Экологическая обстановка городской среды зависит от множества факторов. К ним относят как естественные, так и антропогенные факторы. Одним из показателей экологического неблагополучия территории является качество атмосферного воздуха. Уровень загрязнения атмосферы зависит от количества выбрасываемых вредных веществ и их химического состава, от высоты источника, и от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание и превращение выбрасываемых веществ [1, с. 8].
Для оценки состояния атмосферы и выявления степени воздействия антропогенных источников на ее показатели современная наука предлагает различные методы. В последнее время широкое распространение получило зонирование состояния городских природно-технических систем на основе геоэкомониторинга. В качестве индикаторов используют растительные сообщества [2, с. 1; 3, с. 4].
При оценке состояния атмосферного воздуха необходимы организмы, проявляющие высокую чувствительность к колебаниям атмосферных составляющих. Применяемые индексы лихеноиндикации позволяют адекватно оценивать состояние среды обитания в урбоэкосистемах, уменьшать субъективность биоиндикации, повышать ее точность и прогностическую ценность [4, с. 93].
Целью данной работы является оценка состояния атмосферного воздуха в районе деятельности промышленного предприятия методом биоиндикации.
Материалы и методы исследования
Для оценки состояния атмосферного воздуха применяли метод лихеноиндикации. Оценка проводилась по нескольким направлениям: определение видового состава лишайников, оценка проективного покрытия, визуальные наблюдения за морфологией слоевища лишайника, оценка по показателю полеотолерантности и анализ с помощью лихеноиндикационных индексов. Учитывали только эпифитные лишайники. При их учете был использован метод линейных пересечений. Закладка пробных площадок проводилась по 8 румбам на расстояниях 50, 100 и 300 м от промплощадки. Выбранные точки были установлены на основании расчетных полей концентраций примеси по удалению от источника выброса.
На обследуемой территории проводили сбор лишайников и их определение в лабораторных условиях по «Определителю лишайников СССР» под редакцией А.Н. Окснера [5] и атласу-определителю [6].
Результаты исследования и их обсуждение
Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники, т.е. лишайники, растущие на коре деревьев. По мере увеличения химической нагрузки на атмосферный воздух сначала исчезают кустистые, затем – листовые и накипные формы лишайников [7].
Один из методов оценки качества воздуха основан на использовании видового состава лишайников изучаемой территории и установлении отсутствия или присутствия чувствительных видов, поскольку их представители быстро повреждаются или исчезают уже при низких концентрациях некоторых загрязнителей. Видовой состав лишайников в районе проведения исследований был представлен 11 видами, которые были отнесены к 7 родам. Род Physcia был представлен 3 видами (Ph. аipolia, Ph. сiliata, Ph. caesia) (табл. 1). Из жизненных форм преобладали накипные и листоватые, кустистые были представлены одним видом – Ramalina pollinaria.
Таблица 1
Видовой состав лишайников в районе исследований
|
Род |
Вид |
|
Фисция – Physcia |
Фисция аиполия – Physcia aipolia (Ehrh.) Hampe Фисция реснитчатая, или темная – Physcia ciliata (Hоffm.) Du Rietz Фисция сизая – Physcia caesia (Hоffm.) Наmре |
|
Пармелиопсис – Parmeliopsis |
Пармелиопсис сомнительный – Parmeliopsis ambigua (Wulf.) Nуl |
|
Пармелия – Parmelia |
Пармелия бороздчатая – Parmelia sulcata Tayl Пармелия козлиная, или козья – Parmelia caperata (L.) Асh |
|
Пертузария – Pertusaria |
Пертузария шариконосная – Pertusaria globulifera (Turn.) Massal |
|
Рамалина – Ramalina |
Рамалина опыленная – Ramalina pollinaria (Liljebl.) Асh |
|
Ксантория – Xanthoria |
Ксантория многоплодная – Xanthoria polycarpa (Ноffm.) Vain Ксантория постенная, или настенная, или стенная золотнянка – Xanthoria parietina (L.) Belt |
|
Охролехия – Ochrolechia |
Охролехия виннокаменная – Ochrolechia tartarea (L.) Massal |
Таблица 2
Видовой состав лишайников на пробных площадках по четырем румбам
|
Точки наблюдений |
Виды лишайников |
|
С |
Xanthoria polycarpa (Ноffm.) Vain, Physcia caesia (Hоffm.) Наmре, Physcia aipolia (Ehrh.) Hampe, Ochrolechia tartarea (L.) Massal, Ramalina pollinaria (Liljebl.) Асh, Parmeliopsis ambigua (Wulf.) Nуl. |
|
З |
Physcia ciliata (Hоffm.) Du Rietz., – Parmelia caperata (L.) Асh., Physcia aipolia (Ehrh.) Hampe |
|
Ю |
Xanthoria parietina (L.) Belt, – Xanthoria polycarpa (Ноffm.) Vain, Physcia aipolia (Ehrh.) Hampe |
|
В |
Parmelia caperata (L.) Асh, Physcia caesia (Hоffm.) Наmре, Ramalina pollinaria (Liljebl.) Асh, Physcia aipolia (Ehrh.) Hampe |
Видовой и количественный состав лишайников был выше в северном направлении от источника выброса и составил 6 видов. В западном, южном и восточном направлениях от источника загрязнения наблюдалось обеднение видового состава, что может быть обусловлено рассеиванием примеси от источников выброса в этих направлениях (табл. 2).
Из выявленных видов очень часто на обследуемой территории встречался один вид – Physcia aipolia (частота встречаемости 100 %); часто (50 %) 4 вида – Physcia caesia, Xanthoria polycarpa, Ramalina pollinaria, Parmelia caperata. Остальные виды встречались редко.
Учитывая факт наибольшей чувствительности к загрязнению атмосферы у кустистых лишайников, установлено, что в северном направлении от источника встречается кустистая форма Ramalina pollinaria. В восточном направлении этот вид был зафиксирован, но размеры таллома снижались в два раза. На остальных учетных площадках кустистые формы лишайников не отмечались.
Долговременное воздействие даже малых концентраций загрязняющих веществ в окружающей среде вызывает у лишайников такие повреждения, которые не исчезают вплоть до гибели их слоевищ, это влияет на их рост и развитие, а следовательно, и на геометрию [8]. Изменения морфологических показателей талломов при длительном воздействии на них загрязняющих веществ проявляется так же в смене окраски. Визуальные наблюдения за морфологией слоевища лишайника, по сравнению с контрольным участком, не показали видимых изменений в окраске тел, но при этом наблюдалось образование компактных и мелких талломов, что связано с замедлением их развития. Уменьшение размеров таллома лишайников было характерно для листовых и кустистых жизненных форм. Жизнеспособность лишайников была умеренная, но встречались лишайники с высокой жизнеспособностью и здоровым слоевищем.
Количественным показателем, характеризующим площадь покрытия лишайником субстрата, является проективное покрытие. Общее проективное покрытие лишайников было максимальным в северном направлении от источника и составляло 25 %, что соответствовало средней степени покрытия. По остальным направлениям от источника степень проективного покрытия была низкой. Среди различных видов лишайников максимальная площадь покрытия субстрата отмечалась у видов относимых к 7 и 8 классам полеотолерантности – Parmeliopsis ambigua, Xanthoria polycarpa. Это виды распространяемые на территориях с умеренно и сильно измененными местообитаниями. Несмотря на частую встречаемость на площадках Physcia aipolia проективное покрытие этого вида составляло от 2 до 7 %. Также необходимо отметить, что степень общего проективного покрытия за пределами обследуемой территории возрастала до 30–35 %, что подтверждает факт воздействия предприятия на рост и развитие лишайников.
Процедура ранжирования видов по степени чувствительности к загрязнению заключается в распределении выявленного множества видов на то или иное число классов, различающихся реакциями на загрязнение. Виды, наиболее устойчивые к химическому загрязнению атмосферного воздуха, имеют максимальный класс полеотолерантности. Они могут приспосабливаться к условиям измененной среды в отличие от чувствительных видов и могут быть индикаторами загрязнения. По полеотолерантности на обследуемой территории выделялись виды с 3 по 8 классы. Это виды, которые могут произрастать в условиях измененной среды и при этом испытывают различную устойчивость к химическому загрязнению атмосферы (табл. 3).
Таблица 3
Распределение видов по классам полеотолерантности
|
Тип местообитания |
Вид |
Класс полеотолерантности |
|
Естественные (часто) и антропогенно слабоизмененные местообитания (часто) |
Пармелия козлиная, или козья – Parmelia caperata (L.) Асh |
3 |
|
Естественные (часто), слабо (часто) и умеренно (редко) измененные местообитания |
Фисция аиполия – Physcia aipolia (Ehrh.) Hampe |
4 |
|
Умеренно (часто) и сильно (редко) антропогенно измененные местообитания |
Ксантория постенная, или настенная, или стенная золотнянка – Xanthoria parietina (L.) Belt Ксантория многоплодная – Xanthoria polycarpa (Ноffm.) Vain Пармелиопсис сомнительный – Parmeliopsis ambigua (Wulf.) Nуl |
7 |
|
Умеренно и сильно антропогенно измененные местообитания (с равной встречаемостью) |
Рамалина опыленная – Ramalina pollinaria (Liljebl.) Асh Пармелия бороздчатая – Parmelia sulcata Tayl |
8 |
Для более объективного анализа необходима балльная оценка и ранжирование территории по уровню антропогенной нагрузки. Лихеноиндикационные индексы позволяют выявить степень загрязнения или чистоты атмосферы и полифобии.
Индекс полеотолерантности (IP) учитывает видовой состав лишайников и вычисляется по формуле:
где а – степень толерантности вида к городской среде, с – ранговая величина покрытия (в баллах), С – степень общего покрытия всех видов (в баллах), n – число видов.
Индекс полеотолерантности в северном, северо-восточном, восточном и западном направлениях варьировал в пределах от 5 до 7. Следовательно, концентрация SO2 в воздухе в соответствии со шкалой варьировала от 0,03 до 0,08 мг/м3. Из этого следует, что территория является среднезагрязненной. На юго-востоке от промплощадки индекс входил в промежуток от 2 до 5, следовательно, территория относилась к малозагрязненой. В южном направлении индекс составлял 7–10 баллов, что соответствовало критическому уровню загрязнения атмосферы (рисунок).
а) б)
Значение индекса полеотолерантности по различным направлениям от источника загрязнения (а – индекс полеотолерантности; б – роза ветров г. Тюмень)
Индекс чистоты атмосферы (IAQ) определяли по формуле
где Qi – индекс ассоциированности i-го вида; Ci – показатель обилия i-го вида.
Индекс чистоты атмосферы коррелирует с концентрацией SO2 в воздухе. Результаты расчета IAQ на основании разработанной шкалы входят в промежуток от 0 до 9, что соответствует концентрации 0,086 мг/м3 и более. Сопоставляя полученный показатель с индексом полеотолерантности (IP), выявляется возрастание концентрации SO2 на 0,006 мг/м3. При ранжировании этого показателя по шкале полеотолерантности зона условного загрязнения атмосферы будет характеризоваться как сильная.
Выводы
1. В условиях антропогенно измененной среды видовое разнообразие лишайников обедняется, что связано с различной приспособительной способностью к условиям среды у разных видов. Частота встречаемости была максимальной у вида Physcia aipolia, относимого к 4 классу полеотолерантности, но проективное покрытие было низким (2–7 %), что обусловлено чувствительностью вида к загрязнению атмосферного воздуха. Из жизненных форм преобладали накипные и листоватые лишайники, кустистые формы были представлены одним видом.
2. При среднем уровне загрязнения атмосферного воздуха (концентрация SO2 от 0,03 до 0,08 мг/м3) визуальных морфологических изменений таллома не происходит, но реакция кустистых жизненных форм проявляется в образовании компактных и мелких тел. Листоватые и накипные формы характеризовались умеренной жизнеспособностью и имели морфометрически здоровые талломы.
3. По устойчивости к загрязнению атмосферы виды распределялись с 3 по 8 классы полеотолерантности. Это виды, произрастающие в условиях от слабо измененных до сильно антропогенно измененных местообитаний. Индекс полеотолерантности (IP) показывает «островное» загрязнение среды от малого, и среднего до критического уровня, в направлении рассеивания примеси от источника. По индексу чистоты атмосферы зона условного загрязнения характеризовалась как сильная.