Фітомоніторинг. Використання рослин у моніторингових дослідженнях.

 

 

 

Фітомоніторинг–дослідження екологічного стану фітоценозів або використання для оцінки стану довкілля рослин.

За Ю.А.Ізраїлем моніторинг складається з трьох основних частин:

 

• спостережень за антропогенними факторами і довкіллям;
• аналізу й оцінки стану довкілля;
• прогнозування зміни стану довкілля.

 

Вищі та нижчі рослини можуть використовуватися як біомонітори забруднення середовища в двох випадках: якщо вони накопичують у своїх тканинах забруднюючі речовини в значно вищих концентраціях, ніж відповідні концентрації в середовищі, або якщо їх чутливість до впливу певних забруднюючих речовин різко відрізняється від чутливості всіх інших рослин.

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

Під час впливу забруднення у рослин може змінитися швидкість росту і репродуктивна стадія, прискоритися процес цвітіння, знизитися продуктивність і врожайність. Кожний із цих параметрів можна використовувати як монітор.

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

 

• статистичний метод (опрацювання даних про викиди шкідливих речовин в атмосферу, скидання неочищених вод, захоронення відходів і т.д.);
• картографічний метод (використовується для виявлення розмірів природно-антропогенних деградаційних процесів);
• лабораторні методи (основні методи моніторингових досліджень, які використовують різні установи для отримання первинної інформації в лабораторних умовах). 

 

1.Рекогносциювальні (ознайомлювальні)–під час досліджень лише фіксують імовірний стан забруднення довкілля, визначають місця відбору проб, їх кількість, методи досліджень тощо.

2.Короткочасні (сезонні або однорічні)–відбирають проби вод, донних покладів, грунтів, рослинного покриву та біологічних об’єктів для лабораторних досліджень або проводять польові дослідження, за реакціями біоти та кількісним складом видів роблять первинну оцінку стану забруднення.

3.Довготривалі (не менш як трирічні)–вивчення посезонної або річної динаміки забруднення, можливості відновлення попереднього стану досліджених біоценозів.

4.Стаціонарні (багаторічні)–створення наукових стаціонарних станцій з відбором проб на постійних ділянках досліджень.

 

 

 

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

Вплив фотохімічних оксидантів на рослини навіть сильніший, ніж первинних забруднень, а їхній вміст в атмосфері залежить від часу доби, метеорологічних умов і концентрації первинних забруднюючих речовин.

 

 

• генетично зумовлені пороги пошкодження або фізіологічніреакції (швидкістьросту, 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 забруднюючої речовини і тривалість впливу (характерний ефект «доза-відповідь»), відповідно гостра або хронічна дія;
• метеорологічні фактори (швидкість і напрям вітру, кількість опадів тощо). 

Усі наведені фактори інтегруються рослиною, яка певним чином реагує на вплив конкретної забруднюючої речовини.

Відомо, що навіть за незначного перевищення фонової концентрації забруднень (в 1…10 разів) в атмосфері, із 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 %.

Стійкі до забруднення види рослин сприяють очищенню атмосферного повітря. Це залежить від поглинальної здатності окремих видів та їх морфофункціональних пристосувань. Наприклад, високу здатність поглинати гази має караган, а низьку–липа, клен. З’ясовано, що низька поглинальна здатність рослин пов’язана зі значним опушенням їх листків, яке перешкоджає вільному надходженню газів до тканин листка. Однак, опушення листків сприяє видаленню із атмосфери пилу.

 

 

• 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 види дерев також мають неоднакову здатність поглинати гази. Наприклад, 10 кг листків різних дерев поглинає SO2 відповідно: тополя–180 л, ясен–140 л, в’яз–120 л, липа–100 л, клен лише 20 л.

 

• вологості повітря (чим вища вологість, тим швидше поглинаються гази);
• опушення листків (краще поглинають гази гладенькі листки без опушення і кутикули);
• ступеня обводнення листків (краще поглинають гази листки в стані повного тургору);
• інтенсивності освітлення (на світлі поглинання газів прискорюється);
• температури (підвищення температури прискорює поглинання газів).

 

 

Клімат у будь-якому куточку Землі–це інтегральна характеристика змін під впливом природних, а також антропогенних факторів як глобального, так і локального характеру.

Зміна температурного режиму, кількості опадів, випаровування та антропогенні перетворення ґрунтового покриву за останні 30 років призводять до появи нехарактерних для природних зон ознак.

В деяких районах Херсонської та Миколаївської областей, крім процесів ерозії і засолення, мають місце ознаки спустелення. Знизився вміст гумусу (з 17 до 3%), з’явилися пилові бурі, суховії, змінився характер рослинності.

Пом’якшення та потепління клімату призвело до активізації хвороб шкідників сільськогосподарських культур і зменшення їх продуктивності.

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

Площа земель сільськогосподарського призначення в Україні постійно зменшується. Знижується рівень родючості ґрунту.

Родючість ґрунту в своє поняття обов’язково включає рослину і відображає ступінь відповідності в системі ґрунт-рослина.

Показники, що характеризують агрофізичний стан ґрунтів, можуть бути використані як для діагностики рівнів фізичної деградації, так і їх окультуреності.

У системі моніторингу біосфери екологічний моніторинг водойм займає важливе місце. Основні аспекти моніторингу водойм:

• визначення змін в умовах середовища (зміни вмісту біогенних елементів, кисню, рівня забруднення);
• вивчення екологічних наслідків і біологічних ефектів впливу забруднюючих речовин на індивідуальному і популяційно-біоценотичному рівнях.

Якщо брати до уваги вплив на водні рослини, то на індивідуальному рівні токсиканти впливають на окремі процеси в організмі, а саме:

• зміни хімічного складу та розмірів клітин;
• зміни у ферментних системах, які призводять до гальмування важливих фізіологічних процесів, насамперед дихання та фотосинтезу;
• зміни осмотичної регуляції;
• гальмування або припинення росту і відтворення ;
• виникнення мутацій, канцерогенезу та пов’язаних із ними утворень патологічних форм. 

Згідно з реакцією водних рослин на забруднюючі речовини у середовищі їх поділяють на такі групи:

а)рослини-акумулятори, які адсорбують токсичні речовини в кількостях, набагато вищих за їхній вміст в довкіллі;

б)критичні–високочутливі рослини, які зникають при появі забруднюючих речовин токсичного характеру або проявляють такі виражені ефекти, як патологія, мутації, різке зменшення відтворення та загибель;

в)монітори–високочутливі організми, які адаптуються за рахунок різноманіття фізіологічних якостей. Вони відображають найменшу зміну природного фону, що з’являється за наявності певних забруднюючих речовин і діють як рання попереджувальна система.

 

• біологічний опис;
• детальні екологічні дослідження на полігонах робіт;
• використання біоти як індикаторних організмів;
• біотестування для виявлення антропогенних впливів на екосистему;
• фітоіндикація з метою діагностики хімічного режиму, класу і концентрації хімічних речовин, прогнозування стану фітосистем.

Для отримання достовірної інформації потрібно проводити багаторічні систематичні спостереження, оскільки поодинокі дані не відображають істинного розподілу забруднень.

 

 

1.Дайте визначення фітомоніторингу.

2.Назвіть найважливіші методи моніторингових досліджень в екології рослин.

3.Як поділяються екологічні дослідження за тривалістю?

4.Які рослини називають рослини-акумулятори, критичні рослини та рослини-монітори?