CC BY
146
УДК 589.29 (470.341)
ЛИХЕНОИНДИКАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ КАЧЕСТВА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2002 Е.Ю. Кулябина1, М.В. Сидоренко2
1 Нижегородский государственный университет 2 Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти
На территории Нижегородской области за период с 1998 по 2001 гг. был проведен лихеноиндикаци-онный мониторинг на основе методики Х.Х. Трасса [9]. Представлен видовой состав эпифитной лихенофлоры крупных промышленных центров Нижегородской области, а также наиболее распространенных типов леса условно фоновых районов, в том числе государственного природного заповедника (ГПЗ) "Керженский". Дана оценка антропогенного воздействия на количественные и качественные характеристики эпифитной лихенофлоры; проведен кластерный анализ на основе сходства видового состава. Рассчитаны индексы полеотолерантности (ИП), на основании значений которых дана характеристика экологической ситуации по степени загрязненности воздушного бассейна районов исследования, показана необходимость внесения поправок при расчете ИП на региональные условия.
Введение
Методы лихеноиндикации основаны на индивидуальной реакции видов лишайников к действию поллютантов атмосферы. Растянутая во времени ответная реакция данных организмов-биоиндикаторов даже на микродозы поллютантов, проявляющаяся в морфологических изменениях, смене видового состава, увеличении или уменьшении проективного покрытия, невысокая собственная изменчивость и распространенность обуславливают широкое использование их в качестве индикаторов состояния атмосферного воздуха. Результаты лихеноиндикационных исследований предоставляют интегральную оценку степени загрязненности воздушного бассейна за длительный промежуток времени и, таким образом, являются хорошим дополнением к санитарно-гигиенической оценке условий среды обитания.
Характеристика районов исследования
Нижегородская область расположена в восточной части центральной нечерноземной полосы России, вмещает в себя общие природные рубежи Русской равнины: геоморфологические, климатические, почвенно-растительные [1]. Река Волга делит Нижегородскую область на две части Левобережье и Правобережье, которые отличаются друг от
друга по природным и климатическим условиям. Климат Нижегородской области - умеренно континентальный, в Левобережье создаются условия избыточного увлажнения. Согласно современному ботанико-географическому районированию, Нижегородская область относится к подзонам южной тайги, хвойно-широколиственных (подтаежных) лесов, широколиственных лесов и лесостепи. Подзоны южной тайги и подтаежных лесов находятся в Левобережье, а широколиственных лесов и лесостепная в Правобережье [8].
По данным Верхне-Волжского управления гидрометеослужбы (ВВГУМС) за 2000 г. уровень загрязнения атмосферы в г. Н. Новгороде (ИЗА5 = 5,97) является средним по России (5-8), приоритетными загрязнителями являются: бенз(а)пирен, взвешенные вещества, формальдегид, диоксид азота, бензол. В г. Дзержинске уровень загрязнения воздуха выше среднего по стране ИЗА5 = 8,29, приоритетными загрязнителями являются: бенз-(а)пирен, аммиак, формальдегид, взвешенные вещества, хлористый водород. В ГПЗ "Керженский" в 2000 г. показатель ИЗА4 составил 1,67, т.е. степень загрязнения воздуха невысока и значительно ниже среднего уровня по стране. В суммарный показатель загрязнения атмосферы внесены: формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота, диоксид серы. Концентрации всех контролируемых веществ
не превысили ПДК [2]. По остальным пунктам исследования данных по загрязнению атмосферного воздуха нет в связи с отсутствием стационарных постов наблюдения за состоянием окружающей среды.
Материалы и методы исследования
Полевые исследования проводились по методике Х. Х. Трасса, основанной на закладке пробных площадей, на которых изучается видовой состав, оценивается проективное покрытие и встречаемость эпифитных лишайников (с 4-х сторон света по двум высотам 1,3 и 0,3 м) [9]. Пробные площади были заложены в лесных экосистемах Нижегородской области, характеризующихся различным уровнем антропогенной нагрузки: на территории ГПЗ "Керженский", в Пустынском заказнике, в окрестностях железнодорожной станции (ж. ст.) Кеза, а также в парке районного центра г. Чкаловска, в рекреационных зонах (парках) крупных промышленных центров Нижегородской области - в г. Н. Новгороде и г. Дзержинске. Видовой состав эпи-фитной лихенофлоры зеленых насаждений улиц изучался в г. Чкаловске, в г. Н. Новгороде и г. Дзержинске вблизи стационарных постов наблюдения за состоянием окружающей среды (ВВГУМС). Для индентификации видовой принадлежности гербарных образцов использовали определители [11,12]. В ходе исследований была осуществлена трансплантация эпифитных лишайников из условно фоновых районов на антропогенно трансформированную территорию г. Н. Новгорода. Рассчитаны индексы видового сходства Съеренсена-Чекановского (ієб), на основании значений которых проведен кластерный анализ [6]. При расчете ИП использовали региональную шкалу классов полеотолерантно-сти лишайников. При расчете классового интервала с для значений ИП использовали формулу [3]:
с = [(х - х ) ^2] / lgN.
*- ' max min о -> о
На основании значений (ИП) давали характеристику экологической ситуации по степени загрязненности воздушного бассейна.
Результаты и обсуждения
В ходе проведенных исследований на 49 пробных площадях, заложенных на территории Нижегородской области, было выявлено 88 видов эпифитных лишайников, относящихся к 39 родам, 14 семействам и 5 порядкам. Объемы таксонов принимаются по сводкам [10]. Кроме того, учитывался вид Lepraria incana, относящийся к несовершенным лишайникам (Lichens imperfectí).
На территории ГПЗ "Керженский" заложено 8 пробных площадей, обследованы следующие растительные ассоциации: сосняк лишайниковый, сосняк зеленомошно-лишай-никовый, дубняк с березой и елью разнотравный, осинник разнотравный, березняк разнотравный. Выявлено 66 видов эпифитных лишайников (табл. 1), среди которых 38 видов произрастают на липе, 31 - на сосне, 29 - на осине, 22 - на дубе, 9 - на березе. Среди обнаруженных видов присутствуют как чувствительные, так и умеренно и высоко толерантные к атмосферному загрязнению. Однако встречаемость высоко толерантных видов невелика. Наиболее обильны умеренно и слабо толерантные виды (3-6 класс полеотоле-рантности). На сосне наибольшая частота встречаемости отмечена для Hypogymnia physodes, Evernia mesomorpha, Usnea hirta; на липе - для H. physodes, E. mesomorpha, на дубе - для H. physodes, E. mesomorpha, Lepraria incana, на осине - для Parmelia sulcata Physconia distorta, Lecanora allophana, на березе - для H. physodes. На одной из пробных площадей, заложенной в липняке разнотравном, была обнаружена Сetrelia olivetorum - вид, являющийся индикатором ненарушенных экосистем, однако встречаемость и проективное покрытие данного вида невелики.
На территории Пустынского заказника было заложено 3 пробных площади: в сосняке лишайниковом, в сосняке зеленомошно-лишайниковом и липняке снытевом. Выявлено 44 вида эпифитных лишайников (табл.1), из них: 27 - обнаружено на сосне, 20 - на липе, 14 - на березе. Преобладают умеренно толерантные и сензетивные виды. Наибольшая частота встречаемости на сосне отмечена для Pseudoevernia furfuracea,
Таблица 1. Видовой состав эпифитной лихенофлоры пунктов исследования
№ Вид Пункт исследования
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7 8
1 Anaptychia ciliaris (L.) Körb. + +
2 Arthonia cinereopruinosa Schaer. +
3 A. exilis (Flörke) Anzi +
4 A. pruinata (Pers.) A. L. Sm. +
5 Bacidia circumspecta (Nyl. ex. Vain.) Malme +
6 B. rubella (Hoffm.) A. Massal. +
7 Biatora cf. vernalis (L.) Fr. +
8 Bryoria capillaris (Ach.). Brodo & D. Hawksw. + +
9 B. implexa (Hoffm.) Brodo & D. Hawksw. + + +
10 B. fuscescens (Gyeln.) Brodo & D. Hawksw. + +
11 Buellia arborea Coppins & T0nsberg +
12 B. disciformis (Fr.) Mudd. +
13 B. punctata (Hoffm.) A. Massal. + + +
14 Caloplaca holocarpa (Hoffm. ex. Ach.) A. E. Wade + + + + +
15 Candellaria concolor (Dicks.) Stein + +
16 Candelariella vitellina (Hoffm.) Müll. Arg. + + +
17 Cetrelia olivetorum (Nyl.) W. L. Culb. & C. F. Culb. +
18 Cladonia bacilliformis (Nyl.) Glück +
19 C. cenotea (Ach.) Schaer. + +
20 C. coniocrea (Flörke) Spreng + + + +
21 C. cornuta (L.) Hoffm. + +
22 C. digitata (L.) Hoffm. + +
23 C. ochrochlora Flörke + +
24 C. pyxidata (L.) Hoffm. +
25 Cliostomum corrugatum (Ach. Fr.) Fr. +
26 C. griffithii (Sm.)Coppins in D. Hawksw. et. al. +
27 Evernia mesomorpha Nyl. + + + +
28 E. prunastri (L.) Ach. + + + +
29 Graphis scripta (L.) Ach. + +
30 Heterodermia speciosa (Wulfen in Jacq.) Trevis. +
31 Hypocenomyce scalaris (Ach.) M. Choisy + + + + +
32 Hypogymnia physodes (L.) Nyl. + + + + + +
33 Imshaugia aleurites (Ach.) S. L. F. Meyer + +
34 Lecanora allophana Nyl. + + +
35 L. argentata (Ach.) Malme +
36 L. chlarotera Nyl. + +
37 L. expallens Ach. +
38 L. intumescens (Rebent.) Rabenh. + + +
39 L. leptyrodes (Nyl.) Degel. +
40 L. persimilis (Th. Fr.) Nyl. +
41 Lecanora piniperda Körb. + + +
42 L. populicola (DC. in Lam. & DC.) Duby +
43 L. saligna (Schrad.) Zahlbr. +
П родолжени е табл .1
1 2 3 4 4 5 6 7
44 L. sambuci (Pers.) Nyl. + +
45 L. sarcopisodes (A. Massal.) A. L. Sm. +
46 L. cf. subintricata (Nyl.) Th. Fr. + +
47 L. symmicta (Ach.) Ach. + +
48 L. varia (Hoffm.) Ach. + +
49 Lecidella euphorea (Flörke) Hertel in Hawksw. +
50 Lepraria incana (L.) Ach. + +
51 Melanelia exasperata (De Not.) Essl. +
52 M. ^ fuliginosa (Fr. ex Duby) Essl. in Egan +
53 M. olivacea (L.) Essl. + + + +
54 Menegazzia terebrata (Hoffm.) A. Massal. + +
55 Mycobilimbia sp. Rehm. +
56 Parmelia sulcata Taylor + + + + + +
57 Parmeliopsis ambiqua (Wulfen) Nyl. + + +
58 P. esorediata (Degel.) Nordens +
59 P. hyperopta (Ach.) Arnold +
60 Pertusaria albescens (Huds.) M. Choisy & Werner + +
61 P. amara (Ach.) Nyl. + +
62 P. coccodes (Ach.) Nyl. + +
63 P. leioplaca DC. in Lam. D. C. +
64 Phaeophyscia ciliata (Hoffm.) Moberg +
65 P. nigricans (Flörke) Moberg + +
66 P. orbicularis (Neck.) Moberg + + + + +
67 Phlyctis argena (Spreng.) Flot. +
68 Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier + + + + +
69 P. aipolia (Ehrh ex. Humb.) Fürner + + + + + +
70 P. dubia (Hoffm.) Lettau + +
71 P. stellaris (L.) Nyl. + + + + + +
72 Physconia distorta (With.) J. R. Laundon + + + + +
73 P. enteroxanta (Nyl.) Poelt +
74 P. grisea (Lam.) Poelt + + +
75 Platismatia glauca (L.) W. L. Culb. & C. F. Culb. +
76 Pseudoevernia_ furfuracea (L.) Zopf. + + +
77 Ramalina_ farinacea (L.) Ach. +
78 R. pollinaria (Westr.) Ach. +
79 Rinodina exiqua (Ach.) Gray
80 R. pyrina (Ach.) Arnold + + +
81 Ropalospora viridis (T0nsberg in C. E. Culberson et al.) +
82 Scoliciosporum chloroccocum (Graewe ex Stenh.) Vezda + + + + +
83 Usnea barbata (L.) Weber. ex. F. H. Wigg. +
84 Usnea hirta (L.) Weber. ex. F. H. Wigg. + + +
85 U. subfloridana Stirt +
86 Vulpicidia pinastri (Scop.) J.E. Mattson MJ Lai. + + +
87 Xanthoria candelaria (L.) Th. Fr. +
88 X. parietina (L.) Th. Fr. + + + + + +
89 X. polycarpa (Hoffm.) Th. Fr. ex Rieter + + +
Примечания. 1). Пункты исследования: 1- ГПЗ "Керженский", 2 - Пустынский заказник, 3 -Окрестности ж. ст. "Кеза", 4 - г. Чкаловск, 5 - г. Н. Новгород, 6 - г. Дзержинск. 2). Знак "+" означает присутствие вида.
H. physodes (соответственно 4 и 6 класс по-леотолерантности), на липе для H. physodes и Parmelia sulcata (соответсвенно 6 и 7 класс полеотолерантности).
В окрестностях ж. ст. Кеза заложено 3 пробные площади: в сосняке вейниково-чер-ничном, сосняке разнотравном, осиннике разнотравном. Выявлено 29 видов эпифитных лишайников, из них: на осине - 22 , на сосне - 19. В данном пункте исследования произрастают лишайники различной степени толерантности, но доля сензетивных невысока. Наибольшие величины частоты встречаемости и проективного покрытия отмечены на сосне для H. physodes, Candellaria vitellina (7 класс полеотолерантности), на осине - для Lecanora symmicta и Scoliciosporum chlo-rococcum (6 и 9 класс полеотолерантности).
В г. Чкаловске было заложено 3 пробные площади: две - на улицах города (обследовались березы) и одна в парке (обследовались липы). Выявлено 22 вида эпифитных лишайников, из них: на липе - 8, на березе - 21. Обнаруженные виды являются умеренно и сильно толерантными. Наибольшая частота встречаемости на липе отмечена для Physcia adscendens (4 класс полеотолерантности) и H. physodes, на березе - для Parmelia sulcata, Xanthoriaparietina, Physcia stellaris (соответственно 7 и 9 класс полеотолерантности).
На территории г. Н. Новгорода было заложено 25 пробных площадей, в том числе 15 - на улицах города, 10 - в парках. Исследования проводились в насаждениях липы мелколистной, сосны обыкновенной, березы повислой, тополя бальзамического, дуба че-решчатого, клена ясенелистного, ясеня обыкновенного. На данный момент времени выявлено 17 видов эпифитных лишайников (табл.1), из них 12 произрастают на улицах города, 14 - в парках.
На территории г. Дзержинска было заложено 7 пробных площадей, в насаждениях тополя, липы, сосны. Выявлено 20 видов (табл.1), из них 6 произрастают на улицах города, 15 - на территории парков.
Виды, обнаруженные в г. Н. Новгороде и в г. Дзержинске (за редким исключением), являются толерантными к высокому уровню загрязнения воздуха. Экземпляры умеренно
толерантных видов: H. physodes, E. mesomorpha, Physcia aipolia - единичны, находятся в угнетенном состоянии. Значения проективного покрытия и встречаемости данных видов здесь низки по сравнению с условно фоновыми территориями (ГПЗ "Керженский", Пустынский заказник). Наибольшая частота встречаемости как в парках, так и на улицах города отмечена для Scoliciosporum chlorococcum, Phaeophyscia orbicularis, Physcia stellaris, Xanthoria parietina (9-10 класс полеотолерантности).
В рамках лихеноиндикационных исследований была проведена трансплантация эпифитных лишайников из условно фоновых районов на территорию г. Н. Новгорода. Наблюдения, проведенные в течение двух лет, показали, что наиболее чувствительные виды рода Bryoria погибают уже через один месяц от начала экспозиции. Более устойчивые виды - Evernia prunastri, Pseudoevernia furfuracea, Hypogymnia physodes - сохраняются в течение 10 месяцев, но их слоевища были сильно угнетены, представлены в виде отдельных фрагментов. В то же время на контрольных участках трансплантанты успешно прижились. На основании данных трансплантационного метода лихеноиндикации можно судить о том, что уровень загрязнения атмосферного бассейна г. Н. Новгорода достаточно высок, что и обуславливает невозможность существования данных видов на территории города.
На основе расчета индекса Съеренсена-Чекановского был проведен кластерный анализ. Дендрограмма построена по принципу одиночного присоединения по максимальному сходству видового состава эпифитной ли-хенофлоры пунктов исследования (рис.). Выделяются 2 кластера: в первый объединяются города - 67% (причем сходство между крупными промышленными центрами г. Н. Новгородом и г. Дзержинском больше -80%), во второй - природные (условно фоновые) территории - 53%.
На чувствительность эпифитных лишайников к загрязнению воздуха, наряду с такими факторами как характер загрязнения и тип коры дерева-форофита, существенное влияние оказывают климатические факторы [4, 5,
80'----—
67\----------
65 ——
53-----------
47 ---------------------
Рис. Кластер сходства пунктов исследований в Нижегородской области по видовому составу эпифитных лишайников. Цифры в кружках - пункты исследований (см. примечание к табл.1); цифры вне кружков - коэффициенты сходства (в процентах)
7]. Поэтому возникла необходимость создания региональной шкалы классов полеотоле-рантности эпифитных лишайников. При разработке шкалы ориентировались на оценки чувствительности тех же видов в других регионах, но с учетом иерархической системы природного районирования, а также на основании собственных данных по лихеноин-дикационной трансплантации и встречаемости эпифитных лишайников на территории Нижегородской области. Характеристика экологической ситуации по степени загрязненности воздушного бассейна районов исследования давалась на основе разбивки полученных значений ИП на интервалы (предлагаем более дробную, по сравнению с предложенной Х.Х. Трассом, характеристику; табл.2).
В табл.3 представлены обобщенные результаты исследований. Значения ИП приведены с учетом расчета доверительного интер-
вала. На основании проведенного лихеноин-дикационного мониторинга можно сказать, что наиболее благополучной по состоянию атмосферного воздуха является экологическая ситуация в Пустынском заказнике, а наименее - в крупных промышленных центрах Нижегородской области - в г. Н. Новгороде и г. Дзержинске, где в ряде пунктов как на улицах, так и в парках вообще не были обнаружены эпифитные лишайники (ИП = 0). Неожиданно высокие значения ИП, полученные для территории ГПЗ " Керженский", объясняются тем, что наибольшая частота встречаемости и проективного покрытия отмечена не для сензетивных видов, а для умеренно толерантных, которые и внесли основной вклад в расчет ИП.
Результаты лихеноиндикационного мониторинга, проведенного на территории Нижегородской области, свидетельствуют о необходимости дальнейших исследований, доработки региональной шкалы, статистического обоснования процедуры присвоения определенных классов полеотолерантности эпифитным лишайникам. Кроме того, необходимо разработать индексы, в которых отдельно учитываются виды-индикаторы атмосферной чистоты и атмосферного загрязнения. При таком подходе получаемая информация о состоянии атмосферного воздуха, на наш взгляд, была бы более полной и более точно отражала состояние эпифитной лихе-нофлоры и атмосферного воздуха районов исследования.
Таблица 2. Индексы полеотолерантности и характеристика зон (экологической ситуации) по степени загрязненности воздушного бассейна по Х.Х. Трассу и результатам исследований в Нижегородской области
По Х. Х. Трассу Данные региональных исследований
ИП Зона (характеристика экологической ситуации) Классовый интервал ИП Зона (характеристика экологической ситуации)
1-2 Нормальная 1,90-3,79 Нормальная
2-5 Смешанная 3,80-5,69 Относительно удовлетворительная
5-7 Смешанная 5,70-7,59 Напряженная
7-10 Борьбы 7,60-9,48 Критическая
10 Борьбы 9,49-10,99 Кризисная
0 Лишайниковая пустыня 0 Катастрофическая
Таблица 3. Значение индексов полеотолерантности (ИП) и характеристика экологической ситуации пунктов лихеноиндикационных исследований
Район исследования Диапазон значений ИП Характеристика экологической ситуации
г. Н. Новгород 8,18-9,05 0 Критическая -катастрофическая
г. Дзержинск 7,80-9,04 0 Критическая -катастрофическая
г. Чкаловск 7,53-8,49 Напряженная - критическая
Окрестности ж.ст. Кеза 4,95-6,51 Относительно удовлетворительная -напряженная
ГПЗ «Керженский» 3,46-6,51 Норма - относительно удовлетворительная -напряженная
Пустынский заказник 1,90-4,14 Норма - относительно удовлетворительная
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агроклиматический справочник по Горьковской области. Л., 1988.
2. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы на территории деятельности Верхне-Волжского УГМС за 2000 год. Н. Новгород, 2001.
3. Зайцев Г.Н. Математика в экспериментальной ботанике. М., 1990.
4. Инсаров Г. Э., Инсарова И.Д. Сравнительные оценки чувствительности эпифитных лишайников различных видов к загрязнению воздуха // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 12. Л., 1989.
5. Инсаров Г. Э., Инсарова И.Д. Система районирования земли для целей мониторинга эпифитных лишайников // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т.13. Л., 1991.
6. Песенко Ю.А. Принципы и методы коли -чественного анализа в фаунистических
исследованиях. М., 1982.
7. Пчелкин А.В. Использование принципа сопряженности флоры с осудистых растений и лишайников для флористического районирования // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 13. Л., 1991.
8. Растительность Европейской части СССР / Под ред. Грибовой и др. Л., 1980.
9. Трасс Х.Х. Классы полеотолерантности лишайников и экологический мониторинг // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т.7. Л., 1985.
10. Eriksson O.E., Hawksworth D.L. Outline of the Ascomycetes // Systema Ascomycetum. Vol.16. Parts 1-2.
11. Moberg R. Key to the taxa treated of genera Physcia // Physcia and allied genera in Fennoscandia, 1993.
12. Wirth V. The Lichens. V. 1-2. BadenWürttemberg 1995. (English translation by Doyle Anderegg).
LICHENOINDICATION MONITORING OF THE QUALITY OF AIR ENVIRONMENT OF THE NIZNII NOVGOROD REGION
© 2002 Е.Yu. Kulyabina1, М.V. Sidorenko2
1 Niznii Novgorod State University
2 Institute of Ecology of the Volga River Basin of Russian Academy of Sciences, Togliatti
Lichenoindication analysis of air environment of the Niznii Novgorod region was conducted. The new index of poletoleration was suggested. The estimation of anthropogenic influences on quality and quantitative parameters of lichenoflora was given.
