Биоиндикация состояния урбанизированных территорий в аридных условиях

Обобщенные границы распространения видов этих 4 групп делят территорию города Астрахани на IV зоны загрязнения: Зона I – сильного загрязнения (концентрация SO₂ превышает 003 мг/ м²) – включает районы с сосредоточением промышленных предприятий и центральную часть города. Здесь на высоте 15 м встречается 5 наиболее толерантных видов. Проективное покрытие лишайников в этой зоне 11-14% коэффициент вариации этого показателя до 22%. Зона II - умеренного загрязнения (SO₂ 002 - 003 мг/ м²). Эта зона охватывает центральную часть города с парками аллелями вокруг Кремля. Здесь встречается 10 видов очень устойчивых и устойчивых к загрязнению. Проективное покрытие 8-41% коэффициент вариации этого показателя 41 – 67%. Зона III – слабого загрязнения (SO₂ менее 002 мг/ м²) – окраина города многокилометровый пояс дачных посадок и территория вокруг города. Здесь встречаются 15 видов очень устойчивых устойчивых и средне чувствительных к загрязнению. Проективное покрытие 31 – 62 % коэффициент вариации этого показателя 11 – 36 %. Зона IV – зона наименьшего загрязнения, включает старый парк Тинаки 1 и новый парк Тинаки 2. Здесь отмечено 33 вида очень устойчивых устойчивых средне чувствительных чувствительных к загрязнению. Проективное покрытие – 25 – 44% коэффициент вариации этого показателя 15 – 22 % (концентрация SO₂ < 0,01 мг/м²).

Здесь отмечены редкие для территории города виды: Aspicilia esculenta, Buellia disciformis, Caloplaca dicipiens, Collema furfuraceum, Lecanora dispersa, L. intumeszens, L. epibrion, Pertusaria albescens .

Кроме зонирования по распространению видов было проведено картирование территории города на основе индекса атмосферной чистоты (I.A.P). На его основе были выделены 4 зоны загрязнения на территории г.Астрахани. При этом интервальные оценки индекса были определены с учетом распространения индикаторных видов I - (1-5); II- (6-10); III - (11-15); IV - (>15).

Наблюдение за состоянием естественно произрастающих лишайников называют “пасссивным мониторингом” (Бязров, 2002), а трансплантационный способ исследования – “активный мониторинг” (Pearson, 1993). Активный мониторинг предполагает долговременные наблюдения за лишайниками на исследуемых территориях до и после возникновения источника загрязнения (Skye, 1958; Will – Wolf, 1980; Kandler, 1988).

Чтобы узнать насколько быстро изменился лишайник под влиянием загрязнения пользуются методом трансплантации т.е. пересадки растения в загрязненные районы.

Для изучения чувствительности лишайников к загрязнению мы пересадили талломы эпифитных лишайников: Xanthoria parietina, Physconia distorta (With.) J.R. Laundon в Братский сад, парк им. Ленина, частный сектор Трусовского района, чтобы решить задачу индикации загрязнений. Целью исследований являлось фиксирование признаков: повреждения талломов, содержание пигментов, выживаемость.

Все изменения оценивали сравнением талломов перед началом пересадки, через 6 месяцев, через 12 месяцев и через 18 месяцев.

Разрушения талломов у пересаженных видов Xanthoria parietina наблюдали через год, у Physconia distorta уже через 6 месяцев. Результаты наблюдений фиксировали по методике Х. Трасса (1985) - Пятибальной шкалы: 1-таллом имел нормальное развитие; 2- на талломе единичные повреждения; 3-повреждено до половины таллома; 4 – остались лишь небольшие участки таллома; 5 – таллом погиб. Данные наблюдений приводим в таблице 4.

По полученным данным мы выявили, что Physconia distorta наиболее чувствительный вид к загрязнению; Xanthoria parietina является наиболее выносливым видом.

Чтобы выявить степень воздействия основного загрязнителя воздушной среды Астраханьгазпром на территории и за пределами его границ, провели наблюдение за трансплантированными талломами лишайников. Для этой цели был выбран наиболее устойчивый вид Xanthoria parietina. Расположили по пять талломов в следующих пунктах наблюдения: на щите пропускного пункта территории основного источника загрязнения (3 км), поселок Аксарайск (8 км), село Сеитовка (10 км), село Тальниковый (20 км), село Рыча (30 км), микрорайон Бабаевского (частный сектор) – 70 км. Результаты наблюдений приведены в таблице 5.

В ходе исследования отмечали морфологические изменения талломов: цвет, толщину таллома, внешний вид, апотеции, лопасти и т.д. Изменения внешних признаков пересаженных талломов за период экспонирования оценивали визуально в баллах.

По мере удаления от основного загрязнителя видовое разнообразие естественно произрастающих лишайников увеличилось. Но были отмечены изменения внешних признаков. Наблюдение за трансплантированными талломами Xanthoria parietina подтверждает проведенное нами зонирование в городе: нет участков с чистым воздухом, поскольку в местах экспонирования быстро проявлялись признаки повреждения талломов.
Таблица 5

Состояние пересаженных талломов Xanthoria parietina на разном расстоянии от Астраханьгазпром до г. Астрахани

Расстояние (км) от Астраханьгазпром г.Астрахань	№ талломов
	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
	Через 6 месяцев					Через 12 месяцев
70 20 8 3	3 2 2 1	3 2 2 1	2 1 1 2	3 2 1 1	3 2 0 1	3 1 0 0	3 1 0 0	2 0 0 0	2 0 0 0	2 0 0 0

Условные обозначения: 0 – полностью погибший таллом; 1 – таллом с сильными повреждениями; 2 – таллом с незначительными повреждениями; 3 – здоровый таллом.
В ходе исследования отмечали морфологические изменения талломов: цвет, толщину таллома, внешний вид, апотеции, лопасти и т.д. Изменения внешних признаков пересаженных талломов за период экспонирования оценивали визуально в баллах.

Результаты наблюдений показали негативное воздействие основного загрязнителя. Те образцы лишайников, которые оказались ближе, на расстоянии 3 км – погибали, на более дальнем расстоянии 20 км было повреждено до половины наблюдаемых талломов, при удалении от основного источника загрязнителя на 70 км отмечались незначительные повреждения талломов и здоровые талломы. Расстояние на 10 км (Сеитовка) и 30 км (Рыча) результаты наблюдений не зафиксированы из-за разбитых щитов.

Кроме того, по мере удаления от основного загрязнителя видовое разнообразие естественно произрастающих лишайников увеличилось. Но были отмечены изменения внешних признаков. Наблюдение за трансплантированными талломами Xanthoria parietina подтверждает проведенное нами зонирование в городе: нет участков с чистым воздухом, поскольку в местах экспонирования быстро проявлялись признаки повреждения талломов (Пилипенко, Закутнова 2004).
ОНТОГЕНЕЗ И ВОЗРАСТНАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИИ XANTHORIA PARIETINA

Под онтогенезом понимают полный комплекс закономерных изменений которые претерпевает организм в течение своей индивидуальной жизни (Чайлахян, 1973; Скрипчинский, 1977).

Онтогенетические, или возрастные изменения высших растений включают все аспекты развития индивидуумов: 1) энергетические и обменные процессы, 2 гистогенез и органогенез, 3) разрастание и дезинтеграцию, 4) воспроизведение размножение, 5) старение и омоложение (Жукова, 1988). Т.А. Работнов (1950) впервые ввел подразделение большого жизненного цикла (полного онтогенеза в нашем понимании) для травянистых многолетников, выделив 4 периода и 8 онтогенетических (возрастных) состояний.

В настоящее время большинство лихенологов поддерживает концепцию о лишайниках как о лихенизированных грибах. С систематической точки зрения лишайник является грибом; он захватывает соответствующую его обмену водоросль и использует ее как источник питания (Определитель.., 1974). Учитывая это положение, можно дать следующее определение онтогенеза лишайника.

Начальные этапы онтогенеза, до формирования таллома накипной жизненной формы (ювенильное слоевище), описаны нами с учетом работ R.G. Werner (Werner, 1931, 1965, 1969 цит. по Определитель.., 1974), A.EL Окснера (Определитель.., 1974), И.А. Шапиро (1971), S. Ott (1987 a), D. Hill (1994).

В результате исследования онтогенеза этого лишайника выделено 4 периода и 13 онтогенетических состояний. По результатам исследования анатомии и морфологии таллома, составлена подробная характеристика исследованных im₂-ss онтогенетических состояний X. parietina на Salix alba. Описания мониторинговых наблюдений и эксперимента онтогенетических состояний Xanthoria parietina в городе Астрахани и Астраханском государственном Биосферном заповеднике дается в отдельной главе (6.3.).

Данные численности и возрастная структура популяции Xanthoria parietina в зонах загрязнения г. Астрахани представлены в главе (6.3., таблица 6.2.).

Таким образом, изученный материал по теме: «Онтогенез и возрастная структура популяции Xanthoria parietina в различных экологических условиях», позволил нам сделать предварительные выводы (Пилипенко, Закутнова, 2005):

1.Наибольшая ширина лопастей наблюдалась в im₂ и v₂ состоянии талломов, произрастающих в условиях города Астрахани на Salix alba, а в g₂ и ss состояниях в Астраханском государственном биосферном заповеднике.

2.Ширина талломного края и высота апотециев X. parietina имеют максимумы в g₂ состоянии. Отмечено, что апотеции особей, растущих на Salix alba в городе, имеют меньшую высоту чем особи, произрастающие на Salix alba в Астраханском государственном биосферном заповеднике. Однако в разных экологических условиях по ширине края и высоте апотециев значительных различий не обнаружено.

3. Отмечено, толщина таллома интенсивно увеличивается лишь на ранних этапах онтогенеза от im₂ до v₁ а в дальнейшем с v₁ до g₃ остается неизменной. Затем уменьшается на завершающихся этапах онтогенетического развития - от g₃ к ss состоянию.

4. В результате исследований выявлены онтогенетические изменения анатомии и морфологии таллома X.parietina в зависимости от произрастания Salix alba в городе и в заповеднике. Можно отметить, что по большинству морфологических показателей абсолютные значения этих признаков у X.parietina выше на Salix alba в заповеднике, меньше на S.alba в городе. Кроме того, происходит увеличение числа апотециев и, соответственно, продукции, что обеспечивает более устойчивое самоподдержание популяции X. parietina на Salix alba в Астраханском государственном биосферном заповеднике.

5.Анализ онтогенеза X. parietina на Salix alba в разных экологических условиях (город и заповедник) показали, что большинство показателей выше в незагрязненных местообитаниях по таким параметрам как: площадь таллома, количество и диаметр апотециев, количество, длина и ширина лопастей.

6.Жизненное состояние X. parietina, произрастающей на Salix alba, выше в природных местообитаниях. Уменьшение количества апотециев под влиянием загрязнения воздуха отмечалось нами и ранее для популяции X.parietina, характерной для S.alba в районах с сосредоточением предприятий г. Астрахани, по сравнению с лесопарками Тинаки 1,2 (Пилипенко, Закутнова 2004).

7.Загрязнение оказывает влияние на характер прикрепления таллома к субстрату, проявляющийся в уменьшении толщины ризины в субсенильном состоянии. Это обуславливает более легкий отрыв таллома от корки дерева и объясняет редкую встречаемость субсенильных особей на Salix alba городе. При этом отмечено, что загрязнение не вызывает значимых изменений толщины таллома и внутренней структуры апотециев.

8.В условиях Астраханского государственного биосферного заповедника значения большинства параметров X.parietina (площадь таллома, количество и диаметр апотециев) максимальны. Следовательно, антропогенные условия окружающей среды не благоприятны для развития лишайника X.parietina.

Таким образом, показана возможность использования концепции дискретного описания онтогенеза для лишайников. Описан онтогенез лишайника, размножающегося половым путем, с характерной для вида листоватой жизненной формой, проходящий стадию накипного таллома. Нами предложены критерии выделения и описаны 13 онтогенетических состояний в пределах 4 возрастных периодов.

Изменения морфометрических показателей таллома X.parietina зависит от субстрата и места произрастания. Эти показатели по ряду изменившихся признаков выше в городе, чем в Астраханском государственном биосферном заповеднике.

Под влиянием сильного загрязнения воздушной среды происходит замедление развития, отмирание и ранняя гибель талломов X.parietina. Степень аэротехногенного загрязнения влияет на изменение возрастной структуры и численности популяции X.parietina.

1. 
   Проведена экспериментальная оценка возможностей использования фитомониторинга высших растений в контроле качества урбосреды на примере города Астрахани.
   
2. 
   Изучены основные факторы, определяющие пространственную гетерогенность различных участков территории города Астрахани: почвообразующие породы, перераспределение влаги и тепла, мозаичность почвенного и растительного покровов.
   
3. 
   Определены длительность антропогенного воздействия и режимы антропогенной эксплуатации автотранспортом главных магистралей города Астрахани.
   
4. 
   Через трансформацию природных комплексов изучено антропогенное влияние и уничтожение природной растительности.
   
5. 
   Исследовано формирование насаждений разного генезиса и предложен отбор древесных интродуцентов для урбосреды.
   
6. 
   Разработаны принципы лихеномониторинга для определения техногенного загрязнения урбосреды. Выявлены индикаторные виды лишайников, составлена региональная шкала чувствительности индикаторных видов к загрязнению и, по степени чувствительности видов, выделено 4 группы лишайников: очень чувствительные, устойчивые, средне чувствительные, чувствительные; выделены зоны загрязнения на территории города и, по распространению видов, на основе индекса атмосферной частоты (I.A.P.), проведено картирование исследуемой урбосреды.
   
7. 
   Изучено влияние тяжелых металлов на морфологические признаки у растений и лишайников. Выявлена значительная тенденция по увеличению содержания тяжелых металлов в комплексе почва – растения - лишайники что свидетельствует об ухудшении состояния окружающей среды и одной из причин - увеличение количества транспорта.
   
8. 
   Выявлена степень воздействия основного загрязнителя воздушной среды Астраханьгазпром на территории и за пределами его границ через наблюдения за пересаженными талломами лишайников, наиболее устойчивого вида Xanthoria parietina. Целью являлось фиксирование признаков: повреждения талломов содержание пигментов выживаемость. Наблюдение за трансплантированными талломами подтвердило проведенное нами зонирование: в городе: нет участков с чистым воздухом поскольку в местах экспонирования быстро проявлялись признаки повреждения талломов.
   
9. 
   Согласно периодизации онтогенеза, предложенной Т.А. Работновым, А.А. Урановым и его школой, полный онтогенез эпифитного апотециального листоватого лишайника Xanthoria parietina (L.) Th. Fr. включает 4 периода и 13 онтогенетических состояний.
   
10. 
    Стрессовые антропогенные факторы приводят к сокращению количества и размеров апотециев, отмиранию и ранней гибели талломов, задержке развития особей Xanthoria parietina. В городских условиях аэротехногенное загрязнение вызывает частичное или полное исчезновение групп генеративного периода и сокращение численности популяции Xanthoria parietina.
    

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. 
   Пилипенко Т.А. Дереворазрушающие грибы русловых островов дельты Волги [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова, Г.И. Бердиева // Итоговая научная конференция АГУ. 26 апреля 2002 г. Астрахань. 2002 г. С. 5-6.
   
2. 
   Пилипенко Т.А. Лихеноиндикационные особенности экологических групп Лишайников Астрахани. [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова // Актуальные проблемы дошкольного, начального образования и пути повышения уровня компетентности педагогических кадров в условиях модернизации образования»: Материалы областной научно-практической конференции ОИУУ. Астрахань. 2003 г. С. 322 – 327.
   
3. 
   Пилипенко Т.А. Мониторинг лишайников Енотаевского района Астраханской области [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова // Эколого биологические проблемы Волжского региона Северного Прикаспия»: Всероссийская научная конференция. Астрахань. 2003 г. С. 230 – 233.
   
4. 
   Пилипенко Т.А. Лихенофлора Володарского района Астраханской области [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова // Естественные науки. Discipline Naturales. ББК – 2. АГУ 2003 Журнал № 6 С. 29-32.
   
5. 
   Пилипенко Т.А. Биомониторинг Приволжского района Астраханской области [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова, Г.И. Бердиева // Естественные науки. Discipline Naturales. АГУ 2003 журнал № 7 С. 31 – 35.
   
6. 
   Пилипенко Т.А. Мониторинг предварительный анализ ксилофилов Приволжского района дельты Волги [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова, Г.И. Бердиева // ВГПУ Волгоград. 2003 г. №1. С. 106 - 108.
   
7. 
   Пилипенко Т.А. Влияние тяжелых металлов на лишайники [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова // Вестник Оренбургского государственного университета. Оренбург, 2004 г., №12 С. 112-116.
   
8. 
   Пилипенко Т.А. Современное состояние ксилофилов Икрянинского района дельты Волги [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова, Г.И. Бердиева // Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия: Материалы VII Международной научной конференции. 13-14 октября 2004 г. Астрахань. 2004 г. С. 71-72.
   
9. 
   Пилипенко Т.А. Мониторинг лишайников дельты Волги [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова // Монография. Астрахань, 2004. 115 с.
   
10. 
    Пилипенко Т.А. Онтогенетические исследования в лихенологии [Текст] / Т.А. Пилипенко // Естественные науки Discipline Naturales. АГУ 2005 журнал № 10 С.24-26.
    
11. 
    Пилипенко Т.А. Критерии выделения возрастных состояний и онтогенез лишайника Xanthoria parmelina в различных экологических условиях Астраханской области [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова // Естественные науки. Discipline Naturales. АГУ 2005 журнал № 10 С. 19-24.
    
12. 
    Пилипенко Т.А. Экологический биомониторинг городов дельты Волги [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова // Материалы III Международной конференции Россия – Восток 21 -22 апреля 2005 г. Астрахань. 2005 г. С. 384-387.
    
13. 
    Пилипенко Т.А. Особенности ландшафтного анализа проектируемых участков в городах аридной зоны [Текст] / Т.А. Пилипенко, С.Н. Ганагин, А.В. Левченко, С.Н. Перевалов, С.Р. Кособокова // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря / Мат-лы IX Международной научной конференции (10-11 октября 2006 г.), Издательский дом «Астраханский университет» 2006. – С. 236 -238.
    
14. 
    Пилипенко Т.А. Лихенобиота заповедных мест дельты Волги [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.И. Закутнова // Материалы VIII Международной конференции «Биологическое разнообразие Кавказа». Часть 1. «Экология. Валеология. Экономика». Нальчик. КБГ СХА. 2006. С. 32-33.
    
15. 
    Пилипенко Т.А. Использование декоративных растений для озеленения и благоустройства населенных пунктов Астраханской области [Текст] / Т.А. Пилипенко, А.В. Левченко, Е.А. Шурыгина, С.Р. Кособокова // Материалы Международной научно-практической конференции Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования 20-25 августа 2007 г. Ч. 2. Издательский дом «Астраханский университет», 2007. С.102-104.
    
16. 
    Пилипенко Т.А. Использование красивоцветущих дикорастущих и культурных растений Астраханской области в nail-дизайне [Текст] / Т.А. Пилипенко, Н.В. Перевалова Н. Мышинская, С.Р. Кособокова // Материалы Международной научно-практической конференции Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования (20-25 августа 2007 г.), Ч. 2. Издательский дом «Астраханский университет», 2007. С.140-141.
    
17. 
    Пилипенко Т.А. Высшие синтаксоны эколого-флористической классификации Браун-Бланке на территории Астраханской области [Текст] / Т.А. Пилипенко, В.Н. Пилипенко, А.П. Лактионов // Материалы Х Международной научной конференции посвященная 450-летию Астрахани Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря и водоемов внутреннего стока Евразии (25-30 апреля 2008 г.), Издательский дом «Астраханский университет», 2008. С.286-288.