Scientific journal

Scientific Review. Biological science

ISSN 2500-3399

ПИ №ФС77-57454

Введение

Эпифитные лишайники – одни из наиболее чувствительных биоиндикаторов атмосферного загрязнения, позволяющих быстро и достоверно оценивать состояние воздуха природных [1] и антропогенных биогеоценозов [2]. Среди них есть чувствительные формы, погибающие при малейшем загрязнении, среднечувствительные, сменяющие погибшие чувствительные виды, и выносливые формы, толерантные к загрязнению. Последние произрастают в городах и других населенных пунктах, приспособившись к антропогенным условиям. Чувствительность лишайников к загрязнению объясняется тем, что они не способны выделять в окружающую среду поглощаемые ими токсичные вещества. В отличие от высших растений лишайники всей поверхностью абсорбируют из воздуха и воды многие химические вещества и аккумулируют их [3–5]. Максимально чувствительным к атмосферным загрязнениям является водорослевый слой лишайников, обладающий более высоким уровнем метаболической активности. Из компонентов загрязненного воздуха наиболее выраженное отрицательное влияние на него оказывает диоксид серы (SO2), который уже в концентрации 0,08–0,1 мг/м3 действует на хлоропласты клеток водоросли, нарушая в них процесс фотосинтеза, а в концентрации 0,5 мг/м3 вызывает гибель таллома. Известна способность лишайников реагировать на загрязнение воздуха фторидами, хлоридами, оксидами азота, углерода, озоном [6, 7]. В то же время лишайники слабо чувствительны к токсичным для других организмов тяжелым металлам, накапливающимся в их тканях в значительных количествах, а также к радиоактивным изотопам [8].

Важным фактором, влияющим на состояние эпифитных лишайников, является естественная кислотность коры. Для проведения исследований автором выбрана береза бородавчатая (Betula pendula L.) с кислой реакцией коры (рН 3,4–3,7). Кроме березы к таким древесным породам относятся сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), ель обыкновенная (Picea abies (L.) H. Karst.), лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb.) и пихта сибирская (Abies sibirica Ledeb.). При увеличении в атмосферном воздухе концентрации SO2 (в меньшей степени оксидов азота и углерода) происходит смещение рН коры в сторону более кислой реакции, что приводит к нарушениям размножения и развития эпифитных лишайников. Их талломы окрашиваются в беловатый, коричневатый или фиолетовый цвета, становятся более толстыми, ограниченными по площади, обильно покрываются соредиями, сморщиваются и отмирают.

Для организации экомониторинга посредством пассивной лихеноиндикации требуется соблюдение следующих правил:

1) наблюдение за лишайниками нужно проводить на постоянных учетных площадках на протяжении длительного времени;

2) пробные площадки должны быть заложены в гомогенных по составу и возрасту фитоценозах с одинаковыми биотическими и абиотическими условиями;

3) модельные деревья на пробных площадках должны быть по возможности постоянными, одновозрастными, не иметь видимых повреждений и принадлежать к одной из основных лесообразующих пород;

4) при использовании переменных пробных площадок и модельных деревьев их количество необходимо кратно увеличить для получения достаточного объема статистически достоверной информации.

Цель исследования – изучить изменение состояния лесных биоценозов по реакции эпифитных лишайников на присутствие в воздухе поллютантов.

Материалы и методы исследования

Степень загрязнения воздуха определена в окрестностях пос. Озерецкий (55°49´32´´ с.ш. 39°04´04´´ в.д.) и д. Войново-Гора (55°50´38´´ с.ш. 39°03´36´´ в.д.) Орехово-Зуевского района Московской области в 2014 и 2024 гг. с помощью пассивной лихеноиндикации по стандартной методике. Изучение лишайников проведено на двух постоянных учетных площадях, заложенных в близких по составу и возрасту фитоценозах со сходными абиотическими условиями. Формула древостоя на первой площадке – 7Б+3С+1Д, на второй площадке – 9Б+1С; степень сомкнутости крон соответственно 40 и 47–49 %. Для определения проективного покрытия использованы постоянные промаркированные модельные деревья березы бородавчатой 40–45-летнего возраста, не имеющие видимых признаков ослабления и антропогенного воздействия.

Обе учетные площадки заложены к северо-западу от пос. Озерецкий: первая – в 500 м, вторая – в 2 км от поселка в окрестностях д. Войново-Гора. Обе площадки расположены между автодорогой, идущей от пос. Озерецкий к д. Дубровка и Марково и мелиоративной канавой. Расстояние от площадок до дороги около 70 м. В юго-западном направлении за дорогой расположен лесной массив, в северо-восточном за канавой – заброшенный торфяник, заросший травянистой сорной растительностью и кустарником и имеющий местами ширину от 500 до 1000 м.

Для определения проективного покрытия использована прозрачная сетка площадью 100 см2, разбитая на ячейки размером 1х1 см. В обоих локалитетах измерения проведены на 10 стволах, на каждом с четырех сторон света на высоте около 150 см от поверхности почвы.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты измерений представлены в табл. 1–4.

Общее проективное покрытие в процентах (R) вычисляли по формуле:

R = (100а + 50в) / с,

где а – число квадратов с покрытием более 50 %; в – число квадратов с покрытием менее 50 %; о – число пустых квадратов; с – общее число квадратов (а + в + о).

В 2014 г. на первой учетной площадке проективное покрытие лишайниками стволов деревьев составило 17,4 %, на второй площадке – 10,6 %. В 2024 г. эти показатели соответственно равнялись 14,5 и 21,4 %. На тех же площадях количество отмерших талломов в 2014 г. составило соответственно 15 и 40–45 %, в 2024 г. – 45–50 и 12–15 % от общей площади проективного покрытия в каждой точке.

Таблица 1

Лихенометрическая съемка (проективное покрытие) в районе пос. Озерецкий в 2014 г.

Источник: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.

Таблица 2

Лихенометрическая съемка (проективное покрытие) в районе д. Войново-Гора в 2014 г.

Источник: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.

На обеих учетных площадках доминирующим видом является пармелия бороздчатая – Parmelia sulcata Tayl. В 2024 г. на первой площадке она составила более 70 % от общей площади проективного покрытия. Кроме того, здесь обнаружены кладония бахромчатая – Cladonia fimbriata (L.) Fr. (20–25 % от площади проективного покрытия) и канделярия одноцветная – Candelaria concolor (Dicks.) Stein. (единичные талломы). На второй учетной площадке в 2024 г. пармелия бороздчатая составила более 75 % от общей площади проективного покрытия, пармелопсис бледнеющий – Parmelopsis pallescens (Hoffm.) Hillm. – около 20 %, гипогимния вздутая – Hypogymnia physodes (L.) Nyl. и пармелия козлиная – P. caperata (L.) Ach. были представлены отдельными талломами [9].

Приведенные результаты отражают динамику загрязнения воздуха в исследуемом районе. До 2014 г. у южной окраины пос. Озерецкий длительное время существовал очаг пожара на торфянике, вызвавший более сильное загрязнение воздуха в поселке и его окрестностях по сравнению с удаленным участком у д. Войново-Гора. Это подтверждают сравнительные результаты площадей проективного покрытия и отмерших талломов (табл. 1, 2).

Таблица 3

Лихенометрическая съемка (проективное покрытие) в районе пос. Озерецкий в 2024 г.

Источник: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.

Таблица 4

Лихенометрическая съемка (проективное покрытие) в районе д. Войново-Гора в 2024 г.

Источник: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.

В последующие годы вблизи пос. Озерецкий эпизодически возникали локальные очаги возгорания, которые постепенно захватывали новые участки торфяника. В 2024 г. здесь помимо пожара на торфянике возник очаг лесного низового пожара, что, безусловно, увеличило степень загрязнения воздуха в этой части фитоценоза. Лишайники отреагировали на подобные нарушения экологической обстановки изменением степени проективного покрытия и соотношения площадей между живыми и погибшими талломами (табл. 3, 4).

Экологическая значимость исследованных биотопов определяется их устойчивостью, которая обеспечивается за счет способности к полному замещению одних видов лишайников другими, что может послужить своеобразным индикатором наличия загрязнения. Виды лишайников, пригодные для биоиндикации в смешанных лесах средней полосы России, с классами полеотолерантности представлены в табл. 5.

Таблица 5

Виды лишайников смешанных лесов европейской части России с классами полеотолерантности

Источник: составлено автором на основе [10].

Основные принципы и методы лихеноиндикации также могут с успехом использоваться в школьной проектной деятельности для организации целостной системы, направленной на развитие теоретических знаний, практических умений и навыков обучающихся [11, 12].

Заключение

В заключение следует отметить, что, несмотря на ограниченность обследованной территории, автором получены результаты, подтверждающие возможность успешного использования эпифитных лишайников для целей локального экомониторинга. За период исследования в связи со сложившейся экологической обстановкой, являющейся следствием периодически возникающих локальных очагов возгорания на торфянике и очага лесного низового пожара, по соотношению площадей проективного покрытия и отмерших талломов установлено заметное угнетение эпифитных форм в районе пос. Озерецкий и их частичное возобновление в окрестностях д. Войново-Гора. В 2024 г. на обеих учетных площадках отмечено преобладание P. sulcata, более выраженное в окрестностях д. Войново-Гора, где кроме нее обнаружены еще три вида эпифитов: P. pallescens, H. physodes и P. caperata.

Для исследовательских биоиндикационных работ по оценке состояния окружающей среды часто привлекаются и обучающиеся СОШ, которые в ходе проектной деятельности могут также использовать международную платформу iNaturalist, дающую возможность проведения практических полевых исследований. Кроме повышения интереса, облегчения фиксации полученных результатов, платформа позволяет осуществлять коммуникацию исследователей с обучающимися других учебных заведений и сторонними специалистами научно-исследовательских институтов для создания единой региональной системы экомониторинга.