Эпифитная лихенофлора города в связи с кислотностью коры деревьев и загрязнением воздушной среды (на примере г. красноярска)
На правах рукописи
Крючкова Ольга Егоровна ЭПИФИТНАЯ ЛИХЕНОФЛОРА ГОРОДА В СВЯЗИ С КИСЛОТНОСТЬЮ КОРЫ ДЕРЕВЬЕВ И ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ Г. КРАСНОЯРСКА) 03.00.16 – экология 03.00.05 – ботаника
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Красноярск 2006
Работа выполнена на кафедре экотоксикологии и микробиологии (экологии) Красноярского государственного университета Научные руководители: кандидат биологических наук, доцент Григорьев Юрий Сергеевич кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Отнюкова Татьяна Николаевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, Мучник Евгения Эдуардовна кандидат биологических наук, Урбанавичене Ирина Николаевна
Ведущая организация: Институт экологии растений и животных УрО РАН
Защита состоится 12.10.2006 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета К 212.099.02 при Красноярском государственном университете по адресу: 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79, Красноярский государ ственный университет, телефон (3912)448213, факс (3912)448625, E-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного университета
Автореферат разослан « 9 » сентября 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент Скопцова Г.Н.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
В настоящее время в оценке качества окружающей среды наряду с физико химическим анализом широко используются методы биологического контроля. Они повышают эффективность экологического мониторинга, позволяя при минимальных затратах получать более полную характеристику состояния окружающей среды.
В биомониторинге загрязнения атмосферы широко применяются эпифитные лишайники (Seaward, 1993, 1997;
Бязров, 2002;
Wolseley et al., 2006). Общепризнан но, что среди загрязнителей наиболее опасны для них кислотообразующие поллю танты (Skye, 1968;
Hawksworth, Rose, 1970;
LeBlanc, Rao, 1975;
Инсарова, 1982 и др.). Вместе с тем, степень воздействия кислых загрязнений может зависеть от при роды субстрата, а также от состава и соотношения сопутствующих загрязнителей, которые могут усиливать или нейтрализовать действие друг друга.
Эффект нейтрализации диоксида серы может быть обусловлен оседающей на коре деревьев техногенной пылью, прежде всего золой, богатой щелочными соеди нениями (Gilbert, 1976;
Нильсон, Мартин, 1982), и аммиаком (Ammonia emissions, 1992;
van Herk, 1999, 2001). В результате аккумуляции этих загрязнителей физико химические характеристики коры деревьев изменяются, что может вызвать качест венные и количественные изменения структуры эпифитной лихенофлоры. По степе ни и направленности таких изменений, вероятно, также можно судить об интенсив ности антропогенного воздействия на данную территорию.
В связи с этим возникает целый ряд вопросов, связанных с особенностями при менения методов лихеноиндикации при исследовании местностей, испытывающих интенсивное загрязнение соединениями щелочного характера. К числу таких объек тов можно отнести и г. Красноярск, на территорию которого выпадает большое ко личество пылевых загрязнителей в результате использования предприятиями высо козольных Канско-Ачинских бурых углей (Привалихина и др., 2003).
Цель работы – изучение закономерностей распределения эпифитных лишайни ков на территории г.Красноярска в зависимости от кислотности коры деревьев и уровня загрязнения воздушной среды города.
В задачи работы входило:
• выявление видового состава лишайников в зеленых насаждениях из различных по уровню загрязнения районов Красноярска;
• определение характера связи между качественными и количественными характе ристиками субстрата и произрастающими на деревьях лишайниками;
• зонирование территории Красноярска по данным картографирования распростра нения индикаторных видов и вычисленных значений индексов полеотолерантно сти;
• уточнение биоиндикационных возможностей методов пассивной и транспланта ционной лихеноиндикации в оценке экологического состояния городской среды в условиях интенсивного загрязнения соединениями щелочного характера.
Объект исследования. Исследования проводили в г.Красноярске и его окрест ностях в период с 1999 по 2004 гг. Произведено более 700 описаний лишайниковых группировок на березе (327 деревьев) и тополе (405 деревьев) в 45 пунктах города, собрано около 1500 образцов лишайников, взято 162 образца верхнего слоя коры, из них коры березы - 75 образца, тополя - 87.
Научная новизна. Выявлен видовой состав флоры лишайников г.Красноярска и его ближайших окрестностей. Изучено распределение эпифитных лишайниковых группировок по основным породам деревьев и особенности экологии видов с уче том их отношения к кислотности субстрата. Проанализирована антропогенная трансформация эпифитной лихенофлоры в условиях щелочного характера загрязне ния. Предложена региональная шкала полеотолерантности. Проведено зонирование территории г. Красноярска по данным картографирования распространения индика торных видов и по лихеноиндикационным индексам. Усовершенствована методика трансплантационной лихеноиндикации на основе регистрации замедленной флуо ресценции хлорофилла лишайников.
Практическая значимость. Материалы диссертационной работы могут быть использованы при комплексной оценке качества воздушной среды г.Красноярска в рамках экологического мониторинга. Применение лихеноиндикационных методов совместно с физико-химическими методами анализа субстрата будут способство вать более полной оценке экологического состояния территории города. Предло женные региональная шкала полеотолерантности, методика изучения характера из менений замедленной флуоресценции лишайников под воздействием газообразных загрязнителей и усовершенствованная методика трансплантационной лихеноинди кации могут применяться при проведении биоиндикационных работ в городах Красноярского края и других регионов.
Результаты исследования используются в учебном процессе при чтении лекций и на практических занятиях по курсу “Биологический контроль состояния окру жающей среды” в Красноярском государственном университете.
Основные положения, выносимые на защиту:
• Текущее состояние эпифитного лишайникового покрова является результатом воздействия загрязняющих атмосферу химических соединений, которые, осажда ясь в течение ряда предшествующих лет на стволах деревьев, изменяют физико химические свойства коры, в частности рН.
• Лишайники, растущие в естественных условиях на субстрате с высоким уровнем рН, встречаясь в зоне загрязнения на деревьях, имеющих в природных условиях низкое значение рН коры, являются индикаторами щелочного характера загряз нения среды.
• Характеристика состояния атмосферы, полученная методом оценки качества воз духа по соотношению экологических групп лишайников (по приуроченности к диапазону кислотности коры), в целом сопоставима с характеристиками, осно ванными на результатах, полученных другими лихеноиндикационными методами (зонированием территории по распространению индикаторных видов, лихеноин дикационным индексам и трансплантационной лихеноиндикации). Однако при сходстве результатов оценка качества воздуха по соотношению экологических групп является гораздо менее трудоемкой процедурой, и может быть рекомендо вана как экспресс-метод определения степени загрязнения атмосферы.
Апробация результатов работы. Результаты работы были представлены на Х международном симпозиуме “Концепция гомеостаза: теоретические, эксперимен тальные и прикладные аспекты” (Красноярск, 2000), III Российской конференции “Флора и растительность Сибири и Дальнего Востока” (Красноярск, 2001), Южно Сибирской международной научной конференции студентов и молодых ученых “Экология Южной Сибири” (Абакан, 2000, 2002), научно-практической конферен ции “Объединение субъектов Российской Федерации и проблемы природопользова ния в Приенисейской Сибири” (Красноярск, 2005).
Исследования по теме диссертации проведены при поддержке программы науч но-образовательного центра “Енисей” (грант № 1М0021, 2000 г.) и Красноярского краевого фонда науки (грант для молодых ученых, 2001 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 196 страницах ма шинописного текста (в том числе 8 страниц приложений), содержит 31 таблицу и рисунка. Библиографический список включает 290 источников, в том числе 106 на иностранных языках.
Работа выполнена на кафедре экотоксикологии и микробиологии Красноярского государственного университета (до 2001 года – кафедра экологии).
Автор выражает благодарность сотрудникам Красноярского территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за предостав ленную информацию и содействие при проведении экспериментов.
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В разделе приведен обзор публикаций, посвященных экологии эпифитных ли шайников и некоторым особенностям методологии лихеноиндикационных исследо ваний.
ГЛАВА 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ В разделе приводится физико-географическая характеристика и особенности за грязнения атмосферы г. Красноярска.
Ориентация города с юго-запада на северо-восток в долине Енисея совпадает с преобладающим юго-западным (осенью и зимой) и западным (летом и осенью) на правлением ветра (Климат Красноярска, 1982). Зеленые насаждения Красноярска образованы древесными растениями как местной флоры, так и интродуцентами (Ав деева, 2000).
Основными источниками загрязненности воздуха г. Красноярска являются пред приятия цветной металлургии, энергетики, химической промышленности, производ ства строительных материалов и автотранспорт. По обобщенным данным за 1996 2001 гг. загрязнение атмосферы города обуславливали пять приоритетных загрязни телей: бенз(а)пирен, пыль (взвешенные вещества), формальдегид, сероуглерод и ди оксид азота (О состоянии… среды…, 1996, 2002).
Источником пыли, постоянно присутствующей в числе приоритетных загрязни телей г. Красноярска, является зола котельных ТЭЦ и промышленных предприятий, использующих в основном угли Канско-Ачинского бассейна. Характерной особен ностью золы этих углей является повышенное содержание оксидов кальция и маг ния (Полякова, Срывков, 1970;
Батрак, 2002;
Привалихина и др., 2003). За последнее десятилетие наметилась тенденция снижения выбросов загрязняющих веществ, что обусловлено техническими усовершенствованиями предприятий и относительным снижением объемов производства (О состоянии … среды …, 2002).
ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Методика сбора материала С целью выявления видового разнообразия лишайников территория г. Краснояр ска (Атлас…, 1994) была покрыта сетью квадратов с размером ячеек 1х1 км (рис. 1).
В пределах каждого квадрата в течение 2000-2004 гг. проводилось рекогносциро вочное обследование эпифитного лишайникового покрова различных древесных по род зеленых насаждений города.
Учет встречаемости и проективного покрытия эпифитных лишайников проводи ли на стволах деревьев рода береза (Betula sp.) и тополь (Populus sp.) в 45 пунктах города и в 2 пунктах в его окрестностях (территория заповедника «Столбы» на рас стоянии 8 км на юго-запад и окрестности д. Крутая на расстоянии 32 км на северо запад от границы города). Учитывали вертикально стоящие деревья (в среднем по 10 в каждом пункте). На каждом дереве выделяли два уровня поселения лишайни ков: основание ствола или прикомлевой (0.3-0.5 м о т поверхности почвы) и стволо вой (1.3-1.5 м) части дерева. На обоих уровнях закладывали по две учетных пло щадки размером 10х20 см в двух экспозициях: северо-запад и юго-восток.
Для определения кислотности коры деревьев в с их стволов на высоте 1.3-1.5 м отбирали образцы верхнего слоя коры (1-1.5 мм толщиной) равномерно по всей ок ружности ствола. Собранные образцы в воздушно-сухом состоянии измельчали и экстрагировали дистиллированной водой в течение 2 часов при периодическом встряхивании. рН измеряли потенциометрически в нефильтрованных экстрактах.
В экспериментах по измерению замедленной флуоресценции объектами ис следований служили лишайники Xanthoparmelia somloensis (Gyeln.) Halе, Hypogymnia physodes (L.) Nyl., Usnea subfloridana Stirt., собранные на условно чис тых территориях в окрестностях Красноярска (ГПЗ “Столбы” и окрестности д. Кру тая).
Для изучения концентрационной и временной зависимости изменения замедлен ной флуоресценции (ЗФ) хлорофилла лишайников под действием газообразных за грязнителей талломы помещали в герметически закрывающиеся стеклянные емко сти, в которые вносили необходимое количество исследуемого токсичного газа. Во время экспериментов боксы с пробами лишайника непрерывно облучались светом интенсивностью 8-10 Вт/м2 от люминесцентных ламп ЛБ-40.
Замедленную флуоресценцию регистрировали на компьютеризированном флуо риметре “Фотон-7-1” (Григорьев и др.;
1996), разработанном на кафедре экологии КрасГУ. Возбуждение ЗФ проводится импульсным светом интенсивностью Вт/м2. ЗФ измеряется между импульсами возбуждающего света длительностью мсек, следующие с частотой 35 Гц. В качестве показателя ЗФ взято максимальное значение (индукционный максимум) свечения в первые две секунды после включе ния импульсного возбуждающего света.
Для проведения экспериментов по транспланционной лихеноиндикации в летнее время использовали боксы в виде металлических пеналов с шестью кюветами с про бами лишайников, которые размещались в кронах деревьях на высоте 2,5 м от по верхности земли. В холодное время года использовали специально разработанные боксы “Фитобокс–02”. Каждый такой бокс состоит из блока управления и камеры, в которой поддерживается постоянная температура и освещение, а также обеспечива ется газообмен с окружающей средой. Фитобоксы с лишайниками размещали на восьми метеопостах в различных районах города Красноярска.
Методы оценки качества воздуха Для оценки степени атмосферного загрязнения территории города применялся индекс полеотолерантности (IP) (Трасс, 1985). Для определения принадлежности лишайника к тому или иному классу полеотолерантности была составлена регио нальная шкала полеотолерантности лишайников.
Расчет IP производили по формуле:
n AiCi IP = j = n Cn где n – количество видов на описанной площади, Ai – класс полеотолерантности ви да (от 1 до 10, см табл. 3), Ci – проективное покрытие вида в баллах, Cn – сумма значения покрытий всех видов в баллах. Оценка проективного покрытия приводили по 10-бальной шкале: 1 – 1-3%, 2 – 3-5%, 3 - 5-10%, 4 – 10-20 %, 5 – 20-30%, 6 – 30 40%, 7 – 40-50%, 8 – 50-60%, 9 – 60-80%, 10 – 80-100%.
Статистическая обработка результатов была произведена с помощью пакета про грамм EXCEL for Windows - 98.
Характеристика пробных участков В разделе приведено подробное описание пробных участков, которые сгруппи рованы в несколько категорий в зависимости от степени озеленения, функциональ ного использования, а также неоднородности геоморфологических и микроклима тических условий исследуемой территории (рис. 1).
Рис. 1. Расположение пробных участков, на С которых проводился сбор образцов ли шайников и коры де ревьев в г. Краснояр Ю ске. Буферная зона:
лесопарковые насаж дения западной части левобережья (участки 1-5);
Импактная зо на: острова и набе режная р. Енисей (15 19, 31, 36, 37);
дачные окраины правобере жья (20, 23, 28);
крупные парковые насаждения города (6, 10-13, 26, 40, 42, 44);
зеленые насаждения улиц и внутриквартальное озеленение (7-9, 21, 22, 25, 27, 30, 32-34, 38, 39, 41, 43, 45);
территории, примыкающие к промышленным предприятиям (14, 24, 29, 35).
ГЛАВА 4. ЛИХЕНОФЛОРА И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИШАЙНИКОВ НА ТЕРРИТОРИИ Г. КРАСНОЯРСКА 4.1. Особенности распространения эпифитных лишайников по территории г.
Красноярска в зависимости от кислотности субстрата В этом разделе для 52 видов лишайников, обнаруженных на территории г.Красноярска, приведены следующие сведения: порода дерева, диапазон значений рН коры, районы распространения в пределах города. Особое внимание уделено ха рактеристике видов по отношению к кислотности субстрата. В зависимости от при уроченности к какому-либо диапазону рН выделяются четыре экологические груп пы видов лишайников (табл. 1).
I. Лишайники, предпочитающие узкий диапазон низких значений рН суб страта (группа I) (22 вида) характерны для деревьев с кислой реакцией среды коры.
В Красноярске виды этой группы встречаются на коре березы в узком диапазоне рН (4.9-5.3, в среднем 5.0±0.1), в основном в зеленых насаждениях городских окраин, граничащих с естественными лесными массивами. В других районах города с более высоким уровнем рН коры березы эти виды обнаружены не были.
II. Лишайники, встречающиеся в широком диапазоне значений рН субстрата, но предпочитающие преимущественно низкие его значения (группа II) (20 ви дов), в отличие от видов предыдущей группы, в фоновой зоне встречаются на раз личных типах субстрата. В буферной зоне города они осваивают нетипичный суб страт (кора березы). Однако в условиях загрязнения и значительного повышения рН обилие видов этой группы резко уменьшается. В Красноярске они встречаются на тех же территориях, что и виды 1 группы, а некоторые также – в разных соотноше ниях – на всей остальной территории города на коре деревьев с более высоким уровнем рН (рН коры березы 5.9-6.4 (в среднем 5.9±0.1), тополя – 5.9-7.4).
Таблица Экологические группы видов лишайников по отношению к кислотности субстрата Экологические Виды лишайников группы видов лишайников Amandinea punctata, Biatora sp., Bryoria sp, Cladonia coniocraea, C.
Группа I fimbriata, Сyphelium lucidum, Evernia mesomorpha, Hypogymnia phy sodes, Lecanora allophana, L. symmicta, Leptogium saturninum, Lepraria incana, Melanelia olivacea, Opegrapha rufescens, Parmelia sul cata, Peltigera canina, Pertusaria amara, Ramalina dilacerata, R. roesleri, Usnea hirta, U. subfloridana, Vulpicida pinastri Caloplaca haematites, Candelariella vitellina, C. xanthostigma, Flavo Группа II punctelia soredica, Melanelia exasperatula, Ramalina sр., Heterodermia speciosa, Phaeophyscia ciliata, Ph. kairamoi, Physcia aipolia, Ph. caesia, Ph. dubia, Ph. stellaris, Ph. tenella, Ph. tribacia, Physconia detersa, Ph.
perisidiosa, Rinodina pyrina, R. sophodes, Xanthoria candelaria Candelaria concolor, Physcia adscendens, Phaeophyscia sр., Ph. nigri Группа III cans, Ph. cf. оrbicularis, Oxneria fallax, Caloplaca сerina, С. ferruginea Candelariella aurella, Lecanora hagenii Группа IV III. Лишайники, встречающиеся в широком диапазоне значений рН субстрата, но предпочитающие преимущественно высокие его значения (группа III) ( видов) предпочитают субстрат с нейтральной или слабощелочной реакцией среды.
На тополе произрастают и в естественных, и в загрязненных условиях. Для деревьев с кислой в естественных условиях корой (береза) эти виды не характерны. В буфер ной и особенно фоновой зоне встречаются крайне редко, зато обычны для зеленых насаждений города при более высоких значениях рН коры (рН коры березы 6.0-6.7, тополя – 6.2-7.5).
IV. Лишайники, предпочитающие узкий диапазон высоких значений рН суб страта (группа IV) характерны только для субстратов с нейтральной и слабоще лочной реакцией среды, в фоновой и буферной зонах совершенно несвойственны березе и довольно редко встречаются на тополе. В импактной зоне (рН коры березы 6.2-6.7, тополя 6.2-8.1) их относительная доля в сложении эпифитного лишайнико вого покрова резко увеличивается Четко выделяются I и II группы видов, характерных для самых высоких и самых низких значений рН коры деревьев в условиях Красноярска. Виды преимуществен но низких значений рН (ацидофилы в широком смысле) растут на деревьях с кислой и слабокислой корой, в Красноярске – на березе в диапазоне рН коры 4.9-5.3 в зеле ных насаждениях, которые по своим характеристикам наиболее сходны с лесными фитоценозами. Виды высоких значений рН приурочены в основном к деревьям с нейтральной и слабощелочной реакцией среды. На тополе они встречаются в диапа зоне рН коры 5.9-8.1, на березе – 5.6-6.7 (табл.1). Виды II и III группы занимают промежуточное положение, обладая способностью произрастать в широком диапа зоне рН субстрата, тяготея, тем не менее, к более высоким или низким его значени ям.
Таким образом, получается своеобразный спектр приуроченности лишайников к определенному диапазону рН коры, охватывающий лишайники от видов I группы, не встречающихся при рН коры ниже 5.3, до видов IV группы, способных сущест вовать при рН коры до 8.1.
4.2. Пространственное распределение видов лишайников на территории г.Красноярска В этом разделе диссертации рассмотрены закономерности распределения видов эпифитных лишайников по городу, в том числе в зависимости от рН коры березы и тополя. Выявлено, что в г.Красноярске лишайники распространены очень неравно мерно, что, помимо особенностей планировки города, можно объяснить различной степенью загрязнения территории. Районы с подходящими для произрастания ли шайников местообитаниями (парки, скверы и лесные окраины) перемежаются жи лой, административной и промышленной застройками, бедной зелеными насажде ниями (рис. 2).
Рис. 2. Количественные показатели видового раз нообразия лишайников на территории г. Краснояр ска. Цифры – число видов лишайников на площади (1 х 1 км);
в квадратах – число видов в городе;
в кругах – число видов вне городской черты;
сплош ная линия – ориентиро вочные границы строений промышленных предпри ятий (заштрихованы), пунктирная линия – ори ентировочные границы крупных лесопарковых массивов.
Наиболее богаты видами лишайников юго-западные районы побережий, грани чащие с естественными лесными массивами и расположенные в относительном от далении от промышленных предприятий. Наименьшее число видов характерно для плотной жилой и промышленной застройки и транспортных магистралей. Промежу точное положение по числу видов занимают острова р. Енисей и крупные парки.
Выявлено, что в г. Красноярске рН коры березы изменяется в широких пределах (4.9-6.8). В природных условиях кора березы имеет кислую реакцию среды (рН 3.7 4.2) (Нильсон, Мартин, 1982;
Инсарова, Инсаров, 1989;
Ермакова, 1990). Следова тельно, в г. Красноярске рН коры березы увеличивается, значительно превышая по казатели рН коры деревьев, не испытывающих антропогенного влияния.
Кислотность коры тополя в г.Красноярске также характеризуется широким диа пазоном значений рН (5.9-8.2), однако эти пределы варьирования близки к показате лям кислотности коры деревьев из естественных мест обитания (рН 5.8-7.9) (Ниль сон, Мартин, 1982;
Инсарова, Инсаров, 1989;
Ермакова,1990).
На основе проведенных исследований выявлена зависимость изменения числа видов от величины рН коры деревьев и показано, что для березы эта связь просле живается более отчетливо, чем для тополя. Общая тенденция сокращения числа ви дов лишайников по мере увеличения рН коры березы отражена на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость рас пределения числа видов лишайников от рН коры Число видов лишайников y = -66,80Ln(x) + 128, березы в г. Красноярске.
R = 0, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 7, рН коры березы Коэффициент корреляционного отношения между числом видов и изменени ем рН коры березы также показывают высокую обратно пропорциональную зависи мость в целом по городу (r = -0.78). Также показано, что основные ландшафтные единицы города – левобережье, острова и правобережье – отличаются по количест венным и качественным показателям лихенофлоры (табл. 2).
Таблица Число видов лишайников на березе и рН коры березы в различных ландшафтных районах города Красноярска Ландшафтные районы города Показатели Левобережье Острова Правобережье 1 2 Число видов ли- 0-34 8-11 0- шайников 12.5±2.8 9.8±0.6 4.2±1. рН коры березы 4.91-7.48 5.58-6.10 6.05-7. 5.81±0.19 5.83±0.11 6.44±0. Примечание. Над чертой – амплитуда показателей, под чертой – средние значения и ошибка среднего.
Наиболее отчетливо связь между уменьшением числа видов и увеличением рН коры березы выражена на левобережье города (r= -0.87). Данная закономерность прослеживается в основном с запада на восток, что объясняется преобладающими ветрами западного и юго-западного направлений и расположением основных источ ников загрязнения атмосферного воздуха.
В правобережной части города зависимость между изменением числа видов ли шайников с изменением рН коры березы очень слабая (r= -0.42). В этом случае ос новным фактором, влияющим на распределение лишайников, может быть смешан ный характер воздушных выбросов от многочисленных источников загрязнения, в основном щелочного состава, так как здесь рН коры березы характеризуется ста бильно высокими значениями.
Полученные результаты показывают, что в г.Красноярске число видов лишайни ков, растущих на березе, уменьшается по мере повышения рН коры. Таким образом, при высокой доле пылевых загрязнителей среды, содержащих защелачивающие со единения, фактор рН субстрата является ведущим для распределения видов, при уроченных к древесной породе с кислой в естественных условиях корой (береза).
В диссертации также рассмотрены и проанализированы особенности распреде ления видов лишайников в зависимости от рН коры тополя. Тесной зависимости между изменением одного фактора (число видов лишайников ) от другого (рН коры тополя) не наблюдается (r= -0.27).
4.3. Соотношение групп лишайников на коре деревьев Данный раздел диссертации посвящен изучению особенностей распределения лишайников на березе (Betula sp.) и тополе (Populus sp.) в зависимости от диапазона кислотности коры (рис. 4).
Рис. 4. Соотношение видов лишайников, приуроченных к различному диапазону ки слотности коры, на березе и тополе в разных районах г. Красноярска. Контуры уровней за грязнения даны по карте «Экологическое состояние окружающей среды г. Красноярска» (Лопатин и др., 1993).
Наибольшее число видов лишайников (до 34) встречается в западной части ле вобережья, где кора березы характеризуется наиболее кислой реакцией среды (рН 4.9-5.3). Это объясняется тем, что естественная лихенофлора березы, состоящая преимущественно из видов I группы, в буферной зоне обогащается за счет появле ния видов II группы, и в качественном отношении складывается главным образом из лишайников этих двух экологических групп.
В тех районах города, где кора березы имеет более высокие показатели рН (5.6 6.7), общий состав лихенофлоры березы обедняется (до 1-16 видов) за счет выпаде ния чувствительных к высокому уровню рН видов. В результате повышения рН ко ры береза становится субстратом для наиболее распространенных здесь толерант ных видов III группы, не свойственных ей в естественных условиях. В районах, ис пытывающих наиболее сильную антропогенную нагрузку (окрестности предпри ятий и автомагистралей) на березе и тополе встречаются в основном виды IV груп пы (2 вида), наиболее толерантные к условиям загрязнения города.
Лихенофлора коры тополя в различных районах Красноярска состоит из видов III и IV, реже II группы. Виды I группы ни в одном районе на тополе не встречают ся.
Заметные качественные различия в видовом составе лишайников на березе и то поле наблюдаются лишь в наименее загрязненных районах города (западная часть левобережья). В остальных районах города кору березы и тополя заселяют одни и те же виды лишайников. Таким образом, возможность существования и численное со отношение различных видов эпифитных лишайников зависит от кислотности коры деревьев, которая, в свою очередь, определяется высоким уровнем пылевого загряз нения щелочного характера.
4.4. Лишайниковые группировки зеленых насаждений города Установлено, что определенные типы лишайниковых группировок (ЛГ) встре чаются в районах со сходными условиями. Поэтому эпифитные ЛГ зеленых насаж дений г. Красноярска по особенностям состава можно объединить в три основных блока: ЛГ фоновых (пробные участки А, Б), буферных (1-5) и импактных (6-45) зон (см.: Глава 3 “…Методика…”;
рис. 1).
ЛГ изучали на двух древесных породах, наиболее контрастных по уровню ки слотности коры: березе (Betula sp.) и тополе (Populus sp.).
Группировки выделены по принципу доминирования наиболее характерных ви дов. Доминантами ЛГ в каждом районе считались виды, участие которых в сложе нии общего эпифитного покрова было максимальным. Выделено несколько харак терных типов ЛГ, обычных для районов со сходными условиями: 7 для тополя и для березы, из них 3 являются общими для этих древесных пород.
По жизненным формам выделялись следующие типы эпифитных ЛГ: кустистые– листоватые, листоватые–накипные, накипные.
На участках, входящих в фоновую зону, ЛГ на стволах березы сложены видами лишайников с куститыми и листоватыми формами роста, доля накипных лишайни ков незначительна. Среди них преобладают виды виды I группы (Evernia mesomorpha, Hypogymnia physodes, Melanelia olivacea, Usnea subfloridana), изредка встречаются виды II группы (Flavopunctelia soredica).
В буферной зоне в ЛГ на стволах березы число кустистых видов лишайников резко сокращается и относительно возрастает доля листоватых и накипных лишай ников. Здесь основу ЛГ составляют виды II группы (Candelariella vitellina, F.
soredica, Physcia аipolia, Ph. dubia).
Некоторые из них не характерны для березы вообще и в естественных условиях встречаются на другом субстрате. К примеру, Ph. dubia и Рh. аipolia предпочитают селиться на известковых горных породах, стенах, скалах и на деревьях, кора кото рых имеет нейтральную реакцию среды (Dobson, 1992). C. vitellina чаще поселяется на каменистом субстрате. Переход вышеперечисленных видов на нетипичный для них субстрат (кору березы) можно объяснить тем, что под влиянием загрязняющих атмосферу химических соединений изменяются физико-химические свойства коры березы, в частности, повышается рН коры. Возможен и эвтрофицирующий эффект некоторых химических веществ, присутствующих в атмосфере буферной зоны. К примеру, F. soredica в естественных условиях встречается на березе сравнительно редко, тогда как в буферной зоне обилие этого вида на березе резко возрастает.
В импактной зоне ЛГ на стволах березы сформированы накипными и листова тыми лишайниками, относящимися к III и IV группам видов. Здесь доминантами ЛГ (Physcia adscendens, Phаеоphyscia sр., Ph. cf. оrbicularis, Caloplaca сerina, С.
ferruginea).
На островах р. Енисей, набережной, в крупных парковых насаждениях, отли чающихся более влажным микроклиматом, в ЛГ относительно велика доля видов II группы, даже отмечаются единичные экземпляры видов, более характерных для бу ферной зоны (Melanelia exasperatula, Ramalina sр.).
В ЛГ зеленых насаждений улиц и территорий, примыкающих к промышленным предприятиям, при общем сокращении видового разнообразия лишайников возрас тает доля видов IV группы (Candelariella aurella, Lecanora hagenii).
ЛГ на стволах тополя отличаются относительно стабильным видовым соста вом. Для них во всех зонах характерно отсутствие кустистых форм лишайников и видов 1 группы. В фоновой и буферной зоне основу ЛГ составляют листоватые ли шайники виды II, III и IV группы (Oxneria fallax, Ph. adscendens, Рh. аipolia), в им пактной зоне наблюдается преобладание накипных форм видов III и IV группы (C.
сerina, С. ferruginea, C. aurella, L. hagenii). На островах р. Енисей нередко встреча ются ЛГ, доминантом которых является Phаеоphyscia nigricans.
Таким образом, ЛГ двух различных по физико-химическим характеристикам ко ры древесных пород – березы и тополя – в условиях фоновой и буферной зон суще ственно различаются по качественному составу и количественным характеристикам.
В условиях интенсивного загрязнения качественные и количественные различия в структуре ЛГ березы и тополя сглаживаются, и видовой состав лишайников этих двух пород становится тождественным друг другу.
Глава 5. Зонирование территории г. Красноярска на основе распространения индикаторных видов лишайников и индекса полеотолерантности 5.1. Зонирование территории г. Красноярска на основе распространения инди каторных видов На основе анализа распространения лишайников на участках с разной степенью антропогенной нагрузки была составлена региональная шкала чувствительности ви дов лишайников г. Красноярска к атмосферному загрязнению. В качестве индикато ров различного уровня загрязнения атмосферы предложены 8 наиболее распростра ненных видов лишайников. Приведены картосхемы распространения видов на тер ритории города.
В соответствии с распределением индикаторных видов на территории города выделены 4 зоны загрязнения, отражающие различную степень атмосферного за грязнения.
1. Зона слабого загрязнения включает в себя лесопарковые окраины западной части левобережья города. Индикаторами данной зоны являются виды: E.
mesomorpha, Parmelia sulcata, M. olivacea (группа I). Их приуроченность к коре березы со значением рН 4.9-5.3 указывает на близкий к естественному состоя нию кислый характер субстрата, слабо измененный техногенным воздействием.
При увеличении рН коры эти виды на березе уже не встречаются.
2. Зона умеренного загрязнения включает в себя острова р. Енисей. Индикатор ный вид для данной зоны – вид Ramalina sp. (группа II), предпочитает преиму щественно низкие значения рН коры березы (4.9-5.3) в лесопарковых насаждени ях западной части левобережья. Но, в отличие от видов-индикаторов зоны слабо го загрязнения, этот вид может встречаться в более широком диапазоне кислот ности субстрата (рН 4.9-7.1 коры березы и рН 6.6-7.1 коры тополя) на островах Енисея и в некоторых крупных парках.
3. Зона среднего загрязнения включает в себя парки и скверы города, окрестности дачных участков правобережья и внутриквартальное озеленение. Индикаторные виды для данной зоны – Ph. adscendens и C. cerina (группа III). Эти лишайники можно охарактеризовать как обычные синантропные виды, которые встречаются повсеместно в городских парках, скверах, зеленых насаждениях во дворах домов, придорожных аллеях. Они произрастают в широком диапазоне рН (5.0-7.2), предпочитая, однако, более высокие значения рН (6.5-7.2).
4. Зона сильного загрязнения включает в себя зеленые насаждения вдоль дорог с интенсивным автомобильным движением и окрестности крупных промышлен ных предприятий. Индикаторы данной зоны – облигатные виды C. aurella и L.
hagenii (группа IV). Эти два наиболее толерантных вида широко распространены в городских зеленых насаждениях. Они также встречаются и в ближайших окре стностях промышленных предприятий, где рН коры деревьев может достигать 8,1. Следовательно, наличие этих лишайников, при отсутствии других видов, предпочитающих более кислую реакцию среды, указывает на высокую антропо генную нагрузку с преобладанием поллютантов щелочного характера.
5.2. Зонирование территории г Красноярска на основе значений индексов поле отолерантности Анализ распространения лишайников на участках с разной степенью антропо генной нагрузки позволил составить региональную шкалу чувствительности видов (63 вида, из них 52 в черте г. Красноярска и 11 в его окрестностях) к атмосферному загрязнению (табл. 3). Типы местообитаний приведены по Трассу (Трасс, 1985).
Таблица Классы полеотолерантности лишайников г. Красноярска и его окрестностей Тип местообитаний по степени Виды Класс влияния антропогенных факторов и встречаемость в них видов I Естественные местообитания Arthoniа radiata, Bacidia albescens, B. beckhau (ландшафты) без ощутимого антро- sii, Bryoria sp., Buellia alboathra, Сyphelium погенного влияния lucidum, Graphis scripta, Hypogymnia tubulosa, Lecanora allophana, L. argentata, L. fuscescens, Lepraria incana, Leptogium saturninum, Ope grafa vulgata, Pseudevernia furfuracea, Vulpicida pinastri, Usnea sp.
II Естественные (часто) и антропо- Biatora sp., Cladonia fimbriata, C. coniocraea, генно-слабоизмененные (редко) Evernia mesomorpha, Heterodermia speciosa, местообитания Hypogymnia physodes, Phaeophyscia ciliata, Physconia detersa, Peltigera canina, Pertusaria amara, Ramalina dilacerata, R. roesleri, Usnea subfloridana III Естественные (часто) и антропо- Lecanora symmicta, Melanelia olivacea, Ope генно-слабоизмененные (часто) grapha rufescens, Parmelia sulcata, Phaeophyscia местообитания kairamoi, Physconia perisidiosa, Physcia tribacia, Rinodina pyrina, Usnea hirta, Xanthoria cande laria IV Естественные (часто), слабо (часто) Amandinea punctata, Caloplaca haematites, и умеренно (редко) измененные Candelariella xanthostigma, Physcia caesia, Ph.
местообитания tenella, Ramalina sp., Ph. stellaris V Естественные, антропогенно слабо Melanelia exasperatula, Physcia dubia, Rinodina и умеренно измененные местооби- sophodes тания (с равной встречаемостью) VI Естественные (сравнительно редко) Candelariella vitellina, Flavopunctelia soredica, и антропогенно-умеренно изменен- Phaeophyscia nigricans, Physcia aipolia ные местообитания VII Умеренно (часто) и сильно (редко) Candelaria concolor, Oxneria fallax антропогенно-измененные место обитания VIII Умеренно и сильно антропогенно Phaeophyscia cf. оrbicularis, Physcia adscendens, измененные местообитания (с рав- Phaeophyscia sp.
ной встречаемостью) IX Сильно антропогенно измененные Caloplaca ferruginea, C. cerina местообитания (часто) X Очень сильно антропогенно изме- Lecanora hagenii, Candelariella aurella ненные местообитания (встречае мость и жизненность низкие) Как видно из приведенной таблицы, к I-II классам относятся I группы, к III-V – виды II группы, к VI-IX – преимущественно виды III группы, к X – виды только IV группы (рис. 5.).
Рис. 5. Распределение видов лишайников Число видов лишайников различных экологиче I группа ских групп (по отно шению к кислотности II группа субстрата) по классам полеотолерантности.
III группа IV группа I II III IV V VI VII VIII IX X Классы полеотолерантности Таким образом, анализ распределения видов лишайников различных экологиче ких групп (по отношению к кислотности субстрата) в шкале показывает, что с уси лением влияния антропогенных факторов в местообитании наблюдается увеличение числа видов, приуроченных к более высоким значениям рН субстрата.
В разделе этой главы приводится оценка экологического состояния территории города на основе индексов полеотолерантности (IP). IP были рассчитаны для каждо го квадрата города и участков в окрестностях города на основе числа и покрытия ви дов на березе (Betula sp., далее IPВ) и тополе (Populus sp., далее IPР). Затем по полу ченным значениям IP было выделено несколько изотоксичных зон. Выделение чис той зоны не представляется возможным, даже районы заповедника «Столбы» и ок рестностей д.Крутая попадают в зону начального загрязнения (IPB=2.6-2.7). Квад раты города по значениям IP сгруппированы в 4 зоны: слабого, умеренного, сред него и сильного загрязнения (табл. 4).
Таблица Зоны города Красноярска, выделенные по значениям индекса полеотолерантности (IP), вычисленных на основе характеристик эпифитного лишайникового покрова на березе (Betula sp., IPВ) и тополе (Populus sp., IPР) Зоны IPB IPР Чистая зона - IP=1.0-2. Зона начального Заповедник «Столбы», загрязнения окрестности д. Крутая IP=2.1-3. Зона слабого Березняки запада левобере- загрязнения жья, граничащие с плотной IP=3.1-5.0 жилой застройкой Зона умеренного Острова р.Енисей, березняки Западные районы левобе загрязнения дачных районов правого бе- режья, острова Енисея, IP=5.1-7.0 рега, крупные парки и скве- крупные парки и скверы ры города города Зона среднего Небольшие парки, внутриквартальные посадки, насажде загрязнения ния вдоль дорог со средней интенсивностью автомобиль IP=7.1-9 ного движения Зона сильного Территории промышленных предприятий и транспортные загрязнения магистрали с интенсивным автомобильным движением IP=9.1- Число изотоксичных зон, выделенных по значениям IP, вычисленных на основе характеристик эпифитного лишайникового покрова на березе (Betula sp., далее IPВ) и тополе (Populus sp., далее IPР), неодинаково.
Согласно значениям IPВ выделяется 4 изотоксичных зоны: слабого (IPВ =3.4-4.3), умеренного (IPВ =6.2-6.8), среднего (IPВ =7.1-8.9) и сильного (IPВ =9.0-10) загрязне ния.
Согласно значениям IPР выделяется 3 изотоксичных зоны: умеренного (IPР =5.8 6.8), среднего (IPР =7.2-8.2) и сильного (IPР =9.0-10) загрязнения, зона слабого за грязнения не выделяется.
Изотоксичные зоны среднего и сильного загрязнения по значениям IPВ и IPР территориально совпадают. Некоторые участки, по значению IPР вошедшие в зону умеренного загрязнения, по значению IPВ относятся к зоне слабого загрязнения.
Таким образом, зонирование города на изотоксичные зоны по значениям IPВ дает более дифференцированную и объективную оценку состояния его атмосферы, чем по значениям IPР.
Следовательно, для получения объективной оценки экологического состояния территории города методом расчета индексов полеотолерантности в качестве мо дельных деревьев необходимо выбирать древесную породу, кислотность коры кото рой в естественных условиях противоположна характеру загрязнения атмосферы го рода.
Таким образом, метод расчета индекса полеотолернатности достаточно объек тивно отражает состояние атмосферы г.Красноярска, показывая интегральное воз действие загрязняющих веществ на эпифитную лихенофлору.
В то же время оценка состояния атмосферы, полученная эти методом, во многом совпадает с оценкой, полученной при зонировании территории г. Красноярска на основе распространения индикаторных видов, принадлежащих к разным экологиче ским группам по отношению к рН коры дерева (см. раздел 5.1.). Однако, учитывая трудоемкость метода индексов полеотолерантности и сходство достигаемых резуль татов, зонирование на основе соотношения и распространения индикаторных видов разных экологических групп по отношению к рН коры дерева может быть рекомен довано как более рациональный метод оценки состояния атмосферы.
5.3. Зависимость значений IP от рН коры дерева В диссертации проводится сравнение рассчитанных IP с показателями рН коры деревьев. Исходя из того, что уровень рН коры деревьев определяется как особенно стями самого дерева, так и химическим составом атмосферы, можно проследить за висимость изменения IP от рН коры березы (IPВ) и тополя (IPР) (рис. 6).
Рис. 6. Зависимость значений IPВ от рН коры березы в раз 8 личных районах г.
Красноярска.
7 y = 18,78Ln(x) - 26, Значения ИП R2 = 0, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 7, рН коры березы Наблюдается увеличение значений IPВ при одновременном повышении уровня рН коры березы. Коэффициент корреляционного отношения также показывает высо кую положительную зависимость одного фактора (IPВ) от другого (рН коры березы) в целом по городу (r=0.84).
В отношении тополя прослеживается слабая тенденция увеличения значений IPР при повышении рН коры, коэффициент корреляционного отношения зависимости одного фактора от другого невысок (r=0.42).
Следовательно, значения IP могут коррелировать с рН коры деревьев, являю щихся субстратом для эпифитных лишайников, и, соответственно, отражать степень воздействия щелочных поллютантов на среду.
Глава 6. Зонирование территории г. Красноярска методом трансплантацион ной лихеноиндикации с применением боксов новой конструкции и использова нием метода измерения замедленной флуоресценции для оценки состояния лишайниковых трансплантатов 6.1. Влияние газообразных поллютантов на замедленную флуоресценцию ли шайников в условиях модельного эксперимента В разделе были изучены особенности применения метода трансплантационной лихеноиндикации в условиях интенсивного щелочного загрязнения. Можно предпо ложить, что при коротких сроках экспонирования воздействие кислых газообразных поллютантов на талломы лишайников будет преобладающим из-за ограниченной аккумуляции нейтрализующего фактора в виде щелочной пыли.
Чувствительность метода регистрации замедленной флуоресценции (ЗФ) хлоро филла в оценке состояния лишайников и их реакция на кислые газы была продемон стрирована серией модельных экспериментов с использованием газообразных пол лютантов, таких как кислотообразующие оксиды. Эти соединения являются компо нентами атмосферного загрязнения Красноярска наряду с твердофазными щелоч ными поллютантами.
Опыты проводились с воздушно-сухими лишайниками, которые в кюветах по мещали в стеклянные емкости, содержащие небольшое количество воды. Испаряясь, жидкость обеспечивала постоянный уровень влажности воздуха и лишайников. В такой системе микроклимат внутри емкости оказывался наиболее близким к естест венному, поскольку образцы лишайника насыщались требуемой влагой в основном из воздушной среды и не испытывали влияния фактора переувлажнения, снижаю щего их жизнеспособность.
По этой методике была проведена серия экспериментов по изучению влияния на ЗФ лишайника диоксида серы, хлороводорода и выхлопных газов автомобиля.
Исследование характера действия диоксида серы на лишайник Xanthoparmelia somloensis показало (рис. 6), что в концентраций 0.00025 мг/м3 SO2 практически не оказывает влияние на жизнеспособность лишайника в течении всего периода экспе римента. При 10-ти кратном повышении содержания данного газа (0.0025 мг/м3) ин тенсивность ЗФ начинала быстро снижаться уже с первых дней экспонирования в нем. Еще более значительное по скорости падение показателя фотосинтетической активности наблюдалось у образцов лишайника в боксах с максимальной концен трацией (0.025 мг/м3) SO2. Контрольные пробы лишайника имели стабильно высо кие показатели ЗФ на протяжении всего времени их экспонирования в боксах (рис.
7).
Рис. 7. Влияние диок сида серы различной 80 концентрации на ЗФ ЗФ, % лишайника X.
somloensis в боксах при воздушном увлаж нении образцов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Длительность экспозиции, cутки Контроль 0,025 0,0025 0, Таким образом, использование метода измерения ЗФ для определения состояния лишайников позволяет с высокой чувствительностью определить наличие SO2 в ат мосферном воздухе в концентрациях 0.025-0.0025 мг/м3. Эти концентрации сущест венно ниже среднесуточного ПДК (0.05 мг/м3), установленного для данного поллю танта в селитебной зоне.
Газообразный хлороводород (HCl) оказывал аналогичное по характеру токсиче ское воздействия на лишайник X. somloensis в концентрациях 0.03–0.003 мг/м3. Вы хлопные газы при их добавлении в объемах 1.0, 0.1 и 0,01 мл в литровую камеру снижали уровень ЗФ лишайника до нуля после 2, 8 и 22 суток экспонирования, со ответственно.
В целом, проведенные эксперименты показали принципиальную возможность применения метода измерения замедленной флуоресценции для установления сте пени угнетения лишайников при воздействии на них газообразных поллютантов, а также позволили экспериментально определить период в 21 сутки, необходимый для экспонирования талломов в тестируемой зоне с целью получения физиологиче ских изменений, фиксируемых методом регистрации ЗФ и отражающих степень за грязнения атмосферы.
6.2. Исследования особенностей трансплантационной лихеноиндикации за грязнений воздушной среды г. Красноярска с применением “летних” боксов и различных видов лишайников Для проведения трансплантационной лихеноиндикации в летнее время нами бы ли разработаны боксы-“пеналы”, имеющие ряд существенных преимуществ перед ранее применяемыми (Григорьев, Бучельников, 1997). Особенности их конструкции позволяют создавать для трансплантированных талломов микроклиматические ус ловия, максимально приближенные к естественным, нивелировать воздействие на лишайник факторов переувлажнения или иссушения и отслеживать влияние именно загрязнения воздушной среды.
Исследования показали (рис. 8), что значения интенсивности ЗФ у лишайников из «летних» боксов-пеналов, экспонировались в районах, где отсутствуют потенци альные источники атмосферного загрязнения, были значительно выше, чем у тех, которые в это время находились вблизи промышленных предприятий и центра го рода.
Рис. 8. Значения ЗФ лишайни ка X. somloensis до и после экспонирования в различных по степени загрязненности воздуха зонах г. Красноярска:
ЗФ, отн. ед.
2 – Академгородок;
4 – Крас 2000 ГУ;
13 – мкр-н. Зеленая Роща;
6 – парк Телевизорного заво да;
11 – Центральный парк 1000 культуры и отдыха;
26 – ДК “Сибтяжмаш”;
27 – окрестно сти КрасТЭЦ и шинного заво 0 да;
21 – ул. Матросова (пере сечение транспортных маги 2 4 13 6 11 26 27 21 24 Пробные площади стралей);
24 – окрестности Цементного завода;
35 – окре ЗФ до экспонирования ЗФ после экспонирования стности завода КрАЗ.
При установлении видовой специфичности в реакции лишайниковых трансплан татов на загрязнения атмосферы эпифитный кустистый лишайник Usnea subfloridanа оказался более чувствительным видом по сравнению с эпилитным лис товатым лишайником X. somloensis.
Таким образом, проведенные исследования показывают возможность примене ния боксов данной конструкции для интегральной оценки загрязнения воздушной среды методом трансплантационной лихеноиндикации.
6.3.1. Исследования особенности трансплантационной лихеноиндикации за грязнений воздушной среды г.Красноярска с применением “зимних” бок сов и различных видов лишайников В холодное время года состав и соотношение загрязнителей атмосферы может быть другим, так как начинают работать топливно-энергетичекие предприятия, влияние которых в летнее время незначительно. Поэтому для проведения транс плантационной лихеноиндикации в этот период нами использованы «зимние» боксы (Фитобокс-2), разработанные на кафедре экологии КрасГУ. Эти устройства с талло мами лишайника Hypogymnia physodes были установлены на 21 сутки на нескольких метеопостах Красноярского территориального центра по гидрометеорологии и мо ниторингу окружающей среды (рис. 9). Контролем служили значения ЗФ лишайни ков в боксе, расположенном в условно “чистом” районе КрасГУ.
Рис. 9. Значения ЗФ лишайника H. physodes до и после экспониро вания на метеорологи ческих постах (в скоб ках указан номер поста) ЗФ, отн. ед.
в различных по степени загрязненности воздуха зонах г. Красноярска:
КрасГУ;
ул. Тимирязе ва (№ 21), ул. Кутузова 250 (№ 8), ул. Матросова (№ 9), к-т Спутник (№ 7), Солнечная (№ 20), КрасГУ №1 №8 №9 №7 № 21 №3 № 20 № ул. Сурикова (№ 3), Пробные площади мкр. Зеленая роща (№ ЗФ до экспонирования ЗФ после экспонирования 5).
Наиболее значительное снижение интенсивности ЗФ (рис. 9) отмечено у транс плантатов, экспонированных вблизи промышленных предприятий (мкр. Зеленая роща, КрАЗ) и транспортных магистралей (ул. Сурикова).
Сопоставление результатов пассивной и трансплантационной лихеноиндикации не всегда показывает сходную оценку уровня загрязнения атмосферы в отдельных районах города. ЗФ (рис. 10).
Так на некоторых участках, например №5 (Зеленая роща, парк Гвардейский), очень низкой интенсивности замедленной флуоресценции экспонированных лишай ников, указывающей на высокий уровень загрязнении атмосферы, соответствует ве личина индекса полеотолернатностии, характеризующая данную территорий как менее загрязненную.
Рис. 10. Сопоставление значений ЗФ лишайника 3500 X. Somloensis после экс 3000 ЗФ, отн. ед.
понирования на 2500 8 метеорологических 6 IP постах г.Красноярска с соответствующим его местонахождением 500 индексом IP: КрасГУ;
ул.
0 0 Тимирязева (№ 21), ул.
Кутузова (№ 8), ул.
КрасГУ №21 №8 №9 №7 №20 №3 № Матросова (№ 9), к-т Метеорологические посты Спутник (№ 7), Сол IP ЗФ после экспонирования нечная (№ 20), ул. Сури кова (№ 3), мкр. Зеленая роща (№ 5).
Эти несоответствия можно объяснить тем, что расчет индекса полеотолернатно сти производится на основе характеристик эпифитного лишайникового покрова, ко торый формировался десятилетиями. Соответственно лишайники подвергались дли тельному воздействию всего комплекса поллютантов, в том числе и нейтрализую щих щелочных компонентов, аккумулированных древесной корой.
В свою очередь, уровень замедленной флуоресценции трансплантированных лишайников в большей степени отражает воздействие кислых газообразных поллю тантов, поскольку талломы за относительно короткий период своего экспонирова ния не успевают накопить сколь-либо значительного количества твердофазных ще лочных загрязнителей.
Таким образом, совместное применение приемов пассивной и трансплантацион ной лихеноиндикации позволяет более полно оценить состояние атмосферы на ис следуемых территориях и показать особенности их загрязнения не только в инте гральном многолетнем, но и в посезонном аспекте.
ВЫВОДЫ Проведённые исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. В зеленой зоне Красноярска встречается 52 вида эпифитных лишайников, кото рые по отношению к рН коры деревьев относятся к группам: виды, предпочи тающие узкий диапазон низких значений рН субстрата (I группа);
виды, встре чающиеся в широком диапазоне значений рН субстрата, но предпочитающие преимущественно низкие его значения (II группа);
виды, встречающиеся в широ ком диапазоне значений рН субстрата, но предпочитающие преимущественно высокие его значения (III группа);
виды, предпочитающие узкий диапазон высо ких значений рН субстрата (IV группа).
2. Распространение лишайников по территории г. Красноярска в значительной сте пени зависит от кислотности субстрата – коры деревьев, которая, в свою очередь, опосредована уровнем загрязнения атмосферы конкретного района.
3. В буферной зоне города лихенофлора, характерная для деревьев с кислой корой (береза) обогащается за счет появления видов, предпочитающих более высокие значения рН субстрата. В импактной зоне, в результате интенсивного щелочного загрязнения среды, рН коры березы повышается, и она становится субстратом для видов, не свойственных ей в естественных условиях, которые предпочитают в основном слабощелочной субстрат. Виды характерные только для кислой коры при этом исчезают. Лихенофлора тополя, имеющего исходно более высокий рН коры, как в естественных условиях, так и в городе состоит из видов, предпочи тающих нейтральный и слабощелочной субстрат. На сильно загрязненных терри ториях различия в структуре лишайниковых группировок березы и тополя стано вятся минимальными.
4. На техногенное повышение рН коры положительно реагируют только опреде ленные виды. Лишайники, предпочитающие в качестве субстрата кору деревьев с низким или высоким рН, могут служить качественными индикаторами кислого или щелочного характера загрязнения окружающей среды.
5. Зонирование территории г.Красноярска на основе распространения индикатор ных видов лишайников и индексов полеотолерантности позволяет выделить че тыре изотоксичных зоны, различающиеся по степени загрязнения атмосферного воздуха: зона слабого, умеренного, среднего и сильного загрязнения.
6. Сходство оценок состояния атмосферы г.Красноярска по индексам полеотоле рантности и на основе распространения индикаторных видов, выделяемых по их отношению к рН коры дерева, позволяет рекомендовать последний прием как более оперативный метод для оценки состояния атмосферы крупных промыш ленный центров.
7. Установленная тесная взаимосвязь между концентрацией токсичных газов и уровнем замедленной флуоресценции хлорофилла лишайников свидетельствует о применимости данного метода для установления степени угнетения лишайни ков при трансплантационной лихеноиндикации воздушной среды в разные сезо ны года.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Крючкова О.Е. Использование толерантного лишайника Parmelia soredica в мо ниторинге загрязнения воздушной среды зеленой зоны г.Красноярска / Крючкова О.Е. // Материалы III Южно-Сибирской научной конференции студентов и моло дых ученых “Экология Южной Сибири – 2000 год” (Абакан, 17-19 ноября 1999 г.): Абакан, 1999. – С. 18-19.
2. Крючкова О.Е. Эпифитные лишайники окрестностей Красноярска / Т.Н. Отню кова, О.Е. Крючкова // Ботанические исследования в Сибири: сб. научных статей / Красноярское отделение Российского ботанического общества РАН: вып. 8. – Красноярск, 2000. – С. 88-93.
3. Крючкова О.Е. Трансплантационная лихеноиндикация загрязнения атмосфер ного воздуха г. Красноярска / О.Е. Крючкова, Ю.В. Кокорева // Материалы Юж но-Сибирской научной конференции студентов и молодых ученых “Экология Южной Сибири – 2000 год” (Абакан, 1-3 ноября 2000 г.): Абакан, 2000. – С 34 35.
4. Крючкова О.Е. Замедленная флуоресценция хлорофилла в оценке влияния диок сида серы на лишайник Рarmelia stenophylla / О.Е. Крючкова, А.В. Иценко // Ма териалы Южно-Сибирской научной конференции студентов и молодых ученых “Экология Южной Сибири – 2000 год” (Абакан, 1-3 ноября 2000 г.): Абакан, 2000. – С. 33.
5. Крючкова О.Е. Флуоресценция хлорофилла в биоиндикации загрязнения воз душной среды / Ю.С. Григорьев, Н.В. Пахарькова, Г.А. Сорокина, О.Е. Крючкова // Труды II Совещания “Экология пойм сибирских рек и Арктики” (Томск, 24- ноября 2000 г.): Томск, 2001. – С. 218-225.
6. Крючкова О.Е. Распространение эпифитных лишайников в г. Красноярске в за висимости от условий произрастания / Т.Н. Отнюкова, О.Е. Крючкова // Ботани ческие исследования в Сибири: сб. научных статей / Красноярское отделение Российского ботанического общества РАН: Вып. 9. – Красноярск, 2001. – С. 135 145.
7. Крючкова О.Е. Эпифитные лишайники зеленых насаждений г. Красноярска / О.Е. Крючкова // Материалы III Российской конференции “Флора и рас тительность Сибири и Дальнего Востока” (Красноярск, 24-27 апреля 2001):
Красноярск, 2001. – С. 55-56.
8. Крючкова О.Е. Видовая специфичность в реакции лишайниковых транспланта тов на загрязнения атмосферы / Ю.С. Григорьев, О.Е. Крючкова // Материалы международной конференции “Мониторинг состояния лесных и урбоэкосистем” (Москва, 19-20 ноября 2002 г.): Москва, 2002. – С. 53-54.
9. Крючкова О.Е. Региональная шкала классов полеотолерантности лишайников для юга Красноярского края / О.Е.Крючкова // Материалы Южносибирской Ме ждународной научной конференции студентов и молодых ученых “Экология Южной Сибири” (Абакан, 27-30 ноября 2002): Абакан, 2002. - С. 22-23.
10. Крючкова О.Е. Отношение эпифитных лишайников к кислотности коры дерева / Т.Н. Отнюкова, О.Е. Крючкова // Материалы XI съезда Русского Ботанического общества: “Ботанические исследования Азиатской России” (Новосибирск Барнаул, 18-22 августа 2003 г.): Т. 1. - Барнаул, 2003. – С. 181-182.
11. Крючкова О.Е. Экология индикаторных видов лишайников в г. Красноярске / О.Е. Крючкова, Т.Н. Отнюкова // Вестник Красноярского государственного уни верситета, сер. Естественные науки, вып. 7, 2004. – С. 124-130.
12. Крючкова О.Е. Трансформация разнообразия эпифитной лихенофлоры в услови ях антропогенного пресса / Т.Н. Отнюкова, О.Е. Крючкова // Материалы Всерос сийской научной конференции с международным участием “Проблемы сохране ния разнообразия растительного покрова Внутренней Азии” (Улан-Удэ, 7-10 сен тября 2004 г.): Ч. 1. – Улан-Удэ, 2004. – С. 165-167.
13. Крючкова О.Е. Оценка загрязнения воздушной среды города методами биологи ческого мониторинга / Ю.С. Григорьев, Н.В. Пахарькова, Г.А. Сорокина, О.Е.
Крючкова/ Материалы международной конференции «Экология фундаменталь ная и прикладная - проблемы урбанизации». (Екатеринбург, 3-4 февраля 2005 г.) Екатеринбург, 2005. - С. 8-10.
14. Крючкова О.Е. Некоторые аспекты лихеноиндикационных исследований в оцен ки состояния атмосферы г. Красноярска / О.Е. Крючкова, Т.Н. Отнюкова // Мате риалы межрегиональной научно-практической конференции «Объединение субъектов Российской Федерации и проблемы природопользования в Приени сейской Сибири» (Красноярск, 11-13 апреля 2005 г.): Красноярск, 2005. – С 290 292.