Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОИНДИКАТОРОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Бозшатаева Г.Т. 1 Касымбекова А.И. 1 Оспанова Г.С. 1 Турабаева Г.К. 1 Кыдыралиева М.Б. 1
1 Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова
Многочисленные работы по лихеноиндикации выявили такие закономерности: чем больше загрязнен городской воздух, тем меньше разновидностей населяющих его лишайников и тем меньше площадь покрытия ими стволов деревьев. Доказано, что хвойные растения обладают высокой чувствительностью к загрязнению окружающей среды. Особенно негативно на них влияет сернистый газ. Обычно продолжительность жизни хвои у сосны обыкновенной составляет от трех до четырех лет. Влияние сернистого газа у сосны обыкновенной вызывает такие изменения: уменьшение срока жизни хвои, отмирание побегов, опад кроны и даже появление некрозов. Опираясь на данные, что лишайники и сосна обыкновенная могут быть использованы как биоиндикаторы окружающей среды, авторы использованы эти растения в качестве объектов исследования. 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.
атмосферный воздух
биоиндикатор
лихеноиндикация
сосна обыкновенная
хвоя
усыхание
город Шымкент
1. Ляшенко О.А. Биоиндикация и биотестирование в охране окружающей среды: учебное пособие / О.А. Ляшенко. – СПб.: ГТУРП, 2012. – 67 с.
2. Чукаева Н.В. Некоторые аспекты использования методик биоиндикации // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 8. – С. 78–79.
3. Биоиндикация, ее уровни [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://biofile.ru/bio/22458.html.
4. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге / Л.Г. Бязров. – М.: Научный мир, 2002. – 336 с.
5. Ковылина О.П. Оценка жизненного состояния сосны обыкновенной в зоне техногенного загрязнения / О.П. Ковылина, И.А. Зарубина, А.Н. Ковылин // Хвойные бореальной зоны. – 2008. – № 3. – С. 284–289.

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].

boz1.tif

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

boz01.wmf

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.


Библиографическая ссылка

Бозшатаева Г.Т., Касымбекова А.И., Оспанова Г.С., Турабаева Г.К., Кыдыралиева М.Б. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОИНДИКАТОРОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 12-2. – С. 302-306;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=12039 (дата обращения: 22.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074