Ботанические методы фитоиндикации и диагностики почв наиболее хорошо разработаны. Они входят в особый раздел геоботаники индикационную геоботанику, сформировавшуюся в 30-х гг. прошлого столетия.
При составлении описания почв используют, как правило, и характеристику растительности. Поэтому к настоящему времени накопился уже большой материал по взаимосвязи почв и растений.
Методы фитоиндикации применяют при бонитировке почв, почвенных свойств и процессов. Например, путем анализа состава и структуры растительных сообществ, распространения растений-индикаторов или определения индикаторных признаков у отдельных видов растений можно установить: тип почвы, степень ее гидроморфизма, развитие процессов заболачивания, соленакопления и т. д. Среди растений обнаружены индикаторы на механический и химический состав почв, степень обогащенности питательными элементами, на кислотность или щелочность, глубину протаивания мерзлотных почв или уровень грунтовых вод.
Почвенно-зоологические исследования диагностического профиля стали развиваться позже ботанических. Только в 1950-х гг. почвенная зоология оформилась как самостоятельная область науки. Накопленный к тому времени фактический материал по распространению в почвах беспозвоночных, их фаунистическому составу и адаптационным характеристикам позволил сформулировать основные принципы зоологического метода диагностики почв. Теоретической предпосылкой применения почвеннозоологического метода для целей диагностики почв является представление об «экологическом стандарте» вида (М.С. Гиляров), о потребностях каждого вида в определенном комплексе условий среды.
Виды с широкой экологической амплитудой (эврибионты) мало пригодны для индикационных целей, тогда как экологически узковалентные виды (стенобионты) служат хорошими индикаторами определенных условий среды и свойств субстрата. Это положение представляет собой общий теоретический принцип в биологической диагностике. Однако использование одного вида для индикации дает мало уверенности в правильности выводов. Лучшее условие исследование всего комплекса организмов, из которых одни могут быть индикаторами на влажность, другие на температуру, третьи на химический или механический состав. Чем больше об щих видов почвенных животных встречается на сравниваемых участках, тем с большей долей вероятности можно судить о сходстве их режимов, а следовательно, и о близости исследуемых почвенных разностей, о единстве почвообразовательного процесса.
Не все группы почвенных животных равнозначны с точки зрения их диагностической ценности. Менее других полезны микроскопические формы простейшие и микроартроподы (клещи, ногохвостки). Их представители отличаются космополитизмом в силу того, что почва для них не выступает как единая среда обитания, а живут они в системе пор, капилляров, полостей, которые можно найти в любой почве. Среди простейших до последнего времени только раковинные амебы были использованы в качестве показателей почвенных условий, особенно в некоторых гидроморфных почвах. Их легче, чем других простейших, определять по строению их раковинок, которые, кроме того, хорошо сохраняются в почве. Наибольшая численность тестацид обнаруживается в кислых лесных почвах под хвойными лесами (десятки тысяч в 1 г при биомассе около 10 кг/га) и наименьшая в солонцах.
Из микроартропод наиболее хорошо изучены индикаторные свойства у панцирных клещей. Все зональные типы почв России четко различаются по численности, биомассе, продуктивности, характеру вертикального распределения, спектрам жизненных форм и по фаунистическому составу населения орибатид. Наибольшей величины их численность достигает в почвах таежной зоны, а наибольшей продуктивности в почвах влажных субтропиков. Большинство представителей почвенных микроартропод характеризуются высокой степенью космополитизма. Состав их комплексов зависит не только от почвенных условий, но и от характера и флористического состава растительности. Поэтому перспективно использование комплексов микроартропод не столько для диагностики почв, сколько для индикации повреждающих воздействий на почву.
Особенно ценны и удобны для индикационных работ в почвоведении комплексы крупных беспозвоночных (дождевые черви, многоножки, личинки насекомых), которые в меньшей степени космополиты, чем простейшие и микроартроподы. Ареалы видов крупных беспозвоночных более надежно изучены и характеризуются определенным комплексом почвенноклиматических условий. Есть много примеров индикаторного значения почвенных беспозвоночных. Так, стафилиниды рода В1еdius и чернотелки рода Ве1 ориs показательны для солончаково-солонцового комплекса почв, многоножки-кивсяки, некоторые мокрицы и легочные моллюски служат индикаторами на содержание в почве извести. Это организмы-калькофилы. Вид дождевых червей Осtо1аsium 1асtеиm и некоторые виды проволочников также являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах. Для целей установления типа почвы и направления почвообразовательного процесса используется не только принцип сравнительного изучения комплекса почвенных животных, но и такие показатели, как профильное распределение беспозвоночных по отдельным горизонтам, их участие в переработке опада. Например, в формировании бурых лесных почв большую роль играют диплоподы, мокрицы, моллюски, энхитреиды, сосредоточенные в лесной подстилке и перерабатывающие опад in situ. 166
В серых лесных почвах значительное влияние на формирование профиля оказывают крупные сапрофаги дождевые черви, связанные с минеральными слоями почвы, куда они вовлекают растительные остатки. Соотношение подстилочных и собственно почвенных крупных форм сапрофагов может помочь в некоторых случаях решению вопроса о направленности почвообразовательного процесса.
Почвенно-альгологическая индикация. Основой для развития почвенно-альгологических работ идикационно-диагностического профиля служит положение о том, что зональности почв и растительности соответствует и зональность водорослевых группировок. Она проявляется в общем видовом составе и комплексе доминантных видов водорослей, в наличии специфических видов, в характере распространения по почвенному профилю, в преобладании определенных жизненных форм.
Подзолообразовательному процессу соответствует сравнительно простая группировка водорослей с преобладанием одноклеточных зеленых и желто-зеленых, устойчивых к низкому значению рН. Для дернового процесса характерно большое разнообразие видов с равным преобладанием сине-зеленых и зеленых и значительной долей желто-зеленых и диатомовых водорослей. Болотный процесс характеризуется исключительным разнообразием видов с резким доминированием зеленых и наличием гидрофильных видов. При степном процессе в группировке водорослей преобладают сине-зеленые и одноклеточные зеленые убиквисты, при солонцовом получают значительное развитие диатомовые, при осолодении на первое место выходят зеленые и желто-зеленые, включая специфические виды. Пустынный процесс приводит к сокращению численности и разнообразия желто-зеленых и диатомовых и резкому доминированию нитчатых сине-зеленых водорослей. Биологическое освоение безжизненных грунтов и первичное почвообразование связаны с развитием мелких одноклеточных зеленых, сине-зеленых или желто-зеленых водорослей-убиквистов.
Микробиологическая диагностика и биологическая активность почв. Микробиологическая и биохимическая характеристики почв наиболее сложные разделы почвенной биодиагностики.
Микроорганизмы очень чуткие индикаторы, резко реагирующие на различные изменения в среде. Отсюда необычайная динамичность микробиологических показателей. Уже в первых работах диагностического направления в почвенной микробиологии, организованных С.П. Костычевым в 1920-х гг., была поставлена задача исследования биодинамики почв, то есть учета показателей не только в пространстве, но и во времени.
Другая трудность пестрота значений численности микроорганизмов в связи с их неравномерностью распределения в почвенной толще и даже в почвенном слое одного генетического горизонта. Из этого следует необходимость не только многократных анализов, но и многочисленности обрабатываемых образцов почв.
Третья сложность заключается в слабой разработанности микробной систематики и идентификации видов, без чего экологические исследования много теряют.
Биологическую активность почв определяют, используя самые различные микробиологические (прямой микробиологический подсчет микроорганизмов разных групп: бактерий, актиномицетов, грибов, и определение количества микроорганизмов на разных питательных средах), биохимические (определение ферментативной активности почв, АТФ, ДНК), физиологические (физиологический метод определения биомассы микроорганизмов, определение дыхания почв) и химические (определение содержания нитратов, аммиака) методы.
Методы четко делят на две группы:
1) методы определения действительной, актуальной природной био логической активности почв (полевые методы определения дыхания, азотфиксации, денитрификации, некоторые изотопные методы);
2) методы определения потенциальной биологической активности почв, то есть той активности, которая обнаруживается в лаборатории при оптимальных условиях для протекания данного процесса (определение ферментативной активности почв, лабораторные методы определения нит рификации, азотфиксации, денитрификации, дыхания).
Ко второй группе методов относятся и определение численности микроорганизмов прямыми методами или посевом, определение ДНК, мурамовой кислоты, хлорофилла, физиологический метод определения микробной биомассы, так как они позволяют определить только потенциальные возможности микроорганизмов в почве, но не дают представления об активной части микроорганизмов в определенный момент времени.
При составлении описания почв используют, как правило, и характеристику растительности. Поэтому к настоящему времени накопился уже большой материал по взаимосвязи почв и растений.
Методы фитоиндикации применяют при бонитировке почв, почвенных свойств и процессов. Например, путем анализа состава и структуры растительных сообществ, распространения растений-индикаторов или определения индикаторных признаков у отдельных видов растений можно установить: тип почвы, степень ее гидроморфизма, развитие процессов заболачивания, соленакопления и т. д. Среди растений обнаружены индикаторы на механический и химический состав почв, степень обогащенности питательными элементами, на кислотность или щелочность, глубину протаивания мерзлотных почв или уровень грунтовых вод.
Почвенно-зоологические исследования диагностического профиля стали развиваться позже ботанических. Только в 1950-х гг. почвенная зоология оформилась как самостоятельная область науки. Накопленный к тому времени фактический материал по распространению в почвах беспозвоночных, их фаунистическому составу и адаптационным характеристикам позволил сформулировать основные принципы зоологического метода диагностики почв. Теоретической предпосылкой применения почвеннозоологического метода для целей диагностики почв является представление об «экологическом стандарте» вида (М.С. Гиляров), о потребностях каждого вида в определенном комплексе условий среды.
Виды с широкой экологической амплитудой (эврибионты) мало пригодны для индикационных целей, тогда как экологически узковалентные виды (стенобионты) служат хорошими индикаторами определенных условий среды и свойств субстрата. Это положение представляет собой общий теоретический принцип в биологической диагностике. Однако использование одного вида для индикации дает мало уверенности в правильности выводов. Лучшее условие исследование всего комплекса организмов, из которых одни могут быть индикаторами на влажность, другие на температуру, третьи на химический или механический состав. Чем больше об щих видов почвенных животных встречается на сравниваемых участках, тем с большей долей вероятности можно судить о сходстве их режимов, а следовательно, и о близости исследуемых почвенных разностей, о единстве почвообразовательного процесса.
Не все группы почвенных животных равнозначны с точки зрения их диагностической ценности. Менее других полезны микроскопические формы простейшие и микроартроподы (клещи, ногохвостки). Их представители отличаются космополитизмом в силу того, что почва для них не выступает как единая среда обитания, а живут они в системе пор, капилляров, полостей, которые можно найти в любой почве. Среди простейших до последнего времени только раковинные амебы были использованы в качестве показателей почвенных условий, особенно в некоторых гидроморфных почвах. Их легче, чем других простейших, определять по строению их раковинок, которые, кроме того, хорошо сохраняются в почве. Наибольшая численность тестацид обнаруживается в кислых лесных почвах под хвойными лесами (десятки тысяч в 1 г при биомассе около 10 кг/га) и наименьшая в солонцах.
Из микроартропод наиболее хорошо изучены индикаторные свойства у панцирных клещей. Все зональные типы почв России четко различаются по численности, биомассе, продуктивности, характеру вертикального распределения, спектрам жизненных форм и по фаунистическому составу населения орибатид. Наибольшей величины их численность достигает в почвах таежной зоны, а наибольшей продуктивности в почвах влажных субтропиков. Большинство представителей почвенных микроартропод характеризуются высокой степенью космополитизма. Состав их комплексов зависит не только от почвенных условий, но и от характера и флористического состава растительности. Поэтому перспективно использование комплексов микроартропод не столько для диагностики почв, сколько для индикации повреждающих воздействий на почву.
Особенно ценны и удобны для индикационных работ в почвоведении комплексы крупных беспозвоночных (дождевые черви, многоножки, личинки насекомых), которые в меньшей степени космополиты, чем простейшие и микроартроподы. Ареалы видов крупных беспозвоночных более надежно изучены и характеризуются определенным комплексом почвенноклиматических условий. Есть много примеров индикаторного значения почвенных беспозвоночных. Так, стафилиниды рода В1еdius и чернотелки рода Ве1 ориs показательны для солончаково-солонцового комплекса почв, многоножки-кивсяки, некоторые мокрицы и легочные моллюски служат индикаторами на содержание в почве извести. Это организмы-калькофилы. Вид дождевых червей Осtо1аsium 1асtеиm и некоторые виды проволочников также являются показателями высокого содержания кальция в грунтовых водах. Для целей установления типа почвы и направления почвообразовательного процесса используется не только принцип сравнительного изучения комплекса почвенных животных, но и такие показатели, как профильное распределение беспозвоночных по отдельным горизонтам, их участие в переработке опада. Например, в формировании бурых лесных почв большую роль играют диплоподы, мокрицы, моллюски, энхитреиды, сосредоточенные в лесной подстилке и перерабатывающие опад in situ. 166
В серых лесных почвах значительное влияние на формирование профиля оказывают крупные сапрофаги дождевые черви, связанные с минеральными слоями почвы, куда они вовлекают растительные остатки. Соотношение подстилочных и собственно почвенных крупных форм сапрофагов может помочь в некоторых случаях решению вопроса о направленности почвообразовательного процесса.
Почвенно-альгологическая индикация. Основой для развития почвенно-альгологических работ идикационно-диагностического профиля служит положение о том, что зональности почв и растительности соответствует и зональность водорослевых группировок. Она проявляется в общем видовом составе и комплексе доминантных видов водорослей, в наличии специфических видов, в характере распространения по почвенному профилю, в преобладании определенных жизненных форм.
Подзолообразовательному процессу соответствует сравнительно простая группировка водорослей с преобладанием одноклеточных зеленых и желто-зеленых, устойчивых к низкому значению рН. Для дернового процесса характерно большое разнообразие видов с равным преобладанием сине-зеленых и зеленых и значительной долей желто-зеленых и диатомовых водорослей. Болотный процесс характеризуется исключительным разнообразием видов с резким доминированием зеленых и наличием гидрофильных видов. При степном процессе в группировке водорослей преобладают сине-зеленые и одноклеточные зеленые убиквисты, при солонцовом получают значительное развитие диатомовые, при осолодении на первое место выходят зеленые и желто-зеленые, включая специфические виды. Пустынный процесс приводит к сокращению численности и разнообразия желто-зеленых и диатомовых и резкому доминированию нитчатых сине-зеленых водорослей. Биологическое освоение безжизненных грунтов и первичное почвообразование связаны с развитием мелких одноклеточных зеленых, сине-зеленых или желто-зеленых водорослей-убиквистов.
Микробиологическая диагностика и биологическая активность почв. Микробиологическая и биохимическая характеристики почв наиболее сложные разделы почвенной биодиагностики.
Микроорганизмы очень чуткие индикаторы, резко реагирующие на различные изменения в среде. Отсюда необычайная динамичность микробиологических показателей. Уже в первых работах диагностического направления в почвенной микробиологии, организованных С.П. Костычевым в 1920-х гг., была поставлена задача исследования биодинамики почв, то есть учета показателей не только в пространстве, но и во времени.
Другая трудность пестрота значений численности микроорганизмов в связи с их неравномерностью распределения в почвенной толще и даже в почвенном слое одного генетического горизонта. Из этого следует необходимость не только многократных анализов, но и многочисленности обрабатываемых образцов почв.
Третья сложность заключается в слабой разработанности микробной систематики и идентификации видов, без чего экологические исследования много теряют.
Биологическую активность почв определяют, используя самые различные микробиологические (прямой микробиологический подсчет микроорганизмов разных групп: бактерий, актиномицетов, грибов, и определение количества микроорганизмов на разных питательных средах), биохимические (определение ферментативной активности почв, АТФ, ДНК), физиологические (физиологический метод определения биомассы микроорганизмов, определение дыхания почв) и химические (определение содержания нитратов, аммиака) методы.
Методы четко делят на две группы:
1) методы определения действительной, актуальной природной био логической активности почв (полевые методы определения дыхания, азотфиксации, денитрификации, некоторые изотопные методы);
2) методы определения потенциальной биологической активности почв, то есть той активности, которая обнаруживается в лаборатории при оптимальных условиях для протекания данного процесса (определение ферментативной активности почв, лабораторные методы определения нит рификации, азотфиксации, денитрификации, дыхания).
Ко второй группе методов относятся и определение численности микроорганизмов прямыми методами или посевом, определение ДНК, мурамовой кислоты, хлорофилла, физиологический метод определения микробной биомассы, так как они позволяют определить только потенциальные возможности микроорганизмов в почве, но не дают представления об активной части микроорганизмов в определенный момент времени.
Авторское право на материал
Копирование материалов допускается только с указанием активной ссылки на статью!
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Похожие статьи