Биоиндикация загрязнений наземных экосистем

Оценка состояния окружающей среды по на­личию, обилию и разнообразию видов ли­шайников (лихеноиндикация)

Очень информативными биоиндикаторами состояния воздуш­ной среды и ее изменения являются низшие растения: мхи и лишай­ники, которые накапливают в своем слоевище (талломе) многие загрязнители (серу, фтор, радиоактивные вещества, тяжелые метал­лы). Лишайники очень нетребовательны к факторам внешней сре­ды, они поселяются на голых скалах, бедной почве, стволах деревьев, мертвой древесине, однако для своего нормального функциониро­вания они нуждаются в чистом воздухе. Особенно они чувствитель­ны к сернистому газу. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство растений, вызывает массовую гибель чув­ствительных видов лишайников. Они исчезают, как только концен­трация сернистого газа достигнет 35 млрд ^-1, а среднее его содержание в атмосфере крупных городов свыше 100 млрд ^-1 (Рамад, 1981). Не удивительно поэтому, что большинство лишайников уже исчезло из центральных зон городов.

Научное направление биомониторинга (т.е. слежения) за состо­янием воздушной среды при помощи лишайников называется лихеноиндикацией.

Лишайники - это симбиоз водоросли и гриба. Они чувствитель­ны к загрязнению среды в силу следующих причин: 1) у лишайни­ков отсутствует непроницаемая кутикула, благодаря чему обмен газов происходит свободно через всю поверхность; 2) большинство же токсических газов концентрируются в дождевой воде, а лишайники впитывают воду всем слоевищем, в отличие от цветковых растений, которые поглощают воду преимущественно корнями; 3) большин­ство цветковых растений в наших широтах активны только летом, когда уровень загрязнения сернистым газом намного ниже (вслед­ствие уменьшения сжигания угля в топках - основного источника сернистого газа), в то время как лишайники обладают способностью к росту и при температурах ниже 0°С.

В отличие от цветковых растений лишайники способны избав­иться от пораженных токсическими веществами частей своего тал­лома каждый год. В городах с загрязненной атмосферой они редки, главный враг лишайников в городах - сернистый газ. Установлено, что чем выше уровень загрязнения природной среды сернистым га­зом, тем больше серы накапливается в слоевище лишайников, при­чем живое слоевище аккумулирует серу из среды интенсивнее, чем, мертвое. Особенно удобны лишайники в качестве индикаторов небольшого загрязнения окружающей среды. Наиболее чувствительным симбионтом в талломе лишайников является водоросль.

В мире насчитывается около 26 тысяч видов лишайников. Они различаются по зонам произрастания (тундра, лесная зона и т.д.), видам субстрата (камни, скалы, стволы и ветви деревьев, почва). У лишайников, растущих на деревьях, видовой состав различается в зависимости от рН коры. Лишайники исчезают в первую очередь с деревьев, имеющих кислую кору (береза, хвойные), затем с нейтральных (дуб, клен) и позже всего - с деревьев, имеющих слабощелочную кору (вяз мелколистный, акация желтая). В лишайниковых типах леса доминируют кустистые лишайники (кладония, цетрария), длинными бородами с ветвей деревьев свисает уснея, которая является наиболее чувствительным видом и растет в лесах только с чистой атмосферой.

Среди жизненных форм лишайников различают:

1) накипные (слоевище имеет вид корочек) - например, бацидиум фисция;

2) листоватые (слоевище имеет вид пластинок) - например, пармелия, степная золотянка, гипогимния;

3) кустистые (слоевище имеет вид кустиков или свисающих «бо­род», иногда до 1-2 м длиной) - например, уснея, бриория, клафония, цетрария.

Практикуется и более дробное деление жизненных форм лишайников:

1) накипные - порошкообразные, слабо структурированные;

2) корковые - коркообразные, плотно прилегают к субстрату;

3) чешуйчатые - коркообразные, края таллома приподняты;

4) пластинчатые - коркообразные, края бороздчатые и образу­ют лопасти;

5) листоватые - таллом листообразный с четкой нижней коркой;

6) кустистые - прямые волосовидные или кустарниковой формы. Наиболее чувствительны к загрязнению воздушной среды кус­тистые и листоватые лишайники (исчезают полностью), наименее - накипные.

Лишайники (особенно бриория, пармелия, уснея) являются пи­щей ряда животных (косуль, оленей). Разрушение и исчезновение лишайникового по­крова в связи с загрязнением территории (например, под влиянием промышленности и транспорта) нарушает основные пищевые цепи и приводит к исчезновению ряда живот­ных.

Ход работы. Биоиндикация территории с помощью лишайников может быть организована по-разному, в зависимости от цели: 1) ознакомитель­ная студенческая практика; 2) сбор материала для дипломной или научной работы.

В одном случае трансекту длиной в 2-3 км удобно разместить перпендикулярно насыщенной автотранспортом загородной доро­ге, примыкающей к лесному массиву, состоящему из небольшого разнообразия древесных видов (например, сосна с примесью бере­зы или дубовое насаждение с примесью клена).

В другом случае трансекта располагается в зависимости от рас­стояния до центра города (центральные улицы, на некотором рас­стоянии от центра, окраинные улицы, загородные территории). Такая трансекта может продолжаться на 20-50 км и переходить в зеленую зону города. Вполне очевидно, что в такой многокилометровой трансекте должны изучаться только виды древесных растений, име­ющиеся на всей территории.

Первая трансекта разбивается на ряд участков: 1) возле дороги, 2) в 100 м, 3) в 300 м, 4) в 500 м, 5) в 1000 м, 6) в 2000-3000 м от дороги. На каждом участке закладываются пробные площади раз­мером 20х20 м, 50х50 м, 100х100 м (в зависимости от цели исследо­вания и разреженности насаждения).

На каждой пробной площади учитываются следующие параметры:

а) общее число видов лишайников;

б) степень покрытия слоевищами лишайников каждого дерева;

в) частота (встречаемость) каждого вида;

г) обилие каждого вида.

При этом могут быть употреблены следующие градации (таблица 1).

Таблица 1 Оценка встречаемости лишайников

Оценка	Частота встречаемости	Степень покрытия
1	Очень редкая	Очень низкая
2	Редкая	Низкая
3	Небольшая	Средняя
4	Большая	Большая
5	Очень высокая	Очень большая (встречается на большинстве деревьев)

Таблица 2 Характер влияния загрязнения среды на встречаемость лишайников (составлена по работам многих авторов)

Зона загрязнения	Оценка встречаемости лишайников	Загрязнение воздуха сернистым газом, мг/м3	Оценка загрязнения
1	Лишайники на деревьях и камнях отсутствуют	Больше 0,3-0,5	Сильное загрязнение
2	Лишайники также отсутствуют на стволах деревьев и камнях. На северной стороне деревьев и в затененных местах встреча­ется зеленоватый налет водоросли плеврококкус	Около 0,3	Довольно сильное
3	Появление на стволах и у основания деревьев серо-зеленоватых твердых накипных лишайников леканоры, фисции	От 0,05 до 0,2	Среднее
4	Развитие накипных лишайников -леканоры и др., водоросли плеврококкуса, появление листоватых лишайников (пармелия)	Не превышает 0,05	Небольшое
5	Появление кустистых лишайников (эвернии, уснеи)	Малое содержание	Воздух очень чистый

Лихеноиндикация загрязнения воздуха (качествен­ная оценка).

На основании эмпирически установленных качественных критериев, основанных на фактах нали­чия — отсутствия определенных типов лишайников, вы­деляют зоны с разной степенью загрязнения (таблица 3).

Таблица 3 Зоны с разной степенью загрязнения

Зона	Загрязнение	Наличие (+) или отсутствие (-) лишайников
		кустистые	листоватые	накипные
1	Нет	+	+	+
2	Слабое	-	+	-
3	Среднее	-	-	+
4	Сильное (лишайниковая пустыня)	-	-	-

В обследуемом районе изучается обрастание лишайни­ками стволов и ветвей деревьев, камней, стен домов и т.п., и по таблице определяется степень загрязнения воздуха.

1. Б Биоиндикация газодымовых загрязнений по состоянию хвои сосны

При обследовании повреждений хвои основными па­раметрами являются прирост побегов, темные верхушеч­ные некрозы хвои, продолжительность жизни хвои со­сны. Обследования можно проводить круглогодично.

По карте района (области) намечаются точки об­следования, при этом чем выше антропогенная нагруз­ка, тем ближе друг к другу они должны быть располо­жены (1,5-3 км). В малозагрязненной местности точ­ки обследования могут быть удалены друг от друга на расстояние до 10—15 км. Работа планируется так, что­бы все изучение намеченной территории провести в

течение 2-4 дней.

В точке обследования находят молодые сосны, произ­растающие на открытом месте (поляне, опушке леса, просеке, вырубке). Из них выбираются 5 молодых дере­вьев высотой 1-1,5 м, стоящих друг от друга на расстоя­нии 10-20 м. Если все деревья очень высокие, то обсле­дование проводится с использованием одного из боковых побегов четвертой сверху мутовки.

Определение класса повреждения и усыхания хвои. Некрозы обычно появляются весной, сразу после образо­вания хвои, а затем увеличиваются незначительно. Некротические реакции у деревьев, находящихся на продуваемых местах, выражены сильнее, чем в случае густого насаждения.

Объектом обследования является верхушечная часть ствола. Внимательно осматривается хвоя (рисунок 1) участка центрального побега (второго сверху) предыдущего года и по шкале определяется класс повреждения и усыхания (таблица 4) (следует иметь в виду, что шипик на конце хвои всегда более светлый, поэтому его окраска не должна влиять на оценку степени повреждений).

Рисунок 1. Виды повреждения и усыхания хвои: а - хвоя без пятен (КП 1), нет сухих участков (КУ1); б - хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП2),нет сухих участков (КУ1); в - хвоя с большим числом черных и желтых пятен (КП 3), усох кончик 2-5 мм (КУ2); г - усохла треть хвои (КУ 3); д - усохло более половины длины хвои (КУ 4); е — вся хвоя желтая и сухая (КУ 4); КП - класс повреждения (некрозы); КУ - класс усыхания хвои.

Таблица 4. Определение класса повреждения и усыхания хвои

Класс	Вид повреждения и усыхания хвои
	а	б	в	г	д	е
Повреждение хвои (некрозы)	1	2	3	-	-	-
Усыхание хвои	1	1	2	3	4	4

Определение продолжительности жизни хвои. Продолжительность жизни хвои оценивается при обследовании верхушечной части ствола за последние годы: каждая мутовка, считая сверху, - это год жизни. Определяется сколько лет сохраняется хвоя (максимальный возраст хвои), причем если на самом нижнем из охвоенных участков часть хвои опала, то оценивается примерная доля сохранившейся. Таким образом, полный возраст хвои определяется числом участков ствола с полностью сохраненной хвоей плюс доля сохраненной хвои на следующем за ним участке. Например, если верхушечная часть и два участка между мутовками полностью сохранили хвою, а на следующем участке сохранилась ее половина, то показатель продолжительности жизни хвои 3 + 1/2 = 3 1/2.

Экспресс-оценка загрязнения воздуха. Определив класс повреждения и продолжительности жизни хвои, можно оценить класс загрязненности воздуха по таблице 5.

Таблица 5. Определение класса загрязненности воздуха

Максимальный возраст хвои	Класс повреждения хвои на побегах 2-го года жизни
	1	2	3
4	I	I-II	III
3	I	II	III-IV
2	II	III	IV
2	-	IV	IV- V
1	-	IV	V-VI
1	-	-	VI

Примечание. I - идеально чистый воздух; II - чистый; III - относительно чистый ("норма"); IV - заметно загрязненный ("тревога"); V -грязный ("опасно"); VI - очень грязный ("вредно"); "-" – невозможное сочетание.