3 курс / 2 семестр / Методы изучения экологии животных и растений / metody_polev_ekol_issl_2014

ников. Измерения проводятся с точностью до 1 мм и заносят в таблицу 13.18. Расчет проективного покрытия лишайников можно показать на следую-

щем примере. Из журнала полевых измерений следует, что на всем протяжении ствола длиной 90 см (900 мм) пересечения ленты с талломами наблюдались на отметках: 6,2–8,4 см, 13,6–15,1 см, 32,1–34,7 см, 54,3–57,9 см. Общая сумма

«протяженности» лишайников составляет 9,9 см (2,2+1,5+2,6+3,6). По пропорции 90 см – 100%; 9,9 см – х%; тогда x равен (9,9/90×100%), находим величину проективного покрытия – 11%.

Таблица 13.18. Учетная форма лихенометрической съемки (методом линейных пересечений)

в полевых условиях

N пересечения

Виды лишайников

с лентой

вид 1 вид 2 вид 3 вид 4 вид 5

нач. кон. нач. кон. нач. кон. нач. кон. нач. кон.

1

2

…

n

Проективное покрытие можно определять как для каждого вида лишайника в отдельности, так и для всех видов в сумме.

Использование данных лихенометрии в биоиндикации.

Каждый вид лишайников имеет индивидуальные экологические амплитуды, оптимальные, пессимальные и летальные условия среды. Основываясь на этом, в 60-х годах были составлены общие представления о классификации лишайников по их выносливости (полеотолерантности) по отношению к загрязнениям среды.

При оценке уровня загрязнения той или иной территории методами лихеноиндикации используется два подхода: качественный и количественный.

В первом случае «степень загрязненности» территории определяется на основе тщательного изучения видового состава лишайников. Используя данные о наличии или отсутствии тех или иных видов на изучаемой территории и специальные таблицы классов полеотолерантности, составленные лихенологами, можно определить, к какой условной категории относится та или иная изученная территория.

Во втором случае для оценки степени загрязненности территории используются специальные лихеноиндикационные индексы, учитывающие как отношение встреченных видов лишайников к тому или иному классу полеотолерантности, так и данные количественных измерений их численности.

Наиболее пригодной для Европейской части России является классификация устойчивости лишайников, составленная Х.Х. Трасом на примере лишайниковых сообществ фитоценозов Эстонии (табл. 13.19).

При отсутствии возможностей полного определения всех видов лишайников можно ограничиться наблюдениями за немногими наиболее обычными, легко узнаваемыми и индикационно-надежными видами. Там, где встречаются эти виды, закладываются постоянные пробные площади и составляются лихеноиндикационные карты степени загрязненности атмосферного воздуха.

300

Таблица 13.19. Классы полеотолерантности (ai) и типы местообитаний эпифитных лишайников Эстонии

(по: Трасс, 1985)

Индекс полеотолерантности (IP, ИП) отражает влияние загрязнения воздуха на лишайниковые группировки (синузии). Он вычисляется по формуле:

IP n ACi i ,

j 1 Cn

где n – число видов на описанной пробной площади,

Ai – класс полеотолерантности вида (от 1 до 10, см. табл. 13.19), Ci – проективное покрытие вида в баллах,

Сп – сумма значений покрытия всех видов (в баллах).

Индекс полеотолерантности вычисляется для нескольких учетных площадок (общая обследованная площадь поверхности при использовании методики «сеточек» или «палеток» должна быть не менее 0,7 м2), поровну заложенных в двух экспозициях (в направлении источника загрязнения и на противоположной стороне ствола) и на двух высотах(у основания ствола и на высоте 1,4–1,6 м).

Значения ИП колеблются между 1 и 10. Чем больше значение ИП, тем более загрязнен воздух в соответствующем местообитании. Нулевое значение ИП может быть только в случае полного отсутствия лишайников (табл. 13.20).

Таблица 13.20. Оценка проективного покрытия (дается по 10-балльной шкале)

Пример 1:

По результатам исследований проективного покрытия в пределах одной пробной площади на 40 учетных площадках (модельных деревьях) палеткой 10×20 см (общая площадь обследованной поверхности 0,8 м2) получены следующие данные:

Вид «1-й» – среднее значение проективного покрытия – 15 %, вид «2-й» – 10%, вид «3-й» – 3%, вид «4-й» – 1%.

По таблице находим значения покрытия в баллах Ci: для вида «1» – 4 балла, для вида «2» – 3 балла, для вида «3» – 2 балла и для вида «4» – 1 балл. Сумма значений покрытия Сп: 4+3+2+1=10 баллов.

Предположим, что в таблице 13.19 «первый» вид имеет VI класс полеотолерантности, «2-й» вид – VII-й, «3-й» вид – VII-й и «4-й» вид – VIII-й класс.

Полученные значения подставляем в формулу и получаем:

ИП=((4×6)/10)+((3×7)/10) + ((2×7)/10) + ((1×8)/10) = 6,7.

Значения ИП скоррелированы со среднегодовым содержанием SO2 в воз-

духе (табл. 13.21).

Таблица 13.21. Индексы полеотолерантности и среднегодовые концентрации SO2

Более простой методикой расчетов, не требующей данных о классе полеотолерантности лишайников, является использование индекса чистоты ат-

мосферы, ИАЧ (Index of Atmosphere Quality, IAQ):

IAQ n QiFi , j 1 10

где Qi – экологический индекс i-того вида (или индекс ассоциированности), Fi – комбинированный показатель покрытия и встречаемости i-того вида, n – число видов.

Показатель Q характеризует число видов, сопутствующих данному виду на всех учетных площадках пробной площади. Если, например, на обследованных учетных площадках вместе с видом А растет от 10 до 20 видов, а среднее по всем площадкам число сопутствующих видов равняется 14,3, то Q этого вида и есть 14,3. Чем больше показатель Q, тем данный вид более полеофобный («чистолюбивый»), тем выше показатель ИАЧ и, соответственно, тем чище воздух местообитания (табл. 13.22). Теоретически значения ИАЧ могут располагаться в диапазоне от 0 до бесконечности.

Таблица 13.22. Индекс атмосферной чистоты (ИАЧ) и концентрация SO2 в воздухе

(по: Трасс, 1985)

Применяемый комбинированный показатель покрытия и встречаемости Fi – 5-балльный:

1 – вид встречается очень редко и с очень низким покрытием, 2 – редко или с низким покрытием, 3 – редко или со средним покрытием на некоторых стволах,

4 – часто или с высоким покрытием на некоторых стволах, 5 – очень часто и с очень высоким покрытием на большинстве стволов.

Так же, как и индекс ИП, индекс ИАЧ рассчитывается в отдельности для различных пробных площадей по данным обследования не менее 0,7 м2 учетных площадок.

Пример 2: (соотношение численности видов – то же, что и в примере 1): Предположим, что показатель ассоциированности Q для «1-го» вида со-

ставляет 1,3 (т.е. в среднем вместе с ним встречается еще 1,3 вида), для «2-го» вида – 1,9, для «3-го» – 2,5 и для «4-го» – 2,8. Предположим, что показатели покрытия и встречаемости Fi оцениваем следующим образом: «1-й»вид – 5 баллов, «2-й» вид – 4 балла, «3-й»вид – 2 балла и «4-й»вид – 1 балл.

Полученные значения подставляем в формулу и получаем:

ИАЧ = ((1,3×5)/10)+((1,9×4)/10)+((2,5×2)/10)+((2,8×1)/10)=2,19.

303

Наибольшие погрешности при расчете индекса ИАЧ привносит определение комбинированного показателя Fi (покрытия/встречаемости), оценка которого весьма субъективна.

Незначительная модификация формулы ИАЧ упрощает процедуру оценки относительной численности лишайников:

n Qici

j 1 10

IAQмод m ,

где т – число обследованных учетных площадок (модельных деревьев). Верхняя часть формулы аналогична ИАЧ, за исключением того, что комбинированный показатель покрытия/встречаемости Fi заменяется более простым для оценки показателем обилия сi на каждой учетной площадке (аналогичен показателю проективного покрытия:

1 – лишайники встречаются единично, в нескольких экземплярах,

2– в очень малом количестве, изредка,

3– в небольшом количестве,

4– обильно, в значительном количестве,

5– слоевища лишайников встречаются обильно, в большом количестве. Фактически, верхняячасть этойформулы является аналогом показателяИАЧ,

но для каждой, отдельно взятой учетной площадки, а вся формула ИАЧмод – средним арифметическимзначениемэтихпоказателейдлявсейпробнойплощади.

Использование индекса чистоты атмосферы и его модификации позволяет с небольшими временными затратами проводить обследование больших территорий, в частности – составить карту зон загрязнения. Для этого участки с одинаковыми значениями индексов соединяют изолиниями.

13.2.2.3.3. Использование грибов в индикации воздуха

Одним из наилучших биотесторов в условиях средней полосы России является сумчатый гриб ритисма кленовая (Rhytisma acerina) – паразит клена, вызывающий смолистую пятнистость листьев этого растения. Гриб очень чувствителен к сернистым соединениям в атмосфере. На основании исследований выработана количественная шкала (по числу и площади пятен на единицу площади листа), позволяющая судить о концентрации SO2 в воздухе.

13.2.2.3.4. Высшие растения-биоиндикаторы вредныхвеществ в воздухе

Высшие растения также могут быть использованы в качестве индикаторов загрязнителей воздуха.

Среди древесных пород, культурных и декоративных семенных растений сосна обыкновенная, ель, пихта наиболее чувствительны к повышенному содержанию в воздухе сернистого газа и хлора; гречиха, люцерна, горох – сернистого газа; яблоня, слива, вишня, лук, петрушка, тюльпан гладиолус, ландыш – фтористого водорода; липа, береза, сельдерей, махорка – аммиака; смородина красная, фасоль, томат, петуния – хлора (табл. 13.23). Смородина красная, шпинат и табак являются хорошими индикаторами загрязнения воздуха озоном,

304

Таблица 13.23.

Биоиндикаторы вредных веществ в воздухе (по: Шуберт, 1988)

вызывающим посеребрение верхней стороны листьев. Диоксид серы способствует развитию межжилковых некрозов и хлорозов (люцерна, гречиха, горох, клевер), фтористый водород – некрозов верхушек и краев листьев (гладиолус, тюльпан, петрушка), пероксиацетилнитрат – полосчатых некрозов на нижней стороне листьев (крапива, мятлик), двуокись азота – межжилковых некрозов (шпинат, махорка, сельдерей), хлор – побледнению листьев, деформации хлоропластов (шпинат, фасоль, салат). Под действием соли, применяемой в городах для таяния льда и снега, на листьях липы и других лиственных деревьев сначала появляются ярко-желтые, неравномерно расположенные краевые зоны, затем край листа отмирает, а желтая зона продвигается к середине и к основанию листа.

13.2.2.3.5. Дендроиндикация чистоты воздуха

При экспресс-анализе чистоты воздуха в качестве тест-объекта выбирают молодые сосны высотой 1–1,5 м на открытой местности с 8–15 боковыми побегами. Анализируют хвоинки предыдущего года (вторые сверху мутовки). Степень повреждения хвои определяют по наличию хлоротичных пятен, некротических точек, некрозов и т.д. (рис. 13.1).

Рисунок 13.1. Классы повреждения и усыхания хвои. Повреждения: 1 – хвоинки без пятен; 2 – с небольшим числом мелких пятнышек; 3 – с большим числом черных и желтых пятен, некоторые из них крупные, вo всю ширину хвоинки; Усыхание: 1 – нет сухих участков; 2 – усох кончик на 2–5 мм; 3 – усохла треть хвоинки; 4 – вся хвоинка желтая или более половины ее длины сухая.

По рисунку 13.2 определяют продолжительность жизни хвои.

Рисунок 13.2. Продолжительность жизни хвои в годах.

306

Результаты учетов заносят в таблицу (см. табл. 13.24).

Таблица 13.24.

Проводят экспресс-оценку загрязнении воздуха по классу повреждения хвои на побегах второго года жизни с помощью таблицы 13.25.

I – воздух идеально чистый; II – чистый; III – относительно чистый («норма»); IV – загрязненный («тревога»); V – грязный («опасно»); VI – очень грязный («вредно»).

Определение содержания SО2 в воздухе при помощи хвои по точности иногда сопоставимо с приборами (табл. 13.26).

13.2.2.4. Биоиндикация рекреационной и пастбищной нагрузки

Рекреациями называют места отдыха человека. Особенно возрастает нагрузка на экосистемы при неорганизованном отдыхе. Рекреационная нагрузка тем выше, чем больше плотность населения и чем меньше естественных экосистем, привлекательных для отдыха.

Основной схемой учета рекреационной и пастбищной нагрузки на экосистемы является регистрация последовательных этапов разрушения растительности. Важнейшим признаком является соотношение лесных, луговых и сорных видов. В сосняках существуют 3 типа деградации растительных группировок: с преобладанием спорыша (птичьей гречишки) в сухих местообитаниях; с преобладанием подорожника большого во влажных местообитаниях; с образованием олуговелых сообществ при доминировании овсяницы овечьей. В еловых лесах с увеличением рекреационной нагрузки постепенно деградирует моховой покров, и возрастает участие в травяном покрове луговых и сорных видов. В дубравах широколиственных лесов выявлены 5 этапов рекреационной дигрессии растительного покрова (табл. 13.27).

Таблица 13.27. Этапы рекреационной дигрессии растительного покрова в дубравах

Этапы

Признаки

дигрессии

Аналогичное или даже более мощное влияние на экосистемы оказывает выпас скота (табл. 13.28).

308

Таблица 13.28. Изменение естественной растительности на лугах и в степях под влиянием выпаса

(Бориневич, Конюшков, Ларин и др., 1963)

13.2.2.5. Оценка качества среды обитания живых организмов по показателям флуктуирующейасимметриилистовой пластиныBetulapendula

Измерения листовых пластинок проводят, используя схемуна рисунке 13.3. Промеры 1–4 снимаются циркулем-измерителем, угол между жилками (признак 5) измеряется транспортиром. Результаты измерений заносят в таблицу. В таблицах 13.29 и 13.30 приводится пример расчета средней относительной величины асимметрии на признак для 5 промеров листа у 10 растений. Сначала вычисляют относительную величину асимметрии для каждого признака. Для этого модуль разности между промерами слева (Л) и справа (П) делят на сумму этих же промеров: |Л-П| / |Л+П|. Полученные величины заносят

во вспомогательную таблицу.

309