CC BY
108
УДК 582.29:581.1:581.5
ЛИХЕНОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
© 2010 г. Т.Л. Слонов
Кабардино-Балкарский государственный университет, Kabardino-Balkar State University,
ул. Чернышевского, 173, г. Нальчик, КБР, 360004, Chernishevskiy St., 173, Nalchik, KBR, 360004,
bsk@rect.kbsu.ru bsk@rect.kbsu.ru
В результате проведенных исследований обоснована возможность использования лишайников для длительного проведения мониторинга за состоянием окружающей среды на территории Центральной части Северного Кавказа.
Ключевые слова: лишайники, индикация, окружающая среда.
Results of the research about lichens indication the environment pollution of central part of Northern Caucasus are Stated.
Keywords: lichens, indication, surroundings environment.
Лихеноиндикация считается одним из важнейших и полезных методов экологического мониторинга [1]. В условиях центральной части Северного Кавказа выявлено более 295 видов [2, 3].
Оценку загрязненности окружающей среды с помощью лишайников проводили на территориях разных объектов (г. Нальчика, Голубых озер Черекского района, национального парка «Приэльбрусье», Тыр-ныаузского вольфрамо-молибденового комбината (ТВМК)), подверженных влиянию антропогенных и природных факторов.
Критерии оценки: изменение видового состава лишайников, степень проективного покрытия слоевищем ствола форофита с помощью палетки, встречаемость лишайников (в баллах), содержание хлоро-
филла, тяжелых металлов (ТМ) и радионуклидов в слоевищах, степень их поврежденности. Содержание ТМ определяли методом атомно-эмиссионной спектроскопии. Измерение активности радионуклидов в слоевищах проводили на сцинтиляционном спектрометрическом комплексе «Прогресс», № 9684Ар-Б-Г, содержание хлорофилла - с использованием фотоэлектрического калориметра КФК-2.
Для оценки загрязненности атмосферного воздуха национального парка «Приэльбрусье» (НПП) использованы эпифитные лишайники на 5 биополигонах, расположенных на высоте 2000 - 3100 м над уровнем моря. Незагрязненный фоновый вариант - биополигон Адыл-Су - 9^10 км от основной трассы и других источников загрязнения. Опытный загрязненный вариант - биопо-
лигоны Чегет, Терскол, учебно-научная база КБГУ, Эльбрус, находящиеся в непосредственной близости (20^30 м) от дороги и населенных пунктов. В качестве учетного дерева выбрана сосна Сосновского.
Из табл. 1 видно, что в фоновых (незагрязненных) растительных сообществах биополигона Адыл-Су на стволах форофита обнаружено 16 видов лишайника. В опытных условиях выпадает один вид -Hypogymnia tubulosa (Schaer.) Hav., который не переносит загрязнения атмосферного воздуха.
В фоновых условиях общее покрытие лишайников на стволах сосны составляет 99,0 %. Наиболее распространенными являются Physcia aipolia, среднее покрытие которого 12,3 %, Hypogymnia physodes (12,2 %), Parmeliopsis hyperopta (9,8 %), Evernia prunastri (9,3 %). У остальных лишайников среднее проективное покрытие колеблется от 2,7 до 5,6 %.
Встречаемость видов в фоновых условиях колеблется от 1 до 5 баллов. Наименьшая - 1 балл у Microphiale diluta. Высокий класс встречаемости (5
баллов) имеет Hypogymnia physodes. У остальных видов встречаемость - 2^4 балла.
В условиях опытного варианта у всех видов эпи-фитных лишайников наблюдается уменьшение встречаемости и покрытия (38,2^74,1), наименьшие величины - в условиях биополигонов Эльбрус и Чегет.
Одной из основных причин малой устойчивости лишайников к атмосферному загрязнению является высокая чувствительность водорослевого компонента лишайников, пигменты которого под действием загрязнителей быстро разрушаются.
По нашим данным (табл. 2), наибольшее содержание хлорофилла в слоевищах наблюдается в фоновых условиях (полигон Адыл-Су) и колеблется от 0,79 до 1,62 мг/г сухой биомассы.
В опытных условиях содержание хлорофилла в слоевищах эпифитных лишайников меньше почти в 2^3 раза. Наименьшее содержание хлорофилла наблюдается на территории Эльбруса (0,18^0,96), Чеге-та (0,29^0,98 мг/г сухой массы).
Таблица 1
Изменение индикационных признаков (видового состава, среднего покрытия и встречаемости) у эпифитных лишайников на биополигонах НПП (1997-1999 гг.)
Вид Биополигоны национального парка
Адыл-Су Чегет Терскол Учебно-научная база КБГУ Эльбрус
Среднее покрытие, % Встречаемость, баллы Среднее покрытие, % Встречаемость, баллы Среднее покрытие, % Встречаемость, баллы Среднее покрытие, % Встречаемость, баллы Среднее покрытие, % Встречаемость, баллы
Anaptychia ciliaris (кустистый) 5,6 4 2,3 2 3,4 3 3,6 3 1,8 1
Cetraria pinastri (листоватый) 4,7 3 1,8 2 2,9 3 3,0 3 1,2 1
Evernia prunastri (кустистый) 9,3 4 6,2 3 7,9 3 8,4 3 4,4 2
Hypogymnia bitteriana (листоватый) 5,2 2 3,7 2 3,8 2 3,9 2 2,1 1
Н.physodes (листоватый) 12,2 5 9,2 4 9,4 4 9,6 4 4,6 3
Н. tubulosa (листоватый) 5,5 4 - - - - - - - -
Microphiale diluta (накипной) 4,8 1 2,6 1 2,8 1 3,0 1 1,8 1
Parmelia guercina (листоватый) 5,1 2 4,6 2 5,8 2 6,2 2 3,5 2
Parmeliopsis aleuritis (листоватый) 4,3 3 2,7 2 5,8 2 2,8 2 1,6 1
Р. hyperopta (листоватый) 9,8 3 5,6 3 6,3 3 7,1 3 3,6 1
Peltigera horisontalis (листоватый) 4,4 2 3,8 2 3,8 2 4,0 2 2,9 2
P.polydactyla (листоватый) 5,6 2 2,0 1 2,3 1 2,8 2 1,8 1
Physcia aipolia (листоватый) 12,3 4 8,1 3 9,4 3 10,6 4 4,6 4
Ph. pulverulenta (листоватый) 3,9 3 1,5 2 1,5 2 1,7 2 0,8 1
Ph. stellaris (листоватый) 3,6 4 2,2 3 2,3 3 2,5 2 1,9 3
Rinodina discolor (накипной) 2,7 2 0,8 1 1,2 1 1,4 2 0,6 1
99,0 57,1 68,0 74,1 38,2
Таблица 2
Характеристика эпифитных лишайников по изменению содержания хлорофилла, мг/г сухой биомассы, в слоевищах на биополигонах НПП (1997-1998 гг.)
Вид Адыл-Су Чегет Терскол Учебно-научная база КБГУ Эльбрус
Anaptychia ciliaris 0,98 0,44 0,48 0,51 0,40
Cetraria pinastri 0,79 0,34 0,40 0,42 0,29
Evernia prunastri 1,43 0,76 0,82 0,85 0,68
Hypogym-niabitteriana 0,93 0,38 0,37 0,40 0,30
H.physodes 1,02 0,46 0,46 0,52 0,38
Н. tubulosa 1,10 - - - -
Microphiale diluta 0,84 0,30 0,31 0,32 0,27
Parmelia guercina 1,17 0,59 0,62 0,63 0,41
Parmeliopsis aleuritis 0,97 0,29 0,34 0,36 0,22
Р. hyperopia 1,58 0,85 0,92 0,96 0,82
Peltigera horisontalis 1,04 0,40 0,41 0,43 0,20
P.polydactyla 0,96 0,36 0,43 0,50 0,18
Physcia aipolia 1,62 0,98 1,02 1,09 0,96
Ph. pulverulenta 1,16 0,42 0,48 0,50 0,28
Ph. stellaris 1,49 0,64 0,66 0,68 0,52
Rinodina discolor 0,84 0,38 0,41 0,49 0,21
По содержанию хлорофилла в талломах промежуточное положение занимают лишайники, которые встречаются на территории Терскола и учебно-научной базы КБГУ.
Полученные данные по вышеуказанным параметрам (видовой состав, общее и среднее покрытие каждого вида, встречаемость и содержание хлорофилла) свидетельствуют о том, что в опытном варианте атмосферный воздух оказался в наибольшей степени за-
грязненным в районе Эльбруса и Чегета, в меньшей -Терскола и учебно-научной базы КБГУ.
На основании анализов: флористического (наличие видов на территории разных биополигонов), геоботанического (изменение покрытия видов по мере приближения к источнику загрязнения) и физиологической оценки (содержание хлорофилла в талломах) видовой состав биополигонов НПП можно разделить на 4 группы: 1) лишайники, которые в условиях опытного варианта (полигоны Эльбрус, Чегет, Терскол, учебно-научная база КБГУ) проявили наибольшую биологическую устойчивость к действию загрязнения (Evernia prunastri, Parmeliopsis hyperopta, Physcia aipolia); 2) чувствительные к загрязнению атмосферного воздуха (Anaptychia ciliaris, Hypogymniaphysodes, Parmelia guercina, Physcia aipolia); 3) очень чувствительные к загрязнению виды (Cetraria pinastri, Hypogymniabitteriana, Microphiale diluta, Parmeliopsis aleuritis, Peltigera horisontalis, P. polydactyla, Physcia pulverulenta, Rinodina discolor); 4) не переносящие загрязнения (Hypogymnia tubulosa).
Для оценки чистоты атмосферного воздуха целесообразно использовать виды лишайников 1, 2 и 3-й групп. Учёт представителей 4-й группы затруднителен из-за их выпадения или же незначительного покрытия.
Определение содержания радионуклидов и ТМ в талломах эпифитных лишайников и в почве промышленных парков и уличных посадок г. Нальчика (столица КБР) проводили на проспекте им. В.И. Ленина, парках заводов ООО «Искож-МХК» и ОАО «Гидрометаллург», железнодорожном вокзале. В качестве фоновой зоны (контроль) использовали Нальчикский городской парк (ныне Атажукинский сад).
При анализе табл. 3 выяснилось, что накопление ТМ слоевищами эпифитных лишайников в большей степени происходит на территории опытных объектов г. Нальчика по сравнению с фоновой зоной (Co - в 3-6; Cu - 1,6-3,0; Ni - 2-5,6; Pb - 1,5-5,1; Zn -1,6-6,3; Mn - 5-9,7; Cd - 2-5; Fe - 1,05-3,9; Cr -2,5-11; Al - 1,8-5 раза) в зависимости от вида лишайников.
№ пробы Вид Место сбора Co Cu Ni Pb Zn Mn Cd Fe Cr Li Al
53 Xantoria parietina ОАО «Гидрометаллург» 0,5 37,5 1,1 5,2 15,6 29,2 0,2 1819,5 0,9 Следы 489,9
57 X.parietina Железнодорожный вокзал 0,4 20,8 0,4 3,0 18,7 12,7 0,5 831,0 0,5 Следы 199,4
58 Physcia ciliatа ООО «Искож-МХК» 0,3 29,1 1,1 4,7 34,2 20,6 0,2 949,5 0,8 Следы 340,4
24 Parmelia olivacea пр. им. Ленина 0,3 8,8 0,3 4,7 4,4 15,1 0,1 491,7 0,3 Следы 397,2
52 Physcia dubia Железнодорожный вокзал 0,5 22,7 1,7 9,7 18,3 15,9 0,7 861,5 2,2 Следы 358,0
54 Physcia nigricans ОАО «Гидрометаллург» 0,6 25,4 1,6 7,1 14,2 25,4 0,05 1059,5 1,5 Следы 534,9
56 Parmelia aspera Железнодорожный вокзал 0,5 22,6 0,9 9,2 15,4 24,8 0,4 869,6 0,9 Следы 370,1
59 P. sulcata ООО «Искож-МХК» 0,5 23,7 0,7 5,5 56,4 18,1 0,4 968,4 0,7 Следы 346,4
80 Xantoria parietina Нальчикский городской парк (фоновая зона) 0,1 12,7 0,3 1,9 8,9 3,0 0,1 465,3 0,2 Следы 105,2
Таблица 3
Содержание ТМ в талломах эпифитных лишайников, мг/кг сухой массы, в условиях г. Нальчика (2000-2001 гг.)
Наибольшая концентрация Со, Си, Мп, Fe, и А1 в слоевищах лишайников наблюдается на территории ОАО «Гидрометаллург», №, Pb, Cd, О" - железнодорожного вокзала; 2п, Fe, А1 - ООО «Искож-МХК». Содержание А1, Си, Fe в слоевищах Xantoria parietina в районе ОАО «Гидрометаллург» больше в 3-4 раза, Мп - в 9 раз, чем в контрольных пробах. На территории железнодорожного вокзала содержание №, РЬ, С4 Сг в талломах Physcia dubia в 5-11 раз выше контрольных проб.
Содержание ТМ в почве, мг/кг сухой мас
Полученные данные свидетельствуют о достаточно высокой металлаккумулирующей способности эпифитных лишайников, особенно Xantoria parietina, Physcia dubia Ph. nigricans, Ph. ciliate, Parmelia sulcata, у которых накопление отдельных ТМ в районах загрязнения в 3+11 раз выше, чем в фоновой зоне.
Количественные сравнения наличия ТМ в почве (до 20 см) и слоевищах лишайников показали существенную разницу в их содержании (табл. 4).
Таблица 4
I, в условиях г. Нальчика (2000-2001 гг.)
№ пробы Место взятия проб Co Cu Ni Pb Zn Mn Cd Fe Cr Li Al
14 Железнодорожный вокзал 1,9 16,9 6,3 10,0 80,0 345,6 Не обн. 2240,6 6,9 7,8 403,2
15 пр. им. Ленина 1,7 25,5 6,0 8,2 74,1 321,6 2066,0 6,5 6,5 672,7
16 ООО «Искож-МХК» 2,2 14,3 7,8 12,8 46,5 421,6 2685,8 6,8 6,3 856,1
17 ОАО «Гидрометаллург» 2,9 18,2 8,4 16,0 53,2 575,6 2926,0 8,2 10,6 1180,3
18 Нальчикский городской парк (фоновая зона) 1,3 26,9 5,2 32,1 127,0 448,6 2146,0 5,5 3,3 448,6
Так, Со, №, Сг, РЬ меньше аккумулируются слоевищами лишайников, чем 2п, Мп и особенно Fe и А1, хотя содержание этих металлов в пробах почв довольно высокое. Очевидно, это объясняется особенностями морфологического строения слоевищ лишайников. Об этом свидетельствуют и работы других авторов [4].
Содержание Li в почве довольно высокое, а в пробах лишайников обнаружены только следы этого металла. Содержание Cd в слоевищах лишайников колеблется от 0,05 до 0,7 мг/кг сухой массы, а в пробах почв его не оказалось. Это подтверждает мнение о том, что наибольшая аккумуляция ТМ лишайниками осуществляется из воздуха и атмосферных осадков. Незначительную часть они поглощают из почвы и коры деревьев - форофитов [4].
Из полученных данных видно, что г. Нальчик характеризуется значительным содержанием ТМ как в слоевищах (талломах) лишайников, так и в почве. В связи с этим возникает необходимость постоянного контроля за экологическим состоянием города с использованием биоиндикаторов, в частности эпифит-ных лишайников.
Кроме того, на территории г. Нальчика занимались изучением аккумуляции 908г, 137Cs, 40К слоевищами лишайников и измерением альфа-активности фоновых и вышеуказанных объектов, подвергнувшихся загрязнению. В связи с тем, что на ОАО «Гидрометаллург» г. Нальчика поступают промпродукты (молибден окисленный и сульфидный) с ТВМК, параллельно провели определение содержания радионуклидов в лишайниках с хвостохранилища ТВМК и НПП: Чегета, Терскола,
Эльбруса, учебно-научной базы КБГУ и Адыл-Су (фоновой зоны).
Установлено, что в районе парковой зоны г. Нальчика средние величины концентрации радионуклидов 90-239 Бк/кг сухой массы, суммарная удельная альфа-активность - на уровне 124, в окрестностях ОАО «Гидрометаллург» и ООО «Искож-МХК» - 101-243 и 126-136 (табл. 5).
Не отмечается каких-либо специфических особенностей в аккумуляционной способности исследованных лишайников.
На обследованных участках территории в районе Приэльбрусья (табл. 6) по сравнению с фоновой зоной (биополигон Адыл-Су) содержание 9%, 137О^ 40К и суммарной альфа-активности в слоевищах лишайников Vulpicida pinastri, Parme1ia guercina и Parme1iopsis a1euritis достоверно не различаются. Исключение составляет Evemia prunastri с участков хвостохранили-ща ТВМК, для талломов которой характерны повышенные (статистически достоверно ^п=6,8-14,2 при ^=2,8) концентрации 13^ и40К.
Нами установлено, что на территории ТВМК содержание ТМ в талломах лишайников изменяется в зависимости от вида, субстрата и места сбора пробы, в частности, насколько близко они расположены к источникам загрязнения. Выяснено, что по сравнению с фоновым вариантом талломы лишайников в условиях промышленного загрязнения (районы хвостохра-нилища, добычи и переработки вольфрама и молибдена) содержат значительное количество ТМ (табл. 7).
Таблица 5
Концентрация радионуклидов, Бк/кг сухой массы, в слоевищах эпифитных лишайников
г. Нальчика, среднее за 2001- 2002 гг.
Место сбора и вид лишайника 137Cs 90Sr 40К Суммарная удельная альфа-активность
Нальчикский городской парк (фоновая зона) Vulpicida pinastri 90+4 190+6 239+8 124+5
ОАО «Гидрометаллург», Physcia aipolia 110+5 200+9 243+11 136+4
ООО «Искож-МХК», Evernia prunastri 101+3 200+7 240+9 126+6
Таблица 6
Концентрация радионуклидов, Бк/кг сухой массы, в слоевищах эпифитных лишайников Приэльбрусья,
среднее за 2001-2002 гг.
Место сбора и вид лишайника 137Cs 90Sr 40К Суммарная удельная альфа-активность
Адыл-Су (фоновая зона), Уи1рга(1арта81;п 93+4 202+9 236+11 119+5
Терскол, РагшеНа guercina 94+4 206+8 242+9 126+6
Учебно-научная база КБГУ, Pe1tigera 90+3 203+6 241+11 121+4
Эльбрус, Parшe1iopsis акш^ 114+5 209+10 246+12 124+6
Чегет, Physcia aipo1ia 110 +5 213+10 239+10 133+5
Хвостохранилище ТВМК, Everпia pruпastri 328 +16 239+11 380+18 146+6
Таблица 7
Содержание ТМ в слоевищах лишайников на территории разных районов ТВМК,
мг/г сухой массы (2001 г.)
№ пробы Вид ТМ
Co Cu Ni Pb Zn Mn Cd Fe Cr Al Li W Mo
Район хвостохранилища
1 Xantoria parietina 0,05 2,5 1,65 2,6 7,35 83,6 0,07 450,0 0,06 582,3 15,0 8,3 5,5
6 X.parietina 0,05 2,0 1,35 2,2 4,17 25,2 0,06 661,0 0,09 525,2 17,3 7,9 5,7
7 Physcia grisea 0,05 2,1 1,70 2,7 5,03 17,9 0,07 531,0 0,06 512,9 13,5 8,3 4,7
Район добычи молибдена и вольфрама
74 X.candelaria 0,12 1,0 1,14 2,0 6,42 13,3 0,13 543,4 0,41 175,7 6,4 7,0 9,5
76 Physcia grisea 0,45 1,8 1,05 4,9 5,91 36,3 0,33 833,4 0,62 400,9 39, 7,3 8,7
77 X. parietina 0,11 0,5 0,97 2,6 15,30 30,0 0,15 569,0 0,64 380,0 8,1 7,3 6,3
79 Pseudevenia furfuracea 0,15 0,9 0,96 7,6 17,01 37,4 0,28 829,0 0,56 197,0 9,3 7,5 6,8
Район переработки молибдена и вольфрама
78 Hypogymnia physodes 0,05 1,5 1,27 3,3 6,31 12,0 0,05 294,0 0,05 234,4 7,3 6,3 4,6
80 Peltigera malacea 0,05 1,2 1,30 2,8 17,65 11,5 0,05 283,4 0,05 172,0 7,1 2,0 2,6
20-25 км от источника загрязнения (контроль)
63 Cladonia chlorophaea Следы 0,7 0,25 1,2 0,05 4,1 0,01 217,9 0,03 121,0 6,25 0,01 0,6
Наибольшая способность накопления ТМ наблюдается у всех видов лишайников, собранных в местах добычи вольфрама и молибдена. В этих условиях у вида Physcia grisea в большей степени накапливается Со, Си, Cd, Fe, А1; у Pseudevenia Шйигасеа - РЬ, 2п, Мп, Li, W; у ХапШопа parietina - Мо.
Полученные данные могут быть использованы при общей оценке уровней как радиоактивного загрязнения, так и загрязнения ТМ районов г. Нальчика, При-эльбрусья и ТВМК, а также для длительного проведения мониторинга за состоянием окружающей среды на территории центральной части Северного Кавказа, т.е. Кабардино-Балкарской Республики.
Литература
1. Бязров Л.Т. Лишайники в экологическом мониторинге. М., 2002. 336с.
2. Слонов Т.Л. Лихенофлора Кабардино-Балкарии и её анализ. Нальчик, 2002. 136 с.
3. Слонов Т.Л. Анализ лихенофлоры Центральной части Северного Кавказа // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Ес-теств. науки. 2007. № 2. С. 86-88.
4. Криворотов С.Б. Лишайники и лишайниковые группировки Северо-Западного Кавказа и Предкавказья (флористический и экологический анализ). Краснодар, 1997. 201 с.
Поступила в редакцию_11 января 2009 г.
