Лихеноиндикационная оценка качества воздушной среды северо-восточной части Великого Новгорода

Автор: Лысов Анатолий Андреевич,
 средняя школа №13, 11 класса,
Новгородский государственный университет
имени Ярослава Мудрого
Научный руководитель: Воликов Александр Григорьевич

г. Великий Новгород

Введение

Среди многих организмов, сообществ и сельскохозяйственных культур, исследуемых в связи с загрязнением воздуха, лишайники являются организмами, способными колонизироваться там, где другие растения не могут существовать (Ахмадиан, Вернон (1967) и (1974); Беккерель (1954)), они встречаются практически повсеместно и могут расти на субстратах разной природы (почва, камни, ствол дерева, и т. д.). Лишайники обладают способностью выдерживать суровые условия существования (Ахмадиан, Вернон (1967) и (1974); Беккерель (1954) и (1968), Лебланк, Фабиус и Рао (1973)), однако в то же время им свойственна высокая чувствительность к загрязнению окружающей среды, и прежде всего атмосферы (Гилберт (1937) и (1970); Хоксворт и Роуз (1970); Лебланк, Фабиус и Рао (1973) Лебланк, Фабиус и Рао (1973), Найландер (1866)), поэтому их используют как индикаторы качества воздушной среды. Установлено, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые, затем листоватые, и в последнюю очередь накипные (коровые) морфологические формы лишайников (Андерсон и Трешоу (1978)). Это качество и лежит в основе многих методик определения степени загрязнения воздушной среды.

Многие исследователи (Хоксворт (1971); Лебланк, Фабиус и Рао (1973)) высказывают мнение, что более всех эпифитные лишайники являются ценными биоиндикаторами атмосферного загрязнения, и что использование лишайников может дать быстрый, простой и дешевый доступ к информации, характеризующей степень атмосферного загрязнения, особенно в городских и промышленных районах. При этом, для исследования качества воздушной среды на больших территориях, необходимо выбрать стандартный объект исследования: дерево одного вида; им может быть сосна, липа, дуб, ясень [5]. Таким объектом в нашем исследовании была липа, поскольку это самый распространенный в Великом Новгороде вид и встречается на территории города практически повсеместно.

Целью нашей работы является определение степени загрязненности воздушной среды северо-восточного участка Великого Новгорода, заключенного между ул. Федоровский ручей, ул. Державина и  дорогой на синий мост (от ул. Федоровский ручей) сернистым газом (SO2) с помощью лишайников.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1.      Собрать образцы лишайников с лип (стандартного объекта исследований).

2.      Определить виды лишайников.

3.      Согласно методикам определить качество воздушной среды.

4.      Составить карту загрязнения воздушной среды исследуемого участка по морфологическим формам лишайников.

5.      Составить карту загрязнения воздушной среды исследуемого участка по видовому составу лишайников.

6.      Составить карту загрязнения воздушной среды исследуемого участка по индексам полеотолерантности.

7.      Проанализировать результаты исследования.

Сроки проведения исследований: 5 – 17 апреля 2000 г.

Материал и методика

Методом рекогносцировочного обследования была определена растительность исследуемого участка, собраны образцы лишайников. Вся площадь исследуемого участка была разбита на 14 квадратов со стороной 500м, в узлах кототорых определялись индексы полеотолерантности.

Индексы полеотолерантности исследуемого участка были определены по следующей методике: методом визуальной оценки определялось проективное покрытие каждого вида лишайника на стволе, согласно таблице 1 это значение переводилось в баллы.

Таблица 1

Проективное покрытие лишайников.

Оценка

1-3

3–5

5-10

10-20

20-30

30-40

40-50

50-60

60-80

80-100

балл

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Затем, определив классы полеотолерантности видов лишайников по таблице Трасса (1985г.), вычислили значения индексов полеотолерантности по формуле:

n – количество видов,

Ai – класс полеотолерантности,

Ci – проективное покрытие в баллах.

Значения индексов полеотолерантности коррелируют со среднегодовыми концентрациями диоксида серы в атмосфере, см. таблицу 2.

Таблица 2

Корреляция значений индексов полеотолерантности и среднегодовых концентраций диоксида серы в воздухе.

Индекс полеотолерантности

концентрация SO2, мг/м³

Зона

(по Сернандеру)

1 – 2

 – 

Нормальная

2 – 5

0,01 – 0,03

Смешанная (I)

5 – 7

0,03 – 0,08

 Смешанная (II)

7 – 10

0,08 – 0,10

Борьбы (I)

10

0,10 – 0,30

Борьбы (II)

0

более 0,3

Лишайниковая пустыня

Согласно полученным данным можно судить о среднегодовых концентрациях диоксида серы в воздухе.

Кроме того, было проведено сплошное исследование территории участка, на котором было произведено определение степени загрязнения воздуха по видовому составу лишайников простейшим тестом на чистоту воздуха. Оценка производится следующим образом: в ходе рекогносцировочного обследования определяется наличие на каждом стволе липы – стандартного объекта исследований лишайников кустистой, листоватой и накипной формы. Затем в соответствии с простейшей шкалой для определения степени загрязнения воздуха (таблица 3) определяется степень загрязнения.

Таблица 3

Простейшая шкала для определения степени загрязнения воздуха

Степень загрязнения

Наличие лишайников

I

слабое загрязнение

исчезают кустистые лишайники

II

среднее загрязнение

исчезают листоватые и кустистые лишайники

III

сильное загрязнение

исчезают кустистые, листоватые  и накипные лишайники – «Лишайниковая пустыня »

По результатам простейшего теста составляется карта загрязнения воздуха по морфологической  (жизненной) форме лишайников.

По лихенофлористическому списку в соответствии с таблицей 4: составляется карта загрязнений воздуха по видовому составу лишайников.

Таблица 4

Шкала для определения степени загрязнения воздуха по лихенофлористическому списку

Степень загрязнения воздуха

Лишайники

0 зона

очень сильного загрязнения

лишайников нет, только водоросль Плеврококкус на деревьях и камнях

1 зона

сильного загрязнения

лишайник Леканора

2 зона

уменьшения загрязнения

лишайник Ксантория на камнях

3 зона

уменьшения загрязнения

Пармелия на камнях, на деревьях отсутствует

4 зона

относительно чистый воздух

серые листоватые лишайники появляются на стволах деревьев

5 зона

зона чистого воздуха

появляются кустистые лишайники, в том числе и Эверния

6 зона

очень чистый воздух

Кустистые лишайники, в том числе и Уснея

На основании полученных данных и трех карт загрязнения исследуемого участка города (лихеноиндикационной карты, карты загрязнений воздуха (по видовому составу лишайников) и карты загрязнения воздуха (по морфологической  (жизненной) форме лишайников)) можно проводить сравнительный анализ.

Результаты исследования и их анализ

Было обследовано 4,5 км², обнаружены следующие виды лишайников:

Семейство Parmeliaceae

1.      Hypogymnia  physodes (L.) Nyl.

2.      Melanelia  exasperata (DeNot.)  Essl.

3.      Parmelia  sulcata  Taylor.

4.      Cetraria  chlorophylla  (Wild in Humb) Vain

 

Семейство  Usneaceae

5.      Evernia  prunastri (L.) Ach.

6.      Usnea   subfloridana  Stirt.

 

Семейство  Teloschistaceae

7.      Xanthoria  parietina (L.) Th.Fr.

8.      Xanthoria  polycarpa (L.) Th.Fr.

 

Семейство  Physciaceae

9.      Physcia   stellaris (L.) Nyl.

10.  Physcia   adscendes (Fr.)  H. Oliver. 

11.  Phaeophyscia caesia (Neck.)

Накипные лишайники

Наибольшее разнообразие  - все 11 видов лишайников были встречены в парке 30-летия Октября. Значительно меньше (5 видов: 1,2,3,7,10) – в Антоново, еще меньше (2 – 3  вида) – в жилых кварталах исследуемого участка города.

Как видно по карте загрязнения воздуха (по морфологической  (жизненной) форме лишайников,) в целом воздушную среду северо-восточного участка города можно качественно характеризовать как среднезагрязненную, причем западная часть исследуемого участка (набережная Александра Невского и часть парка 30-летия Октября) в соответствии с простейшей шкалой для определения степени загрязнения воздуха относится к незагрязненным, а, следовательно, чистым зонам. Согласно данной шкале на исследованном участке были выделены две зоны: зона слабого загрязнения и зона чистого воздуха. Вторая зона по площади значительно меньше первой (смотри рис 1).

 

Рис1  Карта загрязнения воздушной среды (по морфологическим формам лишайников)

I – зона слабого загрязнения

II  - зона чистого воздуха

 

Из карты загрязнений воздуха (по видовому составу лишайников, рис 2) видно, что исследованный участок согласно этому методу условно подразделяется на три зоны: относительно чистого воздуха (4 зона), чистого воздуха (5 зона) и очень чистого воздуха (6 зона).  При этом площадь 4 зоны максимальна, а 6 – минимальна (смотри рис 2).

 

Рис2  Карта загрязнения воздушной среды (по видовому составу лишайников)

I – зона относительно чистого воздуха (4 зона)

II  - зона чистого воздуха (5 зона)

III – зона очень чистого воздуха (6 зона)

Причем зона чистого воздуха карты загрязнения воздуха (по морфологической  (жизненной) форме лишайников) совпадает с 5 зоной чистого воздуха карты загрязнений воздуха (по видовому составу лишайников). Но в ней выделена еще и зона очень чистого воздуха (6).

По лихеноиндикационной карте можно выделить все перечисленные выше зоны, кроме того, в зоне слабого загрязнения (она совпадает с зоной относительно чистого воздуха карты загрязнения (по видовому составу лишайников)) карты 1 выделяются участки с повышенным уровнем загрязнения. Они приурочены, как видно из карты, к дорогам с достаточно интенсивным движением автотранспорта, к промышленным объектам, смотри рис 3, стр. 7

В целом индексы варьируют в пределах значений 6,35 и 8,02, что по таблице №2 соответствует смешанной (2) зоне. Концентрация диоксида серы в пределах  0,03 – 0,08 мг/м³, и 0,08 – 0,10 мг/м³ соответственно, что в первом случае, возможно, не превышает ПДК (либо превышает значение ПДК максимум в 1,6 раза), а во втором превышает максимум – в 2 раза.

При сопоставлении всех трех карт видно, что зоны качества воздушной среды согласно всем методам выделяются те же за некоторым уточнением. При этом если на лихеноиндикационной карте объединять участки с индексами полеотолерантности, соответствующими смешанной (2) зоне отдельно, одним цветом, а соответствующими зоне борьбы (1) – другим цветом, то зоны на карте совпадут с зонами карты 1. Если изолиниями соединять индексы полеотолерантности каждого исследованного участка, то получим более подробный аналог карты 2. Однако, если в первом случае зона 1 (смотри рис 1) качественно характеризуется как зона относительно чистого воздуха, то количественно, согласно индексам полеотолерантности в соответствии с таблицей 2 они характеризуются как зоны с превышением ПДК по диоксиду серы минимум в 1,6 раза, максимум – в 2 раза. А зона 3 (очень чистого воздуха, смотри рис2) характеризуется как смешанная (2) зона, а не условно нормальная.

Рис3  Карта загрязнения воздушной среды (по индексам полеотолерантности)

I – зона борьбы (ИП> 8)

II  - зона борьбы ( 7,50<ИП<8,00)

III – смешанная зона  (7,00<ИП<7,50)

IV -  смешанная зона (ИП<7,00)

Значение среднегодовой концентрации диоксида серы в соответствии с проведенным мною количественным лихеноиндикационным методом в 7,5 раз превышают значение, полученным комитетом охраны природы Новгородской области (0,03 и 0,004 мг/м³ соответственно). Это может быть связано с несколькими причинами: Во-первых, вероятно, 15 – 20 лет назад концентрация диоксида серы была существенно выше значения ПДК (0,05 мг/м³), что не позволило более чувствительным видам расти здесь (лишайники растут очень медленно, 1 – 1,5мм/год, часто менее 1мм/год). Поэтому, несмотря на то, что в последние десять лет произошел резкий спад антропогенной нагрузки вследствие остановки многих предприятий, использования ТЭЦ и котельными города природного газа вместо низкосортного каменного угля и высокосерного топочного мазута, результаты эти в лихенометрической картине города не видны, так как требуется значительно больше времени, чтобы лишайники с более низким классом полеотолерантности вновь естественным путем, разрастаясь, вернулись в город и  выросли здесь. Во-вторых, данная шкала корреляции индексов полеотолерантности среднегодовым концентрациям диоксида серы, вероятно, может давать весьма приблизительную картину реальных значений, и требуется некоторая корректировка данной шкалы.  

Выводы

Нами был обследован участок северо-восточной части города площадью  4,5км², собраны и изучены 97 образцов лишайников, при этом было выявлено 4 семейства, 9 родов и 11 видов лишайников.

При анализе жизненных форм лишайников было выявлено, что из 9 из собранных нами видов относятся к листоватым формам, и 2 – к кустистым, что показывает, что воздушная среда загрязнена (т.к. кустистых видов мало), но умеренно, т.к два кустистых вида все же встречается на данной территории, и листоватые виды представлены сравнительно большим числом видов(9) и родов (8).

В проективном покрытии доминирует 2 вида: Parmelia sulcata и Xanthoria parietina. Доминирование вида Parmelia sulcata, весьма чувствительного к оксиду серы (4 валентной), и его обилие говорит о том, что загрязнение воздушной среды оксидами серы невелико. Высокое проективное покрытие нитрофильного лишайника рода Xanthoria показывает, что в воздухе присутствуют в довольно больших количествах оксиды азота.

Средние индексы полеотолерантности исследованного участка территории города варьиуют в пределах от 6,35 до 8,01, и, значит, на данном участке территории города воздух загрязнен умеренно, здесь можно выделить, по крайней мере, две зоны: зону борьбы (1) и смешанную зону (2). Концентрация оксидов серы согласно приведенной выше шкале находится в пределах 0,03 до 0,10 мг/м³.

Перспективы

В дальнейшем  мы планируем провести трансплантационное исследование (перенести лишайники с низким классом полеотолерантности, то есть с высокой чувствительностью, собранных на территории Валдайского Национального парка, во все выделенные мною в ходе данного исследования зоны (см. рис 3, )). Лонгитюдное исследование позволит либо подтвердить, либо опровергнуть предположение о том, что современные среднегодовые концентрации действительно ниже значения 0,05мг/м³, и современная лихеноиндикационная картина связана именно с тем, что должно пройти порядка 10 – 15 лет, прежде чем снижение антропогенного прессинга станет заметным по лишайникам.

Список литературы

1.        Водоросли,лишайники и мохообразные СССР. Гарибова Л.В., Дундин Ю.К., Коптяева Т.Ф., Филин В.Р.- М., 1978.

2.        Летняя полевая практика по ботанике. Гордеева Т.Н., Завалишина С.Ф., Круберг Ю.К.,и др.- Л.,1954.

3.        Жизнь растений / Под ред. А.А. Федорова. М.,1977.Т3.

4.        Загрязнение воздуха и жизнь растений./ (под ред.)Майкла Трешоу, Л. “Гидрометеоиздат”, 1988.

5.        Методы лихеноиндикации загрязнения окружающей среды: Методическое пособие. А.В. Пчелкин, А.С. Боголюбов. -  М.: Экосистема, 1997г.

6.        Попина Ю.Н., Юрова Э.А. Краткий определитель лишайников Новгородской области / Новгу имени Ярослава Мудрого. – Великий Новгород, 1999.

7.        Трасс Х.Х.  Лишайники // Природа, 1973, №3