Оценка загрязнения атмосферы с помощью низших растений

Лишайники – это симбиотические организмы, состоящие из гриба и  водоросли. Они очень чутко реагируют  на нарушения тонкого баланса  между обеими сторонами организма. Лишайники не имеют сосудистых тканей и корней, а все питательные  вещества получают из водных растворов. Эти вещества поступают непосредственно  в слоевище (таллом) лишайника. Таким  же образом эти организмы могут  усваивать вещества из воздуха, а  значит, накапливать и загрязнения. Газообмен у лишайников проходит свободно через всю поверхность. Большинство токсичных веществ  концентрируется из атмосферного воздуха  в дождевой воде, которую впитывают  лишайники. Этим они отличаются от цветковых  растений, поглощающих воду в основном из почвы. Важен и тот факт, что  лишайники, в отличие от высших растений, не способны избавляться от пораженных загрязнениями частей слоевища и  обладают способностью расти не только летом, но и в другие периоды при  отрицательных температурах воздуха. Поэтому лишайники реагируют  на загрязнения атмосферы раньше и сильнее, чем высшие растения (Гарибова, 1978).

Мохообразные, или  мхи подобно лишайникам, чутко реагируют на присутствие в атмосферном воздухе вредных веществ. Они способны к накоплению тяжелых металлов. Вероятно, это связано с отсутствием у мхов высокоспециализированных покровных тканей и неспособностью большинства мохообразных ежегодно обновлять свой фотосинтезирующий аппарат, подобно тому, как делают это цветковые растения, сбрасывая листву осенью. Возможно, острота реакции мхов связана с небольшой массой их тела. Но главную роль в их чувствительности к вредным веществам играют свойства протоплазмы мохообразных. Об этом говорит тот факт, что некоторые мхи могут жить в черте довольно крупных городов и поселков, атмосфера которых все-таки загрязнена различными вредными примесями. Например, мхи можно встретить на крышах и стенах старых домов (Блюм, 1984).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. ЛИХЕНОИНДИКАЦИЯ  КАЧЕСТВА ВОЗДУХА

 

Сильнейшее антропогенное  воздействие на фитоценозы оказывают  загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие,  как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди  них наиболее типичным является диоксид  серы, образующийся при сгорании серосодержащего  топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного).

Устойчивость растений к  диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе  хорошо диагностируется лишайниками  – сначала исчезают кустистые, потом  листоватые и, наконец, накипные формы (Ашихмина, 2006) .

 

2.1. Оценка загрязнения  атмосферы с помощью лишайников

 

Методы лихеноиндикации  подразделяются на две большие группы - активную лихеноиндикацию и пассивную лихеноиндикацию.

Под активной лихеноиндикацией понимают так называемые трансплантационные методы. На них мы остановимся очень  кратко, так как речь в дальнейшем пойдет о пассивной лихеноиндикации.

Трансплантационные методы заключаются в том, что лишайники из незагрязненных районов трансплантируются (пересаживаются) в изучаемый район или же участки коры деревьев, покрытые лишайниками, срезаются и перемещаются на столбы или другие сооружения, расположенные в загрязненных районах. Их реакция исследуется путем периодического измерения или фотографирования.

Другой (чисто экспериментальный) подход включает перенос и исследование лишайников в лаборатории, где на них воздействуют различными концентрациями загрязняющих веществ. Одним из первых симптомов поражения лишайников является уменьшение толщины таллома, а также хлороз из-за разрушения хлоропластов. Репродуктивные структуры лишайников изменяются или прекращают развитие. По скорости отмирания лишайников можно судить о мощности загрязнения.

Для трансплантации часто  используют лишайники, растущие на засохших ветвях деревьев. При этом ветка  из чистого района переносится в исследуемый район и помещается, сохраняя пространственную ориентацию, в условия, максимально близкие по увлажнению и освещенности.

Основным методом пассивной  лихеноиндикации является наблюдение за изменениями относительной численности лишайников. Для этого проводят измерения проективного покрытия лишайников на постоянных или переменных пробных площадках и получают средние значения проективного

покрытия для исследуемой  территории. На других аналогичных  площадках или на тех же площадках через определенный промежуток времени также проводят измерения проективного покрытия. По изменению как общего проективного покрытия, так и отдельных видов можно, используя шкалы

чувствительности лишайников и специальные индексы, судить об увеличении или уменьшении загрязнения в пространстве или во времени.

Пробные площадки могут быть как постоянными и использоваться в течение ряда лет, так и переменными, т.е. "одноразовыми" (Маннинг, 1985).

В лихеноиндикационных исследованиях  в качестве субстрата используются различные деревья. Для оценки загрязнения  атмосферы города, районного центра, поселка выбирается вид дерева, который  наиболее распространен на исследуемой  территории. Например, в качестве субстрата  может быть использована липа мелколистная.

Город или поселок делят  на квадраты, в каждом из которых  подсчитывается общее число исследуемых  деревьев, покрытых лишайниками. Для  оценки загрязнения атмосферы конкретной магистрали, улицы или парка описывают  лишайники, которые растут на деревьях по обеим сторонам улицы или аллеи  парка на каждом третьем, пятом или  десятом дереве. Пробная площадка ограничивается на стволе деревянной рамкой, например, размером 10*10 см, которая разделена внутри тонкими проволочками на квадратики по 1 см². Отмечают, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади рамки занимает каждый растущий там вид. Кроме того, указывают жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище.

На каждом дереве описывают  минимум четыре пробные площадки: две у основания ствола (с разных его сторон) и две на высоте 1,4 – 1,6 м. Обследование можно провести по наличию какого-то одного вида лишайников на данной территории, или собрать информацию о его обилии в разных точках, или подсчитать количество всех видов лишайников, произрастающих в районе исследования. Кроме выявления видового состава, определяют размеры розеток лишайников и степень покрытия в процентах. Оценка встречаемости и покрытия дается по 5-балльной шкале.

Таким образом, для каждой площадки описания и для каждого  типа роста лишайников – кустистых, листоватых и накипных – выставляются баллы встречаемости и покрытия.

 

Частота встречаемости (в %)		Степень покрытия (в %)		Балл оценки
Очень редко	Менее 5	Очень низкая	Менее 5	1
Редко	5-20	Низкая	5-20	2
Редко	20-40	Средняя	20-40	3
Часто	40-60	Высокая	40-60	4
Очень часто	60-100	Очень высокая	60-100	5

 

Таблица 1. Оценки частоты встречаемости и степени покрытия по 5-балльной шкале

После проведения исследований на нескольких десятках деревьев делается расчет средних баллов встречаемости  и покрытия для каждого типа роста  лишайников – накипных (Н), листоватых (Л) и кустистых (К).

Зная баллы средней  встречаемости и покрытия Н, Л  и К, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле:

    

Чем выше показатель ОЧА (ближе  к единице), тем чище воздух местообитания. Имеется прямая связь между ОЧА  и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере (Ашихмина, 2006).

Лишайники являются широко распространенными примитивными низшими растениями. Они не имеют сосудистых тканей и корней. Все питательные вещества из водных растворов поступают непосредственно в таллом. Лишайники могут поглощать серу из воздуха и запасать ее в избыточных количествах.

Существует довольно много  методов оценки чувствительности эпифитных  мхов и лишайников к воздействию SO₂ в естественных и лабораторных условиях. Универсального критерия оценки не существует, и в естественных условиях часто используются следующие показатели: 1) общее количество видов, 2) степень покрытия каждого вида, 3) частота (встречаемости) каждою вида, 4) максимальная численность каждого вида.

Кроме этих показателей можно  использовать изменение видового состава  и морфологическое состояние.

Содержание SO2 в воздухе, мг/м3	Характеристика лихенофлоры
0,05	Наличие листоватых и кустистых  лишайников
0,05 – 0,3	Увеличение числа особей накипных лишайников и листоватых
0,3	Практически полное отсутствие лишайников, одиночные экземпляры

 

Таблица 2. Шкала изменения видового состава

Вдали от источников загрязнения  многие лишайники ярко окрашены. По мере приближения к источнику  загрязнения цвет лишайников тускнеет, в нем появляются серые, коричневые или фиолетовые тона. Вблизи «лишайниковой  пустыни» у листоватых лишайников по краям лопастей появляются каемки беловатого налета. В промышленных зонах слоевища имеют более плотную структуру  плодовых тел. Вместо округлой слоевище приобретает форму полумесяца, т.к. центральные части отмирают и  уже не восстанавливаются. Заметно  снижается скорость роста лишайников, особенно кустистых.

В таблице 3 показан порядок  исчезновения под действием SO₂ лишайников, растущих на коре, с оснований и стволов деревьев. Некоторые исследователи проследили подобные изменения рН коры деревьев в естественных условиях. Мы объединили данные своих наблюдений с данными о концентрациях SO₂ полученными с помощью приборного мониторинга, для создания карт районов с повышенным содержанием SO₂.

Первый этап Лишайники исчезают с деревьев с кислой корой  и низкой буферной способностью (например, береза и хвойные)

Второй этап Чувствительные  виды лишайников исчезают с коры промежуточных  видов деревьев (например, дуб и  платан) По мере закисления коры флора  лишайников будет меняться в сторону  видов, устойчивых к воздействию SO2

Третий  этап Лишайники исчезают с деревьев со щелочной корой  и низкой буферной способностью (например, вяз)

 

Таблица 3. Последовательность исчезновения корковых лишайников с коры оснований и стволов деревьев при умеренном загрязнении SO₂ (Удянская, 2001).

В основу методики оценки относительной  численности эпифитных лишайников был положен метод линейных пересечений. Он заключается в наложении гибкой ленты с миллиметровыми делениями  на поверхности ствола дерева с фиксированием  всех пересечений ее со слоевищами лишайников. В качестве ленты использовался "портняжный метр" с миллиметровыми делениями.

После выбора модельного дерева определяли на стволе точку, находящуюся  на высоте 1,5 м. от комля с северной стороны. Затем на ствол накладывалась мерная лента с делениями таким образом, чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой, а возрастание чисел на шкале соответствовало движению по часовой стрелки (с севера на восток). После полного оборота ствола лента закреплялась на стволе булавкой в нулевой точке. Совмещая последнее деление и ноль ленты, определяли длину окружности ствола. Ее при дальнейших измерениях принимали за 100%.

После каждого измерения, фиксировали начало и конец каждого  пересечения ленты с талломами  лишайников. Измерения проводились  с точностью до 1 мм.

По завершении измерений, проводился расчет проективного покрытия лишайников на основе линейных пересечений, который определил отношение "заросшей" лишайниками части ствола к общей  поверхности. Зная общую длину окружности ствола и принимая ее за 100%, рассчитывали проективное покрытие лишайников. Например, длина окружности ствола на 3 площадке 85 см. (850 мм). Пересечения ленты с талломами наблюдались на отметках: 3,1-3,2 см.; 74,1-75 см. Общая сумма "протяженности" лишайников составляет 1,0 см (0,1+0,9). По пропорции 85см. - 100% 1,0см - Х%, (1,0/85*100), находим величину проективного покрытия = 1,2%.

Проективное покрытие определялось для всех видов лишайников в сумме. С каждого дерева лишайники собирались отдельно и каждый образец упаковывался в отдельный конверт.