Фитоиндикация

Индикация как направление научных исследований развивается в географии, гидрогеологии, инженерной геологии, геоботанике, экологии. Индикационный подход применяется в тех случаях, когда требуется в ограниченный отрезок времени получить информацию о состоянии системы. Например, врач может оценить состояние больного всего лишь по одному показателю – температуре тела. Таким образом, сущность индикационного подхода заключается в определении состояния одной системы по состоянию других систем, более доступных для исследования и измерения. Исследуемые системы и называют индикаторами.

Одним из широко распространенных направлений в индикации является биоиндикация. Биоиндикация – оценка состояния среды по биосистемам (живой организм, популяция, сообщество, экосистема). Биосистемы, которые используются для оценки состояния среды, называют биоиндикаторами.

Оценка состояния среды по растениям – фитоиндикация. Основные направления современной фитоиндикации следующие:

1) фитоиндикация на ценопопуляционном уровне (индикаторами выступают различные показатели ценопопуляций растений – возрастной спектр, морфологические параметры, жизненность и т.д., которые изменяются в зависимости от условий среды);

2) фитоиндикация на основе фитоиндикационных (экологических) шкал или индикаторных групп видов;

3) сининдикация, т.е. фитоиндикация на основе использования растительных сообществ (синтаксонов).

Вот примеры индикаторов 1 группы: 

Сухостой

Вот примеры, когда индикация ведется по видовому составу растительности:

Общие сведения об экологических шкалах Фитоиндикационные шкалы – инструмент экологических исследований http://geoecograph.blogspot.com/2014/07/Fitoindikacionnye-shkaly-instrument-ekologicheskih-issledovanij.html

Исторические предпосылки современной фитоиндикации:
 http://geoecograph.blogspot.com.by/2016/06/K-istorii-fitoindikacii.html

О шкалах Элленберга здесь: Фитоиндикация: экологические шкалы Элленберга http://geoecograph.blogspot.com/2015/02/Fitoindikacija-jekologicheskie-shkaly-ellenberga.html

Шкалы Элленберга можно скачать здесь https://drive.google.com/file/d/0B_xy2gfevlYXWUNuaFM2V0RJWVU/view?usp=sharing

Основные сведения о фитоиндикационных шкалах можно найти в следующих книгах:

Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипов Н.А. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. - М.: Сельхозгиз, 1956. 472 с.

Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М.: Наука, 1983. 196 с.

Ellenberg H. Zeigerwerte der Gefasspflanzen Mitteleuropas. – Gottingen: Goltze, 1974. – 97 S.

Ellenberg H., Weber H.E., Dull R., Wirth V., Werner W., Paulisen D. Zeigerwerte von Pflanzen in Mitteleuropa// Scripta Geobotanica, 18, 1991. – S. 9-166.

Landolt E. Okologische Zeigerwerts zur Sweizer Flora. - Veroff. Geobot. Inst. ETH. Zurich. 1977. H.64. – S. 1-208.

Дiдух Я.П. Основи бiоiндикацiï. – Киïв: Наукова думка, 2012. – 360 с.

Широко распространена фитоиндикация на основе использования растительных сообществ. В рамках ландшафтной индикации (Основы теории и методики…, 1979; Викторов и др., 1970; Викторов, Чикишев, 1980; Викторов, Чикишев, 1990) основное внимание уделялось фитоиндикации с помощью растительных сообществ, выделяемых по доминантам. В качестве преимущества указывалось, что выделение сообществ по доминантам не требует подробных описаний и осуществляется технически просто. При этом совершенно игнорировался тот факт, что экологическая амплитуда растительных сообществ, выделяемых по доминантам, определяется экологической амплитудой этих самых доминантов, которая часто весьма широка.

Иллюзия тесной связи «растительность-среда» поддерживалась за счет игнорирования статистического аппарата, который был в состоянии проверить достоверность индикации (Миркин и др., 2002). Только применение более объективных статистических методов анализа связи растительности и среды, сделало очевидным, что эта связь не носит функционального характера. Как хорошо показал Б.М. Миркин, любой тип сообществ может быть связан с несколькими почвенными разностями и даже с более высокими по рангу таксонами почвенной классификации. У каждого типа сообществ есть своя модальная, т.е. сопряженная с ним в большей степени, чем другие, единица почвенной классификации и наоборот. Сообщества, выделяемые по 1-2 доминантам с широким экологическим ареалом, оказываются «плохими» синтаксонами, у которых нет выраженных модальных типов почв. В то же время у сообществ, выделяемых по флористическим признакам (не зависящих от капризов экологии доминантов), выраженность модальных почвенных единиц всегда четкая (Миркин, 1985).

Существенно эффективнее использование для фитоиндикации сообществ, выделяемых на основе эколого-флористических признаков (система классификации Браун-Бланке). Так, сообщества уровня ассоциации эколого-флористической классификации Браун-Бланке могут служить индикаторов определенных свойств экотопа.

Примеры сообществ эколого-флористической классификации Браун-Бланке, которые могут использоваться как индикаторы экотопа:

http://geoecograph.blogspot.com/2014/09/arctietum-lappae-indicator.html

http://geoecograph.blogspot.com/2014/09/oenothera-biennis-artemisia-campestris.html

А также в работах:

Гусев А.П. Фитоиндикация влажности почвогрунтов на городской территории (на примере г. Гомеля) // Природные ресурсы. – 2007. – №2. – С. 104-109.

https://drive.google.com/file/d/0B_xy2gfevlYXWjVoS0xXcTJIZHM/view?usp=sharing

Гусев А.П. Фитоиндикация эродированности почвенного покрова (на примере Белорусского Полесья) // Природные ресурсы, 2007. - №3. – С. 87-94.

https://drive.google.com/file/d/0B_xy2gfevlYXR2gwNzJsWGdOY3M/view?usp=sharing

Гусев А.П., Шпилевская Н.С. Анализ рудеральных сообществ городского ландшафта на основе применения фитоиндикационных шкал Элленберга // Вестник ВГУ. – 2007. - №3 (45). – С. 138-142.

Фитоиндикация в геоэкологии

Для решения геоэкологических задач нами предложен и апробирован комплекс фитоиндикационных методов, основу которого составляют эколого-флористический и ценопопуляционный методы индикации. Эколого-флористический метод индикации представляет собой комбинированное использование:

а) эколого-флористической классификации растительности Браун-Бланке (сининдикация, в которой в качестве индикаторов выступают синтаксоны – ассоциации, союзы, порядки, классы);

б) фитоиндикационных шкал;

в) методик изучения растительного континуума.

В основе эколого-флористического метода индикации лежит исследование видового состава растительности (фитоценозов, пробных площадок, синтаксонов, ценоклинов и т.д.), который рассматривается как наиболее надежный и репрезентативный признак растительности, отображающий экологические условия и сукцессионный статус. Тем не менее, даже видовой состав растительности не является универсальным индикационным признаком, что обусловлено сложностью индицируемых объектов. Поэтому в качестве индикаторов нами использовались также онтогенетические спектры ключевых видов – деревьев (ценопопуляционный метод индикации), некоторые структурно-функциональные показатели растительного покрова – запас фитомассы, прирост, высота господствующего ярусов, общее проективное покрытие. Ценопопуляционный метод индикации основан на изучении онтогенетических (возрастных) спектров популяций ключевых видов (т.е. деревьев). При оценке загрязнения компонентов геосистем также использованы известные биоморфологические индикаторы (признаки повреждения растений - усыхание, некрозы, дефолиация и др.). Перечисленные фитоиндикационные методы дополняют друг друга; использование их в комплексе позволяет решать вышеуказанные задачи в рамках геоэкологического анализа.

Фитоиндикационные методы дополняют геоэкологический анализ, решая определенный, достаточно обширный круг задач, а именно позволяют:

1) оценить уровень и пространственный охват антропогенного воздействия на геосистемы, фиксируя негативные природно-антропогенные процессы и явления, такие как подтопление, водная эрозия, дефляция, химическое загрязнение, рекреационная и пирогенная дигрессия;

2) определить тип и интенсивность прошлых воздействий (на лесных территориях), которые могут влиять на современную геоэкологическую ситуацию;

3) оценить способность геосистем к самовосстановлению;

4) оценить нарушение экологического равновесия (риск нарушения экологического равновесия);

5) учесть тенденции природной долговременной динамики, связанной с саморегуляцией и саморазвитием геосистем;

6) определить сукцессионный статус геосистемы, т.е. ее положение в динамических (эволюционно-динамических) рядах саморегуляции и саморазвития;

7) оценить напряженность геоэкологической ситуации и современные тенденции антропогенной динамики геосистем.

Фитоиндикационно-геоэкологический анализ имеет существенные отличия от других работ в области фитоиндикации:

1) рассмотрение фитоиндикаторов как элементов природных и природно-антропогенных геосистем;

2) комплексирование методов фитоиндикации («универсальных» фитоиндикаторов не существует, сложность объектов индикации требует применения различных фитоиндикационных методов и методик);

3) отбор методов фитоиндикации ведется исходя из жесткого требования удовлетворять следующим критериям: быстрота (метод должен позволять в ограниченный отрезок времени получать максимум информации о состоянии геосистемы), простота (т.е. низкая трудоемкость и высокая экономичность), достаточно высокая точность (относительно затраченных сил и средств), пригодность для анализа геосистем различной размерности и генезиса, сопоставимость результатов, по крайней мере, в пределах изучаемой территории (региона);

4) фитоиндикационные методы направлены на решение геоэкологических задач, т.е. фитоиндикация подчинена геоэкологическому анализу и оценке, выступает их инструментом.

http://geoecograph.blogspot.com.by/2016/05/Fitoindikacija-transformacii-landshafta-v-zone-neftedobychi.html

Подробнее:

Гусев А.П. Фитоиндикационно-геоэкологический анализ динамики геосистем: теоретические и методические основы // Вестник Витебского государственного университета, 2010. - №2 (56). – С. 84-89.

https://drive.google.com/file/d/0B_xy2gfevlYXa19GTFo3eVB6ZXM/view?usp=sharing

Гусев, А.П., Шпилевская, Н.С. Фитоиндикационно-геоэкологический анализ антропогенной динамики лесного ландшафта// Природопользование: сборник научных трудов. Выпуск 17 / НАН Беларуси; Институт природопользования НАН Беларуси; редкол: А.К. Карабанов (гл. ред.) [и др.]. – Минск: Институт природопользования НАН Беларуси, 2010.

https://drive.google.com/file/d/0B_xy2gfevlYXdng3MFpLbVZMeFE/view?usp=sharing

Гусев А.П. Индикаторы трансформации лесного ландшафта в зоне химического загрязнения атмосферы // Природные ресурсы. – 2001. - №3.

Гусев А.П. Фитоиндикаторы загрязнения атмосферы в зоне влияния химического производства // Вестник Белорусского государственного университета. Сер. 2. Химия. Биология. География. – 2006. - №2.

Гусев А.П. Фитоиндикаторы трансформации природного ландшафта при аварии нефтепровода // Известия Белорусского государственного педагогического университета им. М. Танка. Сер. 3. Физика. Математика. Информатика. Биология. География. – 2006. - №2.

Соколов А.С., Гусев А.П. Фитоиндикация состояния широколиственно-лесных ландшафтов в зоне влияния рекреации // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. География. Геоэкология. – 2006. – №2.

Гусев А.П. Фитоиндикаторы трансформации природного ландшафта в зоне нефтедобычи (на примере юго-востока Белоруссии) // География и природные ресурсы. – 2007. – №2.

Гусев А.П., Соколов А.С. Информационно-аналитическая система для оценки нарушенности лесных ландшафтов // Вестник Томского государственного университета. – 2008. – №309 (апрель).