Учебно-исследовательская работа №5. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации
Учебно-исследовательская работа №5. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации
Познакомится с существующими подходами определения степени загрязнения воздуха по лишайникам, закрепить навыки определения типов роста лишайников на пробных площадках (накипные, листоватые, кустистые).
Получить навыки закладки пробных площадок для лихеноиндикации. Произвести расчёты чистоты воздуха района исследования по 3-м показателям.
Задачи:
1.Повторить основные положения биологии и экологии лишайников.
2.Изучить стандарты проведения лихеиноиндекации.
3.Выбрать площадки изучения с определенными характеристиками модельных деревьев.
4.Охарактеризовать модельные деревья.
5.Провести изучение проективного покрытия и видового состава лишайников на модельных деревьев методом «палетки».
6. Вычислить Индекс полеотолерантности.
7. Рассчитать индекс чистоты атмосферы.
8. Определить чистоту воздуха по лишайникам эксперсс-методом.
9.Сделать вывод о чистоте воздуха на основании данных четырех показателей, на исследуемом нами участке, на модельном виде деревьев.
10.Сравнить и проанализировать полученные данные с данными бригады № 2, исследовавшей чистоту воздуха по лишайникам на другом контрольном участке, но на таком же модельном виде.
Оборудование и материалы: прозрачные палетки для измерения проективного покрытия лишайниками стволов деревьев (рамка, разделенная на квадраты размером 1 х 1 см, общий размер 10 х 10 см), компас-буссоль, определитель лишайников, полевой дневник, фотоаппарат.
Ход работы:
1. Работа началась с повторения основных положений биологии и экологии лишайников с целью понимания выполняемой работы. 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. Объектом глобального мониторинга лишайники избраны потому, что они распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешнее воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна и чрезвычайно замедленна 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 воздух, тем меньше встречается в его границах видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев, тем ниже "жизненность" лишайников.
Установлено, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые, затем листоватые и последними - накипные (корковые) формы лишайников. Состав флоры лишайников в различных частях городов (в центре, в индустриальных районах, в парках, в периферийных частях) оказался настолько различным, что исследователи стали использовать лишайники в качестве индикаторов загрязнения воздуха.
2. Следующим этапом было изучение стандартов лихеноиндикации. С началом использования лишайников в системе мониторинга окружающей среды возникла насущная потребность в разработке жестких стандартов в использовании методик лихеноиндикации. Причиной является то, что использование лишайников (так же как и любых других живых объектов) в качестве естественных индикаторов, сопряжено с реальной опасностью принятия естественных локальных различий в структуре лишайниковых сообществ за различия, вызванные воздействием антропогенного фактора.
При организации мониторинга методами лихеноиндикации следует придерживаться следующих основных правил.
• Пробные площадки должны закладываться в гомогенных по составу и возрасту фитоценозах (в идеале - например, в монопородных одновозрастных посадках).
• Биотические и абиотические условия среды на сравниваемых пробных площадках должны быть по возможности одинаковыми (состав и структура фитоценозов, форма рельефа, увлажнение, освещенность и т.п.).
• В любом случае, на сравниваемых площадках модельные деревья должны быть приблизительно одновозрастными, без видимых повреждений, принадлежать к одной из основных лесообразующих пород.
• При использовании переменных пробных площадок (при "одноразовых" исследованиях) их количество должно быть в пределах одного десятка (в зависимости от задачи исследования), а число модельных деревьев на каждой площадке должно измеряться несколькими десятками - для получения большого объема статистически достоверной информации.
3. Участки для проведения исследования были выбраны в 2 местах «Наташинского парка»: лес и набережная. Также был выбран один участок непосредственно на территории университета. Исследованию подвергались липы. (см. Рисунок 1 и 2.) В качестве модельного вида была выбрана Липа сердцевидная (Tilia cordata).
Рисунок 1.
Рисунок 2.
4. Для проведения работы были выбраны деревья вида Липа сердцевидная (т.к. в данном случае общая площадь исследования составит 0,72 м2, что соответствует требованиям одного из применяемых методов), с одинаковыми морфометрическими параметрами, сходным возрастом и жизненностью.
5.При работе с палеткой на каждом стволе дерева измерения производились с четырех сторон света, при этом общее количество измерений составило 18*4=72.
Результаты измерения проективного покрытия рассчитывались по формуле:
R=(100a+50b)/c,
где a - это количество клеток, в которых лишайники занимают больше 50% площади клетки, b – где меньше 50% площади, с – общее количество квадратов.
На исследуемом нами участке был встречен единственный вид листоватых эпифитных лишайников – Гипогимния вздутая.
Обобщённые результаты данного этапа исследования представлены в Таблице №1.
Таблица 1. Обобщенные результаты исследования проективного покрытия лишайников
«Наташинский парк»
Характеристика модельного дерева Вида лишайников Проективное покрытие, %
Участок: «Лес»
1. Номер дерева: 1
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 15,3 м
4. Длина окружности ствола: 50 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 6
1
1
7
3,75
1. Номер дерева: 2
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,4 м
4. Длина окружности ствола: 77 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 0
11
4
63
22
1. Номер дерева: 3
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,3 м
4. Длина окружности ствола: 160 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 8,5
0,5
9,5
0,4
6,88
1. Номер дерева: 4
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 16,5
4. Длина окружности ствола: 71 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 11,5
7
6,5
2
5
6,88
1. Номер дерева: 5
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 19.8 м
4. Длина окружности ствола: 83 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 11
3
10,5
0,5
6,25
1. Номер дерева: 6
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 16,5 м
4. Длина окружности ствола: 101 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 1,75
0
7,5
0
2,31
1. Номер дерева: 7
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 14,85 м
4. Длина окружности ствола: 123 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 33
5
2,5
12,5
2,5
12,75
1. Номер дерева: 8
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 9.5 м
4. Длина окружности ствола: 52 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 3,5
1,5
6
4
3,75
1. Номер дерева: 9
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 10,5 м
4. Длина окружности ствола: 58 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
6
1
2
2,75
1. Номер дерева: 10
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 13 м
4. Длина окружности ствола: 47 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
1
5
8
4
Итоговое среднее: 5,5
Участок: «Набережная»
1. Номер дерева: 11
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 6,6 м
4. Длина окружности ствола: 110 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 17,5
30,5
1
3,5
13,125
1. Номер дерева: 12
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11 м
4. Длина окружности ствола: 95 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 3,5
11
13,5
3,5
7,88
1. Номер дерева: 13
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 10,73 м
4. Длина окружности ствола: 121 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 1
4,5
2,02
8
3,88
1. Номер дерева: 14
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 10,73 м
4. Длина окружности ствола: 91 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2,5
14,
6,5
8,5
8,00
1. Номер дерева: 15
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,55 м
4. Длина окружности ствола: 110 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 6
12
5,5
8
7,88
1. Номер дерева: 16
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 13,5
4. Длина окружности ствола: 102 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 11,5
1,5
4
11
28,00
1. Номер дерева: 17
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 12,38 м
4. Длина окружности ствола: 100 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 1
12
8
14
8,75
1. Номер дерева: 18
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 9,9 м
4. Длина окружности ствола: 90 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
0
2,5
7,5
3,00
1. Номер дерева: 19
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 6,6 м
4. Длина окружности ствола: 59 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
1
2
2,75
1. Номер дерева: 20
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 13,2 м
4. Длина окружности ствола: 100 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
1
5
8
4,00
Итоговое среднее: 8.7
Участок: «Территория университета»
1. Номер дерева: 21
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 8,25 м
4. Длина окружности ствола: 75см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее:
0,5
0
0
0
2,625
1. Номер дерева: 22
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 8,25 м
4. Длина окружности ствола: 68 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 7
1,5
1,5
0
2,5
1. Номер дерева: 23
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,55 м
4. Длина окружности ствола: 75 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 0
0
0
0
0
1. Номер дерева: 24
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,55 м
4. Длина окружности ствола: 100 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 0
2,5
4,5
1
2
1. Номер дерева: 25
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,55 м
4. Длина окружности ствола: 78 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 0
0
0
1,25
1. Номер дерева: 26
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 10,725 м
4. Длина окружности ствола: 90 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 3,5
6,5
1
0
2,75
1. Номер дерева: 27
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 8,25 м
4. Длина окружности ствола: 100 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 5
1
0
0
1,5
Итоговое среднее: 1,8
6. Индекс полеотолерантности (IP) учитывает видовой состав лишайников (т.е. для его использования нужно определять виды) и вычисляется по формуле:
n
IP = Σ AiCi
где n - количество видов на описанной пробной площадке, Аi - класс полеотолерантности i-того вида (от 1 до 10, см. правый столбец таблицы 2), Ci - проективное покрытие i- того вида в баллах, Cn - сумма значений покрытия всех видов (в баллах).
Таблица 2. Определение полеотолерантности лишайников
Типы местообитаний по степени влияния антропогенных факторов и встречаемость в них видов Виды лишайников Классы
полеотоле-рантности
Естественные местообитания (ландшафты) без ощутимого антропогенного влияния Lecanactis abietina, Lobaria scrobiculata, Menegzzia terebrata, Mycoblastus sanguinarius, виды родов Pannaria, Parmeliella, самые чувствительные виды рода Usnea I
Естественные (часто) и антропогенно слабоизмененные местообитания (редко) Bryoria chalybeiformis, Evernia divaricata, Cyalecta ulmi, Lecanora coilocarpa, Ochrolechia androgyna, Parmeliopsis aleurites, Ramalina calicaris II
Естественные (часто) и антропогенно 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 встре-
чаемостью) Caloplaca pyrace 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, Hypogymnia physodes, Lecanora allophana, L.carpinea, L.chlarona, L.pallida, L.symmictera, Parmelia acetabulum, P.subargentifera, P.exasperatula, Pertusaria discoidea, Hypocenomyce scalaris, Ramalina fraxinea, Rinodina exigua, Usnea hirta VI
Умеренно (часто) и сильно (ред-
ко) 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 изменен-
ные местообитания (часто) Buellia punctata, Lecanora expallens, Phaeophyscia orbicularis, Xanthoria parietina IX
Очень сильно антропогенно из-
Мененные местообитания (встречаемость и жизненность видов низкие) Lecanora conizaeoides, L.hageni, Lepraria incana, Scoliciosporum chlorococcum
X
Таким образом, Аi на всех трех участках равно 6.
Среднему проективному покрытию по участкам соответствуют цифры:
1. «Лес» - Ci= 5,5 соответствует оценка 3 балла
2. «Набережная» - Ci=8,7 соответствует оценка 3 балла
3. «Территория университета» - Ci=1,8 соответствует оценка 1 балл
(см. Таблицу 3)
Таблица 3. Определение бальной оценки проективного покрытия
Балл 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
Суммы значений покрытия на участках:
1. «Лес» - 3 балла*
2. «Набережная» - 3 балла*
3. «Территория университета» - 1 балл*
*(так как на пробной площадке нами был встречен только один вид лишайника)
Индекс полеотолерантности:
1. «Лес» IP= 6*3/3=6
2. «Набережная» IP= 6*3/3=6
3. «Территория университета» IP= 6*1/1=6
По таблице 4 концентрация SO2 на каждом участке составляет от 0,03 до 0,08 мг/м3. Условная зона среднего загрязнения (см. Таблицу 4).
Таблица 4. Определение концентрации SO2 по индексу полеотолерантности
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
7. Расчет индекса чистоты атмосферы, IAQ (Index of Atmosphere Quality, IAQ):
n
IAQ = Σ Qi Ci
i=1 10
где Qi - экологический индекс определенного i-того вида (или индекс ассоциированности), Сi – показатель обилия i-того вида, а n - количество видов.
Экологический индекс (индекс ассоциированности) Q характеризует количество видов, сопутствующих данному виду на всей пробной площадке, плюс сам описываемый вид.
Q = 1 (вида)
По результатам исследований проективного покрытия в пределах одной пробной площади на 27 модельных деревьях получены следующие данные:
Номер дерева Проективное покрытие, % Номер дерева Проективное покрытие, % Номер дерева Проективное покрытие, %
1 3,75 10 4 19 2,75
2 22 11 13,13 20 4
3 6,88 12 7,88 21 2,63
4 6,88 13 3,88 22 2,5
5 6,25 14 8 23 0
6 2,31 15 7,88 24 2
7 12,75 16 28 25 1,25
8 3,75 17 8,75 26 2,75
9 2,75 18 3 27 1,5
По таблице 3 находим значения покрытия в баллах Сi:
Номер дерева Сi Номер дерева Сi Номер дерева Сi
1 2 10 2 19 1
2 5 11 4 20 2
3 3 12 3 21 1
4 3 13 2 22 1
5 3 14 3 23 0
6 1 15 3 24 1
7 4 16 5 25 1
8 2 17 3 26 1
9 1 18 2 27 1
IAQ=(1*2/10+1*5/10+1*3/10+1*3/10+1*3/10+1*1/10+1*4/10+1*2/10+1*1/10+1*2/10+1*4/10+1*3/10+1*2/10+1*3/10+1*3/10+1*5/10+1*3/10+1*2/10+1*1/10+1*2/10+1*1/10+1*1/10+1*0/10+1*1/10+1*1/10+1*1/10+1*1/10)/27=0,222
Данному значению IAQ=0,222 соответствует концентрация SO2 более 0,086 мг/м3 (см. таблицу 5)
Таблица 5. Определение концентрации SO2 по индексу чистоты атмосферы
IAQ Концентрация SO2, мг/м3
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
8. Экспресс-метод определения частоты воздуха по лишайникам
Лихеноиндикация позволяет определить чистоту воздуха на основании следующих закономерностей (см. Таблицу 6):
• Чем сильнее загрязнён воздух, тем меньше встречается лишайников (один-два вида вместо 10). На выбранном участке было встречено всего лишь 1 вид лишайников.
• Чем сильнее загрязнён воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев. На выбранных березах площадь покрытия была очень мала.
• При повышении загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые лишайники; за ними листовые (в виде чешуек), последними накипные (имеют слоевище).
•
Таблица 6. Определение степени загрязнения воздуха по лишайникам экспресс-методом
Степень загрязнения Наличие лишайников
Слабое Исчезают кустистые лишайники
Среднее Исчезают листоватые и кустистые лишайники
Сильное Преобладают накипные лишайники
В нашей работе был обнаружен только один вид листоватого лишайника, практически отсутствую накипные лишайники, что позволяет нам сделать вывод о средней степени загрязнения атмосферного воздуха.
9. Вывод по определению степени загрязнения атмосферного воздуха методами лихеноиндикации на исследуемом нами участке.
- по индексу IP концентрация SO2 составляет от от 0,03 до 0,08 мг/м3.
- условная зона среднего загрязнения.
- по индексу IAQ концентрация SO2, более 0,086 мг/м3, (участки «набережная» и «лес»), и менее 0,086 мг/м3(«территория университета»), что является максимально возможной концентрацией SO2 определяемой данным методом.
- по экспресс-методу определения частоты воздуха по лишайникам загрязнение среднее.
Проанализировав полученные данные по 3-м площадкам можно сделать вывод, что загрязнение атмосферы в окрестностях территории университета и парка среднее.
Познакомится с существующими подходами определения степени загрязнения воздуха по лишайникам, закрепить навыки определения типов роста лишайников на пробных площадках (накипные, листоватые, кустистые).
Получить навыки закладки пробных площадок для лихеноиндикации. Произвести расчёты чистоты воздуха района исследования по 3-м показателям.
Задачи:
1.Повторить основные положения биологии и экологии лишайников.
2.Изучить стандарты проведения лихеиноиндекации.
3.Выбрать площадки изучения с определенными характеристиками модельных деревьев.
4.Охарактеризовать модельные деревья.
5.Провести изучение проективного покрытия и видового состава лишайников на модельных деревьев методом «палетки».
6. Вычислить Индекс полеотолерантности.
7. Рассчитать индекс чистоты атмосферы.
8. Определить чистоту воздуха по лишайникам эксперсс-методом.
9.Сделать вывод о чистоте воздуха на основании данных четырех показателей, на исследуемом нами участке, на модельном виде деревьев.
10.Сравнить и проанализировать полученные данные с данными бригады № 2, исследовавшей чистоту воздуха по лишайникам на другом контрольном участке, но на таком же модельном виде.
Оборудование и материалы: прозрачные палетки для измерения проективного покрытия лишайниками стволов деревьев (рамка, разделенная на квадраты размером 1 х 1 см, общий размер 10 х 10 см), компас-буссоль, определитель лишайников, полевой дневник, фотоаппарат.
Ход работы:
1. Работа началась с повторения основных положений биологии и экологии лишайников с целью понимания выполняемой работы. 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. Объектом глобального мониторинга лишайники избраны потому, что они распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешнее воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна и чрезвычайно замедленна 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 воздух, тем меньше встречается в его границах видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев, тем ниже "жизненность" лишайников.
Установлено, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые, затем листоватые и последними - накипные (корковые) формы лишайников. Состав флоры лишайников в различных частях городов (в центре, в индустриальных районах, в парках, в периферийных частях) оказался настолько различным, что исследователи стали использовать лишайники в качестве индикаторов загрязнения воздуха.
2. Следующим этапом было изучение стандартов лихеноиндикации. С началом использования лишайников в системе мониторинга окружающей среды возникла насущная потребность в разработке жестких стандартов в использовании методик лихеноиндикации. Причиной является то, что использование лишайников (так же как и любых других живых объектов) в качестве естественных индикаторов, сопряжено с реальной опасностью принятия естественных локальных различий в структуре лишайниковых сообществ за различия, вызванные воздействием антропогенного фактора.
При организации мониторинга методами лихеноиндикации следует придерживаться следующих основных правил.
• Пробные площадки должны закладываться в гомогенных по составу и возрасту фитоценозах (в идеале - например, в монопородных одновозрастных посадках).
• Биотические и абиотические условия среды на сравниваемых пробных площадках должны быть по возможности одинаковыми (состав и структура фитоценозов, форма рельефа, увлажнение, освещенность и т.п.).
• В любом случае, на сравниваемых площадках модельные деревья должны быть приблизительно одновозрастными, без видимых повреждений, принадлежать к одной из основных лесообразующих пород.
• При использовании переменных пробных площадок (при "одноразовых" исследованиях) их количество должно быть в пределах одного десятка (в зависимости от задачи исследования), а число модельных деревьев на каждой площадке должно измеряться несколькими десятками - для получения большого объема статистически достоверной информации.
3. Участки для проведения исследования были выбраны в 2 местах «Наташинского парка»: лес и набережная. Также был выбран один участок непосредственно на территории университета. Исследованию подвергались липы. (см. Рисунок 1 и 2.) В качестве модельного вида была выбрана Липа сердцевидная (Tilia cordata).
Рисунок 1.
Рисунок 2.
4. Для проведения работы были выбраны деревья вида Липа сердцевидная (т.к. в данном случае общая площадь исследования составит 0,72 м2, что соответствует требованиям одного из применяемых методов), с одинаковыми морфометрическими параметрами, сходным возрастом и жизненностью.
5.При работе с палеткой на каждом стволе дерева измерения производились с четырех сторон света, при этом общее количество измерений составило 18*4=72.
Результаты измерения проективного покрытия рассчитывались по формуле:
R=(100a+50b)/c,
где a - это количество клеток, в которых лишайники занимают больше 50% площади клетки, b – где меньше 50% площади, с – общее количество квадратов.
На исследуемом нами участке был встречен единственный вид листоватых эпифитных лишайников – Гипогимния вздутая.
Обобщённые результаты данного этапа исследования представлены в Таблице №1.
Таблица 1. Обобщенные результаты исследования проективного покрытия лишайников
«Наташинский парк»
Характеристика модельного дерева Вида лишайников Проективное покрытие, %
Участок: «Лес»
1. Номер дерева: 1
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 15,3 м
4. Длина окружности ствола: 50 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 6
1
1
7
3,75
1. Номер дерева: 2
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,4 м
4. Длина окружности ствола: 77 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 0
11
4
63
22
1. Номер дерева: 3
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,3 м
4. Длина окружности ствола: 160 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 8,5
0,5
9,5
0,4
6,88
1. Номер дерева: 4
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 16,5
4. Длина окружности ствола: 71 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 11,5
7
6,5
2
5
6,88
1. Номер дерева: 5
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 19.8 м
4. Длина окружности ствола: 83 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 11
3
10,5
0,5
6,25
1. Номер дерева: 6
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 16,5 м
4. Длина окружности ствола: 101 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 1,75
0
7,5
0
2,31
1. Номер дерева: 7
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 14,85 м
4. Длина окружности ствола: 123 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 33
5
2,5
12,5
2,5
12,75
1. Номер дерева: 8
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 9.5 м
4. Длина окружности ствола: 52 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 3,5
1,5
6
4
3,75
1. Номер дерева: 9
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 10,5 м
4. Длина окружности ствола: 58 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
6
1
2
2,75
1. Номер дерева: 10
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 13 м
4. Длина окружности ствола: 47 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
1
5
8
4
Итоговое среднее: 5,5
Участок: «Набережная»
1. Номер дерева: 11
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 6,6 м
4. Длина окружности ствола: 110 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 17,5
30,5
1
3,5
13,125
1. Номер дерева: 12
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11 м
4. Длина окружности ствола: 95 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 3,5
11
13,5
3,5
7,88
1. Номер дерева: 13
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 10,73 м
4. Длина окружности ствола: 121 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 1
4,5
2,02
8
3,88
1. Номер дерева: 14
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 10,73 м
4. Длина окружности ствола: 91 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2,5
14,
6,5
8,5
8,00
1. Номер дерева: 15
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,55 м
4. Длина окружности ствола: 110 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 6
12
5,5
8
7,88
1. Номер дерева: 16
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 13,5
4. Длина окружности ствола: 102 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 11,5
1,5
4
11
28,00
1. Номер дерева: 17
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 12,38 м
4. Длина окружности ствола: 100 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 1
12
8
14
8,75
1. Номер дерева: 18
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 9,9 м
4. Длина окружности ствола: 90 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
0
2,5
7,5
3,00
1. Номер дерева: 19
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 6,6 м
4. Длина окружности ствола: 59 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
1
2
2,75
1. Номер дерева: 20
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 13,2 м
4. Длина окружности ствола: 100 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 2
1
5
8
4,00
Итоговое среднее: 8.7
Участок: «Территория университета»
1. Номер дерева: 21
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 8,25 м
4. Длина окружности ствола: 75см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее:
0,5
0
0
0
2,625
1. Номер дерева: 22
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 8,25 м
4. Длина окружности ствола: 68 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 7
1,5
1,5
0
2,5
1. Номер дерева: 23
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,55 м
4. Длина окружности ствола: 75 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 0
0
0
0
0
1. Номер дерева: 24
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,55 м
4. Длина окружности ствола: 100 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 0
2,5
4,5
1
2
1. Номер дерева: 25
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 11,55 м
4. Длина окружности ствола: 78 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 0
0
0
1,25
1. Номер дерева: 26
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 10,725 м
4. Длина окружности ствола: 90 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 3,5
6,5
1
0
2,75
1. Номер дерева: 27
2. Порода дерева: Липа
3. Высота дерева: 8,25 м
4. Длина окружности ствола: 100 см Накипные
Гипогимния вздутая
Hypogymnia physodes Север
Юг
Запад
Восток
Среднее: 5
1
0
0
1,5
Итоговое среднее: 1,8
6. Индекс полеотолерантности (IP) учитывает видовой состав лишайников (т.е. для его использования нужно определять виды) и вычисляется по формуле:
n
IP = Σ AiCi
где n - количество видов на описанной пробной площадке, Аi - класс полеотолерантности i-того вида (от 1 до 10, см. правый столбец таблицы 2), Ci - проективное покрытие i- того вида в баллах, Cn - сумма значений покрытия всех видов (в баллах).
Таблица 2. Определение полеотолерантности лишайников
Типы местообитаний по степени влияния антропогенных факторов и встречаемость в них видов Виды лишайников Классы
полеотоле-рантности
Естественные местообитания (ландшафты) без ощутимого антропогенного влияния Lecanactis abietina, Lobaria scrobiculata, Menegzzia terebrata, Mycoblastus sanguinarius, виды родов Pannaria, Parmeliella, самые чувствительные виды рода Usnea I
Естественные (часто) и антропогенно слабоизмененные местообитания (редко) Bryoria chalybeiformis, Evernia divaricata, Cyalecta ulmi, Lecanora coilocarpa, Ochrolechia androgyna, Parmeliopsis aleurites, Ramalina calicaris II
Естественные (часто) и антропогенно 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 встре-
чаемостью) Caloplaca pyrace 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, Hypogymnia physodes, Lecanora allophana, L.carpinea, L.chlarona, L.pallida, L.symmictera, Parmelia acetabulum, P.subargentifera, P.exasperatula, Pertusaria discoidea, Hypocenomyce scalaris, Ramalina fraxinea, Rinodina exigua, Usnea hirta VI
Умеренно (часто) и сильно (ред-
ко) 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 изменен-
ные местообитания (часто) Buellia punctata, Lecanora expallens, Phaeophyscia orbicularis, Xanthoria parietina IX
Очень сильно антропогенно из-
Мененные местообитания (встречаемость и жизненность видов низкие) Lecanora conizaeoides, L.hageni, Lepraria incana, Scoliciosporum chlorococcum
X
Таким образом, Аi на всех трех участках равно 6.
Среднему проективному покрытию по участкам соответствуют цифры:
1. «Лес» - Ci= 5,5 соответствует оценка 3 балла
2. «Набережная» - Ci=8,7 соответствует оценка 3 балла
3. «Территория университета» - Ci=1,8 соответствует оценка 1 балл
(см. Таблицу 3)
Таблица 3. Определение бальной оценки проективного покрытия
Балл 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
Суммы значений покрытия на участках:
1. «Лес» - 3 балла*
2. «Набережная» - 3 балла*
3. «Территория университета» - 1 балл*
*(так как на пробной площадке нами был встречен только один вид лишайника)
Индекс полеотолерантности:
1. «Лес» IP= 6*3/3=6
2. «Набережная» IP= 6*3/3=6
3. «Территория университета» IP= 6*1/1=6
По таблице 4 концентрация SO2 на каждом участке составляет от 0,03 до 0,08 мг/м3. Условная зона среднего загрязнения (см. Таблицу 4).
Таблица 4. Определение концентрации SO2 по индексу полеотолерантности
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
7. Расчет индекса чистоты атмосферы, IAQ (Index of Atmosphere Quality, IAQ):
n
IAQ = Σ Qi Ci
i=1 10
где Qi - экологический индекс определенного i-того вида (или индекс ассоциированности), Сi – показатель обилия i-того вида, а n - количество видов.
Экологический индекс (индекс ассоциированности) Q характеризует количество видов, сопутствующих данному виду на всей пробной площадке, плюс сам описываемый вид.
Q = 1 (вида)
По результатам исследований проективного покрытия в пределах одной пробной площади на 27 модельных деревьях получены следующие данные:
Номер дерева Проективное покрытие, % Номер дерева Проективное покрытие, % Номер дерева Проективное покрытие, %
1 3,75 10 4 19 2,75
2 22 11 13,13 20 4
3 6,88 12 7,88 21 2,63
4 6,88 13 3,88 22 2,5
5 6,25 14 8 23 0
6 2,31 15 7,88 24 2
7 12,75 16 28 25 1,25
8 3,75 17 8,75 26 2,75
9 2,75 18 3 27 1,5
По таблице 3 находим значения покрытия в баллах Сi:
Номер дерева Сi Номер дерева Сi Номер дерева Сi
1 2 10 2 19 1
2 5 11 4 20 2
3 3 12 3 21 1
4 3 13 2 22 1
5 3 14 3 23 0
6 1 15 3 24 1
7 4 16 5 25 1
8 2 17 3 26 1
9 1 18 2 27 1
IAQ=(1*2/10+1*5/10+1*3/10+1*3/10+1*3/10+1*1/10+1*4/10+1*2/10+1*1/10+1*2/10+1*4/10+1*3/10+1*2/10+1*3/10+1*3/10+1*5/10+1*3/10+1*2/10+1*1/10+1*2/10+1*1/10+1*1/10+1*0/10+1*1/10+1*1/10+1*1/10+1*1/10)/27=0,222
Данному значению IAQ=0,222 соответствует концентрация SO2 более 0,086 мг/м3 (см. таблицу 5)
Таблица 5. Определение концентрации SO2 по индексу чистоты атмосферы
IAQ Концентрация SO2, мг/м3
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
8. Экспресс-метод определения частоты воздуха по лишайникам
Лихеноиндикация позволяет определить чистоту воздуха на основании следующих закономерностей (см. Таблицу 6):
• Чем сильнее загрязнён воздух, тем меньше встречается лишайников (один-два вида вместо 10). На выбранном участке было встречено всего лишь 1 вид лишайников.
• Чем сильнее загрязнён воздух, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев. На выбранных березах площадь покрытия была очень мала.
• При повышении загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые лишайники; за ними листовые (в виде чешуек), последними накипные (имеют слоевище).
•
Таблица 6. Определение степени загрязнения воздуха по лишайникам экспресс-методом
Степень загрязнения Наличие лишайников
Слабое Исчезают кустистые лишайники
Среднее Исчезают листоватые и кустистые лишайники
Сильное Преобладают накипные лишайники
В нашей работе был обнаружен только один вид листоватого лишайника, практически отсутствую накипные лишайники, что позволяет нам сделать вывод о средней степени загрязнения атмосферного воздуха.
9. Вывод по определению степени загрязнения атмосферного воздуха методами лихеноиндикации на исследуемом нами участке.
- по индексу IP концентрация SO2 составляет от от 0,03 до 0,08 мг/м3.
- условная зона среднего загрязнения.
- по индексу IAQ концентрация SO2, более 0,086 мг/м3, (участки «набережная» и «лес»), и менее 0,086 мг/м3(«территория университета»), что является максимально возможной концентрацией SO2 определяемой данным методом.
- по экспресс-методу определения частоты воздуха по лишайникам загрязнение среднее.
Проанализировав полученные данные по 3-м площадкам можно сделать вывод, что загрязнение атмосферы в окрестностях территории университета и парка среднее.