С помощью лишайника

Перед биологическими методами тестирования объектов окружающей среды открыта большая перспектива. Это связано с тем, что методы биотестирования позволяют комплексно оценивать состояние биосферы по всем имеющимся загрязнителям. Применение химических и физических методов порой ограничено трудоемкостью, большими финансовыми затратами. К тому же синтез значительного количества ранее неизвестных химических веществ, появление продуктов метаболизма долгоживущих соединений не позволяет с большой точностью определиться с выбором методики оценки содержания в окружающей среде того или иного поллютанта.

Всего этого позволяют избежать методы биологического контроля среды, дающие интегральную оценку качества.

Методы биотестирования легки в исполнении, надежны, краткосрочны, чувствительны, что дает возможность быстрой и ранней диагностики качества окружающей среды.

Методы основаны на использовании индикаторных свойств животных и растений, что подразумевает наличия у последних физиологических, анатомических и поведенческих приспособлений к определенным условиям окружающей среды.

Биоиндикация – это метод оценки, позволяющий при помощи биологических объектов определить состояние окружающей среды. В качестве биоиндикаторов выступают организмы, жизнедеятельность которых тесно связана с определенными условиями среды и которые могут свидетельствовать о присутствии и концентрации загрязняющих веществ. Биоиндикаторы суммируют все биологически важные данные о загрязняющих веществах. Применение биоиндикаторов имеет существенное преимущество, поскольку позволяет избежать использования сложных физико-химических методов анализа, а также применения химических реактивов, которые могут вносить дополнительное загрязнение в окружающую среду.

В качестве биоиндикаторов выступают организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых тесно связаны с определенными факторами среды. К числу наиболее известных биологических индикаторов относятся лишайники.

Лишайники – своеобразные симбиотические организмы, слоевище которых образовано грибом (микобионтом) и водорослью (фикобионтом) с преобладанием в большинстве случаев первого. Водоросль снабжает гриб созданными ею в процессе фотосинтеза органическими веществами, а получает от него воду с растворенными минеральными солями. Кроме того, гриб защищает водоросль от высыхания. Комплексная природа лишайников позволяет им получать питание не только из почвы, но и из воздуха, атмосферных осадков, влаги росы и туманов, частиц пыли, оседающей на слоевище. Лишайники относительно неприхотливы к субстрату, однако большинство видов обладает избирательной способностью и поселяется на определенном субстрате (на известняках, кварцах, коре деревьях или гниющей древесине, неподвижно лежащих предметах из стекла, кожи, железа и пр.). Лишайники требовательны к свету, могут переносить засуху, но нуждаются хотя бы в периодическом увлажнении, так как процесс фотосинтеза и дыхания идет лишь во влажных слоевищах.

Известно, что с помощью лишайников можно получить достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. Многие лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью к некоторым химическим веществам: оксидам серы и азота, тяжелым металлам и другим.

Видовой состав лишайников в разных районах города очень разнообразен. Есть территории (наиболее загрязненные), на которых они практически отсутствуют – лишайниковые «пустыни». Часть города (средняя степень загрязненности), где лишайники с пониженной жизнеспособностью, их малое видовое разнообразие – зона «соревнования». Периферийные зоны города, где встречаются многие виды лишайников – «нормальная» зона.

Эпифитные лишайники предпочитают старые деревья, играет роль вид поверхности коры. На крупнобугристой коре старых деревьев обычно селятся кустистые виды, реже встречаются листоватые и накипные. На слабоморщинистой коре более молодых деревьев растут листоватые и накипные виды, а на гладкой коре поселяются, в основном, накипные лишайники.

Принцип метода. В ряде работ показано, что с помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно выделить группу химических соединений элементов, к действию которых лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при малейшем загрязнении атмосферы этими веществами.

Процедура определения качества воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации.

По внешнему виду различают три типа жизненных форм лишайников: накипные, листоватые и кустистые (рис. 5 – 7).

Накипные – имеют слоевище в виде тонкой (гладкой или зернистой, бугорчатой) корочки и очень плотно срастаются с субстратом (корой, камнем, почвой) – отделить их без повреждений от субстрата нельзя.

 

 

Рис. 5. Накипные лишайники

1 – аспицилия, 2 – калоплака, 3 – лецидея, 4 – ксантория

Листоватые – имеют вид мелких чешуек или пластинок прикрепляются пучками грибных гиф (ризоидами) и легко отделяются oт субстрата.

 

Рис. 6. Листоватые лишайники

1 – цитрария, 2 – кладония, 3 – уснея

 

Кустистые – имеют вид тонких нитей или более толстых ветвящихся кустиков, прикрепляющихся к субстрату своими основаниями.

 

Рис. 7. Кустистые лишайники

1 – цитрария, 2 – кладония, 3 – уснея

Лишайники по-разному реагируют на загрязненность воздуха: некоторые из них не выносят малейшего загрязнения и погибают. Другие виды приспосабливаются к загрязненному воздуху и живут только в городах. Наиболее устойчивыми к загрязнителям являются накипные лишайники, среднеустойчивы – листоватые, слабоустойчивые – кустистые лишайники.

Лишайники способны долгое время пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а лишь приостанавливают все жизненные процессы до первого увлажнения. Лишайники могут выдержать сильное солнечное облучение, нагревание и охлаждение.

В связи с тем, что лишайники поглощают воду всей поверхностью тела, в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность слоевищ (тела лишайника) непостоянна и зависит от влажности воздуха. Слоевище лишайников часто сравнивают по свойствам с фильтровальной бумагой.

Многочисленные исследования в районах промышленных объектов, на заводских и прилегающих к ним территориях показывают прямую зависимость между загрязнением атмосферы и сокращением численности определенных видов лишайников. Особая чувствительность лишайников объясняется тем, что они не могут выделять в среду поглощенные токсичные вещества, вызывающие физиологические нарушения и морфологические изменения. По мере приближения к источнику загрязнения слоевища лишайников становятся толстыми, компактными. Дальнейшее загрязнение атмосферы приводит к тому, что части слоевища лишайников окрашиваются в беловатый, коричневый или фиолетовый цвет, их тела сморщиваются и растения погибают. Изучение лишайниковой флоры в населенных пунктах и вблизи крупных промышленных объектов показывает, что состояние окружающей среды существенно влияет на развитие лишайников. По их видовому составу и встречаемости можно судить о степени загрязнения воздуха. Выделяют экологические группы лишайников по месту (субстрату) произрастания.

Напочвенные (эпигейные). Из-за конкуренции с высшими растениями они практически не встречаются на плодородных почвах, предпочитая обедненный песчаный грунт. К эпигейным относятся лишайники, развивающиеся на пнях и в основании стволов деревьев. Следует отметить, что представители этой группы редко встречаются на загрязненной территории.

Поселяющиеся на стволах, ветках кустарников и деревьев (эпифитные). Они представлены тремя типами жизненных форм. Расселение их по стволу зависит от освещенности. Эти лишайники (особенно накипные и реже листоватые) могут быть хорошими биоиндикаторами окружающей среды.

Поселяющиеся на камнях, стекле и стенах(эпилитные)представлены накипными формами. В основном имеют яркую окраску и также могут выступать как биоиндикаторы.

Водныебольшую часть времени проводят в воде, их виды немногочисленны. В качестве биоиндикаторов применяются редко.

Для индикации в городах чаще всего используются эпифитные лишайники, растущие на коре деревьев. Для экологического мониторинга эпифитные лишайники очень удобны, так как доступны для изучения практически в любое время года и хорошо заметны, особенно на стволах деревьев темного цвета. Следует использовать прямостоячие взрослые, но не больные и не сухостойные деревья. Лишайники растут очень медленно: прирост их при благоприятных условиях колеблется, в зависимости от вида, от 1 до 8 мм в год. Листоватые и кустистые лишайники растут быстрее, чем накипные. Отдельные экземпляры эпифитных лишайников могут жить до 600 лет, но средний возраст этих организмов составляет от 30 до 80 лет. В связи с медленным ростом лишайников для исследования в городе лучше выбирать старые деревья.

 

Оборудование.Увеличительные стекла (или лупы) и каталоги-определители лишайников; карандаш; блокнот; компас; коробка с пакетами для сбора лишайников. Для оценки степени покрытия деревьев лишайниками необходимо изготовить приспособление из толстого полиэтилена или целлофана в виде квадрата размером 20х20 см, разбив каждую сторону на 10 частей. В результате получается прозрачная сетка, покрывая которой ствол деревьев, можно оценить степень покрытия поверхности дерева лишайником.