Биоиндикация как метод экологического мониторинга

К настоящему времени разработано несколько способов градации древостоя по его жизненному состоянию. Наиболее информативным и удобным является метод В. Т. Ярмишко (1997). Автор рекомендует при описании состояния древесного яруса определять принадлежность каждой особи к одной из пяти категорий жизненного состояния.   Категории устанавливаются по совокупности признаков: состоянию ветвей, ствола, ажурности кроны, продолжительности жизни хвои, наличию хлороза и некроза хвои. Таким образом, выделяются:

      - здоровые деревья – без внешнего повреждения, с густой зелёной кроной, с нормальными, для данного возраста и условий местообитания приростами последних лет. Мёртвые и отмирающие ветви сосредоточены в нижней части кроны. Продолжительность жизни хвои типична для региона. Любые повреждения хвои незначительны (до 5% общей их площади) и не сказываются на состоянии дерева;

      - ослабленные деревья – при отсутствии в воздухе поллютантов характеризуются слабо ажурной кроной, повреждения насекомыми или болезнями до 30-40% хвои, несколько укороченным приростом в высоту, усыханием отдельных ветвей в нижней трети кроны. При загрязнении к числу обязательных диагностических признаков добавляется наличие хлорозов и некрозов, занимающих до 10% площади всей хвои дерева. Характерно снижение продолжительности жизни хвои на 1-2 года;

      - сильно ослабленные деревья – при  отсутствии загрязнений – с ажурной кроной, с повреждением и усыханием до 60-70% хвои, с сильно укороченным приростом  или без него, суховершинные, со значительным повреждением и поражением ствола, появлением сухих ветвей в средней и верхней частях кроны.  При загрязнении добавляется ещё наличие от воздействия поллютантов хлорозов и некрозов, занимающих более 10% площади хвои всех возрастов, отмечается снижение продолжительности жизни хвои (примерно в 2-3 раза), резкое подавление ростовых процессов;

      - усыхающие деревья -   с сильно изреженной кроной или только отдельными живыми ветвями, с повреждением более 70-80% хвои или листьев, текущего прироста по высоте нет. Оставшиеся на деревьях хвоя или листья хлоротичны – бледно-зелёного, желтоватого или оранжево-красного цвета. Некрозы имеют коричневый, оранжево-красный или чёрный цвет. Продолжительность жизни хвои не превышает одного-двух лет, часто на деревьях сохраняется хвоя только текущего года. Массовое распространение некрозов, возникающих в результате воздействия загрязнений, не всегда наблюдается, поскольку большая часть некротированных листьев или хвои быстро облетает;

      - сухостой – деревья, усохшие в текущем году, с жёлтой или бурой хвоей, часто без неё; деревья, усохшие в прошлые годы, без хвои. Следует отметить, что основные признаки усыхания деревья одинаковые для фоновых условий и при атмосферном загрязнении.

Полученные данные сводятся в таблицу, в которой вычисляется доля участия породы в сложении древостоя каждой категории, и затем по доле участия оценивается степень антропогенного влияния на древостой.

При проведении биоиндикационных исследований рекомендуется проводить анализ и учёт возобновления, подроста и подлеска. Они могут являться индикаторами как загрязнения природной среды, так и давности последнего пожара. Их присутствие  свидетельствует о благоприятной экологической обстановке в лесном фитоценозе. Наличие в составе подлеска видов, не свойственных данному сообществу, может свидетельствовать и о нарушении состава почв (их минеральной и органической составляющих), и об атмосферном загрязнении.

Помимо этого, рекомендуется определять толщину лесной подстилки, которая указывает на давность последнего нарушения (в том числе пожара). Важной биоиндикационной характеристикой является сомкнутость древостоя, так как от неё зависит состояние нижних пологов леса, кустарникового, травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов.

Таким образом, параметры жизненного состояния древостоя, возобновления и подроста могут быть использованы в качестве индикатора эмиссионных воздействий. Наличие сухостоя и суховершинности, а также большое количество ослабленных деревьев, отсутствие возобновления, нехарактерный состав видов подлеска могут индицировать техногенную нагрузку на окружающую среду.

     Для исследования определяем два участка.

Первый участок находится на территории с. Огоньки недалеко от школы вдоль трассы Огоньки - Невельск, является лесной зоной, искусственно посаженный в начале 50-х годов. На участке произрастает свыше 40 елей. В настоящее время наблюдаются морфологические изменения деревьев и постепенное их вымирание. Необходимо выявить причину происходящего процесса.

  Для сравнения был взят  второй участок, находящийся в 2-х  километрах от первого. Он находится  в чистой лесной зоне.

Рис. 1 Компоненты хвойного дерева, служащие биоиндикатором.

           А1, А2, А3-побеги первого, второго и  третьего года жизни.     Б1, Б2, Б3-хвоя первого, второго и третьего года жизни.         В-мутовка.     Г-почки.

                                                             2. Исследование

     2.1. Метод В.Т. Ярмишко  «Определение градации древостоя  по его жизненному состоянию»

     Цель: изучить по его жизненному состоянию градацию древостоя, по признакам, предусмотренным методикой. Сделать анализ и установить нарушения.

 

Участок № 1. Территория вдоль трассы Огоньки – Невельск.

По данному методу производим градацию древостоя по его жизненному состоянию. Устанавливаем категории признаков по совокупности: состоянию ветвей, ствола, ажурности крон, продолжительности жизни хвои, наличию хлороза и некроза хвои. Выделяем следующие категории и данные выносим в таблицу 1. Из расчёта 42 дерева.

                                                                                          Таблица 1.

                            Градация древостоя участка № 1

Категории деревьев	Количество	Характеристика
Здоровые	8 штук	без внешних повреждений, густая, зелёная крона, мертвые и отмирающие ветви сосредоточены в нижней части кроны, повреждения хвои незначительны, ствол неискажен
Ослабленные	12 штук	редкая, слабо ажурная крона, стволы повреждены насекомыми, хвоя повреждена болезнями до 30 %, укорочен прирост в высоту, наблюдается хлороз хвои
Сильно ослабленные	13 штук	Сухие вершины, повреждены стволы, укорочен прирост, появление сухих ветвей в средней части кроны, хлороз хвои, подавлены ростовые процессы
Усыхающие	5 штук	Сильно повреждена крона до 70 %, хвои на высоте практически нет, остальная хвоя хлоротична – бледно-зелёного, жёлто-коричневого цвета, наблюдаются механические повреждения стволов деревьев
Сухостой	5 штук	Деревья, усохшие в текущем году частично с жёлтой и бурой хвоей, усохшие в прошлые годы – без хвои, с сильно повреждёнными стволами

 

Из данной характеристики следует, что на данной территории больше всего произрастает сильно ослабленных деревьев – 13 штук из 42 елей. Наблюдаем всего лишь 8 здоровых деревьев, а остальные относятся к ослабленным, усыхающим и сухостою, практически отсутствует подрост и подлесок.

  Вывод: такое состояние ели  обыкновенной на данном участке говорит о том, что на деревья отрицательно сказывается близость автотрассы, котельной, сжигающей уголь, частные дома с печным отоплением, влияние антропогенного фактора. Данный участок требует возобновления насаждений устойчивых к загрязнениям. Приложение № 3.

 

 

 

 

Сравним участок № 2, находящийся в лесной зоне в 2-х километрах от первого.

                                                                                           Таблица 2.

                            Градация древостоя участка № 2

Категории деревьев	Количество	Характеристика
Здоровые	32 штуки	Густая, зеленная крона без внешних повреждений хвои, хороший прирост, в наличии нет мёртвых и отмирающих ветвей
Ослабленные	4 штуки	Несколько укорочен рост, крона ажурная, на стволах повреждения насекомыми, частичное повреждение хвои – светло- коричневый цвет
Сильно ослабленные	-	-
Усыхающие	-	-
Сухостой	-	-

 

    Вывод: ели произрастающие в лесной зоне в основном здоровые, отсутствуют группы – сильно ослабленные, усыхающие и сухостой. Это свидетельствует о благоприятной экологической обстановке в лесном фитоценозе, где нет влияния вредных веществ и антропогенного фактора.              Наблюдается наличие кустарников, хороший травянистый покров, это говорит о хорошем состоянии почвы.

 

           2.2. Морфологические изменения ели обыкновенной используемые для биоиндикации.

Цель работы: определить загрязняющие вещества присутствующие в атмосфере методом биоиндикации.

Оборудование: световой микроскоп, препараты хвои, лабораторный инструментарий.

 Описание. Для исследования  взяли 200 хвоинок с первого участка  и 200 хвоинок со второго участка. Разделили их на повреждённые и здоровые, рассмотрели препарат под микроскопом.

Получили результат                                                                

                                                                                                      Таблица 3.                                       

                            Классы повреждения хвои, участок  № 1

Хвоя здоровая, зелёная	60 штук
Хвоя сильно поврежденная, от жёлтого до бурого цвета, мелкие пятна на хвоинках	120 штук
Хвоя частично поврежденная, зелено-коричневого цвета	20 штук

                                                                                                   Таблица 4.

                    Классы повреждения хвои, участок  № 2

Хвоя здоровая, зелёная	181 штука
Хвоя сильно поврежденная, от желтого до бурого цвета	-
Хвоя частично поврежденная, зелено-коричневого цвета	19 штук

 

Наблюдается большая разница состояния ели обыкновенной на 2-х участках. Видимыми симптомами повреждений на первом участке являются:

-  изменение цвета хвои

-  видимые повреждения хвои  – частичная скрученность, хвоинки  с небольшим числом черных  точек

-  механические повреждения большинства деревьев

-  редкая крона с наличием  засыхания ветвей

Рис 2.  Отбор поврежденной и здоровой хвои.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Установим действие вредных веществ на растения по таблице 4.

                                                                                           Таблица 5.

Важнейшие загрязняющие вещества и симптомы их воздействия.

Название	Источник загрязнения	Симптомы воздействия
Двуокись серы	Электростанции, котельные (бурый, каменный уголь, мазут), химические предприятия, металлургические заводы, заводы сульфитной целлюлозы, коксовые заводы.	Межжилковый, верхушечный некроз листьев и хвои, хлороз или обесцвечивание листьев с изменением их окраски до красно-бурого цвета, у хвойных – покраснение хвоинок от кончика к основанию.
Фтористый водород	Предприятия фтористых химикатов, заводы фосфорных удобрений.	У хвойных – хлоротическое увядание и появление пятен от зеленовато-жёлтых до коричневых, у лиственных – некроз кончиков и краёв листьев, сначала поверхность как бы смочена водой, потом становится серо-зелёной, затем коричневой.
Хлор, хлористый водород	Электролиз с выделением хлора. Калийная промышленность, сжигание отходов полихлорвинила, бурого угля с повышенным содержанием солей.	Быстрое сбрасывание листьев. По краям листа появляются пятна от тёмно-зелёного до черного цвета, которые затем обесцвечиваются до белого или становятся бурыми. Сходны с признаками повреждения двуокисью серы.
Окислы азота	Выхлопные газы, химическая промышленность.	Сходны с двуокисью серы.
Озон	В особых метеоусловиях образуется в нижних слоях атмосферы.	Пятнистость металлическая или коричневая, со временем обесцвечивается до рыжевато-коричневого и белого. Хлороз и опадение листьев. Сходны с симптомами повреждения патогенами.
Аммиак	Комбинаты промышленного откорма животных, навозная жижа, производство удобрений.	При высоких дозах  – почернение листьев, при малых – посеребрение.
Этилен	Автомобильные выбросы.	Старение листьев, хлороз, опад цветков и плодов.