Экологический учебный проект

«Лишайники-биоиндикаторы окружающей среды»

Содержание.

Введение. Цели и задачи.

I.

Введение

II.

Ботаническое описание и биологические особенности лишайников.

III.

Методика исследований:

Общие принципы использования биоиндикаторов

IV.

Содержание исследований

4.1.

Анализ

гербарного материала,

отметив

экологическую

приуроченность

отдельных видов, составить список видов лишайников изучаемой территории.

4.2 Таксономический и

географический

анализ

лихенофлоры,

характеристика

эколого-субстратных и биоморфологических групп лишайников.

4.3 Выявление закономерностей распределения лишайников на изучаемой I

территории.

V.

Результаты исследований и выводы

Выводы

Литература

Приложение

Цель работы

:

Изучение биоразнообразия лишайников береговой линии озера Байкал и

апробация их использования в качестве индикаторов состояния воздушной среды с учётом

особенностей местных природно-климатических условий.

Для реализации цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести сбор гербарного материала, отметив экологическую приуроченность

отдельных видов, составить список видов лишайников изучаемой территории.

2.

Провести таксономический и

географический

анализ

лихенофлоры,

I

охарактеризовать эколого-субстратные и биоморфологические группы лишайников.

3. Изучить закономерности распределения лишайников на изучаемой I территории.

Объект исследования :Лишайники –биоиндикаторы загрязнения окружающей среды.

Предмет исследования – Лишайники

Сроки проведения работы: исследования проводились лето - 2015 г.

Актуальность:

Индикаторные растения могут использоваться как для выявления

отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки качественного состояния природной

среды. Лишайники могут заменить дорогостоящую установку для газовых анализов.

Такой «газоанализатор» окажется доступным каждому человеку.

Новизна: Исследование лишайников береговой линии озера Байкал от мыса Каткова до

мыса Максимина.

Гипотеза: Оценка состояния окружающей среды по наличию, обилию и разнообразию

видов лишайников

Введение

В последнее время весьма актуальными являются наблюдения за изменениями

состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами. Система этих

наблюдений и прогнозов составляет суть экологического мониторинга. В этих целях все

чаще применяется и используется достаточно эффективный и недорогой способ

мониторинга среды – биоиндикация, т.е. использование живых организмов для оценки

состояния окружающей среды.

Последствия загрязнения окружающей среды отражаются на внешнем виде растений. У

растений под влиянием вредных веществ происходит увеличение числа устьиц, толщины

кутикулы, густоты опушения, развивается хлороз и некроз листьев, раннее опадание

листвы. Некоторые растения наиболее чутко реагируют на характер и степень загрязнения

атмосферы. Это означает, что они могут служить живыми индикаторами состояния среды.

В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга

природной среды, составной частью которого является биологический мониторинг.

Индикаторные

растения

могут

использоваться

как

для

выявления

отдельных

загрязнителей воздуха, так и для оценки качественного состояния природной среды.

Обнаружив по состоянию растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей,

приступают к измерению количества этих веществ различными методами, например,

испытанием растений в лабораторных условиях.

На уровне вида и сообщества о состоянии природной среды можно судить по

показателям продуктивности растений. Индикаторами присутствия сернистого газа

являются лишайники и хвойные породы, наиболее сильно страдающие от загрязнений. Во

многих промышленных городах вокруг заводов возникают зоны, где лишайники вообще

отсутствуют – «лишайниковые пустыни». Исследования, проведенные на древесных

растениях показали, что тяжелые металлы могут накапливаться в растениях, и по их

содержанию можно оценить экологическую обстановку территории. Загрязнение медью

сказывается на росте растений, цинком – приводит к отмиранию листьев у растений,

кобальтом – к ненормальному развитию и т.д.

Очень информативными биоиндикаторами состояния воздушной среды и ее изменения

являются низшие растения: мхи и лишайники, которые накапливают в своем слоевище

(талломе) многие загрязнители (серу, фтор, радиоактивные вещества, тяжелые металлы).

Лишайники очень нетребовательны к факторам внешней среды, они поселяются на голых

скалах, бедной почве, стволах деревьев, мертвой древесине, однако для своего

нормального функционирования они нуждаются в чистом воздухе. Особенно они

чувствительны к сернистому газу. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на

большинство растений, вызывает массовую гибель чувствительных видов лишайников.

Они исчезают, как только концентрация сернистого газа достигнет 35 млрд

-1

, а среднее

его содержание в атмосфере крупных городов свыше 100 млрд

-1

(Рамад, 1981). Не

удивительно поэтому, что большинство лишайников уже исчезло из центральных зон

городов.

Научное направление биомониторинга (т.е. слежения) за состоянием воздушной среды

прпомощи лишайников называется лихеноиндикацией.

Чувствительные растения могут заменить дорогостоящую установку для газовых

анализов. Такой «газоанализатор» окажется доступным каждому человеку.

2.1 Общие принципы использования биоиндикаторов

Биоиндикаторы (от био и лат. indico — указываю, определяю) — организмы,

присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями

естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Их

индикаторная значимость определяется экологической толерантностью биологической

системы. В пределах зоны толерантности организм способен поддерживать свой

гомеостаз. Любой фактор, если он выходит за пределы «зоны комфорта» для данного

организма, является стрессовым. В этом случае организм реагирует ответной реакцией

различной интенсивности и длительности, проявление которой зависит от вида и является

показателем его индикаторной ценности. Именно ответную реакцию определяют методы

биоиндикации. Биологическая система реагирует на воздействие среды в целом, а не

только

на

отдельные

факторы,

причем

амплитуда

колебаний

физиологической

толерантности модифицируется внутренним состоянием системы — условиями питания,

возрастом, генетически контролируемой устойчивостью.

Многолетний опыт ученых разных стран по контролю состояния окружающей среды

показал преимущества, которыми обладают живые индикаторы:

· в условиях хронических антропогенных нагрузок могут реагировать даже на

относительно

слабые

воздействия

вследствие

кумулятивного

эффекта;

реакции

проявляются при накоплении не которых критических значений суммарных дозовых

нагрузок;

· суммируют влияние всех без исключения биологически важных воздействий и

отражают состояние окружающей среды в целом, включая ее загрязнение и другие

антропогенные изменения;

· исключают необходимость регистрации химических и физических параметров,

характеризующих состояние окружающей среды;

· фиксируют скорость происходящих изменений;

· вскрывают тенденции развития природной среды;

· указывают пути и места скоплений в экологических системах различного рода

загрязнений и ядов, возможные пути их попадания в пищу человека;

· позволяют судить о степени вредности любых синтезируемых человеком веществ для

живой природы и для него самого, при чем дают возможность контролировать их

действие.

Выделяют

две

формы

отклика

живых

организмов,

используемых

в

целях

биоиндикации, — специфическую и неспецифическую. В первом случае происходящие

изменения связаны с действием одного какого-либо фактора. При неспецифической

биоиндикации различные антропогенные факторы вызывают одинаковые ре акции.

В

зависимости

от

типа

ответной

реакции

биоиндикаторы

под

разделяют

на чувствительные и кумулятивные.Ч

увствительные биоиндикаторы реагируют на

стресс значительным отклонением от жизненных норм, а кумулятивные накапливают

антропогенное воздействие, значительно превышающее нормальный уровень в природе,

без видимых изменений.

В качестве биоиндикаторов могут быть использованы представители всех «царств»

живой природы. Для биоиндикации не при годны организмы, поврежденные болезнями,

вредителями и паразитами. Идеальный биологический индикатор должен удовлетворять

ряду требований:

· быть типичным для данных условий;

· иметь высокую численность в исследуемом экотопе;

· обитать в данном месте в течение ряда лет, что дает возможность проследить

динамику загрязнения;

· находиться в условиях, удобных для отбора проб;

·

давать

возможность

проводить

прямые

анализы

без

предварительного

концентрирования проб;

· характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией загрязняющих

веществ в организме-индикаторе и объекте исследования;

· использоваться в естественных условиях его существования; »иметь короткий период

онтогенеза, чтобы была возможность отслеживания влияния фактора на последующие

поколения

.

Ответная реакция биоиндикатора на определенное физическое или химическое

воздействие должна быть четко выражена, т.е. специфична, легко регистрироваться

визуально или с помощью приборов.

Для биоиндикации необходимо выбирать наиболее чувствительные сообщества,

характеризующиеся максимальными скоростью отклика и выраженностью параметров.

Например, в водных эко системах наиболее чувствительными являются планктонные со

общества, которые быстро реагируют на изменение среды благо даря короткому

жизненному циклу и высокой скорости воспроизводства. Бентосные сообщества, где

организмы

имеют

достаточно

длинный

жизненный

цикл,

более

консервативны:

перестройки происходят в них при длительном хроническом загрязнении, приводящем к

необратимости процессов.

К методам биоиндикации, которые можно применять при ис следовании экосистемы,

относится выявление в изучаемой зоне редких и исчезающих видов. Список таких

организмов, по сути, является набором индикаторных видов, наиболее чувствительных к

антропогенному воздействию.

Лишайники являются симбиотическими организмами. Многими исследователями

показана их пригодность для целей биоиндикации. Они обладают весьма специфическими

свойствами, так как реагируют на изменение состава атмосферы, обладают отличной от

других организмов биохимией, широко распространены по разным типам субстратов,

начиная со скал и кончая корой и листьями деревьев, удобны для экспозиции в

загрязненных районах.

Выделяют четыре основные экологические группы лишайников: эпифитные

— растущие на коре деревьев и кустарников; зпиксильные — растущие на обнаженной

древесине; эпигейные —

на

почве; эпилитные —

на

камнях.

Из

них

наиболее

чувствительны к загрязнению воздуха эпифитные виды. С помощью лишайников можно

получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно

выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники

обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и

хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при невысоких

уровнях загрязнения атмосферы эти ми веществами. Процедура определения качества

воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации.

Лишайники - это симбиоз водоросли и гриба. Они чувствительны к загрязнению среды

в силу следующих причин: 1) у лишайников отсутствует непроницаемая кутикула,

благодаря чему обмен газов происходит свободно через всю поверхность; 2) большинство

же токсических газов концентрируются в дождевой воде, а лишайники впитывают воду

всем слоевищем, в отличие от цветковых растений, которые поглощают воду

преимущественно корнями; 3) большинство цветковых растений в наших широтах

активны только летом, когда уровень загрязнения сернистым газом намного ниже (вслед-

ствие уменьшения сжигания угля в топках - основного источника сернистого газа), в то

время как лишайники обладают способностью к росту и при температурах ниже 0°С.

В отличие от цветковых растений лишайники способны избавиться от пораженных

токсическими веществами частей своего таллома каждый год. В городах с загрязненной

атмосферой они редки, главный враг лишайников в городах - сернистый газ. Установлено,

что чем выше уровень загрязнения природной среды сернистым газом, тем больше серы

накапливается в слоевище лишайников, причем живое слоевище аккумулирует серу из

среды интенсивнее, чем, мертвое. Особенно удобны лишайники в качестве индикаторов

небольшого загрязнения окружающей среды. Наиболее чувствительным симбионтом в

таллом лишайников является водоросль.

В мире насчитывается около 26 тысяч видов лишайников. Они различаются по зонам

произрастания (тундра, лесная зона и т.д.), видам субстрата (камни, скалы, стволы и ветви

деревьев, почва). У лишайников, растущих на деревьях, видовой состав различается в

зависимости от рН коры. Лишайники исчезают в первую очередь с деревьев, имеющих

кислую кору (береза, хвойные), затем с нейтральных (дуб, клен) и позже всего - с

деревьев, имеющих слабощелочную кору (вяз мелколистный, акация желтая). В

лишайниковых типах леса доминируют кустистые лишайники (кладония, цетрария),

длинными бородами с ветвей деревьев свисает уснея, которая является наиболее

чувствительным видом и растет в лесах только с чистой атмосферой.

Группы лишайников:

1) накипные (слоевище имеет вид корочек) - например, бацидиум фисция;

2) листоватые (слоевище имеет вид пластинок) - например, пармелия, степная золотянка,

гипогимния;

3) кустистые (слоевище имеет вид кустиков или свисающих «бород», иногда до 1-2 м

длиной) - например, уснея, бриория, клафония, цетрария.

Практикуется и более дробное деление жизненных форм лишайников:

1) накипные - порошкообразные, слабо структурированные;

2) корковые - коркообразные, плотно прилегают к субстрату;

3) чешуйчатые - коркообразные, края таллома приподняты;

4) пластинчатые - коркообразные, края бороздчатые и образуют лопасти;

5) листоватые - таллом листообразный с четкой нижней коркой;

6) кустистые - прямые волосовидные или кустарниковой формы. Наиболее чувствительны

к загрязнению воздушной среды кустистые и листоватые лишайники (исчезают

полностью), наименее - накипные.

Ход работы. Биоиндикация территории с помощью лишайников может быть

организована по-разному, в зависимости от цели.

В одном случае трансекту длиной в 2-3 км удобно разместить перпендикулярно

насыщенной автотранспортом загородной дороге, примыкающей к лесному массиву,

состоящему из небольшого разнообразия древесных видов (например, сосна с примесью

березы или дубовое насаждение с примесью клена).

В другом случае трансекта располагается в зависимости от расстояния до центра города

(центральные улицы, на некотором расстоянии от центра, окраинные улицы, загородные

территории). Такая трансекта может продолжаться на 20-50 км и переходить в зеленую

зону города. Вполне очевидно, что в такой многокилометровой трансекте должны

изучаться только виды древесных растений, имеющиеся на всей территории.

Первая трансекта разбивается на ряд участков: 1) возле дороги, 2) в 100 м, 3) в 300 м, 4) в

500 м, 5) в 1000 м, 6) в 2000-3000 м от дороги. На каждом участке закладываются пробные

площади размером 20х20 м, 50х50 м, 100х100 м (в зависимости от цели исследования и

разреженности насаждения).

На каждой пробной площади учитываются следующие параметры:

а) общее число видов лишайников;

б) степень покрытия слоевищами лишайников каждого дерева;

в) частота (встречаемость) каждого вида;

г) обилие каждого вида.

При этом могут быть употреблены следующие градации (таблица 1).

Таблица 1 Оценка встречаемости лишайников

Оценка

Частота встречаемости

Степень покрытия

1

Очень редкая

Очень низкая

2

Редкая

Низкая

3

Небольшая

Средняя

4

Большая

Большая

5

Очень высокая

Очень большая (встречается на большинстве

деревьев)

Таблица 2 Характер влияния загрязнения среды на встречаемость лишайников

(составлена по работам многих авторов)

Зона

загрязнения

Оценка встречаемости лишайников

Загрязнение

воздуха

сернистым

газом, мг/м

3

Оценка

загрязнения

1

Лишайники на деревьях и камнях

отсутствуют

Больше

0,3-0,5

Сильное

загрязнение

2

Лишайники также отсутствуют на стволах

деревьев и камнях. На северной стороне

деревьев и в затененных местах встречается

зеленоватый налет водоросли плеврококкус

Около 0,3

Довольно

сильное

3

Появление на стволах и у основания

деревьев серо-зеленоватых твердых

От 0,05 до 0,2

Среднее

накипных лишайников леканоры, фисции

4

Развитие накипных лишайников -леканоры

и др., водоросли плеврококкуса, появление

листоватых лишайников (пармелия)

Не превышает

0,05

Небольшое

5

Появление кустистых лишайников (эвернии,

уснеи)

Малое

содержание

Воздух очень

чистый

Лихеноиндикация загрязнения воздуха (качественная оценка).

На основании эмпирически установленных качественных критериев, основанных на

фактах наличия — отсутствия определенных типов лишайников, выделяют зоны с разной

степенью загрязнения (таблица 3).

Таблица 3 ^ Зоны с разной степенью загрязнения

Зона

Загрязнение

Наличие ( ) или отсутствие (-) лишайников

кустистые

листоватые

накипные

1

Нет

2

Слабое

-

-

3

Среднее

-

-

4

Сильное (лишайниковая

пустыня)

-

-

-

В обследуемом районе изучается обрастание лишайниками стволов и ветвей деревьев,

камней, стен домов и т.п., и по таблице определяется степень загрязнения воздуха.

Выводы

От загрязнения воздуха страдают все живые организмы, но особенно растения. По

этой причине растения, в том числе низшие, наиболее пригодны для обнаружения

начального изменения состава воздуха. Соответствующие индексы дают количественное

представление о токсичном эффекте загрязняющих воздух веществ. У лишайников, по

сравнению с растениями, сильнее выражена приуроченность к тем биоклиматическим

условиям, с которыми связано их происхождение. Находясь под влиянием тех же

факторов (тепла, влаги, плодородия, геологической истории), что и сосудистые

растения, лишайники несколько иначе реагируют на их изменение.