Оценка состояния атмосферного воздуха
по показателям сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.)
Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) в настоящее время является неким «эталоном» в биоиндикации состояния атмосферного воздуха. Это связано как с её достаточно высокой чувствительностью диоксиду серы, являющемуся типичным загрязнителем, вырабатываемым предприятиями теплоэнергетики (включая котельные и печи в домах населения) и транспортом (особенно дизельным), так и со значительным распространением вторичных сосновых лесов на пригородных территориях и посадок сосны в городах. Состояние воздуха в месте произрастания сосны можно отслеживать на основе фенологических, а также макро - и микроморфологических данных.
1 Фенологические наблюдения
При длительных и многолетних наблюдениях на одном и том же постоянном участке важные сведения по изменения состояния атмосферного воздуха могут дать сроки наступления фенологических дат, а также длительность фенологических интервалов. В целом, на более напряжённых территориях фенодаты наступают раньше, а феноинтервалы короче, чем на более благоприятных или в сравнении со среднемноголетними значениями.
2 Макроморфологические и морфометрические полевые наблюдения
Общая оценка состояния атмосферного воздуха может быть дана непосредственно на месте наблюдения. Для этого используют три приведённых ниже метода.
2.1. Оценка по состоянию кроны. На точке наблюдения оцениваются не менее 100 деревьев по показателям, приведённым в таблице 1; туда же заносят результаты.
Таблица 1
Состояние кроны сосен в точке наблюдения _______________________________________________________
Балл | Характеристика балла | Число деревьев |
1 | Крона густая, зелёная, могут быть отмирающие ветви в её нижней части | |
2 | Крона слабоажурная, в нижней трети кроны наблюдается усыхание ветвей | |
3 | Крона ажурная, сухие ветви есть в средней и верхней частях кроны | |
4 | Крона сильно изреженная, представляет собой отдельные живые ветви | |
5 | Свежий сухостой (усохшие в текущем году) | |
6 | Старый сухостой (усохшие в прошлые годы) |
По формуле 1 рассчитывают коэффициент обесхвоенности кроны; данные по разным точкам вносят в таблицу 2 и делают вывод о чистоте атмосферного воздуха, считая, что чем ближе к нулю коэффициент, тем чище воздух в точке наблюдения.
Kn = 
(1), где
Kn – коэффициент обесхвоенности;
i–1 – весовой коэффициент балла обесхвоенности;
bi – число деревьев с i-м баллом обесхвоенности;
5 – весовой коэффициент для высшего балла обесхвоенности.
Таблица 2
Сравнительная характеристика обесхвоенности кроны в разных точках наблюдения
Точка наблюдения | Коэффициент обесхвоенности кроны, Kn |
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
2.2. Оценка по продолжительности жизни хвои. Продолжительность жизни хвои оценивают на участке наблюдения по осмотру минимум 100 ветвей разных деревьев. При этом полугода (1,5, 2,5 и т. д.) ставят, если на наиболее удалённом приросте хвоя присутствует, но в меньшем числе, чем на приросте текущего года. Результаты заносят в таблицу 3.
Таблица 3
Длительность жизни хвои в точке наблюдения _____________________________________________________
Длительность жизни хвои | Балл | Число деревьев |
более 5 лет | 1 | |
5 лет | 2 | |
4,5 года | 3 | |
4 года | 4 | |
3,5 года | 5 | |
3 года | 6 | |
2,5 года | 7 | |
2 года | 8 | |
1,5 года | 9 | |
1 год | 10 | |
менее года | 11 |
По формуле 2 рассчитывают общий показатель продолжительность жизни хвои деревьев точки наблюдения. Результаты с разных точек заносят в таблицу 4 и делают вывод о чистоте атмосферного воздуха, считая, что чем ближе к нулю коэффициент, тем чище воздух на точке наблюдения.
Qn = 
(2), где
Qn – коэффициент продолжительности жизни хвои;
i–1 – весовой коэффициент балла длительности жизни хвои;
bi – число деревьев с i-м баллом длительности жизни хвои;
10 – весовой коэффициент для высшего балла длительности жизни хвои.
Таблица 4
Сравнительная характеристика продолжительности жизни хвои в разных точках наблюдения
Точка наблюдения | Продолжительность жизни хвои, Qn |
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
2.3. Оценка по длине годичного прироста. Длину годичного прироста текущего года измеряют после окончания периода его роста на не менее 5–10 ветвях 20–25 деревьев. Результаты измерений заносят в таблицу 5. Для каждой точки также рассчитывают среднее значение прироста.
Таблица 5
Длина годичного прироста в точке наблюдения ____________________________________________________
№ дерева | Длина годичного прироста текущего года по ветвям, см | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
… | |||||||||
средняя длина годичного прироста текущего года, см |
Данные по разным точкам заносят в таблицу 6, на основании которой делается вывод о чистоте атмосферного воздуха в разных частях анализируемой территории, считая, что чем дольше живёт хвоя на ветви, тем чище воздух. Укажите достоверность выявленных различий между проанализированными точками.
Таблица 6
Сравнительная характеристика длины годичного прироста текущего года в разных точках наблюдения
Точка наблюдения | Длина годичного прироста |
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
3 Макро - и микроморфологические и морфометрические лабораторные наблюдения
Состояние атмосферного воздуха также может быть оценено в лабораторных условиях на основе собранного ранее полевого материала.
3.1. Оценка по шишкам. На участке наблюдения отбирают по 10 шишек с 10–20 деревьев. Их выдерживают несколько месяцев в неотапливаемом помещении, а затем высушивают в сушильном шкафу при температуре +40…+45°С, после чего определяют линейные размеры; последние заносят в таблицу 7.
Таблица 7
Линейные размеры шишек в точке наблюдения ____________________________________________________
Номер дерева | Параметр | Номер шишки | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
1 | длина | ||||||||
ширина | |||||||||
средняя длина шишки | |||||||||
средняя ширина шишки |
Данные по разным точкам заносят в таблицу 8, на основании которой делается вывод о чистоте атмосферного воздуха в разных частях анализируемой территории, считая, что чем меньше средние линейные размеры, тем загрязнённее воздух. Укажите достоверность выявленных различий между проанализированными точками.
Таблица 8
Сравнительная характеристика длины годичного прироста текущего года в разных точках наблюдения
Точка наблюдения | Длина шишки | Ширина шишки |
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
3.2. Оценка по состоянию хвои. Метод основан на визуальной оценке внешнего вида двулетней хвои и длительности жизни хвои на деревьях в точке наблюдения вообще.
В точке наблюдения оценивается степень вытоптанности участка по трёхбалльной шкале: 1 – вытаптывания нет, 2 – вытоптаны тропы, 3 – участок сильно вытоптан. При оценке участка баллом «3» анализ чистоты воздуха по хвое проводить нельзя. Материал собирают с одной ветви у 10 растений на участке. На этой ветви берут всю хвою (попарно) с прироста прошлого года. Параллельно оценивают длительность жизни хвои (работа 2.2).
Хвою разбирают сразу же в лаборатории, определяя баллы классов некрозности и усыхания. По классам некрозности выделяют: 1-й – хвоинки равномерно зелёные (кроме кончика, который светлее, иногда жёлтый), 2-й – хвоинки с небольшим числом мелких пятен, 3-й – хвоинки с большим числом жёлтых и чёрных пятен, которые могут быть величиной во всю хвоинку; по классам усыхания: 1-й – на хвоинках нет сухих участков, 2-й – усох кончик до длины 5 мм, 3-й – хвоинка усохла на треть, 4-й – хвоинка усохла полностью или на большей части. Общий балл повреждения определяют по таблице 9.
Таблица 9
Матрица определения балла повреждения хвои
Класс некрозности | Класс усыхания | |||
1 | 2 | 3 | 4 | |
1 | 1 | –* | – | – |
2 | 2 | 2 | – | – |
3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
Примечание: * – прочерк означает, что ситуация в природе не встречается.
Чистоту воздуха определяют по таблице 10; данные по всем точкам сводят в таблицу 11. По ней делают вывод о чистых и загрязнённых территориях района наблюдения, считая, что I балл чистоты обозначает идеально чистый воздух, II – чистый воздух, III – относительно чистый воздух (условная норма), IV – загрязнённый воздух, V – грязный воздух, VI – очень грязный воздух.
Таблица 10
Матрица определения чистоты воздуха
Максимальный возраст хвои | Балл повреждения хвои | ||
1 | 2 | 3 | |
4 и более лет | I | I–II | III |
3–3,5 года | I | II | III–IV |
2,5 года | II | III | IV |
1,5–2 года | –* | IV | IV–V |
1 год | – | IV | V–VI |
менее 1 года | – | – | VI |
Примечание: * – прочерк означает, что ситуация в природе не встречается.
Таблица 11
Сравнительная характеристика чистоты воздуха в разных точках наблюдения
Точка наблюдения | Чистота воздуха |
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
3.3. Оценка по морфометрическим показателям. Важнейшими показателями, на которые влияет окружающая среда, являются линейные показатели (длина и ширина) хвоинки, площадь её ассимилирующей поверхности, толщина кутикулы и соотношение мощности поверхностного аппарата (кутикулы и эпидермиса) к мощности основной ткани (или соотношение мощности защитной и ассимилирующей части).
Длину (l) измеряют от кончика до основания хвоинки, ширину (b) – в её середине, площадь ассимилирующей поверхности (S) рассчитывают по формуле 3. Толщину кутикулы (ac), размер поверхностного аппарата (ao) и размер основной ткани (ach) определяют с помощью микрометров на препарате поперечного среза хвоинки, сделанном в её середине; делением друг на друга двух последних величин выявляют соотношение между ними (ao/ach). Всего следует просмотреть не менее 25 пар хвоинок. Результаты заносят в таблицу 12; левая и правая хвоинка в каждой паре устанавливается произвольно.
S = 
+bl (3), где
S – площадь ассимилирующей поверхности хвоинки, мм2;
b – ширина хвоинки, мм;
l – длина хвоинки, мм.
Таблица 12
Морфометрические показатели хвоинок с точки наблюдения ________________________________________
Номер пары хвоинок | Морфометрический показатель | ||||||||
длина хвоинки, l, мм | ширина хвоинки, b, мм | площадь ассимилирующей поверхности, S, мм2 | толщина кутикулы, ac, мкм | соотношение защитной и ассимилирующей частей, ao/ach | |||||
л | пр | л | пр | л | пр | л | пр | л | пр |
1 | |||||||||
… | |||||||||
n | |||||||||
среднее | |||||||||
общее среднее |
Примечание: л – левая хвоинка в паре, пр – правая хвоинка в паре.
Средние показатели по каждой точке сводят в таблицу 13 и обсуждают по отдельности, делая вывод о чистоте воздуха. При этом считают, что чем чище, тем больше длина и ширина, а, следовательно, и площадь ассимилирующей поверхности, меньше толщина кутикулы и меньше соотношение между защитной и ассимилирующей частью. Также следует определить достоверности полученных различий.
Таблица 13
Соотношение некоторых морфометрических показателей хвоинок в разных точках
Точка наблюдения | Средняя величина показателя | |||
длина хвоинки | ширина хвоинки | площадь ассимилирующей поверхности | толщина кутикулы | соотношение защитной и ассимилирующей частей |
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
Помимо изложенных работ, показательным является индекс флуктуирующей асимметрии, который можно рассчитать, используя таблицу 12 и соответствующую методику.
