Лишайники Челябинской области и их роль в биоиндикации состояния окружающей среды

Лишайники, как правило, предъявляют скромные требования к потреблению минеральных веществ, получая их, большей частью, из пыли в воздухе или с дождевой водой, в связи с этим они могут жить на открытых незащищённых поверхностях (камни, кора деревьев, бетон и даже ржавеющий металл). Преимуществом лишайников является терпимость к экстремальным условиям (засухе, высоким и низким температурам (от −47 до +80 градусов по Цельсию, около 200 видов обитают в Антарктике), кислой и щелочной среде, ультрафиолетовому излучению).

Многие лишайники специфичны к субстрату: одни хорошо развиваются только на щелочных породах, например, известняке или доломите, другие на кислых, не содержащих извести силикатных породах, таких как кварц, гнейс и базальт.

Лишайники-эпифиты также предпочитают определённые деревья: выбирают кислую кору хвойных или берёзовых или осно́вную ореховых, клёна или бузины. Ряд лишайников сам выступает в качестве подложки для других лишайников. Нередко формируется типичная последовательность, в которой различные лишайники нарастают друг на друга. Лишайники, как и другие организмы, образуют сообщества. Примером лишайниковых ассоциаций является сообщество Cladonio-Pinetum — лишайниковые сосновые леса.

Неприметным условием экологических исследований является определение взаимосвязей между живыми организмами и условиями среды. При этом изучение растительного покрова, представляющего единство флоры (совокупности видов исследуемой территории) и растительности (совокупности растительных сообществ) традиционно занимает одно из главных мест в синэкологических исследованиях.

1.6 Использование  в биоиндикации

Биоиндикация – это оценка качества среды обитания и её отдельных характеристик по состоянию её биоты в природных условиях. Различают следующие формы биоиндикации: специфическая и неспецифическая, также разделяют на прямые и косвенные.

Одним из перспективных объектов этой науки являются лишайники. Они распространены по всему земному шару и могут служить объектом мониторинга на всех условиях:

• Локальном (в конкретной местности)
• Региональном (в обширном регионе)
• Глобальном (на всём земном шаре)

В наши дни, когда всё актуальней становится проблема загрязнения окружающей среды, лишайники нам могут сослужить ещё одну службу. Дело в том, что они по-разному реагируют на загрязнение воздуха. Изучив эти свойства лишайников, можно использовать их как индикаторы степени загрязнённости окружающей среды, особенно воздуха. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной экологии – лихеноиндикация.  Различия между лишайниковыми флорами естественных и антропогенных ландшафтов были замечены уже лихенологами (учёными которые занимаются лишайниками) прошлого столетия. Не имея тогда точных данных относительно экологических условий (климата, состава воздуха и пр.) городов, они могли только предполагать, что часть лишайников чувствительна к каким-то условиям, по всей вероятности, к составу воздуха. В дальнейшем было установлено, что различные виды лишайников действительно обладают разной чувствительностью. Одни растут только в естественных ландшафтах, другие переносят умеренное влияние цивилизации, сохраняясь в небольших посёлках, сёлах и пр., а третьи способны расти в крупных городах, по крайне мере на их окраинах. При изучении лишайников в городах были обнаружены общие закономерности:

       1. Чем  больше индустриализирован город, чем сильнее загрязнён воздух, тем меньше встречается в нём  видов лишайников, тем меньшую  площадь они покрывают на стволах деревьев и других субстратах и тем ниже их жизнеспособность.

       2. Видовой  состав лишайников в разных  частях города (в центре, в индустриальных  районах, в парках и на окраинах) оказался настолько различным, что  учёные стали в пределах городов  выделять так называемые зоны  лишайников. Впервые они были  выделены в Стокгольме, где стали  различать лишайниковую пустыню (центр города и фабричные районы  с сильно загрязнённым воздухом) – лишайники практически отсутствуют; зону соревнования (часть города  со средней загрязнённостью воздуха) – флора лишайников бедна, отмечаемые  виды имеют пониженную жизнеспособность; нормальную зону (периферические  районы) – встречается много видов  лишайников. Позднее такие зоны  были установлены и в других  крупных городах. Было также обнаружено, что в некоторых из них площадь  лишайников пустыни за последние  десятилетия увеличилась. Например, в Мюнхене в 1901-м – уже 58 км2. В течение последних десятилетий было показано, что из газов самое отрицательное влияние на лишайники оказывает диоксид серы. Экспериментально установлено, что в воздухе уже при концентрации этого соединения 0,08 – 0,10 мг/м3 в хлоропластах водорослевых клеток многих лишайников появляются бурые пятна, начинается деградация хлорофилла, плодовые тела лишайников хиреют. Концентрация 0,5 мг/м3 губительна для всех видов лишайников, произрастающих в естественных ландшафтах. Интересно, что в городских условиях одни виды лишайников вымирают сразу, а другие приспосабливаются даже к отравленной среде. Конечно, в городах пагубно влияет не только диоксид серы, но и такие загрязнители, как оксид азота, окись углерода, соединения фтора, хлора и пр. Кроме того, в городах особый микроклимат – здесь примерно на 5% суше, чем в естественных ландшафтах, примерно на 1 – 3 градуса теплее, меньше света. И всё же первым врагом лишайников в городах является грязный воздух

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Физико – географические условия района наблюдения.

Район наблюдения расположен в северной части Зауральского пенеплена. В северной части области ширина Зауральской холмистой равнины составляет 50 км, а на юге она доходит до 150 км. Высотные отметки довольно плавно понижаются с север-северо-запада на юг-юго-восток от 400-450 до 200-190 м. Равнина местами совершенно плоская с озерными котловинами, неглубокими речными руслами. В основании равнины, на значительной глубине, залегают очень древние (палеозойские) породы, состоящие из вулканических пород, песчано-глинистых осадков и частично из известняков, которые сильно смяты в складки и перекрыты толщами позднейших отложений.

Климат района умеренно-континентальный, с суровой зимой и умеренно жарким летом. На формирование климата существенно влияют Уральские горы, создающие препятствие на пути движения западных воздушных масс. Зимой оказывает влияние Азиатский барический максимум, с которым связан вынос холодного континентального воздуха. Меридиональное простирание Уральских гор и открытость Зауралья в сторону Северного Ледовитого океана способствуют частому вторжению арктического воздуха, для которого характерны низкие температуры и малое содержание влаги. В летний сезон в южные районы поступает континентальный тропический воздух, приносящий жаркую, сухую погоду. Таким образом, с перемещением воздушных масс происходят переносы тепла и влаги. Летом на территории области преобладает низкое давление. С вхождением континентального тропического воздуха устанавливается жаркая и сухая погода. Западные ветры с Атлантического океана приносят влажную и неустойчивую погоду. 

Средняя температура в январе составляет -15,6 градусов по Цельсию, в июле +17,8 градусов по Цельсию. Годовые суммы осадков составляют примерно 400 мм, из них 315 мм приходится на теплое время года ( с апреля по октябрь ). Это связано с усилением циклонической циркуляции и увеличением влагосодержания в летний период. Доля осадков холодного периода составляет 85 мм, что объясняется усилением влияния Азиатского максимума и уменьшением содержания влаги в холодном воздухе. Для этой территории, как и для всей Челябинской области, характерен устойчивый снежный покров, продолжительность которого составляет 150-200 дней. Высота снежного покрова составляет 40-50 сантиметров.

От климатических условий зависит формирование и распределение почвенно-растительного покрова. И поэтому на открытых пространствах этой территории формируются черноземы обыкновенные и выщелоченные, с высоким содержанием гумуса (6—9%) и достаточно мощным почвенным слоем (30—60см). Под пологом березовых лесов сформировались дерново-подзолистые лесные почвы, а при высоком стоянии подземных вод, — осолоделые почвы. Березняки представлены березой бородавчатой ( Betula pendula ). В подлеске – рябина, боярышник, шиповник. Леса чередуются с суходольными лугами и участками луговой степи.

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3 Методы исследования

3.1 Методы лихеноиндикации

 Методы лихеноиндикации  подразделяются на две большие  группы - активную лихеноиндикацию  и пассивную лихеноиндикацию. Под  активной лихеноиндикацией понимают  так называемые трансплантационные  методы. На них мы остановимся  очень кратко, так как речь  в дальнейшем пойдет о пассивной  лихеноиндикации.

Трансплантационные методы заключаются в том, что лишайники из незагрязненных районов трансплантируются (пересаживаются) в изучаемый район или же участки коры деревьев, покрытые лишайниками, срезаются и перемещаются на столбы или другие сооружения, расположенные в загрязненных районах. Их реакция исследуется путем периодического измерения или фотографирования. 

Другой (чисто экспериментальный) подход включает перенос и исследование лишайников  в  лаборатории,  где  на  них  воздействуют  различными  концентрациями  загрязняющих  веществ.  Одним  из  первых  симптомов  поражения  лишайников  является уменьшение толщины таллома, а также хлороз из-за разрушения хлоропластов. Репродуктивные структуры лишайников изменяются или прекращают развитие. По скорости

отмирания лишайников можно судить о мощности загрязнения.

Для трансплантации часто используют лишайники, растущие на засохших ветвях деревьев. При этом ветка из чистого района переносится в исследуемый район и помещается, сохраняя пространственную ориентацию, в условия, максимально близкие по увлажнению и освещенности.

Основным  методом  пассивной лихеноиндикации является наблюдение за изменениями относительной численности лишайников. 

Для  этого  проводят  измерения  проективного покрытия лишайников на постоянных или переменных пробных площадках и получают  средние  значения  проективного покрытия для исследуемой территории. На других аналогичных площадках или на тех же  площадках  через  определенный  промежуток  времени  также  проводят  измерения проективного покрытия. По изменению как общего  проективного  покрытия,  так  и  отдельных  видов  можно,  используя  шкалы чувствительности  лишайников  и  специальные  индексы,  судить  об  увеличении  или уменьшении загрязнения в пространстве или во времени.  Пробные площадки могут быть как постоянными и использоваться в течение ряда лет, так и переменными, т.е. "одноразовыми".

3.2Методика измерения относительной численности лишайников

Основным методом лихеноиндикации является наблюдение за изменениями относительной численности лишайников. Для этого проводят измерения проективного покрытия лишайников на постоянных или переменных пробных площадях и получают среднее значение «проективного покрытия» (то есть площадь, которую занимает лишайник на стволе дерева) для исследуемой территории. Затем через определенный промежуток времени проводят повторные измерения. По изменению, как общего проективного покрытия, так и отдельных видов можно, используя шкалы чувствительности лишайников, судить об увеличении или уменьшении загрязнения окружающей среды.

Все измерения численности лишайников производят на постоянных высотах – 100 или 150 см от комля дерева (везде одинаково), либо на четырех высотах: 60, 90, 120, 150 см.

Одной из наиболее удачных методик измерения относительной численности лишайников является методика линейных пересечений.  Данная методика заключается в наложении гибкой ленты с миллиметровыми делениями на поверхность ствола с фиксированием всех пересечений её со слоевищами лишайников.

В лихеноиндикационных исследованиях в качестве субстрата используются различные деревья. Для оценки загрязнения атмосферы города, районного центра, поселка выбирается вид дерева, который наиболее распространен на исследуемой территории. Например, в качестве субстрата может быть использована береза бородавчатая. 

Город или поселок делят на квадраты, в каждом из которых подсчитывается общее число исследуемых деревьев, покрытых лишайниками. Для оценки загрязнения атмосферы конкретной магистрали, улицы или парка описывают лишайники, которые растут на деревьях по обеим сторонам улицы или аллеи парка на каждом третьем, пятом или десятом дереве. Пробная площадка ограничивается на стволе деревянной рамкой, например, размером 10*10 см, которая разделена внутри тонкими проволочками на квадратики по 1 см2. Отмечают, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади рамки занимает каждый растущий там вид. Кроме того, указывают жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище. После выбора модельного дерева определяли на стволе точку, находящуюся на высоте 1,5 м. от комля с северной стороны. Затем на ствол накладывалась мерная лента с делениями таким образом, чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой, а возрастание чисел на шкале соответствовало движению по часовой стрелки (с севера на восток). После полного оборота ствола лента закреплялась на стволе булавкой в нулевой точке. Совмещая последнее деление и ноль ленты, определяли длину окружности ствола.

 Ее при дальнейших измерениях принимали за 100%. 
После каждого измерения, фиксировали начало и конец каждого пересечения ленты с талломами лишайников. Измерения проводились с точностью до 1 мм. По завершении измерений, проводился расчет проективного покрытия лишайников на основе линейных пересечений, который определил отношение "заросшей" лишайниками части ствола к общей поверхности. Зная общую длину окружности ствола и принимая ее за 100%, рассчитывали проективное покрытие лишайников. Например, длина окружности ствола на 3 площадке 85 см. (850 мм). Пересечения ленты с талломами наблюдались на отметках: 3,1-3,2 см.; 74,1-75 см. Общая сумма "протяженности" лишайников составляет1,0 см (0,1+0,9). По пропорции 85см. - 100% 1,0см - Х%, (1,0/85*100), находим величину проективного покрытия = 1,2%.