БИОИНДИКАЦИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ТЕРРИТОРИИ ЮЖНОГО ЛЕСНИЧЕСТВА ИЛЬМЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЗАПОВЕДНИКА

*Машкова Ирина Вячеславовна, **Попкова Марина Аркадьевна

Введение. Один из специфических методов мониторинга загрязнения окружающей среды - биоиндикация, определение степени загрязнения геофизических сред с помощью живых организмов, биоиндикаторов [1]. Лишайники реагируют на загрязнение иначе, чем высшие растения. Долговременное воздействие низких концентраций загрязняющих веществ вызывает у лишайников такие повреждения, которые не исчезают вплоть до гибели их слоевищ. Кроме того, лишайники поглощают аэрозоли и газы всей поверхностью талломов, что также повышает их чувствительность к загрязнению, а периодически происходящая дегидратация талломов, позволяющая переживать лишайникам периоды засухи, приводит к росту концентрации загрязняющих веществ в талломах до высоких уровней [2]. Это, видимо, связано с тем, что лишайники возобновляют свои клетки очень медленно, в то время как у высших растений поврежденные ткани заменяются новыми достаточно быстро.

Цель нашей работы - определение качества атмосферного воздуха на территории Южного лесничества Ильменского заповедника.

Сейчас известно около 20 000 видов лишайников. Метаболизм лишайников имеет специфический характер: только в них образуются лишайниковые кислоты, не встречающиеся у других организмов. Специфичны также и способы размножения лишайников как целостных организмов. Пигментация способствует защите водорослевого компонента от чрезмерного освещения [3].

Лишайники чувствительны к наличию в воздухе вредных примесей, особенно содержащих тяжелые металлы. Наиболее устойчивыми к загрязнителям являются накипные лишайники, среднеустойчивы листоватые, а слабоустойчивы кустистые лишайники [4].

Под воздействием токсичных веществ (диоксид серы, оксиды азота, тяжелые металлы, озон, органические оксиданты и др.) происходят изменения биохимического состава, физиологических процессов, анатомических и морфологических признаков, структуры популяций, видового состава и структуры лишайниковых сообществ. Наиболее изученными являются биохимические реакции лишайников и изменения видового состава эпифитных лихеносинузий в условиях атмосферного загрязнения. Последний подход, ввиду его простоты и быстроты, получил наибольшую популярность среди методов лихеноиндикации.

Изменения популяционной структуры лишайников в условиях загрязнения изучены слабо. На процент проективного покрытия ствола дерева лишайником оказывают влияние следующие факторы: влажность, освещенность, рельеф местности и подверженность действию химических загрязнителей.

Наши исследования проводились в летний период 2021 - 2013 гг. Для работы была выбрана территория береговой линии двух озер: Ильменское и Аргаяш, научно-производственная база ИГЗ, территория отчуждения железнодорожного пути.

В связи с тем, что исследуемая территория Ильменского заповедника (Южное лесничество) расположена в непосредственной близости к г. Миасс, то на качество воздуха оказывает существенное антропогенное воздействие. В городе насчитывается более 50 предприятий выбрасывающих загрязняющие вещества в атмосферу. Основными внешними загрязнителями атмосферного воздуха являются ОАО «УралАЗ», Миасский машиностроительный завод, тургоякское рудоуправление, ОАО «Миасстальк» и транспорт, которые выбрасывают до 20 тыс. тонн загрязняющих веществ ежегодно. В виду особенностей локализации источников загрязнения была выбрана методика определения качества воздуха по проективному покрытию эпифитными лишайниками. В ходе выявления вида индикатора, было отмечено, что с этой целью удобно использовать Parmelia sulcata. Этот выбор обусловлен тем, что семейство Parmeliaceae ( 4 рода 9 видов, 29,0%) самое разнообразное в видовом отношении, менее разнообразно семейство Usneaceae ( 3 рода, 4 вида, 12,9%) [5].

Метод исследования основывался на использовании соотношении проективного покрытия ствола дерева лишайниками, суммарного количества видов лишайников, лишайников доминантного вида и рабочей шкалы, в которой приведена наиболее часто встречаемая последовательность исчезновения индикаторных лишайников по мере увеличения загрязнения.

Согласно методике [6] для Parmelia sulcata был определен класс палеотолерантности VII (умеренно (часто) и сильно (редко) антропогенно измененные местообитания). В целом, согласно расчетам концентрация SO₂ в атмосфере лесничества 0,08 – 0,10 мг/м³ (зона с умеренным загрязнением).

Изменение процента проективного покрытия ствола дерева в пределах одного объекта исследования связано с рельефом - в низменностях происходит увеличение концентрации химических веществ и, как следствие, оседая на стенках живых клеток лишайников, катионы металлов изменяют их проницаемость (аналогичный процесс происходит при проникновении в клетку сернистого газа), и из протоплазмы начинает выводиться калий.

Влажность является вторым очень важным фактором распределения лишайников по местообитаниям. На объектах исследования вблизи оз. Аргаяш и Ильменское процент покрытия ствола дерева был выше, чем на объектах удаленных от озер. Это объясняется тем, влажность лишайникового таллома сильнее зависит от влажности среды, что обуславливает скорость процессов фотосинтеза и дыхания. Однако способность лишайников быстро поглощать и испарять влагу, помогавшая им тысячи лет и позволившая занять самые трудные для жизни места на планете, в наши дни обернулась против них. Ведь вместе с водой слоевище лишайника всей своей поверхностью впитывает растворенные в воде соединения, в том числе и загрязняющие вещества.

Итак, в стрессовых обстоятельствах лишайники быстро теряют влагу и прекращают главные процессы жизнедеятельности, а при наступлении благоприятных условий вновь накапливают влагу и начинают функционировать. Лишайники с готовностью используют самые разнообразные питательные вещества: как добытые фотобионтом в процессах фотосинтеза и азотфиксации, так и растворенные в окружающей почвенной и дождевой влаге. Однако расходуются эти ресурсы очень экономно. Синтез белков и их распад протекает в слоевище крайне медленно, а неизбежные потери энергии компенсируются запасами растворимых углеводов. Вместе с тем способность лишайников практически неограниченно поглощать и накапливать загрязняющие вещества, приводит к накоплению в их тканях высоких концентраций загрязняющих веществ.

Заключение. На основании метода лихеноиндикационного картирования на обследованной территории Ильменского заповедника был определен вид – индикатор – Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata) и выделены 3 зоны, отличающиеся по степени загрязненности атмосферного воздуха: относительно чистая, умеренное загрязнение и критическая. Зоны с крайними характеристиками («нормальная» и «катастрофическая») на территории пунктов лихеноиндикационных исследований не выявлены. Наименьшая степень загрязненности атмосферного воздуха по результатам лихеноиндикационных исследований отмечена для территории вблизи озера Аргаяш, которая характеризуется слабой степенью антропогенной нагрузки. Уровень умеренного загрязнения атмосферного воздуха отмечен для ряда пробных площадок на территории Научно-производственной базы. Кроме того, к «критической» зоне относится территория окрестностей железнодорожной станции 2008-й км.

Таким образом, лишайники, как и любые живые организмы, откликаются на всякое изменение окружающей среды. Но в природе часто нельзя установить конкретную причину тех или иных повреждений лишайников. Простое воздействие температуры либо влажности может перекрывать влияние загрязнения, особенно если концентрация загрязняющих веществ невелика.

Список литературы:

1.        Кострюкова А.М., Крупнова Т.Г., Машкова И.В. Биомониторинг озер Ильменского государственного заповедника // Молодой ученый. – М.: Издательство «Молодой ученый», 2013. – № 4 (51). – Т. 1. – С. 156–158.

2.        Бязров Л. Г. Лишайники в экологическом мониторинге: Монография — М.: Научный мир, 2002. — 336 с.

3.        Малышева Н.В. Лишайники окрестностей Ленинграда. I. Изменение видового состава лишайников в окрестностях станции Ольгино (Ленинградская область) за 72 года // Новости систематики низших растений. - С.-Пб. : "Наука", 1993. - Т. 29. - C. 119-124.

4.        Мелехова О. П., Сарапульцева Е. И., Евсеева Т. И. и др. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 288 с.

5.        Машкова И.В., Попкова М.А., Щербина А.Г. Биоразнообразие эпифитных лишайников южного лесничества Ильменского заповедника (Челябинская область) // "Красная книга Челябинской области: состояние, сохранение, перспективы": материалы научно-практической конференции. – Челябинск: Типография "Полет", 2013. – 82 с.

6.        Трасс Х.Х. Лихеноиндикационные индексы и SO₂ // Биогеохимический круговорот веществ в биосфере. – М.: Наука, 1987. – С. 111-115.