Лишайники и их роль, как индикаторов загрязнения

При изучении степени загрязнения окружающей среды объектами важна реакция биологических объектов на поллютаны "загрязняющие вещества".

Система наблюдения, за реакцией биологических объектов на воздействие поллютанов, называется биологическим мониторингом.

Биологический мониторинг включает в себя наблюдения, оценку и прогноз изменений состояния экосистем и их элементов, вызываемых антропогенным воздействием.

Идеальная система мониторинга дает возможность количественно оценить состояние среды и её изменения. Биологическая индикация позволяет оценить степень загрязнения окружающей среды по существующим биологическим показателям.

Поскольку вариабельность органической жизни чрезвычайно велика, особенно важно для мониторинга выбирать такие организмы, которые являются наилучшими индикаторами изменений среды.

Лишайники играют существенную роль в сложении растительного покрова земли. Как комплексные организмы, они обладают высокой экологической пластичностью, позволяющей переносить им крайне неблагоприятные условия среды. И, в то же время, лишайники оказались наиболее чуткими компонентами экосистем, реагирующими на загрязнение атмосферы и нарушение экологического равновесия в природе. Это позволяет им быть прекрасными индикаторами состояния окружающей среды.

Лишайники представляют собой весьма своеобразную группу споровых растений, состоящих из двух компонентов - гриба и одноклеточной, реже нитчатой водоросли, которые живут совместно, как целостный организм. При этом функция основного размножения и питания за счет субстрата принадлежит грибу, а функция фотосинтеза - водоросли. Лишайники чутко реагируют на характер и состав субстрата, на котором они растут, на микроклиматические условия и состав воздуха, в силу чрезвычайного "долголетия" лишайников их можно использовать для датировки возраста различных предметов на основе измерения их слоевищ - в диапазоне от нескольких десятилетий до нескольких тысячелетий.

Объектом глобального мониторинга избраны лишайники потому, что они распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешние воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна и чрезвычайно замедлена по сравнению с другими организмами.

Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники (или эпифиты), т. е. лишайники, растущие на коре деревьев. Изучение этих видов, в крупнейших городах мира, выявило ряд общих закономерностей: чем больше индустриализирован город, чем более загрязнен, тем меньше встречается в его границах видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев, тем ниже «жизненность» лишайников.

Лишайники являются интегральным индикатором состояния среды и косвенно отражают общую «благоприятность» комплекса абиотических факторов среды на биотические.

Кроме того, большинство химических соединений, негативно влияющих на флору лишайников, входят в состав основных химических элементов и соединений, содержащихся в выбросах большинства промышленных производств, что позволяет использовать лишайники именно в качестве индикаторов антропогенной нагрузки.

Все это предопределило использование лишайников и лихеноиндикации в системе глобального мониторинга состояния окружающей среды.

Цель нашей работы заключалась в том, что используя метод лихеноиндикации, изучить состояние приземного воздуха в районе школы (ст. Седанка).

Для осуществления этой цели необходимо было осуществить следующие задачи:

Изучить видовой состав эпифитных лишайников, их процентного покрытия, и жизненного состояния.

ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Приморский край занимает юго-восточную окраину нашей страны. Он расположен в самой южной части Дальнего Востока на берегу Японского моря. Территория края - 165. 9 тыс. км2, что составляет около одного процента (0. 97%) площади нашей страны.

Рельеф Приморского края имеет сложный характер поверхности. Формы рельефа - горные хребты, вулканические плато, широкие и узкие долины рек и плоские равнины - различны по происхождению и истории развития. Характерная черта облика поверхности края - преобладание горного рельефа, представлена горной грядой Сихотэ-Алинь.

Климат Приморского края умеренный муссонный влажный отличается многими особенностями. На его формирование оказывают влияние географическое положение, солнечная радиация, движение воздушных масс (циркуляция). Приморский край расположен в области влияния восточно-азиатских муссонов. Климат сухой и холодный зимой, довольно сухой весной и умеренно теплый летом. Муссонный характер климата проявляется в резко противоположной направленности ветров зимой и летом. Центральный хребет Сихотэ-Алиня делит территорию на прибрежный район, занимающий восточные склоны.

Приморский край расположен на Юге умеренного пояса Северного полушария и значительно вытянут в меридианном направлении. От географического положения зависит величина и распределение солнечной радиации по территории, и, следовательно, степень нагревания земной поверхности, продолжительность дня и ночи, циркуляция воздушных масс. Южное положение территории края определяет продолжительность дня летом - 16 часов; зимой этот показатель не превышает 8 часов. Такая продолжительность дня определяет значительное поступление солнечной радиации в зимнее время по сравнению с северными районами нашей страны. По количеству солнечного тепла Приморье занимает одно из первых мест.

В первую половину лета, из-за того, что вынос воздушных масс идет с Желтого, Японского и Охотского морей, летний муссон несет с собой мелкие моросящие дожди. Поэтому во Владивостоке в конце весны и первой половине лета (май - июнь) часто бывает пасмурная дождевая погода, но уже в расположенном в 100 км, к северу Уссурийска, дождливых дней намного меньше чем ясных.

На территории Владивостока и прилегающим к нему районам преобладают темнохвойно-широколиственные леса. Кедрово-широколиственные и широколиственные леса, представляют собой в настоящее время несколько обеднённые типы тех лесов, которые покрывали в доледниковое время равнины. К характерным представителям этого древнего комплекса относятся: кедр корейский, тис остроконечный, осина, орех Манжурский, клен и другие.

Широколиственные леса занимают сравнительно небольшую площадь. Это -дубовые и липовые леса. Дубняки являются одним из наиболее распространенных типов растительности, особенно в обжитой части края.

ЛИШАЙНИКИ И ИХ РОЛЬ, КАК ИНДИКАТОРОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Лишайники - одна из интереснейших и мало изученных групп растений, широко распространенная во всех растительных и климатических зонах земли. Они встречаются в самых различных экологических условиях и играют огромную роль в функциональной системе природы. Лишайники участвуют в сложении многих фитоценозов, особенно на первых стадиях заселения субстрата. Развиваясь на почве, стволах деревьев, камнях и скалах, лишайники составляют в биогеоценозах определенные растительные группы - синузии, которые являются компонентами биогеоценозов и играют определенную роль в их жизни, динамике и круговороте ее веществ.

Используя энергию солнечных лучей, поглощая воду и минеральные соли для построения своего тела, лишайники образуют определенную фитомассу /Шапиро, 1991/.

Наряду с накоплением фитомассы в биогеоценозах идет и обратный процесс -отмирание лишайников. Вследствие старения и механического повреждения некоторые слоевища лишайников опадают на поверхность почвы.

Лишайники обладают удивительной устойчивостью к влиянию внешних факторов. Они способны расти в самых разнообразных условиях освещенности и влажности, легко переносят длительные периоды засухи, резкие колебания температур, большие дозы ультрафиолетовой радиации. И только воздушные антропогенные факторы оказались губительными для лишайников. Изменяя природные ланшафты, вырубая леса и возделывая землю под пашни, человек способствовал сильному обеднению лишайниковой растительности. Особенно губительными для многих лишайников оказалось загрязнение атмосферы, создание крупных индустриальных центров, от которых воздух насыщается дымом, гарью и копотью.

Лишайники по-разному реагируют на загрязнение воздуха. Некоторые из них не выносят даже малейшего загрязнения /неустойчивые виды/ и погибают; другие, наоборот, живут только в городах и прочих населенных пунктах, хорошо приспособились к соответствующим антропогенным условиям /Nylander, 1866; Seraander, 1972/. Это свойство лишайников позволяет использовать их для общей оценки степени загрязнения окружающей среды, особенно атмосферного воздуха.

Использование лишайников, как индикаторов загрязнения атмосферного воздуха, привлекает ученых всего мира уже почти пятьдесят лет. Еще в 1866 году известный лихенолог В. Нюландер заметил, что в Люксембургском саду Парижа вследствии появления дыма и газов исчезают некоторые виды лишайников. Этим наблюдениям не придавали особого внимания, пока развитие промышленности не стало катастрофически сказываться на состоянии лишайников в индустриальных районах.

Благодаря физиологическим особенностям лишайников: продолжительного периода вегетации, крайне медленного процесса метаболизма, отсутствия средств защиты от загрязнения, способности к аккумуляции различных химических элементов, их успешно применяют для лихеноиндикационного картографирования загрязненного воздуха, как за рубежом, так и в нашей стране. Способ картографирования с помощью лишайников имеет ряд преимуществ: быстрота, простота и легкость проведения исследования / Нифонтова, 1981; Мартин, 1982; Скирина, 1984/.

Для эпифитных лишайников большое значение имеет структура коры, ее расчлененность, жесткость, частота отслаивания и другие особенности. Эпифитная лишайниковая растительность различных древесных пород, как правило, различается по составу. Например, на стволах сосен обычна синузия, образованная гипогимнией и псевдовернией. На дубах, липах и других лиственных породах эти лишайники обычно не встречаются, зато здесь обитают виды листоватой пармелии и кустистые рамалины и эвернии. Для стволов осины характерны группировки, образованные видами фисции, ксантории, калоплаки и др.

Видовой состав лишайниковых группировок зависит не только от вида дерева, но и от его возраста. В данном случае особенно сильно проявляется влияние физических свойств коры /Мартин, Нильсон, 1982/. Так, на деревьях, кора которых с возрастом изменяет свои физические качества, хорошо прослеживаются сукциссионные стадии. Когда кора делается трещиноватой и шероховатой, изменяются микроусловия: в трещинах задерживаются частички пыли, атмосферная влага и место обитания становятся пригодными для листоватых лишайников, которые и поселяются на стволах, а под их слоевищами постепенно погибают накипные. Так, на дубе монгольском, на пихте белокорой наблюдается смена синузий накипных лишайников ряда Lecanora на пармелия и рамалина листоватыми.

Таким образом, эпифитные лишайники являются хорошими индикаторами условий среды. Они отражают состояние приземного воздуха как в естественных, так и в антропогенных условиях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основой для написания данной работы послужили материалы (образцы), собранные автором за время исследования 2006-2007 г. г. Исследования проводились на полуострове Муравьева-Амуркого (в районе ст. Седанка). Сбор материала проводился на отдельной пробной площадке размер 20 м х 20 м (район ст. Седанка; СШ № 16), с учетом физико-географических условий. При организации мониторинга метода пассивной лихеноиндикации придерживались следующих правил:

1) структура и состав фитоценозов на пробных площадках был сходным.

2) модельные деревья, измеряемые на нескольких удаленных друг от друга площадках, были одной породы (осина) и no-возможности одного возраста (для этого измеряли окружность и высоту дерева).

3) биотические и абиотические условия среды были одинаковыми (состав и структура фитоциноза, форма рельефа, увлажнение, освещенность и т. д. ).

Для измерения собственно численности лишайников на деревьях использовали

- методику оценки «проективного покрытия», т. е. процентного соотношения площадей, покрытых лишайниками, и площадей свободных от лишайников.

На пробной площадке проводились описание лишайников по стандартным методикам (Шапиро, 1991; А. В. Пчелкин, 1997).

Основным техническим способом подсчета проективного покрытия лишайников, пользовались с помощью прозрачной пленки палетки (Шапиро, 1991). Палетка представляет собой прямоугольной формы, разделенной на квадраты размером 1x1 см.

Перед началом измерений изготавливали специальные таблицы, в которые вносили основные сведения о месте проведения измерений и собственно результаты подсчетов.

Разработанный подсчет лишайников производили по методике А. В. Пчелкина (1997). В начале, считали число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равное 100%. Затем подсчитывают число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (б), условно приписывая им покрытие, равное 50%. Данные записывали в таблицу.

С каждого дерева лишайники собирались отдельно и каждый образец упаковывался в отдельный пакет на котором указывалось:

* № пробной площади

* № дерева

* № лишайника

Все образцы с данного дерева складывались в один большой конверт. А каждый вид лишайника упаковывался в отдельный маленький пакетик.

После этого определялись виды лишайников. Определение проведено в Тихоокеанском институте географии к. б. н. Скириной И. Ф.

На пробной площадке проводилось описание лишайников по стандартным методикам. При этом учитывалась степень покрытия каждого субстрата, общее покрытие всеми видами, их жизненное состояние. Жизненное состояние лишайников оценивалось по 5-бальной шкале (за основу взята шкала, разработанная Скириной И. Ф. , 1998): 1 балл - полностью поврежденное слоевище (коровой слой разрушен на 100%, или от слоевищ остались черные плагиотропные пластинки); 2 - сильное повреждение (повреждено 50% слоевища), разрушен верхний коровой слой, изменен цвет, слоевище вымирающее; 3 - незначительное повреждение (разрушено менее 50% слоевища), слоевище живое; 4 - лишайник угнетен - слоевище деформировано, имеет небольшие размеры ?размер слоевища ниже средних); 5 баллов - повреждений нет, слоевище здоровое.

На основе данных по видимому составу лишайников, их жизненному состоянию и покрытию субстрата были составлены карты-схемы состояния приземного воздуха для исследованной территории.

В результате исследований были составлены карто-схемы состояния приземного воздуха данной территории.

Для определения влияния антропогенных факторов на окружающую территорию была взята площадка около территории школы в 80 метров от пролегающей трассы и близлежащего винзавода. На основе данных по видимому составу, лишайников и их группировок, жизненному состоянию, отражающих распространение основных загрязнителей, составлены карты-схемы состояния приземного воздуха указанной территории. На картах выделены 4 зоны:

1. - зона максимального воздействия. В этой зоне лишайники отсутствуют;

2. - зона повышенного загрязнения;

3. - зона среднего загрязнения;

4. - зона незначительного загрязнения.

Каждая из трех зон характеризуется определенным видовым составом, процентным покрытием субстрата и жизненным состоянием лишайников.

Первая зона расположена вдоль основных автомагистралей города, в районе крупных промышленных предприятий. Данные по содержанию поллютантов в приземном воздухе Владивостока характеризует первую и частью вторую Лихеноиндикационные зоны.

Вторая зона охватывает большую часть территории г. Владивостока. Она характеризуется, еще достаточно, высокой техногенной нагрузкой. В данной зоне отмечено 7 видов лишайников с общим покрытием 10% и жизненным состоянием 1-2 балла. Это листовые и накипные виды. Они относятся к нитрофильным лишайникам, массовое распространение которых как в г. Владивостоке, так и в других европейских городах, связано с эвтрофикацией субстрата в результате повышения содержания соединений азота в воздухе и пылевого загрязнения. Для городских лишайников характерны как морфологические изменения, так и смена субстратов по сравнению с чистыми ненарушенными экосистемами.

К третьей зоне, с видовым составом 15 видов и покрытием субстрата до 40%, жизненным состоянием в 3-4 балла, относится, в основном, территория в северо-восточной части полуострова с естественной растительностью, а также городские парки, скверы, кладбища. На границе с четвертой зоной появляется кустистый лишайник Ramalma roesleri. Все лишайники более равномерно распределены по субстрату. На их распространение и развитие в этой зоне оказывают влияние источники загрязнения первых двух зон, а также задымление от печного отопления, костров и небольших палов. Здесь отмечены виды характерные для естественных ландшафтов, не переносящие сильного загрязнения воздуха. Значительно снижается покрытие субстратов нитрофильными видами.

Четвертая зона, характеризуется относительно богатым видовым составом -100 видов и общим покрытием субстрата - 70%, жизненным состоянием в 4-5 баллов, расположена в северной части полуострова и охватывает почти весь горнолесной массив. Локальные источники загрязнения в четвертой зоне отсутствуют, однако ощущается влияние источников, расположенных в предыдущих зонах, и особенно влияние городской свалки. Здесь произрастают эпифитные лишайники встречающиеся во второй и третьей зонах, а также виды, неустойчивых к смешанному загрязнению воздуха.

Для изучения состояния приземного воздуха, в течении одного года на территории (район ст. Седанка), были проведены исследования, охватывающие, в основном, центральную часть (парк около СШ № 16), как наиболее загрязненную. Используя полученные данные район исследования можно отнести ко второй зоне загрязнения.

«Степень загрязненности» территории определяется на основе тщательного изучения видового состава лишайников. Используя данные о наличии или отсутствии тех или иных видов на изучаемой территории, можно определить - к какой условной категории относится изученная зона. После всех исследований загрязнения, территорию около школы и прилегающие к ней окрестности, можно отнести во второй зоне загрязнения.

С увеличением загрязнения наблюдается деградация лишайников, проявляющейся в обеднении видового состава (с 8 видов), уменьшении покрытия субстрата (с 10% до 1%), снижении жизненного состояния.

Лишайники, произрастающие, в основном нитрофилъные, что говорит о возросшей доли окислов азота в атмосферном воздухе. Здесь огромное влияние, на загрязнение, оказывает транспорт, печное отопление и т. п.

Встречаются, например, такие виды лишайников:

1. Ph. rabropulchra - расселяются только в антропогенных условиях;

2. Candelaria concolor - в чистом виде не встречается;

3. Ph. grumosa

4. Physconia detersa

5. Rinodina sp.

Все это подтверждает, что территория обследования относится ко второй зоне загрязнения.

Но общее процентное покрытие (площадь 20x20 см2), от 12% до 46%, говорит о том, что загрязняющие вещества являются удобрением для лишайников.

1. Установлено, что лихенофлора, изученного района, насчитывает 8 видов лишайников.

2. Выяснено, что 6 видов относится к нитрофильным лишайникам.

2. Исследованная территория относится ко второй зоне состояния приземного воздуха, на которой основными загрязняющими газообразными веществами являются окислы азота.