victoris, Lychnis sibirica, которые расширяют здесь свою экологическую амплитуду и становятся обычными. Многие аркто-альпийские виды (Salix arctica, S. reticulata, Dryas incisa, D. punctata, Cas- siope tetragona) на гипербазитах спускаются в пояс гипоарктических тундр. В таксономическом аспекте отмечено усиление роли семейства Caryophyllaceae на ультра- основных породах с учетом высокой доли его представителей в составе пионерной растительности.

Заметная часть видов, встречающихся на ранних стадиях сукцессий на серпентинитах, представлена базифитами: Carex rupestris, С. glacialis, Dryas incisa, Festuca lenensis, Thalictrum alpinum. Однако небольшую долю составляют виды-ацидофиты Silene stenophylla, Oxytropis czukotica, а также амфитолерантные виды Claytonia arctica, Eritrichium tschuktschorum. Совместное произрастание базифитов и ацидофи- тов является характерной чертой серпентинитовой флоры в разных географических областях, в том числе и на Южной Чукотке.

Вниз по экологическому профилю —при переходе от обнаженного субстрата к дернине — количество ацидофитов возрастает, хотя сохраняется тенденция совместного произрастания растений с разными требованиями к степени основности субстрата. Для более поздних стадий сукцессий на серпентинитах характерно быстрое внедрение растений-ацидофитов в пионерные группировки базифитов. Это объясняется в первую очередь формированием поверх минерального субстрата органогенных подушек из продуктов выветривания гипербазитов. Такие подушки играют роль геохимического барьера и обеспечивают нивелирование влияния специфического химизма, присущего данному типу пород. Из влажных, как правило, хорошо гумусированных почв в нижней части склона происходит быстрое выщелачивание Mg — элемента, находящегося в избыточных количествах в серпентинитовых почвах и определяющего высокие значения их pH. Поэтому развитые здесь почвы характеризуются более низким значением pH среды, а также благоприятным для растений соотношением содержания основных катионов — Са2+ и Mg2+.

Видовой состав сообществ на серпентинитах в нижних частях «слонов становится богаче и разнообразнее. К этим местообитаниям приурочено большинство индифферентных видов, встречающихся как на ультраосновных, так и на кислых горных породах. Увеличение видового разнообразия в ходе сукцессии на стадии зрелых сообществ связано с ослаблением неблагоприятного воздействия «серпентинитовых факторов», с вышеупомянутым снижением содержания Mg, а также с уменьшением концентрации Ni, Со, Сг в почвах таких местообитаний. В то же время на этой стадии наблюдается вытеснение видов-серпентинофитов, которые не выносят конкуренции со стороны комплекса гипоарктических видов — ценообразователей зональных тундровых сообществ.

У подножия г. Горбатой на торфяно-глеевых почвах в долине р. Анадырь представлены зональные тундровые сообщества, отличающиеся в значительной степени по видовому составу от фитоценозов, развитых на серпентинитах: мелкоерничково- голубичные политрихово-ритидиевые с Carex stans, Hierochloe alpina, Calamagrostis holmii и дикраново-ягельные с олиготрофными кустарничками Arctous alpina, Ет- petrum subholarcticum, Vaccinium vitis-idaea. В этих экотопах произрастают виды, отсутствующие на г. Горбатой: Eriophorum angustifolium, Rubus arcticus, Linnaea borealis. Их, вероятно, можно отнести к группе растений-серпентинофобов.

В поясе кислой, максимально ненасыщенной коры выветривания, как правило, характерной для тундровой зоны, флора и растительность на выходах ультра- основных пород отличаются специфическим набором фоновых доминантных видов, что оказывается заметным даже при визуальных рекогносцировочных исследованиях. Наблюдаемое при формировании дернины па обнаженном серпептипитовом субстрате изменение видового состава фитоценоза, сопровождающееся исчезновением индикаторных видов, свидетельствует об ослаблении влияния почвенно-геохимических факторов, присущих ультраосновным породам.

Таким образом, флористические методы оценки состояния природной среды могут успешно применяться для индикации литологических условий, природной минерализации и геохимических аномалий. Наблюдающиеся изменения флоры являются устойчивыми, они эволюционно закреплены и потому высоконадежны. Выявленные в природных условиях закономерности взаимосвязи растительных видов с геохимической средой, их встречаемость и жизненность могут быть использованы для оценки антропогенного загрязнения среды.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
 
Популярные страницы