Оценка экологического состояния атмосферной среды города Краснодара с помощью методов лихеноиндикации

Сионова Наталья Анатольевна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Краснодар – 2006

Работа выполнена в Кубанском государственном университете на кафедре биологии и экологии растений

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Изучение экологического состояния урбанизированных территорий является на сегодняшний день одной из актуальных проблем. Лишайники и лихеносинузии, произрастающие в урбоэкосистемах, подвергаются мощному антропогенному влиянию. В результате в населенных пунктах изменяются многие показатели лишайникового покрова. Реакция лишайников на атмосферное загрязнение различна. Это позволяет использовать их в качестве биоиндикаторов, выделяя в населенных пунктах лишайниковые зоны. В настоящее время, когда наличие современных технических средств позволяет осуществлять непосредственный контроль над степенью загрязнения воздуха путем создания сети автоматических газоанализаторных станций, интерес к эпифитным лишайникам как индикаторам загрязнения не уменьшается. Использование лишайников для индикации остается актуальным и часто более выгодным, поскольку метод лихеноиндикации имеет большие возможности и дает удовлетворительные результаты.

Часто увеличение концентрации каких-либо веществ-загрязнителей не оказывает заметного влияния на развитие урбоэкосистем. В этих условиях индикаторная роль лишайников и лихеносинузий, наиболее чувствительных к загрязнению компонентов экосистем, резко возрастает. Но урбанизация и увеличение содержания загрязнителей в воздухе, несмотря на их негативное воздействие на лихенофлору и лихеносинузии, не приводят к полному исчезновению лишайников. Наличие или отсутствие изменений в их развитии отражает характер воздействия загрязнителя на урбоэкосистемы, т.е. показывает, является ли его действие еще безвредным или уже вызывает изменения. Совершенно очевидно, что изучение адаптаций лишайников и лихеносинузий к антропогенным воздействиям является важнейшей задачей современной лихенологии.

Использование лихеноиндикационных методов позволяет осуществлять длительный экологический мониторинг состояния атмосферной среды урбанизированных территорий в пространстве и во времени. По видовому составу лишайников и лихеносинузий можно проводить диагностику влияния загрязнения на развитие урбоэкосистем, что несравнимо более важно, чем непосредственная индикация загрязнения.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования являлась оценка экологического состояния атмосферной среды города Краснодара с помощью методов лихеноиндикации. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

Выявить видовой состав эпифитной лихенофлоры урбоэкосистемы города Краснодара, изучить ее систематическую структуру.

Провести экобиоморфологический и географический анализ лихенофлоры города, изучить субстратную приуроченность лишайников.

Изучить особенности распределения эпифитных лишайников и лихеносинузий по территории города в зависимости от атмосферного загрязнения.

Исследовать влияние атмосферных загрязнителей на эпифитные лишайники и лихеносинузии.

Выявить основные индикаторные виды эпифитных лишайников и лихеносинузии для города Краснодара.

Изучить накопление тяжелых металлов эпифитными лишайниками.

Провести крупномасштабное лихеноиндикационное картирование городской территории на основе различных подходов и методов.

Научная новизна работы. В работе впервые показан процесс антропогенной трансформации лихенофлоры урбанизированных территорий Северо-Западного Кавказа. Для территории города Краснодара выявлено 62 вида эпифитных лишайников, принадлежащих к 30 родам и 11 семействам, проведен таксономический, экологический, географический анализ лихенофлоры. Впервые для города указывается 36 видов эпифитных лишайников. Впервые изучена субстратная приуроченность видов лишайников, особенности их пространственного распределения в условиях урбоэкосистемы города, выявлены факторы, влияющие на подобное распределение. Изучены биоэкологические особенности лишайников антропогено нарушенных местообитаний. Впервые выявлены основные индикаторные виды эпифитных лишайников и лихеносинузии урбоэкосистемы города Краснодара, изучена их чувствительность к различному уровню антропогенного воздействия. Установлена взаимосвязь атмосферного загрязнения с отдельными показателями, характеризующими эпифитный лишайниковый покров. Осуществлена лихеноиндикационная оценка атмосферного загрязнения города. Проведено крупномасштабное лихеноиндикационное картирование территории города, которое ранее для Краснодара не проводилось.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты, полученные в ходе исследования, вносят определенный вклад в изучение флоры, биологии и экологии эпифитных лишайников урбанизированных территорий. Проведен анализ эпифитной лихенофлоры урбоэкосистемы города Краснодара, выявлено влияние городской среды на лишайники и лихеносинузии. Полученные результаты позволяют обосновать выбор и использование конкретных видов лишайников и лихеносинузии в качестве индикаторов для оценки загрязнения атмосферной среды населенных пунктов. Применение биоиндикационных методов совместно с инструментальными при изучении антропогенной трансформации лихенофлоры урбоэкосистем может способствовать правильному принятию экологически значимых решений. Составленные в ходе исследования лихеноиндикационные карты городской территории позволили выявить как районы с наибольшим антропогенным загрязнением атмосферной среды и являющиеся в связи с этим неблагоприятными в экологическом плане, так и районы, характеризующиеся относительно невысоким уровнем атмосферного загрязнения.

Рассмотренные и апробированные в работе методы могут быть использованы при проведении индикационных работ в городах Северо-Западного Кавказа. Результаты исследований используются ФГУЗ «Центром гигиены и эпидемиологии в Краснодарском крае» при мониторинге урбанизированных территорий, индикации экологического состояния атмосферной среды в городах Краснодарского края, а также при разработке проектов развития городских и пригородных территорий.

Данные по систематике, географии и экологии лишайников, материалы полевых описаний лишайникового покрова, а также составленные лихеноиндикационные карты используются при чтении студентам лекционных курсов по «Общей экологии», «Экологии и рациональному природопользованию», «Основам лихенологии», «Экологическому картографированию» на биологическом и географическом факультетах Кубанского государственного университета. В результате проведенных исследований собран гербарный материал и создана коллекция лишайников урбоэкосистемы города Краснодара.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:

Видовой состав лишайников урбоэкосистемы города Краснодара. Таксономический, географический и экологический анализ лихенофлоры.

Изменение видового состава эпифитных лишайников и лихеносинузий, их пространственного распределения, проективного покрытия происходит под влиянием атмосферного загрязнения и естественных параметров экотопа.

Подходы и методы, апробированные в работе, могут использоваться для лихеноиндикации экологического состояния атмосферной среды в городах. Карты, построенные на основе лихеноиндикационных методов, могут быть использованы при разработке проектов развития городских и пригородных территорий.

Апробация работы. Результаты исследования представлены на II Международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2002); XVI, XVII, XVIII, XIX межреспубликанских научно-практических конференциях «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» (Краснодар, 2003, 2004, 2005, 2006); VI Международной конференции «Биологическое разнообразие Кавказа» (Нальчик, 2004); VIII научном совещании по прикладной географии (Иркутск, 2005); II Всероссийской Internet-конференции (с международным участием) «Проблемы экологии в современном мире» (Тамбов, 2005); VI Международной научной конференции «Наука и образование» (Белово, 2006); II Научной конференции с международным участием «Секция молодых ученых, студентов и специалистов» (Тунис, Сусс, 2006), I (IX) Международной конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 2006); Международной научной конференции «Сохранение биоразнообразия растений в природе и при интродукции» (Абхазия, Сухум, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 245 страницах печатного текста и состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, 3 приложений на 81 странице. Содержит 25 таблиц, 100 рисунков (13 диаграмм, 24 фотографии, 63 карты). Список использованных источников включает 258 наименований, в том числе 76 – зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 Состояние изученности вопроса

На сегодняшний день изучено экологическое состояние незначительной части урбанизированных территорий Российской Федерации. В России выявлена и проанализирована лихенофлора таких городов, как Санкт-Петербург (Малышева, 1996, 1998), Москва (Бязров, 1996, 1999; Пчелкин, 1998), Ярославль (Воропаева, Кушникова, 1997), Тверь (Уразбахтина, Дементьева, 2003), Нижний Новгород (Дмитриев, 1995), Воронеж (Мучник, 1992, 2004) и другие.

Изучение и анализ лихенофлор урбанизированных территорий выявили определенные закономерности: при увеличении антропогенного загрязнения происходит уменьшение количества видов лишайников (Жидков, 1997; Некрасенко, 1999 и другие), отмечается изменение встречаемости отдельных видов лишайников (Малышева, 2001; Дмитриев, 1995 и другие), наблюдаются различные морфологические изменения слоевищ (Кравчук, 1996; Поташева, 1995; Малышева, 1996), установлены изменение интенсивности фотосинтеза и другие физиологические нарушения (Поташева, 1993; Шапиро, Равинская, 1996; Nash, 1975).

Лишайники антропогено трансформированных территорий накапливают в своих слоевищах различные химические элементы (Блюм, Тютюнник, 1990; Криворотов, Чумаковский, 1998; Дмитриев, 1995 и другие). Установлены определенные закономерности распределения элементов в слоевищах лишайников (Елсаков, 1996). Лишайники являются чувствительными к загрязнению окружающей среды организмами, что позволяет использовать их в качестве биоиндикаторов при оценке состояния территории с различной техногенной нагрузкой (Гарушанц и др., 1997; Скирина, 1998; Чеснокова, 1999). Разработаны различные методы лихеноиндикационной оценки антропогенного загрязнения урбанизированной территории: лихеноиндикация может проводиться на основе изучения химического состава слоевищ (Аржанова, Скирина, 1997; Родникова, 1997); при наличии исторических данных о видовом составе лихенофлоры территории может осуществляться анализ распределения антропогенного загрязнения во времени (Блюм, Тютюник, 1989; Бязров, 1992, 1996; Малышева, 1993); часто применяются индексы, отражающие степень антропогенного загрязнения атмосферного воздуха (Баумгертнер, 1998; Криворотов и др., 2000; Пахомов, 1996 и другие), может производиться трансплантация лишайников из фоновых местообитаний в загрязненные (Крючкова, Григорьев, 2002; LeBlanc, Rao, 1973; Palomäki et al., 1992 и другие).

Картирование урбанизированной территории проводится на основе данных о распространении видов лишайников (Пишут, 1994; Batič, Mayrhoter, 1995, 1996), значений индексов (Баумгертнер, 1998; Малышева, 1998; Пахомов, 1996; Терехина, 1995) и других показателей (Kiszka, 1992).

Биоиндикационные работы для территории города Краснодара ранее не проводились. Не осуществлялось детальное изучение лихенофлоры и ее структуры. В лихенологическом отношении обследованы были лишь отдельные районы города (Криворотов, 1995, 1974; Криворотов, Сионова, 2003). Все это определило необходимость изучения лихенофлоры и лихеносинузий города Краснодара, а также возможностей использования эпифитных лишайников для биомониторинга антропогенного загрязнения его атмосферной среды.

Глава 2 Физико-географическая характеристика района исследований

В главе приведена характеристика геологического строения, рельефа, климата, гидрологии, почвенного покрова, растительности города Краснодара.

Город Краснодар характеризуется самым высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха в Краснодарском крае. В течение года в его атмосферу поступает около 400 тысяч тонн загрязняющих веществ, основной объем выбросов (более 95 %) приходится на автотранспорт (Доклад…, 2005). Отмечается превышение ПДК некоторыми химическими соединениями и элементами (Чумаковский и др., 2006). Контроль за состоянием атмосферного воздуха в городе проводится эпизодически.

Глава 3 Материал и методы работы

Материалом для работы послужили собственные сборы в количестве более 3000 образцов и исследования автора, проведенные на территории урбоэкосистемы города Краснодара в 2002-2006 гг. На территории города проводились маршрутные и стационарные исследования. Заложено 696 пробных площадей, обследовано около 5000 экземпляров деревьев. Учет видового состава лишайников, их проективного покрытия, а также приуроченность к определенным видам форофитов выявлялись по известным методикам (Криворотов, 2001, 2002). Определение лишайников проводилось по методике А. Н. Окснера (1974) в лаборатории кафедры биологии и экологии растений Кубанского госуниверситета. Таксономический список составлен с учетом современной номенклатуры (Ericksson et al., 2001). Географический анализ лихенофлоры и анализ жизненных форм проводились в соответствии с данными Н. С. Голубковой (1966, 1983).

Зонирование изучаемой территории (деление на центральную, периферическую, парковую и пригородную зоны) проведено согласно методике, предложенной С. Б. Криворотовым (2002). Для каждого вида лишайников составлены карты их распространения. В качестве картографической основы использовалась карта города (Краснодар…, 2003). Анализ распространения лишайников по территории урбоэкосистемы проводился на основе их встречаемости, а также значений коэффициентов встречаемости в выделенных зонах. Группы и классы встречаемости выделены по методике, предложенной Ю. П. Солдатенковой (1977). На пробных площадях определено проективное покрытие лишайников.

В качестве фонового участка использовалась территория Краснолесского участка Государственного опытного лесоохотничьего хозяйства «Кубаньохота» («Красный лес»). Анализы на наличие металлов в слоевищах лишайников выполнены с помощью атомно-абсорбционного спектрометра МГА-915.

Для лихеноиндикационного картирования города использовались данные о встречаемости различных видов на территории урбоэкосистемы, учитывалось общее количество видов на пробных площадях, их проективное покрытие и значения индексов атмосферного загрязнения. На этой основе были построены карты количества видов, карты общего проективного покрытия лишайников, карта на основе индекса полеотолерантности (IP). Для построения карт использовался программный продукт ArcGIS 9.3, модули Geostatistical Analys, Spatial Analys.

Статистическая обработка полученных данных проводилась в программном приложении Microsoft Excel для Windows. Количественные показатели диссертации статистически обработаны и достоверны.

Глава 4 Флора лишайников урбоэкосистемы города Краснодара

и ее анализ

Систематическая структура лихенофлоры

Эпифитная лихенофлора урбоэкосистемы города Краснодара представлена 62 видами, принадлежащими к 30 родам и 11 семействам. Все виды лишайников относятся к типу Ascomycota, подтипу Pezizomycotina, классам Arthoniomycetes (1 вид), Lecanoromycetes (59). Один род и один порядок имеют неопределенное систематическое положение.

Преобладающими по количеству родов являются семейства Parmeliaceae (11 родов), Physciaceae (6), Candelariaceae (2), Lecanoraceae (2), Pertusariaceae (2), Teloschistaceae (2). По числу видов доминируют Physciaceae (16 видов), Parmeliaceae (14), Lecanoraceae (10), Ramalinaceae (7). Они объединяют 75,8 % видов лишайников и составляют ядро лихенофлоры города (табл. 1).

Таблица 1. Структура эпифитной лихенофлоры урбоэкосистемы города Краснодара

Продолжение табл. 1

Ведущими по числу видов родами являются Lecanora (8), Ramalina (7), Physcia (6), Caloplaca (3), Candelariella (3), Parmelia (3), Phaeophyscia (3), Physconia (3).

Географический анализ лихенофлоры

В лихенофлоре города выделено 10 географических элементов: мультирегиональный элемент с голарктическим (21 вид) и неморальным (11) типами ареала, неморальный с паннеморальным типом ареала (9), бореальный с панбореальным типом ареала (5), евриголарктический с голарктическим типом ареала (4), ното-бореальный (2), неморальный элемент с евразоафриканским (2), еврамериканским (1) и евразиатским (1) типами ареала, монтанный элемент с европейским типом ареала (1) (рис. 1).

Рис. 1 Географические элементы эпифитной лихенофлоры урбоэкосистемы города Краснодара (% от общего количества видов)

Анализ географических элементов показал, что лихенофлору города можно охарактеризовать как мультирегиональную с участием неморальных элементов.

Спектр жизненных форм лишайников

Все обнаруженные на территории урбоэкосистемы виды относятся к числу эпигенных лишайников. Наиболее многочисленными в видовом отношении являются группы плагиотропных листоватых рассеченнолопастных ризоидальных (25 видов), плагиотропных однообразно-накипных зернисто-бородавчатых (18), ортотропных кустистых повисающих плосколопастных (10) жизненных форм. Меньшим количеством видов представлены группы плагиотропных однообразно-накипных лепрозных (4), плотнокорковых (3), плагиотропных листоватых вздутолопастных неризоидальных (1), ортотропных кустистых повисающих радиально-лопастных (1) жизненных форм (табл. 2).

Таблица 2. Спектр жизненных форм эпифитных лишайников урбоэкосистемы города Краснодара

Основные группы лишайников по субстратной приуроченности

Эпифитные лишайники проявляют различную приуроченность к деревьям-форофитам. Большинство лишайников (90,3 %) приурочены к ограниченному числу видов деревьев-форофитов. Для некоторых эпифитов характерна строгая приуроченность к конкретным видам форофитов.

Наибольшее количество видов лишайников обнаружено на стволах следующих деревьев-форофитов: орехе черном (27 видов), дубе черешчатом (25), тополе пирамидальном (22), ясене высоком (19), софоре японской (19) и других. На отдельных форофитах (биота восточная, ива вавилонская, каркас западный и другие) обнаружено только по одному виду лишайников.

Глава 5 Воздействие атмосферного загрязнения на лишайники и лихеносинузии

Особенности распределения эпифитных лишайников в городе Краснодаре под влиянием атмосферного загрязнения

Выявлены особенности распространения лишайников в городе, установлена неравномерная встречаемость эпифитов на территории изучаемой урбоэкосистемы. В центральной зоне города обнаружено 14 видов эпифитных лишайников, в периферической – 32, в парковой – 49, в пригородной – 47 (рис. 2).

Рис. 2 Распространение эпифитных лишайников

в различных зонах урбоэкосистемы города Краснодара

На основе значений коэффициента встречаемости выделено 3 группы лишайников: часто (4 вида), редко (12) и единично (46) встречающиеся на территории города (рис. 3).

Рис. 3 Встречаемость эпифитных лишайников

в урбоэкосистеме города Краснодара (% от общего количества видов)

58 видов эпифитных лишайников относится к I классу встречаемости. Ко II, IV, VII, VIII классам встречаемости относится по одному виду (II класс – Lecidella euphorea, IV – Physconia grisea, VII – Xanthoria parietina, VIII – Physcia adscendens).

Эпифитная лихенофлора центральной зоны города насчитывает 14 видов, принадлежащих к 10 родам и 4 семействам. Ведущим является семейство Physciaceae (6 видов). Лишайники, обнаруженные здесь, относятся к однообразно-накипной и листоватой рассеченнолопастной ризоидальной группам жизненных форм. К широко распространенным относятся виды лишайников Xanthoria parietina, Physcia adscendens, Physconia grisea и лихеносинузии Xanthoria parietina + Physcia adscendens; Xanthoria parietina + Physconia grisea; Physcia adscendens + Xanthoria parietina.

В периферической зоне урбоэкосистемы произрастает 32 вида лишайников, относящихся к 19 родам и 8 семействам. Ведущими являются семейства Physciaceae (12 видов), Lecanoraceae (6), Parmeliaceae (5). Преобладают лишайники рассеченнолопастной ризоидальной жизненной формы. Наиболее часто встречаются также Physcia adscendens, Xanthoria parietina, Physconia grisea. Наиболее типичными являются лихеносинузии Xanthoria parietina + Physcia adscendens; Xanthoria parietina + Physconia grisea; Physcia adscendens + Physconia muscigena.

В парковой зоне обнаружено 49 видов из 26 родов и 9 семейств. Семейства Physciaceae (13), Parmeliaceae (12), Lecanoraceae (10) составляют ядро лихенофлоры парковой зоны. Доминируют лишайники из группы листоватых рассеченнолопастных ризоидальных жизненных форм. К наиболее распространенным относятся Lecidella euphorea, Physconia grisea, Xanthoria parietina и лихеносинузии Physcia adscendens + Xanthoria parietina; Physconia grisea + Xanthoria parietina; Physcia adscendens + Physconia grisea; Melanelia olivacea + Ramalina fastigiata; Parmelia sulcata + Xanthoria parietina + Physcia adscendens. Парки в черте города характеризуются значительными различиями в структуре эпифитной лихенофлоры. Это объясняется их местоположением в урбоэкосистеме и различным уровнем антропогенной нагрузки.

Эпифитная лихенофлора пригородной зоны представлена 47 видами, относящимися к 22 родам и 9 семействам. Ведущими семействами лихенофлоры пригородной зоны города являются Parmeliaceae (10 видов), Physciaceae (10), Lecanoraceae (9), Ramalinaceae (7). Преобладают группы однообразно-накипных и листоватых рассеченнолопастных ризоидальных жизненных форм. Наиболее часто встречаются Xanthoria parietina, Physcia adscendens, Lecidella euphorea, Physconia grisea, Pleurosticta acetabulum и лихеносинузии Xanthoria parietina + Physcia adscendens; Physcia adscendens + Pleurosticta acetabulum; Physcia adscendens + Ramalina fastigiata, Ramalina fastigiata + Melanelia subargentifera; Lecidella euphorea + Physconia grisea + Parmelia sulcata; Candelaria concolor + Physconia grisea.

С уменьшением антропогенного загрязнения атмосферного воздуха количество видов эпифитных лишайников возрастает. Эпифитная лихенофлора центральной части города Краснодара насчитывает 14 видов (22,6 % от общего количества лишайников), произрастающих на территории урбоэкосистемы. В периферической зоне выявлено 32 вида (51,6 %), что объясняется существенным снижением здесь атмосферного загрязнения и антропогенного влияния в целом. На территории парковой и пригородной зон обнаружено соответственно 49 и 47 видов лишайников (79,0 и 75,8 %). Эти две зоны города характеризуются наименьшим атмосферным загрязнением.

10 видов эпифитных лишайников (16,1 % от общего количества) встречаются во всех зонах города. Остальные виды и образуемые ими лихеносинузии проявляют приуроченность только к определенным зонам города, что позволяет использовать их в качестве биоиндикаторов.

При удалении от центральной зоны города и уменьшении атмосферного загрязнения происходит увеличение проективного покрытия эпифитных лишайников.

Факторы, определяющие изменение эпифитной лихенофлоры города

Существенное влияние на формирование лихенофлоры урбанизированной территории оказывает атмосферное загрязнение. Эпифитные лишайники обладают металлоаккумулирующей способностью, а содержание тяжелых металлов в их слоевищах находится в непосредственной зависимости от концентрации этих элементов в воздухе.

При изучении накопления меди, свинца, кадмия, цинка лишайниками установлено, что наиболее показательным в качестве параметра для лихеноиндикации атмосферного загрязнения урбоэкосистемы города является содержание цинка в слоевищах эпифитов. Наблюдаются достоверные различия в его содержании в лишайниках фоновой зоны и территории города (за исключением пригородной зоны). По этим же параметрам установлены различия между центральной, парковой и пригородной зонами, между периферической, паркой и пригородной зонами (рис. 4).

В слоевищах лишайников значительными являются концентрации цинка (134 и 128 мг/кг сухого веса в центральной и периферической зонах соответственно), а также свинца (84 и 85 мг/кг).

Город является сложной урбоэкосистемой, формирующей свою среду, которая оказывает влияние на эпифитную лихенофлору и лихеносинузии. Влияние экотопа на распределение лишайников и лихеносинузий выявлено при сравнении структуры лихенофлор урбоэкосистемы Краснодара и фонового участка.

В систематическом отношении лихенофлора фонового участка («Красный лес») имеет наибольшее сходство с лихенофлорой периферической и парковой зон города Краснодара. Отличительной чертой является незначительное количество видов лишайников рода Lecanora (3 вида) в фоновом участке по сравнению с периферической и парковой зонами города. Анализ экобиоморф эпифитных лишайников фонового участка показал, что здесь, как и на территории урбоэкосистемы города Краснодара, доминирует группа листоватых рассеченнолопастных ризоидальных жизненных форм. В отличие от экобиоморф лишайников города Краснодара, на территории фонового участка значительную долю составляет группа кустистых повисающих жизненных форм.

Группы устойчивости лишайников в зависимости от атмосферного загрязнения

Устойчивые к загрязнению атмосферы виды встречаются в центральной зоне города, где они имеют среднее проективное покрытие более 0,1 балла и коэффициент встречаемости более 7 %. Чувствительные к загрязнению виды произрастают в периферической, парковой и пригородной зонах города, редко встречаются в центральной зоне, где для данных видов отмечаются значения

Рис. 4 Содержание тяжелых металлов в слоевищах лишайников в разных зонах урбоэкосистемы города Краснодара

среднего проективного покрытия менее 0,08 %. Очень чувствительные к загрязнению виды произрастают в парковой, пригородной зонах и редко в периферической (коэффициент встречаемости лишайников в периферической зоне составляет 0,22 %, проективное покрытие 0,002 балла и меньше). Не переносящие атмосферного загрязнения виды обнаружены только в пригородной зоне города, вдали от точечных и линейных источников загрязнения

Группа устойчивых к атмосферному загрязнению лишайников представлена 7 видами, чувствительных – 18, очень чувствительных – 29, не переносящих загрязнение – 8.

На территории урбоэкосистемы города Краснодара преобладают эпифитные лишайники, относящиеся к группе очень чувствительных к загрязнению атмосферного воздуха видов (46,8 % от общего количества видов эпифитной лихенофлоры города).

Глава 6 Лихеноиндикационное картирование

Карты количества видов эпифитных лишайников

Карты количества видов построены с помощью способа внемасштабных значков и количественного фона (рис. 5, 6). Среднее количество видов лишайников на пробной площади в городе – 2,56±0,08; в центральной зоне города – 1,74±0,09; в периферической – 2,33±0,06; в парковой – 5,32±0,92; в пригородной – 5,19±0,52. Варьирование количества видов в пределах пробной площади для города Краснодара в целом и для каждой зоны урбоэкосистемы значительное.

Наблюдается достоверное увеличение количества видов при уменьшении уровня атмосферного загрязнения. В центральной и периферической зонах встречается до 3 видов лишайников на пробной площади. При приближении к пригородной зоне количество видов на пробной площади увеличивается до 6. В пригородной зоне количество видов лишайников на пробной площади составляет от 2 до 9. В парковой зоне этот показатель увеличивается до 24. Возрастает также количество видов в лесополосах, удаленных от человеческого жилья (до 12 видов).

До 2 видов лишайников отмечено на 18,8 % площади городской территории. На 60,6 % изучаемой территории урбоэкосистемы отмечено до 3-4 видов эпифитных лишайников (значительная доля периферической и частично центральная, парковая, пригородная зоны города). Более 7 видов эпифитных лишайников встречается на незначительной площади (20,6 %). Таким образом, 79,4 % исследуемой площади города характеризуется высоким уровнем атмосферного загрязнения, что подтверждается данными о количественном распределении эпифитных лишайников.

Карты проективного покрытия эпифитных лишайников

Карты проективного покрытия построены также с помощью способа внемасштабных значков и количественного фона. Среднее проективное покрытие слоевищами лишайников стволов деревьев-форофитов – 4,20±0,14 балла. Наименьшее проективное покрытие лишайников характерно для центральной зоны города – 2,27±0,15, в периферической зоне оно практически в два раза больше (4,18±0,16). Наибольшие значения проективного покрытия наблюдаются в парковой и пригородной зонах – 8,03±1,04 и 7,49±0,67 баллов соответственно. Суммарное проективное покрытие эпифитных лишайников увеличивается при переходе от центральной к парковой и пригородной зонам города. Варьирование данного признака значительное.

Преобладают пробные площади с проективным покрытием лишайников от 1 до 3 баллов (57,9 % пробных площадей). В центральной зоне урбоэкосистемы проективное покрытие лишайников составляет около 3 баллов, в периферической оно увеличивается до 4-12 балов. Парковые территории по рассматриваемому критерию отличаются незначительно.

Пригородная зона характеризуется средними значениями проективного покрытия лишайников (7-18 баллов).

Карта на основе индекса атмосферного загрязнения

Карта построена с использованием способа количественного фона. Среднее значение индекса полеотолерантности на территории города Краснодара составляет 9,47±0,03 балла.

Рис. 5 Количественное распределение видов по территории урбоэкосистемы города Краснодара (способ значков)

Центральная и периферическая зоны урбоэкосистемы по данному параметру отличаются незначительно (9,71±0,05 и 9,58±0,03 баллов соответственно). В парковой и пригородной зонах среднее значение индекса полеотолерантности несколько ниже (8,78±0,15 и 8,35±0,15 соответственно). Выявлено уменьшение среднего значения индекса полеотолерантности при удалении от центра города. Для данного признака характерно слабое варьирование.

Центральная, практически вся периферическая, а также частично парковая и пригородная зоны города характеризуются значениями индекса полеотолерантности от 9,1 до 10,0 баллов. Значения индекса полеотолерантности от 8,1 до 9,0 характерны для пригородной зоны, часто для парковой, а также для наиболее удаленных от центра районов периферической зоны. Индекс полеотолерантности менее 8,0 баллов выявлен в пригородной и в отдельных районах парковой зоны. Различия значений индекса полеотолерантности достоверны.

Значение индекса полеотолерантности более 9,0 баллов, характеризующее высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха, отмечается на 77,08 % площади изучаемой урбоэкосистемы. Средним уровнем антропогенного загрязнения характеризуется 22,89 % площади территории (индекс полеотолерантности от 7,1 до 9,0). Невысокий уровень загрязнения атмосферы отмечается на незначительной площади – 0,03% (индекс полеотолерантности менее 7,1).

Наиболее информативными и показательными для урбоэкосистемы города Краснодара являются лихеноиндикационная карта количества видов и карта на основе индекса полеотолерантности, составленные с использованием количественного фона.

Выводы

Эпифитная лихенофлора урбоэкосистемы города Краснодара включает 62 вида, принадлежащих к 30 родам, 11 семействам, 2 классам. Впервые для города Краснодара выявлено 36 видов эпифитных лишайников. Ведущими по количеству видов семействами в лихенофлоре города являются: Physciaceae (16 видов), Parmeliaceae (14), Lecanoraceae (10), Ramalinaceae (7). Доминирующими по количеству видов родами являются Lecanora (8 видов), Ramalina (7), Physcia (6), Caloplaca (3), Candelariella (3), Parmelia (3), Phaeophyscia (3), Physconia (3).

В результате экобиоморфологического анализа выявлено 7 групп жизненных форм лишайников, среди них преобладают группы плагиотропных листоватых рассеченнолопастных ризоидальных (25 видов), плагиотропных однообразно-накипных зернисто-бородавчатых (18) жизненных форм.

В результате географического анализа выявлено 10 географических элементов. Лихенофлора изучаемой урбоэкосистемы является мультирегиональной (33 вида) с участием неморальных элементов (13).

Наибольшее количество видов эпифитных лишайников обнаружено на деревьях-форофитах: орехе черном (27 видов), дубе черешчатом (25), тополе пирамидальном (22), ясене высоком (19), софоре японской (19) и других. Широкий спектр субстратной приуроченности в урбоэкосистеме города имеют Physcia adscendens (обнаружен на 39 видах форофитов), Xanthoria parietina (31), Lecidella euphorea (25), Parmelia sulcata (17), Physcia tenella (16), Physconia grisea (16). 56 видов лишайников обнаруживают приуроченность к ограниченному числу видов форофитов.

Эпифитная лихенофлора центральной зоны города насчитывает 14 видов, периферической – 32, парковой – 49, пригородной – 47. 10 видов эпифитных лишайников, образующие три 2-видовые лихеносинузии, встречается во всех зонах города. Остальные виды, образующие лихеносинузии, приурочены к определенным зонам города, что позволяет использовать их в качестве биоиндикаторов атмосферного загрязнения. Для центральной и периферической зон города характерны 2-видовые лихеносинузии, в парковой и пригородной часто встречаются 3- и 4-видовые лихеносинузии. Проективное покрытие эпифитных лишайников увеличивается при удалении от центральной зоны города, что связано с уменьшением атмосферного загрязнения.

Выделено 3 группы эпифитных лишайников: часто встречающиеся на территории города – 4 вида, редко – 12, единично – 46. К I классу встречаемости относится 58 видов эпифитных лишайников. Ко II, IV, VII, VIII классам встречаемости относится по одному виду.

Концентрации тяжелых металлов в слоевищах лишайников, образующих лихеносинузии, находятся в прямой зависимости от их содержания в атмосферном воздухе. По содержанию тяжелых металлов в слоевищах лишайники различных зон урбоэкосистемы города Краснодара существенно различаются. Слоевища лишайников больше всего аккумулируют цинка (134 и 128 мг/кг сухого веса в центральной и периферической зонах соответственно), а также свинца (84 и 85 мг/кг). Выявлена зависимость накопления тяжелых металлов слоевищами лишайников от условий их местообитания и физиологических особенностей каждого вида.

Выявлены достоверные различия содержания цинка в слоевищах эпифитных лишайников из различных зон города. Данные по накоплению цинка слоевищами лишайников можно использовать для лихеноиндикации атмосферного загрязнения урбоэкосистемы города.

Выделено 4 группы устойчивости лишайников: устойчивые (7 видов): Candelaria concolor, Lecanora sambuci, Lecidella euphorea, Physcia adscendens, Physconia grisea, Ph. muscigena, Xanthoria parietina; чувствительные (18): Caloplaca cerina, Candelariella aurella, Parmelia sulcata, Physconia distorta, Pleurosticta acetabulum и др.; очень чувствительные (29): Buellia punctata, Lecania koerberiana, Lecanora chlarotera, Parmeliopsis ambigua, Usnea hirta и др.; не переносящие атмосферного загрязнения (8): Anaptychia ciliaris, Caloplaca lactea, Melanelia subargentifera, Parmelia stuppea и др. В урбоэкосистеме города Краснодара преобладают эпифитные лишайники, относящиеся к группе очень чувствительных к атмосферному загрязнению видов.

Наиболее информативными и показательными для урбоэкосистемы города Краснодара являются: лихеноиндикационная карта количества видов и карта на основе индекса полеотолерантности, построенные с использованием количественного фона. Значительная территория урбоэкосистемы города Краснодара (до 80 % площади) характеризуется высоким уровнем атмосферного загрязнения, где встречается не более 4 видов эпифитных лишайников, а индекс полеотолерантности превышает 9 баллов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Сионова Н.А. Лишайники как биоиндикаторы загрязнения атмосферного воздуха вредными для человека соединениями в г. Приморско-Ахтарске / С.Б. Криворотов, Н.А. Сионова // Состояние биосферы и здоровье людей: Сб. мат. II Междун. научно-практ. конф. – Пенза: ПГСХА, 2002. – С. 104-106.

Сионова Н.А. Изучение лихенофлоры парка им. 40-летия Октября как рекреационной системы города Краснодара / С.Б. Криворотов, Н.А. Сионова // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий: Мат. XVI межресп. научно-практ. конф. – Краснодар: Кубанский госуниверситет, 2003. – С. 45-49.

Сионова Н.А. К изучению эпифитной лихенофлоры города Краснодара / С.Б. Криворотов, Н.А. Сионова // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий: Мат. XVII межресп. научно-практ. конф. – Краснодар: Кубанский госуниверситет, 2004. – С. 17-20.

Сионова Н.А. Эпифитная лихенофлора города Краснодара / Н.А. Сионова, С.Б. Криворотов // Биологическое разнообразие Кавказа. Мат. VI Междун. конф. – Нальчик: Каб.-Балк. Ун-т, 2004. – С. 221-222.

Сионова Н.А. Влияние урбоэкосистемы города Краснодара на эпифитную лихенофлору / Н.А. Сионова, С.Б. Криворотов // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий: Мат. XVIII межресп. научно-практ. конф. – Краснодар: Кубанский госуниверситет, 2005. – С. 33-36.

Сионова Н.А. Лихеноиндикация степени загрязнения среды урбоэкосистемы города Краснодара и его окрестностей / Н.А. Сионова, С.Б. Криворотов // VIII научное совещание по прикладной географии/ Тез. научн. совещания (Иркутск, 13-13 апреля 2005 г.). – Иркутск: Издательство Института географии СО РАН, 2005. – С. 61-63.

Сионова Н.А. Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха г. Краснодара с помощью эпифитных лишайников / Н.А. Сионова, С.Б. Криворотов // Географические исследования Краснодарского края: Сб. науч. тр. – Краснодар: Кубан. Гос. ун-т, 2005. – С.85-88.

Сионова Н.А. Лихеноиндикация загрязнения атмосферного воздуха города Краснодара с использованием индекса полеотолерантности / Н.А. Сионова, С.Б. Криворотов // Проблемы экологии в современном мире: Мат-лы II Всерос. Internet-конф. (с междун. участием) 19-21 апреля 2005 года/ Федеральное агентство по образованию, Тамб. гос. ун-т им. Г.Р.Державина. Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г. Р. Державина, 2005. – С. 64-67.

Сионова Н.А. Флористический и экологический анализ лихенофлоры города Краснодара / Н.А. Сионова, С.Б. Криворотов // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий: Мат. XIX межресп. научно-практ. конф. – Краснодар: Кубанский госуниверситет, 2006. – С. 17-18.

Сионова Н.А. Структура лихенофлоры города Краснодара / Н.А. Сионова // Мат. I (IX) Международной конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге 21-26 мая 2006 года. – Санкт-Петербург, 2006. – С. 324.

Сионова Н.А. Особенности эпифитной лихенофлоры города Краснодара / Н.А. Сионова // Фундаментальные исследования. – М., 2006. – 5. – С. 79-80.

Сионова Н.А. Систематическая структура эпифитной лихенофлоры города Краснодара / Н.А. Сионова, С.Б. Криворотов // Наука и образование: Мат. VI Междун. науч. конф. (2-3 марта 2006 г.): В 4 ч. / Кемер. гос. ун-т. Беловский ин-т (филиал). – Белово, 2006. – Ч. 4. – С. 184 – 187.

Сионова Н.А. К изучению географического распространения и субстратной приуроченности эпифитных лишайников урбоэкосистемы города Краснодара / С.Б. Криворотов, Н.А. Сионова // Сохранение биоразнообразия растений в природе и при интродукции: Мат. Междун. науч. конф., посв. 165-летию Сухумского бот. сада и 110-летию Сухумского субтроп. дендропарка Инст-та бот. АНА (15-20 окт. 2006 г.). – Сухум, 2006. – С. 274 – 276.

Сионова Н.А. Изучение загрязнения атмосферной среды города Краснодара методом лихеноиндикационного картирования / Н.А. Сионова, С.Б. Криворотов // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – Новочеркасск, 2006. – Прил. 11. – С. 102-105.