Хорошими индикаторами загрязнения атмосферного воздуха являются растения, так как они в большей степени поражаются загрязненным воздухом и сильнее реагируют на те концентрации большинства вредных примесей, которые у людей и животных не оставляют видимых явлений отравления.
Растения реагируют на концентрацию загрязняющих веществ, длительность их воздействия, а также относительная восприимчивость к загрязнителям зависит от их вида и стадии физиологического развития [1, 2].
Выделяют три стадии повреждений хвои сосны: повреждаются только хлоропласты, повреждаются и другие органеллы, органеллы исчезают или превращаются в бесструктурную массу.
В качестве биоиндикационных признаков можно использовать различные признаки. Например, разрушение пигментов в хвое сосны, преждевременное ее старение.
Биоиндикацию можно проводить по различным морфологическим, анатомическим параметрам. Индикаторными признаками является наличие хлорозов и некрозов, изменение размеров листьев, а также преждевременное опадение листвы [3].
Накопление токсических веществ в атмосфере вызывает у лишайников изменения формы слоевища и уменьшение образования плодовых тел.
Цель исследования: использование биоиндикаторов для оценки состояния атмосферного воздуха г. Шымкента.
Определили следующие задачи исследования:
1) изучение видового состава лишайников г. Шымкента;
2) влияние атмосферного воздуха на лишайники и хвою сосны обыкновенной, произрастающих в г. Шымкенте;
3) эффективность использования лишайников и хвои сосны в качестве биоиндикаторов атмосферного воздуха г. Шымкента.
Материалы и методы исследования
Лишайники очень чувствительны к составу субстрата, составу воздуха и микроклиматическим условиям проживания.
В качестве субстрата лишайники используют различные деревья. В лихеноиндикации для оценки загрязнения воздуха окружающей среды выбирается вид дерева, который доминирует на исследуемой территории.
Методы оценки загрязнения атмосферы по встречаемости лишайников в окружающей среде основаны на нижеследующих закономерностях:
1. Частота встречаемости видов лишайников зависит от степени загрязнения воздуха.
2. Степень загрязненности воздуха влияет на площадь покрытия лишайниками стволов деревьев.
3. Самыми чувствительными к загрязнению являются кустистые лишайники, затем листовые и менее чувствительными – накипные.
Используя эти закономерности, можно оценить загрязненнность воздуха на исследуемой территории [4].
Использование лишайников как биоиндикаторов основывается на следующих факторах:
1. Встречаемости – степени равномерности распределения лишайников на деревьях. Наличие конкретного вида лишайников на десяти деревьях свидетельствует о равномерном распространении.
2. Проективном покрытии – площади, занятой проекциями слоевищ лишайников. Визуально учитывается отношение проекции слоевища к общей площади исследования, принимаемой за 100 %.
3. Обилии вида – количественный показатель распределения его в фитоценозе, которое определяется соотношением встречаемостью видов лишайников и проективным покрытием ими коры деревьев.
Затем делается расчет средних значений показателей встречаемости и покрытия для каждого типа таллома лишайников – накипных (Н), листоватых (Л) и кустистых (К).
На основе средних значений показателей встречаемости и покрытия рассчитывается показатель относительной чистоты воздуха (ОЧВ) согласно нижеследующей формуле:
ОЧВ = (Н + 2Л + ЗК)/30,
где ОЧВ – относительная чистота воздуха; Н – среднее значение показателей встречаемости и покрытия накипных лишайников; Л – среднее значение показателей встречаемости и покрытия листоватых лишайников; К – среднее значение показателей встречаемости и покрытия кустистых лишайников.
Методика биоиндикации чистоты воздуха по состоянию хвои сосны опиралась на следующее: материал для исследования подготавливался заранее. Срезанные ветви деревьев сосны обыкновенной примерно одного возраста, на высоте 2 м со средней части кроны, произрастающих в районе активного движения транспорта.
Контролем служили ветви одновозрастных деревьев сосны обыкновенной, отобранных в «чистой зоне» – областном дендропарке.
Классы повреждения и усыхания хвои определялись по стандартной методике.
На рисунке показаны повреждения и усыхание хвои сосны обыкновенной. Повреждения хвои сосны обыкновенной отмечаются по следующей шкале: 1 а – хвоинки без пятен; 2 а – с небольшим числом мелких пятнышек; 3 а – с большим числом чёрных и жёлтых пятен.
Усыхание хвои сосны обыкновенной также отмечаются по шкале: 1 б – нет сухих участков; 2 б – кончик усох на 2–5 мм; 3 б – усохла треть хвоинки; 4 б – вся хвоинка усохла или более половины её длинны.
Для исследования с нескольких боковых побегов 10 деревьев сосны обыкновенной отбирались по 200 пар хвоинок второго и третьего года жизни. Отобранная хвоя делилась на три категории: неповрежденная хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания, затем подсчитывалось число хвоинок в каждой категории. Кроме этого измерялась длина побегов, число почек.
Сосна обыкновенная особенно чувствительна к сернистому газу. Обычно продолжительность жизни хвои у сосны составляет до 3–4-х лет. За этот период она накапливает такое количество сернистого газа, которое может превысить предельно допустимые нормы [5].
1а 2а 3а
1б 1б 1б 2б 3б 4б
Повреждения и усыхание хвои сосны обыкновенной
Таблица 1
Распространение лишайников по районам г. Шымкента
|
Распространение лишайников |
Район города |
Концентрация сернистого газа |
|
Лишайники практически отсутствуют |
ул. Тауке-хана (центр города с сильно загрязненным воздухом) |
Свыше 0,3 мг/куб.м |
|
Лишайники встречаются в небольшом количестве – леканоры, ксантории |
ул. Желтоксан (район города со средней степенью загрязненности воздуха) |
0,05–0,3 мг/куб.м |
|
Лишайники встречаются в разнообразном виде: в том числе и кустистые виды – уснеи, анаптихии, пармелия) |
Областной дендропарк (относительно «чистый район» города) |
Менее 0,05 мг/куб.м |
Сернистый газ приводит у сосны к следующим изменениям:
1) значительно уменьшается продолжительности жизни хвои;
2) наблюдается отмирание побегов;
3) существенно уменьшается ширина годичных колец;
4) заметно редеет крона;
5) приводит к некрозу тканей.
Поражение растений отравляющими веществами зависит от влажности воздуха и насыщенности хвои водой. Влажные хвоинки сосны обыкновенной поглощают сернистый газ в несколько раз больше, чем сухие. Деревья сосны обыкновенной интенсивно накапливают в тканях серу. Как правило, молодые хвоинки активнее поглощают сернистый газ, по сравнению со старыми. Фотосинтез у этих деревьев полностью прекращается. Загрязняющие воздух вещества вызывают некроз тканей хвоинок сосны обыкновенной. Некрозы бывают нескольких видов: краевой некроз; серединный некроз; при точечном некрозе происходит отмирание тканей по всей поверхности хвоинки.
Результаты исследования и их обсуждение
Изучение видового состава лишайников г. Шымкента показало, что на территории города обитают в основном 5 следующих видов:
1. Ксантория (Хanthоriа раriеtinа).
2. Уснея (Usnеа sр.).
3. Леканора (Lесапоrа sр.).
4. Пармелия (Раrmеliа sр.).
5. Анаптихия реснитчатая (Аnapthychia siliaris).
В табл. 1 показана встречаемость лишайников в разных частях города в зависимости от среднего количества диоксида серы в воздухе.
В табл. 2 иллюстрируется частота встречаемости лишайников на территории г. Шымкента.
Оценка загрязнения атмосферного воздуха г. Шымкента проводилась по состоянию хвои сосны обыкновенной, произрастающих на улицах города Шымкента (Тауке-хана и Желтоксан) и в областном дендропарке.
Таблица 2
Частота встречаемости лишайников на территории г. Шымкента
|
Название лишайника |
Частота встречаемости |
|
Ксантория |
55 % |
|
Леканора |
30 % |
|
Пармелия |
10 % |
|
Уснея |
3 % |
|
Анаптихия |
2 % |
С ветвей 20 деревьев сосны обыкновенной были отобраны побеги одинаковой длины.
С них собирали хвою и визуально анализировали ее состояние. Степень повреждения хвои определили по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов и т.д.
Вычислялся показатель обесхвоенности кроны. Расчет показателя производился по формуле
где f – показатель обесхвоенности кроны деревьев, а В1, В2, В3, В4, В5, В6 – количество деревьев с соответствующим состоянием кроны.
Также определялось состояние генеративных органов сосны обыкновенной:
а) подсчитывалось число сформировавшихся почек на 3-х ветвях каждого из 20-ти деревьев;
б) измерялись длина и толщина почек.
Результаты изучения повреждения хвои сосны обыкновенной в разных районах города Шымкента показаны в табл. 3.
Результаты исследования усыхания хвои сосны обыкновенной в разных районах г. Шымкента отражены в табл. 4.
Таблица 3
Повреждение хвои сосны обыкновенной в разных районах г. Шымкента
|
Состояние хвои |
Областной дендропарк |
Улицы Тауке-хана и Желтоксан |
||
|
Количество хвоинок |
% хвоинок от общего числа |
Количество хвоинок |
% хвоинок от общего числа |
|
|
Количество обследованных хвоинок |
200 |
100 % |
200 |
100 % |
|
Повреждения хвои: |
||||
|
1-го класса |
184 |
92 % |
136 |
68 % |
|
2-го класса |
16 |
8 % |
44 |
22 % |
|
3-го класса |
– |
– |
20 |
10 % |
Таблица 4
Усыхание хвои сосны обыкновенной в разных районах г. Шымкента
|
Состояние хвои |
Областной дендропарк |
Улицы Тауке-хана и Желтоксан |
||
|
Количество хвоинок |
% хвоинок от общего числа |
Количество хвоинок |
% хвоинок от общего числа |
|
|
Усыхание хвои: |
||||
|
1-го класса |
200 |
100 % |
144 |
72 % |
|
2-го класса |
– |
– |
40 |
20 % |
|
3-го класса |
– |
– |
16 |
8 % |
Таблица 5
Состояние кроны сосны обыкновенной в разных районах г. Шымкента
|
Состояние кроны |
Количество деревьев |
|
|
Областной дендропарк |
Улицы Тауке-хана и Желтоксан |
|
|
Обследовано деревьев, в т.ч. |
20 |
20 |
|
Деревья с густой зеленой кроной, отмечается отмирание ветвей в нижней части кроны (В1) |
19 |
14 |
|
Деревья со слабоажурной кроной, отмечается усыхание ветвей в нижней трети кроны (В2) |
1 |
3 |
|
Деревья с ажурной кроной; отмечаются сухие ветки в средней и верхней частях кроны (В3) |
– |
2 |
|
Деревья с сильно изреженной кроной или с небольшим количеством живых ветвей (В4) |
– |
1 |
|
Деревья со свежим сухостойем, усыхание ветвей произошло в текущем году (В5) |
– |
– |
|
Деревья со старым сухостоем, усыхание деревьев произошло в прошлые годы (В6) |
– |
– |
Таблица 6
Состояние генеративных органов сосны обыкновенной в разных районах г. Шымкента
|
Район города |
Количество почек (шт.) |
Длина почек (мм) |
Толщина почек (мм) |
|
Областной Дендропарк |
7 |
5 |
4 |
|
Улицы Тауке-хана и Желтоксан |
4 |
3 |
2 |
Табл. 5 отражает результаты изучения состояния кроны сосны обыкновенной в разных районах г. Шымкента.
Данные о состоянии генеративных органов сосны обыкновенной в разных районах г. Шымкента приведены в табл. 6.
Выводы
Результаты изучения лишайников и сосны обыкновенной в качестве биоиндикаторов для оценки состояния атмосферного воздуха г. Шымкента показали следующее:
1) биоиндикаторами загрязнения атмосферного воздуха города могут служить следующие лишайники: пармелия, уснея, анаптихия;
2) биоиндикатором загрязнения атмосферного воздуха города также может служить сосна обыкновенная;
3) вышеуказанные биоиндикаторы могут быть использованы в качестве основы для мониторинга атмосферного воздуха г. Шымкента.