Xreferat.com » Рефераты по экологии » Оценка экологического состояния атмосферной среды города Краснодара с помощью методов лихеноиндикации

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

Семейство Число родов Число видов % от общего числа видов
1 2 3 4
Bacidiaceae 1 1 1,6
Candelariaceae 2 4 6,5
Graphidaceae 1 1 1,6
Lecanoraceae 2 10 16,1
Parmeliaceae 11 14 22,6
Pertusariaceae 2 3 4,8
Physciaceae 6 16 25,8
Ramalinaceae 1 7 11,3
Roccellaceae 1 1 1,6

Продолжение табл. 1

1 2 3 4
Teloschistaceae 2 4 6,5
Lichenes imperfecti 1 1 1,6
Всего 30 62 100,0

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

Похожие рефераты: