Признаки изменения ассимиляционного аппарата под действием некоторых элементов
| Элемент, находящийся в избытке | Концентрация | Признаки отравления | Биоиндикаторы |
| Двуокись серы | Влияние длительного воздействия SO2 в концентрации менее 0,5 мг/м3 Длительное влияние слабых концентраций двуокиси серы (менее 0,1 мг/м3) | У растений появляются слабые повреждения, обнаруживающиеся по общему обесцвечиванию листа. Межжилкоые некрозы и хлорозы. Наблюдается деформация листовых пластинок в виде морщинистости, скручивания без заметного изменения их окраски. На листьях образуются наросты, края становятся коричневыми, а затем бледно-желтыми. | Люцерна, гречиха, подорожник большой, горох. |
| Хлор | Появление различного рода пятен и красноватого оттенка листьев. Побледнение листьев, деформации хлоропластов. | Шпинат, фасоль, кресс-салат. | |
| Озон | Появление на листьях темно-коричневых пятен и точечных некрозов на верхней стороне листьев. | Табак, шпинат, соя. | |
| Фтор, фторид-ионы, ионы металлов | Невысокие концентрации | На листьях появляются узкие некротические светло-желтые полосы, распространяющиеся по периферии листа от верхушки к его основанию. Ионы накапливаются в сухом веществе. | Райграс многоцветковый, полевица ползучая, полевица тонкая, горчица белая, листовая капуста, конский каштан, мхи. |
| Окислы азота, аэрозоли, азотистая кислота | Концентрация, превышающая 2 мг/м3 | Сильные повреждения ассимиляционных органов, которые схожи с повреждениями, вызванными SO2. Отличительной особенностью являются участки, чаще всего возникающие в верхней части, реже – в середине листовой пластинки. Межжилковые некрозы. | Шпинат, сельдерей. |
| Этилен | Слабая концентрация | Отмирание цветочных почек, мелкие размеры цветков, закручивание краев листьев, повышение пероксидазной активности. | Перуния, салат, томаты. |
| Пероксиацетилнитрат | Длительное влияние слабых концентраций (менее 0,1 мг/м3) | Полосчатые некрозы на нижней стороне листьев | Крапива жгучая, мятлик однолетний. |
| Радионуклиды | Невысокие концентрации | Накопление в сухом веществе | Олений мох, исландский мох |
| Сочетание вредных веществ в воздухе, смог | Высокие концентрации смога (основные компоненты: озон и пероксиацетилнитрат) | Поражаются субэпидермальные клетки нижней стороны листа. появляются вздутия и серебристый налет листьев, образуются некротические пятна, сосредоточенные посреди и по краям листа. Уменьшение прироста клеток. | Пихта, ель, сосна, выводковые почки |
С помощью методов биоиндикации, основанных на морфологии растений, создают картосхемы антропического влияния, а также используют их при селекции устойчивых линий растений.
Лихеноиндикация. Лихеноиндикация – направление лихенологии (II пол. XX в.), в задачи которого входит изучение влияния атмосферного загрязнения на лишайники в полевых условиях, нахождение зависимости между характеристиками лишайникового покрова (число видов, присутствие, степень покрытия, синтетический индекс лишайникового покрытия) и параметрами, характеризующими уровни локального и регионального загрязнения.
Можно выделить два главных направления использования лишайников в биоиндикации и биомониторинге антропического загрязнения:
-индикация изменений загрязнения среды в пространстве;
-мониторинг изменений загрязнения среды во времени.
Для решения названных проблем изучаются разные признаки лишайникового покрова, и выводы делаются на основе анализа, как всего комплекса учитываемых показателей, так и выявленных изменений только одного признака. Суждения базируются на сравнительном изучении видового состава лишайников, формируемых ими группировок, распространении отдельных видов, морфологических изменений слоевищ, физиологических показателей, прироста, концентрации загрязнителей в слоевищах и др. Для обоснования выводов, получения более интегрированных оценок используются также различные индексы, производится математическое моделирование процессов. Индикация изменений качества воздуха осуществляется на разных уровнях: это большие и малые города, территории вокруг промышленных предприятий, рекреационные зоны, а также крупные административно-территориальные образования.
Программа периодических исследований включает:
1. инвентаризацию флоры лишайников;
2. выявление и характеристику лишайниковых синузий в основных типах сообществ, на всех главных субстратах, определение числа видов лишайников в сообществе, величины покрытия слоевищами лишайников субстрата;
3. картирование компонентов точно фиксированных фрагментов наиболее распространенных лихеносинузий;
4. детальное картирование распространения на исследуемой территории отдельных видов лишайников, признанных чувствительными и очень чувствительными к загрязнению, отмечаются состояние растения: плодоношение, наличие повреждений и прочее;
5. определение скорости роста представителей отдельных видов лишайников;
6. определение содержания ряда элементов в слоевищах лишайников.
В основе изменения видового состава лишайниковых сообществ под влиянием загрязнения лежит дифференциальная чувствительность различных видов к воздействию поллютантов. Большое количество данных, касающихся распространения видов, и длительный мониторинг по определению концентраций поллютантов в местах их произрастания позволяют составить точные количественные шкалы чувствительности видов к различным загрязнителям. Выделяют несколько групп лишайников по их чувствительности к газообразным загрязнителям:
1. Устойчивые к загрязнению – виды, покрытие которых под действием загрязнения (на расстоянии от 30 км от источника) уменьшается в 10 раз (преимущественно в 3-5 раз). А также виды, встречающиеся на других субстратах на расстоянии 8-15 км от источника загрязнения и демонстрирующие свою биологическую устойчивость. Lecidea flexuosa, Lecanora fuscescens, Parmeliopsis ambigua, Parmeliopsis hyperapta. В незагрязненных условиях это обильные виды. К этой группе относят ряд эпигейных представителей родов Cladonia и Cetraria. В незагрязненных условиях это довольно редкие виды, встречающиеся у основания деревьев. На загрязненных территориях процветают: Scoliciosporum chlorococcum, Lecanora conizaeoides.
2. Чувствительные к действию атмосферного загрязнения – виды, покрытия которых под действием загрязнения (на расстоянии 30 км) уменьшается более чем в 10 раз. Parmeliopsis aleurites, Bryoria simplicor, Hypogymnia physodes, Ohrolichia anarogyna. В фоновых условиях эти виды являются доминантными, а Parmeliopsis aleurites – один из основных видов, формирующих лишайниковый покров на стволах сосен. Особое внимание исследователей привлек лишайник гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes), серые, узколопастные слоевища которой часто встречаются на стволах хвойных. Он широко распространен на территории Европы и при концентрации сернистого газа 0,23 мг/м3 воздуха этот лишайник полностью отмирает за 29 суток. При меньшей концентрации сернистого газа (0,08 мг/м3) после 8 – суточного воздействия некроз занимал 60% площади слоевища.
3. Очень чувствительные – не присутствуют на стволах на расстоянии 30 км от источника, но не сразу выпадают, а встречаются на других субстратах. Cetraria chlorophylla, Cetraria sepincola, Bryoria fremontii, Mycoblastus sanguinarius. В незагрязненных районах они встречаются менее чем в 5 % описаний.
4. Не переносящие загрязнений – виды, на расстоянии 30 км от источника, под действием загрязнений исчезают отовсюду, полностью выпадают из лишайниковой растительности. В незагрязненных районах они встречаются менее чем в 1 % описаний. Usnea hitra, Bryoria furcellata, Evernia mesomorpha, Platismatiaglauca.
Для мониторинга используют виды первой – второй группы. Учет третьей и четвертой групп затруднителен из-за редкой встречаемости и незначительного покрытия.
Для оценки загрязнения атмосферы города, районного центра или другого объекта делят его на квадраты, в каждом из которых подсчитывается общее число исследуемых деревьев и деревьев, покрытых лишайниками. Пробная площадка ограничивается на стволе дерева деревянной рамкой (10 ´ 10 см), которая разделена проволокой внутри на квадраты 1см2. Отмечают количество видов на пробной площадке и площадь их покрытия. Кроме того, указывают жизненность каждого образца. Для оценки степени покрытия должны выбираться только отдельно стоящие, растущие вертикально, взрослые деревья, у которых на стволе, на высоте 30-150 м описывают минимум 4 пробных площадки в наиболее заросшей лишайниками части коры. Для каждого вида или типа роста (накипные – Н, листоватые – Л, и кустистые – К) производят расчет средних баллов встречаемости и покрытия. Зная эти показатели, можно рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) местообитания:
Чем выше ОЧА (ближе к единице), тем меньше загрязнений в атмосфере. Имеется прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в воздухе.
Можно провести оценку индекса чистоты атмосферы (ИЧА) в пределах всей анализируемой территории:
n
ИЧА = å Qi × fi ,
i= 1
где Qi - коэффициент токситолерантности вида i (среднее число видов, сопровождающих вид i по всем пунктам); fi – степень покрытия / частота вида i в каждом пункте.
Следует иметь в виду, что коэффициент токситолерантности видов лишайников может отличаться в разных ландшафтах и при его расчете должны учитываться и накипные лишайники. Хорошие результаты дает изучение всего сообщества лишайников: по его изменениям судят о влиянии промышленных выбросов. Подобные исследования можно проводить и со мхами, которые часто реагируют с еще большей чувствительностью, чем лишайники.
Часто используется метод трансплантации лишайников в исследуемый район. Существует несколько способов трансплантации. Напочвенные лишайники переносят вместе с почвой, вырезая участки размером 20´20 или 50´50 см. Кустистые виды можно переносить в специальной посуде ил подвешивать в сетках. Эпифитные виды переносят вместе с ветками или частями коры, на которых они росли. В исследуемом районе их располагают на тех же видах деревьев, с которых они были сняты, или к специальным доскам и столбам на одинаковой высоте. Через определенные промежутки времени (4, 8, 12 месяцев) оцениваются изменения пересаженных лишайников по 4-балльной шкале:
1- повреждений нет,
2- некоторые незначительные повреждения,
3- сильное повреждение,
4- слоевище полностью повреждено.
Кроме того, анализируются следующие признаки повреждений:
· изменение окраски слоевища;
· появление на слоевище пятен различной окраски;
· уменьшение степени прикрепления лишайников к субстрату;
· появление трещин на слоевищах;
· уменьшение числа плодовых тел (апотециев) или особых вегетативных образований (изидий).
Пересадка дает сведения об индивидуальной устойчивости видов. Она удобна еще и тем, что до некоторой степени позволяет изучать воздействие каждого загрязняющего вещества по отдельности.
На основании полученных результатов исследования территорию исследуемых районов картируют на зоны с разным уровнем загрязнения.