От автора

Мы наблюдаем теснейшее взаимодействие и полное содружество 
мира органического и мира неорганического.

В. В. Докучаев

Поистине удивителен мир растений. Только благодаря им существуют на Земле все живые организмы. В процессе фотосинтеза зеленые растения образуют органические вещества, которые служат пищей человеку и животным, а также необходимый для дыхания кислород. Они очищают атмосферу и гидросферу от вредных примесей, защищают почву от эрозии и дефляции, регулируют круговорот воды на нашей планете, благотворно влияют на климат. К тому же они дают человеку необычайно сильный эмоциональный заряд. Человек никогда не устанет любоваться их широкой цветовой гаммой и необычной формой.

Весьма существенна еще одна функция растений - индикаторная. Она чрезвычайно ценилась в древности и ныне вновь привлекла к себе пристальное внимание исследователей.

...В мифах Древнего Египта происхождение мира связывается с растением. Солнце, осветившее окутанную мраком Землю, появилось из "лотоса, возникшего в начале времени... над великим озером". Эта легенда была очень распространенной. Археологи обратили внимание, что вплоть до прихода в Египет римлян священный лотос изображался либо с сидящим в его лепестках младенцем - вечно юным богом солнца Осирисом, либо венчающим голову этого божества. Лотос почитали жрецы и поэты, ваятели и крестьяне. Удивительное растение изображено на колоннах египетских храмов, сооруженных почти шесть тысячелетий назад. В основании колонн обычно вырезаны листья лотоса, а вверху - стебли с цветками и бутонами. Этот мотив преобладает в египетском орнаменте. Головы фараонов и жрецов часто были украшены цветами священного растения. Первых - в знак их божественного происхождения, вторых - как свидетельство верности Осирису. Ни одно храмовое торжество, жертвоприношение или народное празднество не обходилось без цветов лотоса. Они были атрибутом обрядов погребения. Каждый египтянин, умирая, жаждал стать цветком лотоса в саду Осириса. Лотос украшал герб страны, чеканился на монетах.

Почему это растение столь высоко почиталось в Древнем Египте?

Вряд ли только из-за эстетического наслаждения, которое дарят его удивительно красивые и ароматные цветки, или из-за потребительского интереса к его съедобным мучнистым семенам и волокнам, идущим на изготовление тканей. Ведь на Земле немало других красивых и съедобных растений. Главная причина обожествления лотоса древними египтянами видится в его способности предсказывать богатый урожай. Эту точку зрения подтверждают древнеегипетские мифы и народные обычаи. Согласно мифам, лотос подарила людям богиня плодородия Изида, которая якобы открыла его удивительные свойства. Плодородие египетских земель, как известно, зависело от разлива Нила. Лотос олицетворял собою невесту реки. Его растения появлялись тогда, когда уровень воды начинал повышаться. Чем шире разливался Нил, тем больше растений украшало его поверхность. Вот почему обилие лотосов всегда вызывало бурную радость феллахов. Юноши и девушки украшали себя и статуи бога Осириса цветами и с радостными криками бегали по улицам селений. В случае если разлив реки задерживался, венками из лотосов украшали статуи Изиды, чтобы богиня ниспослала разлив Нила и богатый урожай.

Еще один пример. Папоротник не может "похвастаться" ни красотой своих цветков (их у него вообще нет), ни изысканным ароматом, ни использованием в хозяйстве. Однако на Руси до христианства славяне посвящали его богу Светлояру, называли перуновым огнецветом. Причина столь уважительного отношения наших предков к папоротнику заключалась в глубокой уверенности, что это растение указывает места залегания кладов. Самое удивительное, что эти ложные представления о папоротнике были у очень многих народов. Жители Тироля полагали, что семена у папоротника образуются сразу же после его отцветания в Иванову ночь. Если их собрать, то они, как и "жар-цветок", помогут отыскать под землей золото.

Папоротник

Приведенные примеры показывают, что в древности люди чрезвычайно высоко ценили индикаторные свойства растений. И это не случайно. Ведь в те давние времена жизнь человека во многом зависела от природы. Сроки сева определялись погодными условиями, и, чтобы вовремя бросить те или иные семена в почву, нужно было выбрать подходящий для этого момент. Прекрасными указателями сроков сева служили дикорастущие растения, обитавшие вокруг, ведь их развитие определялось теми же условиями, от которых зависела всхожесть семян и рост культурных видов: температурой, влажностью. Итогом многолетних наблюдений за дикорастущими и культурными растениями стали приметы, в которых в афористичной и лаконичной форме выражалась вполне конкретная информация, полезная для каждого земледельца:

Сей овес, когда березовый лист станет распускаться.

В народе издавна по дикорастущим растениям предсказывали урожай и погоду в пределах года. Так, например, обилие земляники, которому благоприятствует ясная, солнечная погода, считалось признаком низкого урожая овса, который хорошо плодоносит в условиях достаточной влажности. Существуют и другие приметы, прогнозирующие урожай сельскохозяйственных культур по дикорастущим растениям:

Урожай сморчков - к урожаю льна.

Если грибовно, так и хлебовно. (Вариант: коли грибы уродятся - и на хлеб урожай).

И в самом деле: теплая, влажная погода благоприятствует появлению не только грибов, но и всякой зелени. Следует, однако, иметь в виду, что народные приметы иногда противоречат друг другу:

Урожай на черемуху - так же и на рожь.

Если уродится рябина, то рожь будет хороша; если уродится черемуха, то плоха.

Разумеется, биологические потребности дикорастущих и культурных растений полностью не совпадают, поэтому народные приметы были верны лишь отчасти. В одних местах они оправдывались, а в других - нет. К тому же благодаря трудам селекционеров современные сорта существенно отличаются от тех, что выращивали в прошлом, следовательно, при возделывании современных сельскохозяйственных культур нельзя руководствоваться старыми народными приметами. Однако в прошлом они играли очень большую роль в жизни земледельцев.

Жизнь человека во все времена зависела от водных источников. Собираясь копать колодец, люди отыскивали растения, которые подсказывали, как глубоко залегает вода, пресная она или соленая. О приуроченности некоторых растений к неглубоко залегающим грунтовым водам писал в своих трудах древнеримский архитектор и инженер Витрувий Поллион.

Сведения о том, как с помощью растений определять плодородие почв, содержатся в трудах крупнейших римских естествоиспытателей Юния Модерата Колумеллы, специалиста по сельскому хозяйству, и Плиния Старшего.

Некоторые растения применялись вместо барометра и гигрометра. Они позволяли за несколько часов, а иногда и дней узнать о приближении ненастья.

Во время длительных переходов через леса, степи и пустыни, когда на небе не было ни солнца, ни звезд - этих самых надежных указателей сторон света, растения верно служили людям вместо компаса. Некоторые из них довольно точно показывали время суток.

Опытные рудознатцы с помощью растений находили залежи медных руд, золотоносные пески.

Итак, растения-индикаторы в жизни древних людей играли чрезвычайно большую роль. Неудивительно, что люди внимательно приглядывались к зеленым помощникам. Эти наблюдения помогли древнегреческому ученому Феофрасту, жившему в IV-III вв. до н. э., создать фундаментальный труд "Исследование о растениях". По мере развития человеческой цивилизации ослаблялась зависимость людей от природы. Это сопровождалось снижением интереса к растениям-индикаторам. Многие ценные сведения о них до нас не дошли, были забыты связанные с растениями приметы.

В начале XX в. благодаря трудам выдающихся отечественных ученых - В. И. Вернадского, В. Н. Сукачева, В. В. Докучаева, А. П. Виноградова и других - интерес к растениям-индикаторам вновь усилился.

Согласно учению В. И. Вернадского о биосфере, живое вещество, трансформируя солнечную энергию, вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот. Понятие о биосфере стало краеугольным камнем экологии.

Ученик и ближайший сотрудник В. И. Вернадского - А. П. Виноградов, изучая изменение химического состава живых организмов в связи с их эволюцией, ввел в науку понятие о биогеохимической провинции, способствовал совершенствованию и использованию биогеохимического метода в поиске полезных ископаемых.

Исключительно важное значение для разработки методов фитоиндикации имело учение В. Н. Сукачева о биогеоценозе, о структуре, динамике, связях и классификации фитоценозов.

В. В. Докучаев создал учение о всеобщей взаимосвязи явлений и процессов на земной поверхности. Он впервые сформулировал понятие о почве как особом естественноисторическом теле, которое образуется при взаимодействии факторов почвообразования: материнской породы, климата, растительного и животного мира, рельефа и геологического возраста страны. Его идеи о внутренних связях между отдельными явлениями живой и неживой природы повлияли на развитие лесоведения, мелиорации, гидрогеологии, динамической геологии и других наук.

Хотя вышеназванные ученые занимались решением разных проблем, в их трудах обнаруживается принципиальное единство: все они исходили из существования сложной и динамичной взаимосвязи между объектами живой и неживой природы. В основе фитоиндикации как раз и лежат представления о зависимости растительных организмов от условий окружающей их среды. Вот почему идеи В. И. Вернадского, В. Н. Сукачева, В. В. Докучаева, А. П. Виноградова и других ученых стимулировали развитие фитоиндикационных исследований в Советском Союзе. Работы по практическому использованию растений-индикаторов в 20-х годах нашего столетия начались и в США. Одним из основоположников фитоиндикации там стал Ф. Клементе. Он подчеркивал, что каждое растение или растительное сообщество "представляет лучшую меру условий, в которых оно произрастает". Учение о растительных индикаторах развилось в самостоятельную ветвь ботаники - фитоиндикацию, которая изучает теоретические основы и практические способы использования растительного покрова как индикатора (показателя) условий среды. Один из ее разделов - индикационная геоботаника.

Фитоиндикаторами называют растения, растительные сообщества или их особенности, указывающие на какие-то конкретные свойства среды. Так, например, с помощью растений можно выявить отдельные признаки почв (механический состав, влажность, кислотность, засоленность, обеспеченность питательными веществами и т. д.). Различают прямые и косвенные индикаторы. Прямые индикаторы непосредственно связаны с объектом индикации, т. е. с каким-то конкретным условием среды, и зависят от него. Примером прямых индикаторов могут служить фреатофиты - чий, солодка, верблюжья колючка и др. Их мощная корневая система, достигающая грунтовых вод, позволяет им успешно произрастать в аридных областях. Распространение фреатофитов показывает глубину залегания грунтовых вод, степень их минерализации и направление движения. Косвенные индикаторы не имеют непосредственной связи с объектом индикации (индикатом). Они показывают предметы и явления, которые в свою очередь могут быть связаны с индикатом, интересующим человека. Так, например, на урановых месторождениях очень часто можно встретить различные виды астрагалов (Astragalus pattersonii, A. bisulctus, A. racemosus в штате Колорадо, США). Эти растения, накапливающие до 1,5% селена, являются прямыми его индикаторами, но поскольку селен приурочен к урановым месторождениям, то по отношению к урану астрагалы будут косвенными индикаторами.

Растения могут быть индикаторами как на всем протяжении своего ареала, так и в какой-то его части. В зависимости от этого известный советский ученый С. В. Викторов выделяет универсальные (панареальные) и локальные индикаторы. Если связь между индикатором и объектом индикации наблюдается по всему ареалу, индикатор называется универсальным или панареальным. Примером такого индикатора служит тростник (Phragmites australis), который повсюду, где он встречается, указывает на грунтовые воды, залегающие близко к поверхности. Универсальные индикаторы встречаются редко, поэтому их значение в практике индикационных исследований невелико. Гораздо чаще приходится иметь дело с локальными индикаторами, связанными с объектом индикации только в какой-то части своего ареала. Наглядным примером таких индикаторов служит седмичник европейский (Trientalis europaea) - небольшое травянистое растение с тонким стебельком, на вершине которого располагаются листья. В конце весны у седмичника появляются снежно-белые красивые звездочки цветков, хорошо заметные под пологом елового леса. Это скромное растение довольно широко распространено в лесах европейской части нашей страны, за исключением Крыма. В Западной Европе, в Руре, седмичник европейский произрастает только на отвалах старых оловянных рудников и на почвах с высоким содержанием олова.

Для практических целей следует знать, насколько надежен и эффективен тот или иной индикатор, поэтому было предложено характеризовать индикаторы по двум показателям - достоверности и значимости.

Достоверность - это степень сопряженности индикатора с объектом индикации. Абсолютно достоверным считается индикатор, которому в 100% случаев соответствует объект индикации. Для расчета показателя достоверности берут определенное число эталонных участков, или площадок, где обязательно имеется индикатор. Среди них есть такие, где индикатор встречается вместе с объектом индикации. Процентное соотношение этих участков и участков с индикатором, но без объекта индикации служит количественным показателем достоверности индикатора. Для того чтобы читатель мог лучше уяснить способ определения достоверности индикатора, рассмотрим следующий пример. В пустынях Западного Казахстана индикатором неглубоко (1,5-5 м) залегающих грунтовых вод является крупный, хорошо заметный злак чий блестящий (Achnatherum splendens). Из 100 обследованных участков произрастания этого растения на 95 вода была обнаружена, а на 5 нет. Следовательно, достоверность индикатора составляет 19(95/5). Это довольно большой показатель. Если сопряженность превышает 90%, а показатель достоверности больше 9(90/10), то индикатор считается надежным. Удовлетворительным индикатор будет в том случае, если сопряженность равна 75-90%, а показатель достоверности находится в пределах 3-9(75/25-90/10). Сомнительным индикатор считается тогда, когда сопряженность составляет 60-75%, а показатель достоверности равен 1,5-3 (60/40-75/25). Наконец, когда сопряженность бывает менее 60%, а показатель достоверности менее 1,5, индикация невозможна. Поскольку абсолютно достоверные индикаторы очень редки, обычно пользуются надежными и удовлетворительными.

Показатель достоверности еще не дает полного представления о практической значимости того или иного индикатора. Так, например, если какое-то растение всегда приурочено к объекту индикации (абсолютно достоверный индикатор), но редко встречается в природе (вид занесен в Красную книгу), то его практическое значение ограничено. Вот почему для индикаторов введен еще показатель значимости, который дает представление о том, насколько часто индикатор встречается вместе с объектом индикации. При определении этого показателя за 100% принимается количество эталонных участков с объектом индикации. Значимость выражается отношением количества эталонных участков, где объект индикации присутствует вместе с индикатором, к общему количеству эталонных участков с объектом индикации, взятым в процентах. Например, объект индикации обнаружен на 60 эталонных участках, причем на 42 участках он присутствует вместе с индикатором. Следовательно, значимость данного индикатора составляет (42-100%)/60=70%.

Растения рассказывают об условиях окружающей их среды посредством тех или иных признаков, которые Б. В. Виноградов классифицировал на флористические, физиологические, морфологические и фитоценотические.

Флористическими признаками он считает различия состава растительности изученных участков, сформировавшиеся вследствие определенных экологических условий. Индикационное значение может иметь как присутствие, так и отсутствие вида.

К физиологическим признакам относят особенности химического состава и обмена веществ растений. Например, содержание тех или иных элементов, пигментов, белков, жиров, величина осмотического давления, водоудерживающей способности, интенсивности транспирации и т. д.

Использование анатомо-морфологических признаков связано с анализом внутреннего и внешнего строения отдельных растений. К этим признакам относится ширина годичных колец деревьев, особенности строения проводящей ткани, различия в строении клеток и тканей. Важными показателями могут служить различного рода аномалии, возникающие у растений в тех или иных условиях существования.

К фитоценотическим признакам принадлежат особенности структуры растительного покрова - обилие и рассеянность тех или иных растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости. Эти признаки широко используются в практике дешифрирования аэрофотоснимков.

Индикационными свойствами обладают не только ныне живущие растения, но и ископаемые остатки.

Развитие индикационного метода прошло уже несколько этапов. Первоначально в качестве индикаторов выступали отдельные растения, затем растительные сообщества (фитоценозы), теперь для этого широко используется совокупность особенностей ландшафта. Изменения в ландшафте, подмеченные главным образом при анализе снимков, сделанных с летательных аппаратов, позволяют выявить протекающие в природе естественные или вызванные деятельностью человека процессы.

В настоящее время советская индикационная школа добилась выдающихся успехов в разработке как теории, так и практики индикационных исследований и по праву занимает лидирующее положение в мире. Благодаря трудам советских ученых фитоиндикация нашла широкое применение в исследовании и сохранении природных ресурсов, в разработке мероприятий по преобразованию пустынь и полупустынь, Нечерноземья, обширных пространств Сибири и Дальнего Востока. Ныне растения-индикаторы используют в своих исследованиях геологи, гидрогеологи, геоморфологи, болото-, мерзлото- и почвоведы, климатологи, землеустроители, лесоводы, мелиораторы, археологи...

Фитоиндикация развивается весьма стремительно, она находит все новые и новые сферы приложения и при этом берет на вооружение самые последние достижения науки и техники, в частности современные способы съемки земной поверхности с летательных аппаратов.

К сожалению, некоторые аспекты фитоиндикации остаются неразработанными. Не исследован и не систематизирован богатейший многовековой опыт народов мира по использованию растений-индикаторов, о котором мы говорили выше. До сих пор не проанализированы и научно не проверены многие народные приметы о природных процессах и явлениях. Недостаточно изучены физиолого-биохимические основы фитоиндикации. В результате растения-индикаторы выявляются в основном эмпирически, путем наблюдений, что не исключает элемента случайности. Между тем разработка физиолого-биохимических основ фитоиндикации позволила бы целенаправленно отбирать растения-индикаторы, повысила бы эффективность их использования в практике. До сих пор остаются невыясненными многие физиологические проблемы, которые в той или иной степени связаны с фитоиндикацией: механизм биологических часов, причины избирательного поглощения определенными растениями химических элементов, роль магнитотропизма в пространственной ориентации растений и т. д.

Следует заметить, что внедрение в ландшафтную индикацию аэрометодов вовсе не означает снижения интереса к растениям как индикаторам природных процессов. Ведь на аэрофотоснимках большинства районов суши одним из наиболее хорошо различимых элементов является растительность. Однако наряду с ней важное значение приобретают и другие компоненты природы, в частности рельеф. В настоящее время ученые пришли к заключению, что необходим комплексный мониторинг природной среды, составной частью которого служит биологический, осуществляемый на комплексных фоновых станциях. Весьма важный элемент биомониторинга загрязненности окружающей среды - растительный мир, очень чутко реагирующий на присутствие в воздухе, воде или почве различных токсических веществ. Он позволяет обнаружить опасные для живых организмов комбинации токсикантов, которые в отдельности, может быть, и не представляют угрозы для биосферы. Ведь современные физико-химические методы учета загрязненности природной среды выявляют лишь концентрации отдельных ингредиентов загрязняющего комплекса и ничего не говорят о токсичности их различных сочетаний. Вот почему биологический мониторинг за состоянием окружающей среды, включающий систему растений-индикаторов, получает все большее распространение.

Настоящая книга призвана познакомить читателей с растениями-индикаторами и областями их использования. Она имеет две особенности. Первая особенность книги заключается в том, что автор рассматривает растения-индикаторы с позиций не столько геоботаники, сколько физиологии растений - науки, которая, как уже отмечалось, уделяет еще недостаточно внимания проблеме фитоиндикации, хотя имеет для нее чрезвычайно важное значение. Вторая определяется характером издания. Оно популярное, рассчитанное на широкий круг читателей. Эти обстоятельства наложили отпечаток на отбор материала. Автору хотелось, чтобы его книга была не только интересна, но и полезна читателям, помогла бы лучше узнать окружающий нас растительный мир и использовать знания о нем на практике.