Лишайники - индикаторы чистоты

Содержание:

Цель работы:

Изучить состояния атмосферы методом лихеноиндикации.

Задачи:

1. Выявить видовой состав лишайников, встречающихся на исследуемой территории.
2. Сделать вывод о степени загрязнённости воздуха на исследуемой территории.

Методика. Для измерения собственно численности лишайников на деревьях мы использовали методику оценки проективного покрытия.

Гипотеза: распространение лишайников, их обилие будет неоднородным в разных

местах.

Объект исследования: чистоты воздуха.

Предмет исследования: лишайники.

Актуальность. Лишайники неприхотливы и заселяют почти все экологические области на земном шаре. Вместе с тем подавляющее большинство видов этих организмов не выдерживает натиска людей на окружающую среду. Непосредственное влияние на лишайники оказывают освещенность, температура, физические и химические свойства субстрата и особенно состав воздуха. Поэтому лишайники относятся к числу наиболее ценных биоиндикаторов атмосферного загрязнения и всё чаще привлекаются к получению информации, характеризующей степень загрязнения воздуха в городах и промышленных районах, где сосредоточены предприятия, загрязняющие своими выбросами атмосферу.

Исследовательская работа проводилась на территории г. Великие Луки и д. Аничково Великолукского района в марте-апреле 2023г.

Введение.

 Проблема загрязнения природной среды – одна из глобальных проблем современного мира. В связи с интенсивным развитием промышленности и транспорта, в атмосферу, гидросферу, литосферу поступает все большее количество вредных выбросов. На земном шаре практически невозможно найти место, где бы не присутствовали в той или иной концентрации загрязняющие вещества. Наиболее острую экологическую проблему в крупных городах представляет загрязнение воздуха, поскольку регулярно происходит выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Одним из наиболее вредных выбросов является сернистый газ. Он особенно токсичен для растений. Выбросы промышленных предприятий, продукты сжигания топлива автомобилей, продукты горения при пожарах и т.д. поступают в приземный слой атмосферы. Загрязнение воздуха приводит к уменьшению толщины озонового слоя и образованию озоновых дыр, к повышению влажности воздуха, к увеличению количества туманов и помутнению атмосферы – образуется парниковый эффект. Атмосферные загрязнения влияют на состояние питьевых источников и состояние растительного и животного мира, на здоровье и самочувствие человека. Таким образом, проблема загрязнения воздуха является актуальной.

Существуют различные методики исследования уровня загрязнения воздуха. Есть инструментальные методы определения содержания в воздухе вредных примесей, которые используются государственными природоохранными организациями в целях мониторинга воздушной среды, особенно вдоль оживленных автомагистралей. Однако такие методы не всем доступны. Наиболее доступная и недорогая методика оценки степени загрязнения воздуха – лихеноиндикация. То есть использование лишайников в качестве индикаторов состояния воздуха. Лишайники являются наилучшими индикаторами состояния окружающей среды, так как они распространены по всему земному шару и их реакция на внешние воздействия очень сильна.

Лишайники Псковской области

В Псковской области к настоящему времени зарегистрировано 183 вида лишайников.

Известно, что лишайники представляют собой симбиотические организмы – сожительство грибов и водорослей (зе­леных и сине-зеленых), причем взаимоотношения этих двух компонентов до конца не выяснены. Однако такое сожитель­ство позволяет лишайникам выжить там, где не могут посе­литься другие растения – на голой почве, камнях, скалах, стенах, даже на стекле. Поэтому их называют «пионерами растительности». Они первично разрушают субстрат, отчасти обогащают его гумусом и подготавливают почву для поселе­ния других организмов – мхов и других высших растений. Это возможно потому, что автотрофная часть лишайника – водо­росли – поставляет ему органические вещества, а гетеротроф­ная – грибы – защищает водоросли от инсоляции, поставляет минеральные вещества и воду, причем может впитывать ее всей поверхностью, в том числе из атмосферных осадков (ту­ман, дождь и т.д.), а минеральные вещества – из пылевых частиц. Процессам питания способствуют имеющиеся в теле лишайника особые органические кислоты, которые так и на­зываются «лишайниковыми». Кроме того, они защищают ли­шайники от вредителей, окрашивают слоевище, воздействуют на субстрат и так далее. Однако образование и накопление органического вещества идет очень медленно (в основном из-за нехватки воды для фотосинтеза), и поэтому лишайники ра­стут очень медленно – до 1-3 мм в год.

По строению слоевища все лишайники разделяются на три группы: накипные (или корковые), листоватые и кустистые. Накипные имеют вид корочки и срастаются с субстра­том всей поверхностью так плотно, что их нельзя отделить, не  повредив.  Часто  они выглядят  просто  как пятна на субстрате, отличающиеся от него по цвету. У нас чаще всего встре­чаются виды рода Леканора, которые можно отличить по плодовым телам входящих в их состав грибов, кото­рые имеют вид очень мелких блюде­чек с диском, часто отличающимся по цвету от слоевища.

Обычными, особенно на древесном субстрате, являются так­же виды рода Пертузария (Pertusaria). У них плодовые тела образуются редко, а слоевище покрыто мучнистым налетом белого, серо­го или желтоватого цвета.

Листоватые лишайники имеют вид чешуек или более-менее изрезан­ных пластинок со свободными, часто приподнимающимися краями. На по­чве чаще всего встречаются виды рода Пельтигера (Peltigera), имеющие грубое, круп­ное слоевище, внизу белое или розо­ватое, сверху серое, коричневое или зеленоватое. На камнях и деревьях часто можно встретить Ксанторию постенную, или Стенную золотянку (Xanthoria parietina), с желтым или оранжевым слоевищем и такими же плодовыми телами. На деревьях также обычным видом является Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes), имеющая серое слоевище и вздутые, по­лые на концах лопасти с мучнистым налетом снизу; а также часто встречаются виды из родов Фисция (Physcia), Цетрария (Cetraria ) и Пармелия (Parmelia).

Кустистые лишайники прикрепляются к субстрату толь­ко основанием слоевища и имеют вид кустиков, палочек, бо­кальчиков и т.д. Наиболее известны кустистые лишайники из рода Кладина, называемые в народе «оленьим мхом», или ягелем. Обычна у нас Цетрария исландская (Cetraria islandica), или «исландский мох». На деревьях часто встречаются виды родов Уснея (Usnea) и Алектория (Alectoria), известные под названием «бородачей». У них лопасти слоеви­ща узкие, цилиндрические. А у видов из родов Эверния (Evernia) и Рамалина (Ramalina) слоеви­ще в виде кустиков с уплощенными лопастями. [1]

Лихеноиндикация качества воздуха.

Сильнейшее антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе, такие,  как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них наиболее типичным является диоксид серы, образующийся при сгорании серосодержащего топлива (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а также транспорта, особенно дизельного).

Устойчивость растений к диоксиду серы различна. Даже незначительное наличие диоксида серы в воздухе хорошо диагностируется лишайниками – сначала исчезают кустистые, потом листоватые и, наконец, накипные формы [4] .

Влияние загрязнения воздуха на состояние лишайников.

Лишайники – широко распространенные организмы с достаточно высокой выносливостью к климатическим факторам и чувствительностью к загрязнителям окружающей среды.

Лишайники способны долгое время пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а лишь приостанавливают все жизненные процессы до первого увлажнения. Погрузившись в такой «анабиоз», лишайники могут выдерживать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение.

Лишайники – это симбиотические организмы, состоящие из гриба и водоросли. Они очень чутко реагируют на нарушения тонкого баланса между обеими сторонами организма. Лишайники не имеют сосудистых тканей и корней, а все питательные вещества получают из водных растворов. Эти вещества поступают непосредственно в слоевище (таллом) лишайника. Таким же образом эти организмы могут усваивать вещества из воздуха, а значит, накапливать и загрязнения. Газообмен у лишайников проходит свободно через всю поверхность. Большинство токсичных веществ концентрируется из атмосферного воздуха в дождевой воде, которую впитывают лишайники. Этим они отличаются от цветковых растений, поглощающих воду в основном из почвы. Важен и тот факт, что лишайники, в отличие от высших растений, не способны избавляться от пораженных загрязнениями частей слоевища и обладают способностью расти не только летом, но и в другие периоды при отрицательных температурах воздуха. Поэтому лишайники реагируют на загрязнения атмосферы раньше и сильнее, чем высшие растения [2].

Многочисленные исследования в районах промышленных объектов, на заводских и прилегающих к ним территориям показывают прямую зависимость между загрязнением атмосферы и сокращением численности определенных видов лишайников. Особая чувствительность лишайников объясняется тем, что они не могут выделять в среду поглощенные токсические вещества, которые вызывают физиологические нарушения и морфологические изменения.

По мере приближения к источнику загрязнения слоевища лишайников становятся толстыми, компактными и почти совсем утрачивают плодовые тела, обильно покрываются соредиями. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что лопасти лишайников окрашиваются в беловатый, коричневый или фиолетовый цвет, их талломы сморщиваются и лишайники погибают. Изучение лишайниковой флоры в населенных пунктах и вблизи крупных промышленных объектов показывает, что состояние окружающей среды оказывает существенное влияние на развитие лишайников. По их видовому составу и встречаемости можно судить о степени загрязнения воздуха.

Наиболее резко лишайники реагируют на диоксид серы. Концентрация диоксида серы 0,5 мг/м³ губительна для всех видов лишайников. На территориях, где средняя концентрация диоксида серы превышает 0,3 мг/м³, лишайники практически отсутствуют. В районах со средними концентрациями диоксида серы от 0,3 до 0,05 мг/м³ по мере удаления от источника загрязнения сначала появляются накипные лишайники, затем листоватые. При концентрации 0,05 мг/м³ появляются кустистые лишайники и некоторые листоватые.

Методы лихеноиндикации

1.    Описание видов лишайников, обитающих в районах с разной степенью загрязнения воздуха. Все лишайники услов­но можно разделить на три группы: а) самые чувствительные, которые исчезают при минимальных примесях загрязните­лей. Из них можно назвать следующие виды: Уснея хохлатая, Цетрария сизая, виды родов Пармелия и Алектория; б) среднечувствительные, более выносливые к загрязнению: Пармелия бороздчатая, Кладония бахромчатая, Кладония порошистая и др., и, наконец, в) выносливые, толерантные к загрязне­нию: Ксантория постенная, Анаптихия реснитчатая, виды родов Фисция, Леканора.

Если в данном районе встреча­ются виды из первой группы, то со­держание SO₂ менее 0,05 мг/м³; если преобладают виды третьей группы, то количество SO₂ колеблется в пределах 0,1-0,2 мг/м³; в зоне же, где лишай­ники почти или совсем отсутствуют (так называемая «лишайниковая пус­тыня»), концентрация SO₂ превыша­ет 0,3 мг/м³.

2.    Составление специальных лихенологических карт в загрязненных районах. Этот метод достаточно то­чен и позволяет наблюдать за изме­нениями состава воздуха в течение ряда лет. Для этого нужно достаточ­но подробно изучить видовой состав лишайников в данном районе. Прежде всего, составляется кар­та изучаемой местности. На нее наносятся наиболее крупные географические объекты (река, озеро, дорога и т.д.). Обычно для лихеноиндикации используются эпифитные, т.е. расту­щие на деревьях лишайники. В пределах исследуемого района определяется маршрут, наиболее полно охватывающий дан­ную территорию. На этом маршруте собираются пробы с каж­дого третьего, пятого или десятого дерева (в зависимости от их количества). Пробы берутся у основания ствола дерева и на высоте 1-1,5 м, с северной и южной сторон, то есть по 4 пробы с каждого дерева. При этом используются рамочки из проволоки или дерева, размером 10x10 см, разделенные тон­кой проволокой на квадратики по 1 см². В пределах каждой такой площадки отмечают все встреченные виды лишайни­ков, определяют, какой % общей площади занимает каждый вид, какова жизнеспособность видов (т.е. наличие плодовых тел, окраска слоевища, его внешний вид – здоровый или чах­лый).

В итоге можно получить лихенологические карты трех типов. На первых обозначается количество видов, произрас­тающих на исследуемой территории с выделением из их чис­ла видов-индикаторов загрязненности. На вторых отмечается присутствие в районе исследования какого-то одного или не­скольких видов-индикаторов (например, Пармелия бороздча­тая, род Уснея и т.д.). При этом на карту наносятся все изу­ченные деревья, на которых был встречен этот вид (деревья обозначаются условными значками, например: тополь – кру­жочком, ива – треугольником, клен – крестиком и т.п.). На третьих картах приводится не только встречаемость вида-индикатора, но и его обилие в разных точках (часто, редко, не встречен). Во всех случаях на карте наносятся границы «ли­шайниковой пустыни», если таковая обнаружена. При много­летних наблюдениях лихенологические карты позволяют де­лать выводы о состоянии воздуха и имеющих место тенденци­ях (т.е. об увеличении или, наоборот, уменьшении загрязне­ния).

3.       В лихеноиндикационных исследованиях в качестве субстрата используются различные деревья. Для оценки загрязнения атмосферы города, районного центра, поселка выбирается вид дерева, который наиболее распространен на исследуемой территории. Например, в качестве субстрата может быть использована липа мелколистная. Город или поселок делят на квадраты, в каждом из которых подчитывается общее число исследуемых деревьев и деревьев, покрытых лишайником. Для оценки загрязнения атмосферы конкретной магистрали, улицы или парка описывают лишайники, которые растут на деревьях по обеим сторонам улицы или аллеи парка на каждом третьем, пятом или десятом дереве. Пробная площадка ограничивается на стволе деревянной рамкой, например, размером 10х10 см, которая разделена внутри тонкими проволочками на квадратики по 1 см². Для этой же цели можно использовать кусок прозрачного полиэтилена, на котором ручкой начерчены те же квадратики со сторонами 1х1 см. Отмечают, какие виды лишайников встретились на площадке, какой процент общей площади рамки занимает каждый растущий там вид. Кроме того, указывают жизнеспособность каждого образца: есть ли у него плодовые тела, здоровое или чахлое слоевище. На каждом дереве описывают минимум четыре пробные площадки: две у основания ствола (с разных его сторон) и две на высоте 1,4-1,6 м. Обследование можно провести по наличию какого-то одного вида лишайников на данной территории, или собрать информацию о его обилие в разных точках, или подчитать количество всех видов лишайников, произрастающих в районе исследования. Кроме выявления видового состава, определяют размеры розеток лишайников и степень покрытия в процентах. Оценка встречаемости и покрытия дается по 5-балльной шкале. Оценки частоты встречаемости и степени покрытия по пятибалльной шкале.

Оценка чистоты воздуха при помощи лишайников.

1. Выберите район, в котором будут проводиться наблюдения.

2. Составьте карту района.

3. Отметьте на карте близлежащие ТЭЦ, заводы, другие предприятия, дороги с интенсивным движением автотранспорта.

4. Разбейте выбранную территорию на равные квадраты, размер которых зависит от площади изучаемой территории (например, 10х10 м или 20х20 м, и т.д.).

5. В каждом квадрате выберите 10 отдельно стоящих старых, но здоровых деревьев.

6. На каждом дереве подсчитайте количество видов лишайников. Не обязательно знать, как точно называются виды, надо лишь различать их по цвету и форме слоевища. Можно использовать лупу. Желательно сбор коллекции.

7. Все обнаруженные виды разделите на 3 группы: накипные, листоватые, кустистые.

8. Проведите оценку степени покрытия древесного ствола. Для этого на высоте 30-150 см на наиболее заросшую лишайниками часть коры наложите рамку. Подсчитайте, какой процент общей площади рамки занимают лишайники.

Кроме деревьев можно исследовать обрастание лишайниками камней, стен домов и т.п.

9. Полученные результаты занесите в таблицу:

10. Сделайте вывод о степени загрязнения воздуха на изучаемой территории.

Практическая часть, результаты исследований.

Для проведения исследований нами было выбрано два участка. Первый участок – на территории школы, второй –неподалеку от деревни Аничково. Первый участок характеризуется наличием следующих источников загрязнения воздушной среды: котельная , завод ЭТО, автодорога и железная дорога. Второй участок находится в пятистах метрах от автодороги. На каждом участке было выбрано по 10 деревьев для исследования, на которых была определена степень покрытия древесного ствола лишайниками. Полученные результаты занесены в таблицу.

Таблица 1 (1-й участок).

Таблица 2 (2-й участок).

Вывод: На втором исследуемом участке воздух чище, т.к. степень покрытия лишайниками стволов деревьев выше, чем на первом участке.

На первом участке преобладающими видами лишайников являются Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes) и Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata), на втором – Ксантория постенная (Xanthoria parietina) ) и Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata). Кроме этих двух видов лишайников на исследуемых участках были обнаружены следующие виды: Фисция звездчатая (Physcia stellaris) Леканора разнообразная (Lecanora allophana).

Общий вывод: Исследуемые территории можно охарактеризовать как зоны среднего загрязнения.  На 2 участке воздух чище, т.к меньше источников загрязнения.

 Материалы данной работы можно использовать как дополнительный материал на уроках биологии, как экологический и краеведческий материал во внеурочной работе.

1. Список использованных источников и литературы
2. Д.Н. Судницына, Н.В. Недоспасова и др. Растения, грибы, лишайники Псковской области. Учебное пособие. – Псков, 1998.
3. А.С. Боголюбов, А.В. Пчелкин. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды: Методическое пособие. – М.: Экосистема,1997.
4. А.Н. Жидков, А.А. Мартынюк. Использование эпифитных лишайников для оценки воздушной среды и состояния лесных насаждений. Лесхоз. инф. 1995, №11
5. Т.Я. Ашихмина. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие. М.: АГАР. 2000.
6. http://www.ecosystema.ru/08nature/lich/index.htm     (дата обращения: 03.03.2023)