Биоиндикация природной среды малого Северо-Таежного промышленного города: на примере г. Костомукша (стр. 2 )

Методика лихеноиндикации. Исследованы характеристики эпифитного лишайникового покрова. Для оценки состояния природной среды города был использован метод картирования (Бязров, 2002) (рис. 1). На каждой пробной площади случайным образом отбирались по 8 деревьев сосны обыкновенной. Описания эпифитного лишайникового покрова производились при помощи рамки 10×20 см у основания ствола и на высоте 130 см от земли с двух сторон света (север и юг). В описаниях оценивали следующие характеристики: видовое разнообразие, общее проективное покрытие и покрытия отдельных видов лишайников. Всего было выполнено 2176 описаний на 544 деревьях.

Кроме того, для анализа общего видового разнообразия и встречаемости лишайников были учтены все виды, обитающие на стволах деревьев на высоте от 0 до 2 м. Для каждой ПП были рассчитаны следующие показатели эпифитного лишайникового покрова: общее число видов, среднее число видов в описании, среднее общее проективное покрытие, встречаемость и покрытие отдельных видов лишайников.

Рис. 1. Схема деления территории г. Костомукша на квадраты размером 200х200 м

Методика палиноиндикации. На каждой ПП была взята общая проба микростробил P. sylvestris с уже созревшей пыльцой (начало июня). Для этого по 5 микростробил с 5 деревьев помещали в один сосуд с плотной крышкой, фиксировали в 70% этиловом спирте и хранили в холодильнике.

Для цитологического анализа использовали микроспорофиллы из средней части микростробила, материал окрашивали в 1%-ном растворе ацетокармина (Паушева, 1980; Дзюба, 2006). Исследование проводилось с помощью светового микроскопа, при увеличении 10х40. В каждом образце фиксировалось наличие/отсутствие тератоморфных пыльцевых зерен, подсчитывалось их количество и анализировались морфологические особенности не менее 2500 пыльцевых зерен.

Методика флуктуирующей асимметрии (ФА). Материал собран в конце августа 2009-2010 гг. На каждой ПП с 10 взрослых деревьев секатором срезали ветви из средней части кроны со стороны дерева, обращенной на северо-восток. Анализировали по 10 пар разновозрастной хвои с 10 исследованных деревьев. Возраст хвои устанавливали по мутовкам. Визуально определяли наличие и степень повреждений (Василевская, Тумарова, 2005). Для измерения длины хвою сканировали на фоне миллиметровой бумаги и проводили замеры уже электронного изображения в программе MapInfo. Величину флуктуирующей асимметрии оценивали по формуле:

FA=2×|WL-WR|/|WL+WR|, где WL – длина одной иглы в паре, WR – длина второй иглы в паре (Palmer, Strobeck, 1986).

Методика оценки нарушения почв. На каждой ПП сделаны прикопки глубиной 20 см и отобрано по три образца почв с разных горизонтов (Федорец, Медведева, 2009). В отобранных образцах лесных подстилок определяли pH водной вытяжки; валовое содержание кадмия и свинца на спектрофотометре (Агрохимические методы…, 1975).

Методы статистической обработки. Для статистической обработки данных были применены однофакторный дисперсионный, однофакторный регрессионный, кластерный и корреляционный анализы (Ивантер, Коросов, 2003).

Метод интегральной оценки. Для интегральной оценки состояния природной среды г. Костомукша была использована шкала желательности
Е. Харрингтона, которая служит для перевода признаков любой природы
в безразмерную шкалу относительно непрерывного показателя, принимающего значения от 0 до 1. Каждому значению шкалы соответствует определенный уровень выраженности свойств объектов измерения (Коросов, 2007). При этом отметка 1 соответствует значениям признаков, имеющихся для фоновых территорий.

Для анализа были использованы такие характеристики, как общее проективное покрытие лишайников, проективное покрытие Hypogymnia physodes (L.) Nyl., число некротических талломов H. physodes, показатель флуктуирующей асимметрии для хвои сосны по первому году жизни, процент нормально развитых пыльцевых зерен и содержание кадмия и свинца в почвах.

В результате для каждой пробной площади были получены сразу несколько значений исследуемых признаков. Для объединения данных значений использовали следующую формулу:

,

где D – интегральный показатель,

d – значение признака,

n – количество признаков.

Для графического представления данных была использована компьютерная программа MapInfo. С ее помощь были созданы тематические карты по лихеноиндикационным исследованиям и интегральной оценке состояния природной среды города.

Глава 3. Биоиндикация природной среды окрестностей комбината.

Влияние аэровыбросов ГОКа на лихенобиоту в окрестностях ГОКа. Основным поллютантом ГОКа является диоксид серы, который, как известно из литературы (Боголюбов, Кравченко, 2001; Галанин, Глушкова, 2003; Wirth, 1975), оказывает наиболее негативное влияние на состояние лишайников. Сравнительная оценка показателей состояния лихенобиоты (числа видов, общего проективного покрытия эпифитных лишайников, площади талломов H. physodes с некрозами) на разном удалении от комбината с данными (2001) по содержанию серы в талломах H. physodes показала, что наиболее высокие значения содержания серы отмечены для территорий, находящихся в непосредственной близости от комбината на расстоянии 0,5 км. В СВ направлении отмечается снижение содержания серы после 6 км. В ЮЗ направлении от комбината высокое содержание серы отмечается до 2 км, но уже на расстоянии 5 км наблюдается резкое уменьшение концентрации серы в талломах лишайника. Для всех исследуемых параметров эпифитного лишайникового покрова отмечено снижение характеристик вблизи комбината (где максимальна концентрация серы) и увеличение при приближении к естественным лесным массивам в СВ направлении от ГОКа и в направлении города. Наиболее сильно зависимость от содержания серы проявляется для площади талломов H. physodes c некрозами (R2=0,84, p=0,05), что подтверждают данные литературы (Влияние аэротехногенного загрязнения …, 1992; Лазарева и др.,1992; Поташева, 1993). Содержание серы в меньшей степени влияет на общее проективное покрытие (R2=0,43, p=0,05) и число видов лишайников (R2=0,49, p=0,05) (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость площади талломов H. physodes с некрозами, общего числа видов лишайников, общего проективного покрытия лишайников от содержания серы (мг/кг) в талломах H. physodes (Фадеева, 2001)

Влияние аэровыбросов на процессы формирования пыльцы в окрестностях ГОКа. Аэротехногенные нагрузки оказывают сильное воздействие на генеративную сферу растений, что проявляется в увеличении количества аномально развитой пыльцы, продуцируемой растениями (Дзюба, 2006; Ибрагимова, 2010; Крутских, Лаврова, 2010). Для исследованной территории было обнаружено 11 типов нарушений развития пыльцевых зерен Pinus sylvestris, что соответствует литературным данным по нарушениям развития пыльцевых зерен для данного вида (Дзюба, 2005; Ибрагимова, 2009). Наиболее часто встречаются такие аномалии развития, как нарушения в строении пыльцевых мешков, наличие пыльцевых зерен без содержимого и морфологические нарушения экзины. Основная масса пыльцевых зерен для каждой пробной площади является нормально развитой, однако процент содержания тератоморфных пыльцевых зерен и типы морфологических нарушений различны для всех территорий.

Анализ данных по трансекте до ГОКа показал, что процент нарушений в зависимости от расстояния до комбината изменяется неравномерно. Так, количество аномальной пыльцы на расстоянии 0,5–4,5 км в СВ направлении от ГОКа в среднем составило 15%, на 6–8 км от ГОКа количество дефектных пыльцевых зерен снижается (9,6%), но снова возрастает, начиная с 10 км (10,4%). В ЮЗ направлении количество нарушений несколько ниже около комбината, но увеличивается по мере приближения к городу (R2=0,93, p=0,001) (рис. 3).

Из литературы известно, что нарушения роста и развития сосны обыкновенной в условиях загрязнения связаны в большей степени с содержанием серы в почвах (Лянгузова, 2010). Однако сильной зависимости содержания аномально развитой пыльцы от количества серы в почве (Федорец, 2001) выявлено не было (R2=0,40, p=0,05) (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость количества тератоморфных пыльцевых зерен (%) от содержания серы в почве (Федорец, 2001)

Влияние аэровыбросов ГОКа на ФА хвои. Стабильность развития организмов является хорошим индикатором общего уровня загрязнения. Оценка стабильности развития организмов возможна с различных позиций. В последнее время широкое применение нашел морфологический подход. При этом величина ФА различных признаков дает характеристику стабильности развития. ФА отражает результат неспособности организма развиваться в направлении его генетической траектории. Под ФА понимают мелкие ненаправленные отклонения от симметричного состояния (Захаров и др., 2000). Флуктуирующая асимметрия позволяет выявить изменения состояния организма до появления явных признаков угнетения растения. Это особенно актуально в условиях слабого промышленного загрязнения, когда вариации метаболизма организмов еще не приводят к визуальным изменениям. Таким образом, по увеличению значений показателя ФА можно говорить о степени нагрузки на экосистемы (Захаров, Чубинишвили, 2001; Биоиндикация воздействия, 2003; Fluctuating Asymmetry …, 2010; Kozlov, 2003).

Наиболее высокие значения показателя ФА были получены для растений на ПП, находящихся на расстоянии 3 – 8 км в СВ направлении от комбината и 6 и 10 км в ЮЗ направлении. Этот факт свидетельствует о нарушении стабильности развития сосны обыкновенной на данных ПП. В сравнении
с данными, полученными и для импактной и буферной зон комбината «Североникель» (2005), хвоя сосны на исследованных ПП имеет более высокие значения показателя ФА. Наименьшие нарушения отмечены для территории контроля (20 км на ЮЗ от ГОКа) (табл. 1).