Растения – индикаторы в природе

— умеренные ацидофилы индицируют почвы с рН 4,5 - 6,0. К ним относятся сфагнум балтийский (Sphagnum balticum), багульник (Ledum palustre), брусника (Rhodococcum vitis-idaea), кошачья лапка (Antennaria dioica), седмичник (Trientalis europaea), толокнянка (Arctoctaphylos uva-ursi), фиалка собачья (Viola canina), черника (Vaccinium mytrtillus);

— слабые ацидофилы показывают почвы с рН 5,0 - 6,7. В эту группу входят сфагнум Гиргензона (Sphagnum girgensohnii), папоротник мужской (Dryopteris filis-mas), бор развесистый (Millium effusum), ветреница лютиковая (Anemone ranunculoides), зеленчук (Galeobdoton luteum), колокольчики широколистный и крапиволистный (Campanula latifolia, Campanula trachelium), купена многоцветковая (Polygonatum multiflorum), медуница неясная (Pulmonaria obscura), овсяница высочайшая (Festuca altissima), осоки волосистая и ранняя (Carexpillosa, Carexpraecox).

Растениями - индикаторами околонейтральных почв с рН 6,0 - 7,3 являются земляника зеленая, или клубника (Fragaria viridis), сныть (Aegopodium podagria) и другие растения.

Нейтральные до слабощелочных  почвы с рН 6,7 - 7,8 индицируют растения - нейтробазифилы: мать-и-мачеха (Tussilago farfara), пупавка красильная (Anthemis tinctoria). Базиофилы — растения, растущие на щелочных почвах: василек русский (Centaurea ruthenica), горчак (Acroptilon repens), кермеки (Limonium sp.), подмаренник (Galium aparine), селитрянка (Nitraria schoberi). Растения - галофиты обитают в засоленных местах и способны накапливать в своих органах большое количество солей. Это не причиняет им ущерба, а не слишком высокие концентрации солей даже способствуют росту. Особенно склонны к накоплению солей растения семейства маревые — Chenopodiaceae. Солерос (Salicomia euroраеа) растет даже при содержании поваренной соли в почве 2 - 3 процентной концентрации, которая для большинства растений является смертельной. Даже если выращивать галофиты на нормальных садовых почвах, они могут накапливать в своих тканях натрий и хлор. Опыты по подбору растений для выращивания на засоленных почвах и при поливе их сильно минерализированной водой позволили выделить формы, пригодные для возделывания в условиях, губительных для обычных сортов культурных растений. Оказалось, что наиболее устойчивые линии росли достаточно хорошо даже при поливе морской водой.

Большие группы растений не могут  служить индикаторами, так как нормально растут в широком диапазоне рН. Это растения - эвритопы, обитающие на почвах с рН от 3,0 - 9,5, то есть от сильнокислых до сильнощелочных, например, мышиный горошек (Vicia crassa).

Растения способны указать нам  и на плотность почвы. Так, дымянка лекарственная (Fumaria officinalis), незабудка полевая (Myosotis arvevsis), пикульник (Galeopsis bifida) растут на рыхлых почвах, а лапчатка гусиная (Potentilla anserina), лютик ползучий (Ranunculus repens), подорожник большой (Plantago major) — на уплотненных.

1.2.Индикаторы почвенного  плодородия

Растительность подает нам достаточно явные сигналы о структуре почвы, ее водном режиме и балансе питательных веществ. Поэтому с помощью растений можно определить, например, какие выбрать удобрения. Плодородие почвы является ее важнейшей характеристикой. Именно от плодородия зависит и урожай, и красота растений. Растения - индикаторы укажут на уровень плодородия земли, на которой они произрастают.

Если запас питательных веществ  в почве невелик, на них могут произрастать только растения - олиготрофы. В природе на таких землях растут низшие растения — сфагновые мхи (Sphagnum sp.) и лишайники: кладонии (Cladonia sp.), пельтигера (Peltigera sp.), цетрария, или исландский мох (Cetraria islandiса). Из высших растений это обитающие во влажных лесах и болотах багульник (Ledum palustre), брусника (Vaccinium vitis - idaea), вереск (Calluna vulgaris), клюква (Vaccinium oxycoccus, или Oxycoccus quadripetalus), подбел (Andromeda polifolia), черника (Vaccinium myrtillus) и растения песчаных почв — белоус (Nardus stricta), бессмертник (Helichrysum arenarium), кошачья лапка (Antennaria dioica), ястребинка волосистая (Hieracium umbellatum) и другие. Для того чтобы сделать эти почвы пригодными для культивирования других растений, необходимо повысить их плодородие внесением удобрений.

Растения - мезатрофы довольствуются средней обеспеченностью почв минеральным питанием. Это зеленые мхи гилокомиум (Hylocomium splendens) и ритидиадельф (Rhytidiadelphus sp.), папоротник мужской (Dryopteris filix-mas), вероника дубравная (Veronica chamaedrys), ветреница лютиковая (Anemone ranuncoloides), земляника лесная (Fragaria vesca), грушанка круглолистная (Pirola rotundifolia), душица (Origanum vulgare), иван-да-марья (Melampyrum nemorosum), любка двулистная (Planantera bifolia), смолевка поникшая (Silene nutans), яснотка пурпуровая (Lamium purpureum) и другие растения.

Указателями богатых почв являются растения - эвтрофы и растения - мегатрофы. На плодородных почвах растут: мох мниум (Mnium sp.), папоротники страусово перо {Matteuccia struthiopteris) и кочедыжник женский (Anthrinum filix-femina), иван-чай (Chamaenerium angustifolium), копытень (Asarum europaeum), коротконожка лесная (Brachypodium silvaticum), крапива двудомная и жгучая (Urtica dioica, Urtica urens), купырь лесной (Anthriscus silvestris), лебеда (Atriplexpatula), лисохвост (Alopecurus pratensis), лунник (Lunaria rediviva), малина (Rubus idaeus), медуница (Pulmonaria obscura), мокрица (Stellaria media), овсяница гигантская (Festuca gigantea), паслен черный (Solarium nigrum), перелеска благородная (Hepatica nobilis), хвощ лесной (Equisetum silvaticum) и некоторые другие виды.

Растения - эвритрофы, то есть растения, которые могут расти и успешно развиваться на почвах разного плодородия, в качестве индикаторов почвенного плодородия использованы быть не могут.

Важнейшим элементом питания растений является азот. При нехватке азота растения слабо растут, имеют чахлый вид, бледную окраску листьев. При достаточном азотном питании развитие надземных органов и общее состоянии растений хорошее. Индикаторами значительного содержания азота в почве являются растения - нитрофилы. Они растут на обогащенных азотом почвах ольховых лесов — калужница (Caltha palustris), крапива двудомная (Urtica dioica), недотрога (Impatiens noli-tangere), паслен сладко-горький (Solanum dulcamara), хмель (Humulus lupulus), в верхних слоях почвы под пологом лиственных лесов — звездчатка лесная (Stellaria holostea), пролесник многолетний (Mercularia perennis), на плодородных пустырях — крапива глухая и яснотка пурпуровая (Lamium album, Lamium purpureum), лопух (Arctium lappa), марь белая (Chenopodium album), пустырник (Leonurus cardiaca). Индикаторами низкого содержания азота в почве являются растения - нитрофобы. Ими являются многие бобовые растения: дрок красильный (Genista tinctoria), люцерна (Medicagolupulina), астрагал (Astragalus sp.) и другие. Выживать на почвах, бедных азотом, им помогает содружество с азотфиксирующими микроорганизмами, которые способны получать азот из атмосферы и снабжать им растения. Клубеньковые бактерии в течение года обогащают 1 гектар бобового поля 200 - 300 килограмм азота. Помимо бобовых известно до двух сотен видов других растений, дружащих с азотфиксирующими микроорганизмами. Это, в частности, лох (Elaeagnus angustifolia), облепиха (Hippophae rhamnoides), ольха (Alnus glutinosa), шефердия (Shephesdia argentea).

Какими бы ни были почвы по кислотности  или плодородию, для нормальной жизнедеятельности растений существенным фактором является и степень солнечного освещения. Различают светолюбивые растения, которые не выносят затенения, теневыносливые и тенелюбивые, которые погибают при прямом солнечном освещении. Растения - гелиофиты нормально развиваются только при интенсивном освещении. В условиях сильного затенения процессы дыхания у них начинают преобладать над процессами фотосинтеза, и растения могут погибнуть. Светолюбивыми растениями являются дрок красильный (Genists tinctoria), земляника лесная (Fragaria vesca), ракитник (Cytisus ruthenicus), фиалка собачья (Viola canina). Теневыносливые растения способны расти и развиваться в широком диапазоне условий освещенности — от сильного затенения до полного солнечного света, например, купена лекарственная (Polygonatum officinale), ландыш (Convallaria majalis), пролеска (Scilla bifolia). Тенелюбивые растения - сциофиты не выносят прямого солнечного света. Это кислица (Oxalis acetocella), майник (Majanthemum bifolium), недотрога (Impatiensnoli-tangere), фиалка удивительная (Viola mirabilis), хвощ лесной (Equisetum silvaticum), хохлатки (Corydalis sp.), растущие в тенистых влажных лесах. Знание о свето- или тенелюбивых культивируемых растениях поможет избежать ошибок при размещении их на садово-огородном участке.

1.3.Индикаторы месторождений  полезных ископаемых

Накопление минеральных веществ  в органах растений можно использовать для того, чтобы путем листового анализа — изучения золы листьев — выявить нехватку или избыток определенных элементов. Растения, таким образом, могут служить индикаторами содержания питательных веществ в почве, а также возможного наличия рудных месторождений.

На засоленных и содержащих соду почвах, в гипсовых впадинах, на почвах с повышенным содержанием тяжелых  металлов и на отвалах пустой породы после промышленных разработок минеральные вещества могут оказывать на окружающую среду токсическое воздействие. Только немногие растения приспособлены к таким почвам. Некоторые из них способны накапливать ионы тяжелых металлов и пригодны для индикации таких почв.

Ярутка (Thlaspi alpestre) встречается на почвах, содержащих цинк и кадмий. Она способна без вреда для себя накапливать в листьях эти металлы в количествах, в сотни и тысячи раз больших, чем на почвах с нормальным содержанием цинка и кадмия, соответственно, 25 грамм и 170 миллиграмм на один килограмм сухого вещества. Отмечена способность бобовых растений - астрагала (Astragalus sp.), донника (Melilotus sp.), клевера (Trifolium sp.) - накапливать много молибдена. Минуартия (Minuartia verna) из семейства гвоздичных индицирует свинец и медь, а букашник (Jasione montana) из семейства колокольчиковых - мышьяк. В местообитаниях, содержащих много свинца, произрастают злаки: овсяница овечья (Festuca ovina) и полевица тонкая (Agrostis tenuis); на цинковых почвах - особые виды фиалки (Viola calaminaria), ярутки (Thlaspi calaminare) и смолевки (Silene sp.). Полынь холодная (Artemisia frigida) помогает найти вольфрам; гладиолус (Gladiolus sp.), качим (Gypsophila patrini), смолевка обыкновенная (Silene vulgaris) - медь. На серпентиновых почвах (богатых хромом, никелем, магнием) встречаются папоротник костенец клиновидный (Asplenium cuneifolium), армерия приморская (Armeria maritima), бурачок Бертолона (Alyssum bertolonii), кипарис Сарджента (Cupressus sargentii) и другие растения.

Кладоискатели используют способность представителей флоры обнаруживать драгоценные металлы. Имеются растения, указывающие на присутствие в почве золота, серебра, платины. В шишках пихты (Abies alba) и сосны (Pinus silvestris), растущих на почвах с содержанием золота 0,00002 процента, его концентрация возрастает в пятьдесят раз. Еще более страстной любительницей золота оказалась кукуруза (Zea mais), не зря прозванная королевой полей. Из тонны золы кукурузных отходов можно извлечь до 60 грамм золота. Не менее активным накопителем золота оказался и неприметный хвощ (Equisetum sp.). Залежи серебряных руд в американском штате Монтана были открыты благодаря эриогонуму (Eriogonum ovalifolium).

В наш атомный век  открыта способность растений указывать месторождения урана. У сосен и можжевельников, растущих над залежами урана, в надземных органах отмечается повышенная концентрация этого элемента. Если в золе листьев содержание урана составит 2 части на миллион, то данное месторождение можно считать пригодным для промышленной разработки. Астрагал двухбороздчатый (Astragalus bisulcatus) и другие виды астрагала могут быть индикаторами селена, а так как селен часто сопутствует урановым рудам, то эти растения также полезны при поиске урановых месторождений. Селен сам по себе является редким химическим элементом, на который имеется повышенный спрос в разных отраслях промышленности. Благодаря астрагалам, накапливающим его в своих тканях, организовать добычу селена можно не путем строительства рудников, а сбором растений с последующим выделением ценного металла из зольного остатка после сжигания растительной массы. Там, где уран встречается вместе с серой, полезными индикаторами могут быть накапливающие серу представители семейств крестоцветных (Brassicaceae) и лилейных (Liliaceae). У растений иван-чая (Chamaenerium angustifolium), растущих над урановыми месторождениями, розовые в норме лепестки становятся белыми. Под влиянием радиоактивного излучения белеют и зеленеют синие плоды голубики (Vaccinium aliginosum).

Нефть называют кровью промышленности, и человечество неустанно ищет все новые и новые ее месторождения. Среди множества органических веществ, входящих в состав нефти, имеются соединения, стимулирующие рост растений. Поэтому в нефтеносных местообитаниях некоторые растения выделяются необычайно буйным ростом. Это взморник, или зостера малая (Zostera noltii), достигающая в нефтеносных районах каспийских вод метровой длины, при обычном размере 10 - 40 сантиметров, или петросимония (Petrosimonia triandra), буйно разрастающаяся на битуминозных почвах.

1.4.Индикаторы  грунтовых вод

Ботаники по нарастающей требовательности к водному режиму выделяют следующие группы растений: ксерофиты, мезофиты и гигрофиты. Первые встречаются в сухих местообитаниях, способны переживать продолжительные периоды сухости почвы и воздуха. Вторые приспособлены к жизни в условиях умеренного (достаточного) увлажнения. Третьи растут во влажных местообитаниях, с большим количеством осадков и постоянно высокой влажностью воздуха. Ввиду многообразия природных условий выделяют также промежуточные (переходные) группы: ксеромезофиты и мезогигрофиты.

Донник белый (Melilotus albus), ковыль (Stipasp.), кошачья лапка (Antennaria dioica), незабудка мелкоцветковая (Myosotis micrantha), очиток едкий (Sedum acre), песчанка узколистная (Arenaria stenophylla), тимьян ползучий (Thymus serpyllum), цикорий обыкновенный (Cichorium intybus), чистец пушистый (Stachys pubescens), ястребинка волосистая (Hieracium pilosella) указывают на сухость почв.

Индикаторами повышенной влажности являются белокрыльник (Calla palustris), водяной перец(Polygonum hydropiper), дербенник, или плакун-трава (Lythrum salicaha), калужница (Caltha palustris), лабазник вязолистный (Filipendula ulmaria), лютик ползучий (Ranunculus repens), незабудка болотная (Myosituspalustris), осоки береговая и топяная (Carexriparia, Carexlimosa), рогоз узколистный (Typha angustifolia), сабельник (Comarum palustre), селезеночник (Chrysosplenium alternifolium), тростник обыкновенный (Phragmites communis), чистец болотный (Stachys palustris).

Важно знать не только степень влажности почвы, но и  глубину залегая почвенных вод, в чем нам помогут растения - индикаторы. Глубину залегания грунтовых вод можно определить, ориентируясь на данные, приведенные в таблице 3. Для плодовых деревьев требуется, чтобы грунтовые воды залегали не ближе 1,5 - 2 метров от поверхности. Поэтому если на вашем участке буйно растет осока, то без устройства искусственного дренажа здесь не стоит выращивать ни плодовые деревья, ни ягодные кустарники.

Таблица 3.

Растения – индикаторы грунтовых вод

В регионах с недостаточным  увлажнением вода является жизненной необходимостью. И не просто вода, а вода, пригодная для питья и земледелия. В пустынях имеются свои растения - индикаторы, позволяющие определить наличие подземных запасов воды, глубину ее залегания, ее качество и степень минерализации (табл. 4).