Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации

Цель и задачи исследования

Цель исследования:
оценка пространственных различий загрязнения воздуха на контрольных площадках с использованием лишайников.
Задачи исследования:
1 этап- январь- апрель 2015г. :
знакомство с лишайниками с помощью научной литературы;
изучение методов лихеноиндикации;
выбор контрольных площадок;
определение видов лишайников;
описание, измерения, сравнение, выводы по работе.
2 этап- май- октябрь 2015г.:
исследование районов города Иркутска и берегов озера Байкал на наличие лишайников
определение самого чистого района города, наиболее благоприятного для жизни с помощью методов лихеноиндикации.

Этимология названия

Лиша́йники (лат. Lichenes) — симбиотические ассоциации грибов (микобионт) и микроскопических зелёных водорослей и/или цианобактерий (фотобионт, или фикобионт); микобионт образует слоевище (таллом), внутри которого располагаются клетки фотобионта. Группа насчитывает около 400 родов, включающих от 17000 до 26000 видов.
Русское название лишайники получили за визуальное сходство с проявлениями некоторых кожных заболеваний, получивших общее название «лишаи». Латинское название происходит от др. греч. λειχήν (лат. lichen) и переводится как «лишай», что связано с характерной формой плодовых тел некоторых представителей.

Лишайник Arctoparmelia centrifuga, острова Кандалакшского залива Белого моря

Актуальность темы

Каждый год, летом, я приезжаю к бабушке в гости в деревню Чичкова (Усть-Удинский район, 360 км от г. Иркутска).На деревьях в деревне я видела много незнакомых мне кустиков. Они были разного цвета и формы, их было очень много на коре деревьев. Приехав в Иркутск, я пыталась найти такие кустики на коре, но в городе их нет. Почему? С этого вопроса и началась моя работа.
Лишайники являются организмами-индикаторами (биоиндикаторы) для определения условий окружающей среды, в частности, качества воздуха (лихеноиндикация). Из воздуха или с дождём поступают в лишайник вместе с питательными и токсичные вещества, это происходит потому, что лишайники не имеют никаких специальных органов для извлечения влаги из субстрата, а поглощают её всем талломом. Поэтому они особенно уязвимы к загрязнению воздуха.
Первые сообщения о массовой гибели лишайников в областях промышленно развитых городов появились во второй половине XIX века. Основной причиной являлось увеличение содержания диоксида серы в воздухе.

Биологический мониторинг

При изучении степени загрязнения окружающей среды промышленными объектами важна реакция биологических объектов на поллютанты (загрязняющие вещества).
Система наблюдений за реакцией биологических объектов на воздействие поллютантов называется биологическим мониторингом.
Биологический мониторинг включает в себя наблюдение, оценку и прогноз изменений состояния экосистем и их элементов, вызываемых антропогенным воздействием.
Одним из основных объектов глобального биологического мониторинга выбраны лишайники.

Актуальность темы

Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники (или эпифиты), т.е. лишайники, растущие на коре деревьев.
Установлено, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые, затем листоватые и последними - накипные (корковые) формы лишайников.

Ствол дерева, покрытый лишайниками

Виды лишайников

На́кипные
Таллом накипных лишайников — это корочка («накипь»), нижняя поверхность плотно срастается с субстратом и не отделяется без значительных повреждений. Это позволяет им жить на крутых склонах гор, деревьях и даже на бетонных стенах. Иногда накипной лишайник развивается внутри субстрата и снаружи совершенно не заметен.

Виды лишайников

Листоватые
Листоватые лишайники имеют вид пластин разной формы и размера. Они более или менее плотно прикрепляются к субстрату при помощи выростов нижнего коркового слоя;

Виды лишайников

Кустистые.
У наиболее сложных с точки зрения морфологии кустистых лишайников таллом образует множество округлых или плоских веточек. Растут на земле или свисают с деревьев, древесных остатков, скал.

Внутреннее строение

Тело лишайников (таллом) представляет собой переплетение грибных гифов, между которыми находится популяция фотобионта. По внутреннему строению лишайники разделяют на:
гомеомерные (Collema), клетки фотобионта распределены хаотично среди гиф гриба по всей толщине таллома;
гетеромерные (Peltigera canina), таллом на поперечном срезе можно чётко разделить на слои.
Лишайников с гетеромерным талломом большинство.

Строение гетеромерного лишайника на примере Sticta fuliginosa: a — корковый слой, b — гонидиальный слой, c — сердцевина, d — нижняя кора, e — ризины (выросты для крепления к грунту). Meyers Konversationslexikons (1885-90).

Методы лихеноиндикации

Лишайники активно используют для определения качества воздуха (лихеноиндикация). Методы лихеноиндикации подразделяются на две большие группы - активную лихеноиндикацию и пассивную лихеноиндикацию.

Настоящий олений мох Cladonia rangiferina в растительном сообществе Corynephorion canescentis

Методы лихеноиндикации

Трансплантационные методы (активная лихеноиндикация) заключаются в том, что лишайники из незагрязненных районов трансплантируются (пересаживаются) в изучаемый загрязненный район. Их реакция на загрязнение 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.

Лишайник Usnea filipendula растёт
только в местах с очень высоким качеством воздуха

Методы лихеноиндикации

Основным методом пассивной лихеноиндикации является наблюдение за изменениями относительной численности лишайников.
Для этого проводят измерения проективного покрытия лишайников на контрольных площадках и получают средние значения проективного покрытия для исследуемой территории.

Parmelia sulcata

Исследовательская работа

Методика измерения относительной численности лишайников
Для измерения численности лишайников на деревьях, в частности – их проективного покрытия, пользуются, в основном, двумя техническими приемами - способом «линейных пересечений» и способом «палетки».

Способ палетки

Способ линейных пересечений

Способ палетки

«Способ палетки» является методом непосредственного измерения проективного
покрытия лишайников на стволах деревьев, т.е. измерения процентного отношения
площади, покрытой лишайниками, к площади, свободной от лишайников.
Палетка представляет собой рамку, разделенную на квадраты размером 1 х 1 см.
Палетку накладывают на ствол дерева и фиксируют кнопками или булавками.
При работе с палеткой на каждом стволе измерения производят четыре раза - с че-
тырех сторон света. Подсчет лишайников на каждом участке ствола производят сле-
дующим образом. Сначала считают число квадратов, в которых лишайники занимают
на глаз больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие,
равное 100 %. Затем подсчитывают число квадратов, в которых лишайники занимают
менее половины площади квадрата (b), условно приписывая им покрытие, равное 50 %.
Данные записывают в рабочую таблицу.
Общее проективное покрытие в процентах (R) вычисляют по формуле: R= (100 a +
50 b) / С, где С - общее число квадратов палетки (например, при использовании палетки
10 х 10 см с ячейками 1 х 1 см, С = 100).
Все измерения производят на постоянной высоте – примерно 150 см от земли (главное - везде одинаково).

Способ линейных пересечений

Способ « линейных пересечений» заключается в наложении на окружность ствола мерной ленты « портняжный метр» (с миллиметровыми делениями).
с фиксированием всех пересечений ее со слоевищами лишайников.
После выбора модельного дерева исследователь определяет на стволе точку, находящуюся на высоте 150 см от земли с северной стороны (использовать компас). Затем на ствол накладывается мерная лента с делениями таким образом, чтобы ноль шкалы ленты совпадал с выбранной точкой, а возрастание чисел на шкале соответствовало движению по часовой стрелке (с севера на восток).
После полного оборота вокруг ствола лента закрепляется на стволе булавкой в
нулевой точке. Совмещая последнее деление и ноль ленты, определяют длину окружности ствола. Ее при дальнейших расчетах принимают за 100 %.
После этого начинают измерения, двигаясь взглядом по ленте и фиксируя начало и конец каждого пересечения ленты с талломами лишайников.
Вначале подсчитывается общая (суммарная) длина (протяженность) талломов лишайников. Затем, зная общую длину окружности ствола и принимая ее за 100%, рассчитывается проективное покрытие лишайников (в %).

Характеристика контрольной площадки:

Для исследования загрязнения воздуха с использованием лишайников были выбраны 3 контрольные площадки. Первая расположена в районе лесной зоны садоводства Ерши, вторая находится в центре города Иркутска, третья находится в посёлке Листвянка, на Байкале.
Характеристика контрольной площадки № 1:
1. Дата: 7. 04. 2015г.
2. Номер: 1
3. Местоположение: лесная зона садоводства Ерши
4. Описание фитоценоза: смешанный лес, преобладают старые берёзы, древостой редкий, кустарников нет.
5. Фамилии исследователей: Козьмич Кристина, Ещенко Л.А.

Характеристики модельных деревьев и результаты измерений:

Для измерения относительной численности лишайников на стволах исследуемых деревьев, мы использовали способ линейных пересечений».
1.Номер дерева:1
2.Виды лишайников: Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata), Фискония закрученная (Physconia distorta), Канделярия одноцветная, (Candelaria concolor) Эверния сливовая (Evernia prunastri).
3.Местоположение талломов (см)-1-6,7-9,49-52,53-56
4. Порода дерева: берёза
5. Высота дерева: 25м
6. Длина окружности ствола: 61 см
7. Проективное покрытие- 21 %,
вычислили по формуле:
ПП=МП*100:ДО
где ПП - Проективное покрытие,
МП - Местоположение талломов,
ДО - Длина окружности ствола.

Характеристики модельных деревьев и результаты измерений:

1. Номер дерева:2
2. Виды лишайников: Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata), Фискония закрученная (Physconia distorta), Канделярия одноцветная, (Candelaria concolor) Эверния сливовая (Evernia prunastri).
3. Местоположение талломов (см)-1-6,8-10,11-13,45-48,49-50
4. Порода дерева: берёза
5. Высота дерева:20 м
6. Длина окружности ствола: 50 см
7. Проективное покрытие - 26 %
вычислили по формуле:
ПП=МП*100:ДО

Характеристики модельных деревьев и результаты измерений:

1.Номер дерева:3
2.Виды лишайников: Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata), Фискония закрученная (Physconia distorta), Канделярия одноцветная, (Candelaria concolor) Эверния сливовая (Evernia prunastri).
3.Местоположение талломов (см)-1-8,20-23,80-82,84-86,87-89
4.Порода дерева: берёза
5.Высота дерева:20 м
6.Длина окружности ствола: 90 см
7.Проективное покрытие -18 %
вычислили по формуле:
ПП=МП*100:ДО
Вывод:
Среднее проективное покрытие на контрольной площадке №1-22%.
По видовому разнообразий, преобладают кустистые и листоватые
лишайники. Эти показатели указывают на среднюю чистоту воздуха в
лесной зоне садоводства Ерши (контрольная площадка №1).

Характеристика контрольной площадки:

Характеристика контрольной площадки № 2:
1. Дата: 15. 04. 2015г.
2. Номер: 2
3. Местоположение: парковая зона возле Спасского храма и Вечного огня.
4. Описание фитоценоза: хвойные и лиственные деревья: берёза, тополь, лиственница, сосна, ель.
5. Фамилии исследователей: Козьмич Кристина, Ещенко Л.А.
Вывод:
на территории парка лишайники не обнаружены. Это указывает на
высокую степень загрязнения воздуха на контрольной площадке
№ 2, которая расположена в центре города и окружена дорогами.

Характеристика контрольной площадки:

Характеристика контрольной площадки № 3:
1. Дата: 17. 05. 2015г.
2. Номер: 3
3. Местоположение: озеро Байкал, посёлок Листвянка.
4. Описание фитоценоза: смешанный лес, преобладают хвойные
деревья , древостой редкий, деревья старые, кустарников нет,
много мхов.
5. Фамилии исследователей: Козьмич Кристина, Ещенко Л.А.

Характеристики модельных деревьев и результаты измерений:

Для измерения относительной численности лишайников на стволах исследуемых деревьев, мы использовали способ линейных пересечений.
1.Номер дерева:1
2.Виды лишайников: Фискония закрученная (Physconia distorta),
3.Местоположение талломов (см)-1-20,22-28, 30-36
4. Порода дерева: сосна обыкновенная
5. Высота дерева: 25-28 м
6. Длина окружности ствола: 70 см
7. Проективное покрытие- 43 %,
вычислили по формуле:
ПП=МП*100:ДО

Характеристики модельных деревьев и результаты измерений:

1.Номер дерева:2
2.Виды лишайников: Фискония закрученная (Physconia distorta), Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata)
3.Местоположение талломов (см)-1-9,10-14, 16-25,28-34,35-43
4. Порода дерева: сосна обыкновенная
5. Высота дерева: 30 м
6. Длина окружности ствола: 53 см
7. Проективное покрытие- 64 %,
вычислили по формуле:
ПП=МП*100:ДО

Характеристики модельных деревьев и результаты измерений:

1.Номер дерева:3
2.Виды лишайников: Фискония закрученная (Physconia distorta), Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata)
3.Местоположение талломов (см)-1-5,7-9, 15-18,25-34,37-42
4. Порода дерева: сосна обыкновенная
5. Высота дерева: 20 м
6. Длина окружности ствола: 45 см
7. Проективное покрытие-51 %
вычислили по формуле:
ПП=МП*100:ДО
Вывод:
Среднее проективное покрытие на контрольной площадке №3-53%.
По видовому разнообразий, преобладают листоватые
лишайники. Эти показатели указывают на высокую чистоту воздуха в
посёлке Листвянка, расположенном на берегу озера Байкал (контрольная
площадка №3).

Интересные сведения

Evernia и Parmelia применяются в Шотландии и Скандинавии для окрашивания шерсти и ткани.
Также интересно применение лишайника Xanthoparmelia camtschadalis жителями Нижнего Поволжья для окрашивания пасхальных яиц.
Из некоторых лишайников, таких как дубовый мох (Evernia prunastri) и Pseudevernia furfuracea, получают душистые вещества, применяемые в парфюмерии.
Cladonia stellaris в больших количествах импортируется из Скандинавии и служит для изготовления модели дерева или декоративных венков.

Литература:

Боголюбов А.С., Кравченко М.В. «Экосистема», 2001
Википедия — свободная энциклопедия.
Водоросли, лишайники и мохообразные СССР / отв. ред. М. В. Горленко. — М.: «Мысль», 1978.
Красная Книга Иркутской области
Лишайники // 2003.Россия. Красный список особо охраняемых редких и находящихся под угрозой исчезновения животных и растений / ВНИИ охраны природы, Лаборатория Красной книги; Отв. ред. В. Е. Присяжнюк. М., 2004. Вып. 2, ч. 4: Споровые растения и грибы. С. 189—250.
Окснер А. Н. Определитель лишайников СССР. Вып. 2. Морфология, систематика и географическое распространение / отв. ред. И. И. Абрамов. — Л.: «Наука», 1974.
Определитель лишайников СССР. Л., 1975. Вып. 3. С. 85—105.
Эрнст Геккель «Kunstformen der Natur», Иллюстрации, 1904.

Благодарю за внимание!