Биомониторинговые исследования как компонент комплексного мониторинга сред обитания любой территории предполагает использование биоиндикаторов и учет региональных особенностей их отклика на воздействие стрессовых факторов. Особенно важны такие сведения при расчете различных биоиндикационных индексов, позволяющих делать долгосрочные, объективные прогнозы экологической ситуации, провести экологическое районирование. В биомониторинговых исследованиях особенно перспективны брио- и лихеноиндикационные работы с расчетом синтетических индексов и обязательным установлением коэффициентов полеотолерантности для каждого вида-индикатора [7; 10]. Такие количественные шкалы в брио- и лихеноиндикации позволят учитывать индивидуальные особенности биоиндикаторов, связать их состояние с концентрациями загрязнителей в средах обитания (атмосфере).
С 60-х годов ХХ века предложено не менее десяти шкал чувствительности видов, в основном лишайников, для диагностики общего состояния атмосферы [5; 9; 10]. Для территории Средней России (Брянской и сопредельных областей) предложены брио- и лихеноиндикационные шкалы, на основе которых рекомендовано вести расчет индексов полеотолерантности и осуществлять мониторинговые исследования общего состояния атмосферы любой экосистемы [1]. В связи с этим цель работы - представить брио- и лихеноиндикационные шкалы в виде коэффициентов полеотолерантности (аi) с учетом региональных особенностей биоиндикаторов по отношению к общему состоянию атмосферы (на примере г. Брянска).
Материалы и методы исследований
Региональные шкалы для брио- и лихеноиндикаторов разрабатывались с 1994 года в местообитаниях урбоэкосистемы г. Брянска с последующим расчетом индексов полеотолерантности [1-3]. Площадь города составляет около 230 км2. Это крупный промышленный центр с густой транспортной сетью, имеет многоядерную структуру, сформированную вокруг нескольких территориально сближенных крупных объектов. Он расположен на стыке двух природных зон - хвойно-широколиственных и широколиственных лесов. Наибольшая плотность застройки (55-60%) - в административных центрах четырех районов, наименьшая (20-23%) - в юго-западной части. Основным источником загрязнения атмосферного воздуха является автотранспорт и АО «Мальцовский портландцемент».
На первом этапе исследования велись маршрутным методом для учета полного брио- и лихенофлористического состава обследуемых территорий.
Для установления индикаторной информативности мохообразных и лишайников был использован метод непрямой ординации, примененный Л. Мартином (1978), Х.Х. Трассом (1968) для оценки коэффициентов полеотолерантности лишайников [7; 9]. За ось был принят градиент загрязнения воздуха от центральных районов города до окраинных. Таким образом, определение индивидуальных ai проводилось на ключевых участках с различным уровнем загрязнения воздуха. Отбор участков велся с учетом данных по степени загрязненности воздуха г. Брянска (материалы Областного комитета по охране окружающей среды (1994-1996 гг.)), современных данных по состоянию окружающей среды в городе. Ключевые участки (250´100 м) располагали вдоль автотрасс от центральной части города до окраин. На каждом участке регистрировали все виды мохообразных и лишайников, проводили геоботаническое описание моховых и лишайниковых группировок методом пробных площадок по Л.Г. Раменскому (1938) в модификации Х.Х. Трасса (1968) на наиболее характерных, часто повторяющихся участках. Размер пробной площадки ограничивали прозрачной пленкой (10´20 см), которую накладывали на изучаемые участки с группировками брио- и лихенофитов. На деревьях закладывали как минимум три пробные площадки с различных сторон ввиду неравномерности покрытия ствола мхами и лишайниками. Эпифитные группировки описывали на высоте 1,3 м с 10 деревьев. Основные виды деревьев - Tilia cordata, Acer platanoides, Populus tremula, P. deltoides, Betula pendula.
Эпилитные группировки изучали также методом пробных площадок на фундаментах домов, каменных оградах, столбах на высоте от 0,5 м до 1,3 м. Всего было описано 28 ключевых участков. Для определения ai обследованные участки были упорядочены по возрастанию числа видов. Всего 8 групп видов, при этом каждая группа оказалась индивидуальной по набору видов (табл. 1). Каждой группе присваивался коэффициент, соответствующий той зоне чистоты воздуха (при движении по градиенту концентрации загрязняющих веществ), в которой этот вид встречен впервые. Мохообразным и лишайникам в зоне наибольшего загрязнения присваивался максимальный балл полеотолерантности - 10. Виды каждого последующего участка получали на один балл меньше предыдущего. Так как естественные ландшафты не были исследованы, коэффициенты 2 и 1 не присваивались.
Номенклатура видов лишайников указана согласно «Списку лихенофлоры России» (2010), мохообразных - по списку мохообразных Восточной Европы и Северной Азии [4; 8].
Результаты исследования
Индивидуальные коэффициенты полеотолерантности установлены для 23 видов мохообразных, 37 видов лишайников, зарегистрированных на учетных площадках города в основном в эпифитных и эпилитных местообитаниях. Шкала для брио- и лихеноиндикаторов по ai представлены ниже.
Таблица 1 - Брио- и лихеноиндикационные шкалы для Южного Нечерноземья России
|
Виды мохообразных |
Виды лишайников |
ai |
|
Bryum argenteum Hedw., Funaria hygrometrica Hedw. |
Rusavskia elegans (Link) S.Y.Kondr., |
10 |
|
Orthotrichum obtusifolium* Brid., Pseudoleskeella nervosa* (Brid.) Nyh., Platygyrium repens* (Brid.) B.S.G. |
Candelariella vitellina(Hoffm.) Müll. Arg., Candelariella xanthostigma (Ach.) Lettau, Opegrapha rufescens Pers., Arthonia atra (Pers.)A.Schneid., Lecanora hagenii (Ach.) Ach., Scoliciosporum chlorococcum (Graewe ex Stenh.) Vezda, Flavoparmelia caperata (L.) Hale. |
9 |
|
Bryum caespiticium Hedw., Sanionia uncinata* (Hedw.) Loeske, Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid., Dicranella heteromalla (Hedw.) Schimp., Serpoleskea subtilis * (Hedw.) Loeske |
Xanthoria parietina (L.) Th. Fr., X. polycarpa (Hoffm.) Th. Fr. ex Rieber, Lepraria incana (L.) Ach., Caloplaca decipiens (Arn.) Blomb&Forssell, Phaeophyscia orbicularis (Neck.) Moberg, Parmeliopsis ambigua (Wulf.) Nyl., Physconia grisea (Lam.) Poelt, Caloplaca cerina(Ehrh. ex Hedwig) Th. Fr. |
8 |
|
Pohlia nutans (Hedw.) Lindb., Amblystegium serpens* (Hedw.) G. Roth B.S.G. |
Phaeophyscia ciliata (Hoffm.) Moberg, Hypogymnia tubulosa (Schaer.) Hav., Physcia tenella (Scop.) DC. |
7 |
|
Leskea polycarpa* Hedw. |
Xanthoria candelaria (L.) Th. Fr., Graphis scripta (L.) Ach., Melanelia olivacea (L.) Essl., Parmeliopsis hyperopta (Ach.) Arnold, Melanelia subargentifera (Nyl.) Essl. |
6 |
|
Orthotrichum speciosum* Nees. in Sturm.. Sciurohypnum reflexum (Starke.) Ignatov et Huttunеn, Brachythecium salebrosum (Web. et Mohr) B.S.G. |
Physcia stellaris (Ach.) Nyl., P. aipolia (Ehrh.ex Humb.) Fürnr., Lecanora symmicta (Ach.) Ach., Melanelia elegantula (Zahlbr.) Essl., Parmelia sulcata Taylor |
5 |
|
Hypnum cupressiforme* Hedw. |
Physconia distorta (With.) J.R.Laundon, Vulpicida pinastri (Scop.) J.-E. Mattsson & M. J. Lai, Usnea hirta (L.) Weber ex F.U. Wigg., Evernia prunastri (L.) Ach. |
4 |
|
Anomodon longifolius* (Brid.) Hartm., Anomodon viticulosus* (Hedw.) Hook.et Tayl., Stereodon pallescens* (Hedw.) Mitt., Dicranum montanum* Hedw. |
Cladonia cenotea (Ach.) Schaer, Hypogymnia physodes (L.) Nyl., Lecanora allophana Nyl., Evernia mesomorpha Nyl. |
3 |
Знаком * выделены виды листостебельных мхов, часто встречающихся на коре деревьев (эпифиты).
Наибольшие коэффициенты полеотолерантности (от 10 до 7) получили виды мохообразных и лишайников, широко распространенные в урбоэкосистемах. Коэффициент полеотолерантности 10 присвоен только эпигейным бриофитам, типичным космополитам по широтно-долготной группе ареалов, а также эвритопному в отношении субстрата лишайнику Rusavskia elegans. Коэффициент полеотолерантности 9 у зеленых мхов получили эпифиты, лишайники эпилитной и эпифитной группы. Наиболее чувствительны (ai, =3) эпифитные мхи и лишайники, кроме эпиксильного Cladonia cenotea.
При сравнении зависимости между видовым составом лишайников и типами местообитаний (коэффициентами полеотолерантности) для территории г. Брянска и городов Эстонии [9; 10] установлено, что видовой состав групп и, соответственно, ai, различается. Виды лихенофлоры Hypogymnia tubulosa, Graphis scripta, Parmeliopsis ambigua, Melanelia olivacea Candelariella vitellina, Candelariella xanthostigma, Xanthoria polycarpa для территории г. Брянска менее чувствительные виды, чем для городов Эстонии. Меньший коэффициент полеотолерантности и бóльшая чувствительность определена для Hypogymnia physodes (ai=3), Evernia prunastri (ai=4), Usnea hirta (ai=4), Parmelia sulcata (ai=5), Physcia stellaris (ai=5), Xanthoria candelaria (ai=6), Xanthoria parietina (ai=8), Lepraria incana (ai=8), Phaeophyscia orbicularis (ai=8), Scoliciosporum chlorococcum (ai=9), Lecanora hagenii (ai=9). Совпадают по коэффициентам полеотолерантности, чувствительности в шкале лихеноиндикации виды Physcia aipolia (ai=5), Melanelia subargentifera (ai=6), Physcia tenella (ai=7), Caloplaca cerina (ai=8), Physconia grisea (ai=8).
В целом полученные результаты связаны с разнокачественностью составляющих атмосферного загрязнения, площадью и временем образования урбоэкосистем, природно-климатическими условиями городов. В урбоэкосистемах Эстонии основной загрязнитель атмосферы - оксид серы (IV), г. Брянске - смешанное загрязнение (аэрозоли свинца, окислы азота, оксид серы (IV); вероятно, распределение загрязнителей в воздушной среде различается также значительно. Площадь г. Брянска значительно превышает размеры каждого из исследованных городов Эстонии.
Для мохообразных провести подобное сравнение не представляется возможным.
Заключение
В целом для геоботанических исследований и расчета синтетических индексов в городах на территории Брянской области использованы только эпифитные виды - индикаторы общего загрязнения атмосферы (аэрозолями свинца, окислами азота, оксидами серы). Брио- и лихеноиндикационные шкалы, учитывающие индивидуальный отклик биосистем на стрессовые факторы, позволят проводить количественные биоиндикационные и биомониторинговые работы на региональном уровне. Проведенные исследования подтвердили необходимость региональных биомониторинговых изысканий для поиска чувствительных видов и разработки биоиндикационных шкал.
Рецензенты
- Булохов Алексей Данилович, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой ботаники ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет им. акад. И.Г. Петровского», г. Брянск.
- Любимов Валерий Борисович, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой экологии и рационального природопользования ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет им. акад. И.Г. Петровского», г. Брянск.