Биоиндикация загрязненности воздуха с помощью лишайников

Лишайники – своеобразные симбиотические организмы, тело которых образовано грибом (микобионт) и водорослью (фикобионт). Водоросль снабжает гриб созданными ею в процессе фотосинтеза органическими веществами, и получает от него воду с растворенными минеральными солями. Кроме того гриб защищает водоросль от высыхания. Лишайники поселяются на коре деревьев или гниющей древесине, известняках и кварцах.

В основном лишайники используют для мониторинга основных загрязнителей атмосферы: диоксид серы, фтор, оксиды азота и озон.

Чувствительность лишайников к загрязнению окружающей среды обусловлена несколькими причинами:

· Высокая чувствительность водоросли trebouxia (фитокомпонент 80% лишайников) пигменты которой под действием SO₂, быстро разрушаются.

· Лишайники поглощают аэрозоли и газы всей поверхностью талломов, что также повышает их чувствительность к загрязнению.

· Высокие требования к кислотности субстрата, изменение которой приводит к гибели лишайников.

 

По внешнему виду лишайники делят на накипные (корковые), листоватые, кустистые.

Накипные - имеют слоевище в виде тонкой корочки и очень плотно срастаются с субстратом (корой, камнем, почвой). Отделить их без повреждений субстрата нельзя (фисция, леканора, ризокарпон).

Листоватые – имеют вид мелких чешуек или пластинок, прикрепляются пучками грибных гиф (ризоидами) и легко отделяются от субстрата (пармелия, гипогимния, ксантория).

Кустистые - имеют вид тонких нитей или более толстых ветвящихся кустиков, прикрепляющихся к субстрату своими основаниями (уснея, кладония, эверния).

Наиболее устойчивы к загрязнителям накипные лишайники, среднеустойчивы – листоватые, слабоустойчивы – кустистые.

Например, при полном отсутствии лишайников в городской среде (лишайниковая пустыня) регистрируется концентрация SO₂ более 0,3 мг/м3. Присутствие некоторых устойчивых лишайников – ксантория, фисция, анаптихия, леканора SO₂ 0,05-0,2 мг/м3. Присутствуют пармелия, алектория, гипогимния – загрязнение не превышает 0,05 мг/м3.

 

1. Метод районирования загрязнений при помощи лишайников.

Различная чувствительность отдельных видов лишайников дает возможность выделения зон с разной степенью загрязнения воздуха.

Цель – нахождение зависимостей между уровнями загрязнения и характеристиками лишайникового покрова (числом видов, присутствием конкретных видов, общим проективным покрытием лишайников, индексами лишайниковой растительности).

Можно использовать:

· анализ исторических данных, основанный на сравнении результатов нынешних наблюдений за составом видов лишайников и предшествующих наблюдений в том же месте

· изменение структуры лишайниковых сообществ источник загрязнения – фон;

Общие изменения структуры лишайниковых сообществ под воздействием загрязнения проявляются в уменьшении числа чувствительных видов, смене субстратов и увеличении обилия токситолерантных видов. Выявлены следующие изменения в видовом составе лишайников в условиях загрязнения: обеднение его видового состава, изменение спектра жизненных форм (уменьшение доли кустистых и, в меньшей степени, листоватых лишайников), сокращение числа напочвенных видов и увеличение доли эпифитов.

Затем – составление карт загрязненности воздуха на основе полученных данных. При этом широко используются индексы атмосферной чистоты и палеотолерантности.

В мире закартировано около 300 городов и промышленных территорий.

2. Использование индексов для количественной оценки степени загрязнения среды, например, индексов атмосферной чистоты (IAP) или индекса палеотолерантности.

2а) Метод оценки загрязненности воздуха – с использованием индекса палеотолерантности.

Для этого на исследуемой территории подбирают пробные площадки. На площадке выбираются 10 деревьев одного вида, одного возраста, диаметра и с одинаковой структурой коры. На каждом дереве закладывают 4 эталонные площадки в двух экспозициях (в направлении источника загрязнения и противоположно) на двух высотах (у основания ствола и на высоте 1,4—1,6 м). На каждой площадке описывают виды лишайников и их проективное покрытие. Для оценки проективного покрытия используют прозрачную рамку со стороной 10 см, разбитую на 100 квадратиков. Оценив число видов и их проективное покрытие (для каждого вида!) проводят вычисления индекса палеотолерантности по формуле:

 

IP = Σ; a_ic_i/C_in

где:

n - количество видов на площадке описания,

a_i - класс (степень палеотолерантности - выносливости по отношению к загрязнению атмосферного воздуха),

c_i - покрытие вида,

C_in- суммарное покрытие видов.

После обследования всех деревьев и описания большого числа площадок можно вычислить средние показатели IP для каждого дерева и каждого местообитания с более-менее гомогенным фоном загрязненности. Показатели IP колеблются от 0 до 10. Чем выше значение индекса, тем более грязен воздух. Рассчитав индексы палеотолерантности для разный районов, можно построить карту загрязненности города.

 

Классы палеотолерантности лишайников

Классы палеотолерантности	Виды лишайников
III	Cetraria chlorophylla, Lecidea glomerulosa
IV	Cetraria pinastri, Parmelia saksatilis, Physcia aipolia
V	Lecanora chlarotea, Physconia grisea, Evernia prunastri, Anaptychia ciliaris, Ramalina farinacea
VI	Arthonia radiata, Pertusaria discoidea, Lecanora chlarona, Parmella exasperatula, Usnea hirta, Physconia pulverulenta, Ramalina fraxinea
VII	Pertusaria amara, Psora scalaris, Parmelia sulcata, Physcia tenella, P. tribacea, Xanthoria polycarpa
VIII	Lecanora allophana, Hypogymnia physodes, Caloplaca cerina
IX	Physcia stellaries, Phaeophysconia orbicularis, Xanthoria parietina
X	Lecanora conizaeoides, Lecanora hageni, Lepraria aeruginosa

В более упрощенном виде исследования можно проводить просто методом оценки видового состава лишайников. На деревьях фиксируют наличие или отсутствие того или иного вида. Полученные цифровые данные о числе видов лишайников в том или ином районе наносят на карту. Самые большие значения видового богатства будут соответствовать наиболее чистым зонам. Снижение числа видов указывает на возрастание степени загрязнения воздуха.