Оценка загрязнения атмосферы с помощью низших растений

Видовая принадлежность лишайников определялась в камеральных условиях по определителю (Солдатенкова, 1977).

 

2.2. Использование классов полеотолерантности лишайников для оценки загрязнения воздуха

 

В результате многолетних  полевых и экспериментальных исследований была проведена работа по объединению видов лишайников в классы полеотолерантности, т.е. в группы, члены которых более или менее одинаково реагируют на определенные загрязняющие вещества и их концентрации в атмосферном воздухе.

Наиболее пригодной для  большей территории России является классификация Х.Х.Трасса (1985), составленная им на примере лишайниковых сообществ фитоценозов Прибалтики, Кавказа и Дальнего Востока:

 

Типы местообитаний по степени влияния              антропогенных факторов и встречаемость в них видов	Виды лишайников	Классы   полео- толе- рант- ности
Естественные местообитания (ландшафты)  без ощутимого ан- тропогенного  влияния	Lecanactis abietina, Lobaria scrobiculata,  Menegzzia terebrata, Mycoblastus sanguinarius, виды родов Pannaria Parmeliella, самые чувствительные виды рода Usnea	I
Естественные (часто) и антропо- генно слабоизмененные местообитания (редко)	Bryoria chalybeiformis, Evernia divaricata,  Cyalecta ulmi, Lecanora coilocarpa, Ochrolechia androgyna, Parmeliopsis aleurites, Ramalina calicaris	II
Естественные (часто) и антропо- генно слабоизмененные местообитания (часто)	Bryoria fuscescens, Cetraria chlorophylla, Hypogymnia tubulosa, Lecidea tenebricosa, Opegrapha pulicaris, Pertusaria pertusa, Usnea subfloridana	III
Естественные (часто), слабо (часто)  и  умеренно (редко)  измененные  местообитания	Bryoria implexa, Cetraria pinastri, Graphis  scripta, Lecanora leptyrodes, Lobaria pulmonaria,  Opegrapha diaphora, Parmelia subaurifera, Parmeliopsis ambigua, Pertusaria coccodes, Pseudevernia furfuraceae, Usnea filipendula	IV
Естественные, антропогенно, слабо-и умеренно  измененные, местообитания (с равной встречаемостью)	Caloplaca pyracea, Lecania cyrtella, Lecanora chlarotera L.rugosa, L.subfuscata, L.subrugosa,  Lecidea  glomerulosa, Parmelia exasperata, P.olivacea, Physcia aipolia, Ramalina farinacea	V
Естественные (сравнительно редко) и антропогенно умеренно (часто)  измененные местообитания	Arthonia radiata, Caloplaca aurantiaca, Evernia prunastri,ренно  Hypogymnia  physodes,  Lecanora  allophana, L.carpinea, (часто)  измененные местообита- L.chlarona, L.pallida, L.symmictera,  Parmelia  acetabulum, ния  P.subargentifera, P.exasperatula,  Pertusaria  discoidea, Hypocenomyce  scalaris,  Ramalina  fraxinea,  Rinodina exigua, Usnea hirta	VI
Умеренно (часто) и сильно (редко)  антропогенно измененные местообитания	Caloplaca vitellina, Candelariella vitellina, C.xanthostigma Lecanora varia,  Parmelia conspurcata, P.sulcata P.verruculifera, Pertusaria amara, Phaeophyscia nigricans, Phlyctis agelaea, Physcia ascendens, Ph.stellaris, Ph.tenella, Physconia pulverulacea, Xanthoria polycarpa	VII
Умеренно и сильно антропоген но  измененные местообитания (с равной  встречаемостью)	Caloplaca cerina, Candelaria concolor, Phlyctis argena, Physconia grisea, Ph.enteroxantha,  Ramalina pollinaria Xanthoria candelaria	VIII
Сильно антропогенно измененные местообитания (часто)	Buellia punctata, Lecanora expallens, Phaeophyscia orbicularis, Xanthoria parietina	IX
Очень сильно антропогенно измененные местообитания (встречаемость и  жизненность видов низкие)	Lecanora conizaeoides, L.hageni, Lepraria incana,  Scolicio sporum chlorococcum	X

 

Сравнение видового состава  найденных в той или иной местности  лишайников с данными этой таблицы  поможет определить (весьма условно) уровень общей, интегральной, «нарушенности» местности, в том числе в результате загрязнения воздуха.

Использование лихеноиндикационных  индексов.

Более точно и, главное, количественно, определить уровень нарушенности местообитания помогут так называемые лихеноиндикационные индексы, учитывающие, в основном, видовое разнообразие, т.е. видовое богатство (число видов) и численность разных видов лишайников.

На сегодняшний день существует несколько десятков лихеноиндикационных индексов, как тех, которые учитывают видовой состав лишайников, так и тех, при расчете которых нужно знать только видовое богатство (число видов).

Рассмотрим два наиболее простых индекса – по одному из этих двух типов.

Индекс полеотолерантности (IP) учитывает видовой состав лишайников (т.е. для его использования нужно определять виды) и вычисляется по формуле:

 IP = S [ (A_i × C_i) / C_n]

где n - количество видов на описанной пробной площадке,

Аi - класс полеотолерантности i-того вида ( правый столбец таблицы),

Ci - проективное покрытие i-того вида в баллах,

Cn - сумма значений покрытия  всех видов (в баллах). 

Индекс полеотолерантности вычисляется для всех обследованных модельных деревьев на площадке в среднем. Общая обследованная площадь поверхности стволов при использовании палеток должна быть не менее 0,7, а при использовании мерной ленты – не менее 20 метров длины окружностей.

Оценка проективного покрытия дается по 10-балльной шкале:

 

Баллы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Покрытие, %	1-3	3-5	5-10	10-20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-80	80-100

 

Значения IP колеблются между 1 и 10. Чем больше значение IP, тем более загрязнен воздух в соответствующем местообитании. Нулевое значение IP может быть только в случае полного отсутствия лишайников.

Значения IP скоррелированы со среднегодовым содержанием SO₂

IP	Концентрация SO2 (мг/м3 )	Условная зона
1 – 2	Менее 0,01	Нормальная
2 – 5	0,01 - 0,03	Малого загрязнения
5 – 7	0,03 - 0,08	Среднего загрязнения
7 – 10	0,08 - 0,10	Сильного загрязнения
10	0,10 - 0,30	Критического загрязнения
0	более 0,3	Лишайниковая пустыня

 

Другим способом расчетов, не требующим знаний о видовом  составе лишайников, является индекс чистоты атмосферы, IAQ (Index of Atmosphere Quality, IAQ): ,

где Qi - экологический индекс определенного i-того вида (или индекс ассоциированности),

Сi – показатель обилия i-того вида,

n - количество видов. 

Вначале IAQ рассчитывается для  каждого модельного дерева в отдельности, затем находится среднее значение для всей площадки в целом.

Экологический индекс (индекс ассоциированности) Q характеризует  количество видов, сопутствующих данному  виду на всей пробной площадке, плюс сам описываемый вид. Фактически – это общее число видов, обнаруженных на данной площадке.

Оценка проективного покрытия вида дается по такой же 10-балльной шкале, что и при расчете индекса  полеотолерантности.

Таким образом, чем больше проективное покрытие лишайников, и чем больше видов обитает на данном участке местности, тем выше показатель IAQ и, соответственно, тем чище воздух местообитания. Значения IAQ могут располагаться в диапазоне от 0 до бесконечности (теоретически).

Такой расчет, повторим, производится вначале для каждого модельного дерева на площадке. Затем находится  среднее значение IAQ для всей площадки в целом (значения IAQ для каждого дерева складываются и полученная сумма делится на число модельных деревьев).

Также как и индекс полеотолерантности, индекс чистоты атмосферы IAQ коррелирует с концентрацией SO₂ в воздухе (по Трассу, 1985):

 

IAQ	Концентрация SO2 , мг/м 3
0 - 9	более 0,086
10 - 24	0,086 - 0,057
25 - 39	0,057 - 0,028
40 - 54	0,028 - 0,014
более 55	менее 0,014

 

Оформить полученные результаты можно в виде графика, на который по горизонтальной оси нанесены в масштабе точки расположения пробных площадок (по мере удаления от источника загрязнения), а по вертикальной – показатели загрязнения воздуха (IP и IAQ) на данных площадках (Инсарова, 1982).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Биоиндикация с помощью низших растений– один из важнейших и доступных методов экологического мониторинга. Однако, используя этот метод, следует учитывать то, что лишайники и мхи, как и любые живые организмы, откликаются на всякое изменение среды. Поэтому в природе часто невозможно установить конкретную причину тех или иных повреждений, порой простое воздействие температуры или влажности может перекрывать влияние загрязнения.

По результатам лихеноиндикационных и бриологических исследований можно провести картографирование территории, используя индексы, которые позволяют оценить степень загрязненности воздуха населенных пунктов, а зачастую также отыскать источник выбросов в атмосферу – оконтурить его линиями минимальных в исследуемом районе значений показателя относительной чистоты атмосферы.

С помощью бриоиндикации  определяют наличие в атмосфере  сернистого газа, реже тяжелых металлов, а в последние годы — и ряда токсичных органических соединений, особенно полициклических ароматических углеводородов. С помощью бриодиагностики определяют и влияние на городскую среду выбросов ряда промышленных предприятий - например, бумажного производства.

В статье, посвященной наземным бриофитам Огайо и Вирджинии, отмечается, что лучший индикатор загрязнения — не сообщества в целом, а отдельные виды. Так, у Dicranum scoparium, Leucobryum albidum и Polytrichum ohioense летальные концентрации SO2, установленные в лабораторных условиях, различаются в несколько раз. Объектом исследований служит не только взрослый гаметофит мха, но также протонема, также обладающая разной чувствительностью у различных видов.

В России  применение методов  биоиндикации с помощью мхов практически  не распространенны, исследования в  этом направлении происходили в  основном в Китае и Японии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие для студ. высш. учеб. Заведений / О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева и др; под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Сарапульцевой. – 2-е издание, испр. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. С. 146-153.
2. Блюм О.Б. Влияние газообразных загрязнителей на лишайники // Международная школа по лихеноиндикации. – Таллин, 1984. С. 35 – 51.
3. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. – М.: Научный мир, 2002. – 336 с.
4. Гарибова Л.В., Дундин Ю.К., Коптяева Е.Ф., Филин В.Р. Водоросли, лишайники и мохообразные СССР. – М.: Мысль, 1978. – 350 с.
5. Загрязнения воздуха и жизнь растений / под. ред. М. Трешоу. – Л.: Гидрометеоиздат, 1998. – 380 с.
6. Инсарева И. Д. Влияние сернистого газа на лишайники // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. – Л.,1982. Т. 5. С. 33 – 48.
7. Маннинг, У. Дж. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений / У. Дж. Маннинг, У. А. Федер. – М.: Гидрометиоиздат, 1985. – 143 с.
8. Пчелкин А.В., Боголюбов А.С. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды: Методическое пособие. – М.: Экосистема, 1997. – 315 с.
9. Солдатенкова Ю.П. Малый практикум по ботанике. Лишайники. – М.: Изд-во МГУ, 1977. – 89 с.
10. Трасс Х.Х. Трансплантационные методы лихеноиндикации // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. Т. 8. – С. 140 – 144.
11. Удянская Е.А. Изучение атмосферного загрязнения городской среды на основе чувствительности лишайников. – Белгород: БелГУ, 2001. С. 67 – 74.
12. Чеснокова, С. М. Лихеноиндикация загрязнения окружающей среды: практикум / С. М. Чеснокова; Владим. гос. ун-т. – Владимир, 1999. – 36 с.
13. Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие. под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: Академический проект, 2006. – 416 с.