Практична робота № 21

ТЕМА: Ліхеноіндикація, як один із методів біомоніторингу стану навколишнього природного середовища

Мета роботи: основним завданням дослідницької роботи є дослідження криптогмного блоку досліджуваної території. За для досягнення поставленої мети були визначені такі завдання:

• визначити фітоіндикаційні здатності нижчих рослин, щодо лімітую чого фактора, якщо такий є;

• виявити чутливі та толерантні види спорових рослин до впливу забруднюючого середовища;

• відповідно до методик визначити якість повітряного середовища;

• скласти киптофлористичну карту досліджуваних районів;

• скласти карту атмосферного забруднення за видовим складом та морфологічними формами лишайників;

• скласти карту забруднення ґрунтів за видовим складом та морфологічними формами мохів;

• проаналізувати результати досліджень;

Матеріали і обладнання: лупа, мікроскоп, визначних лишайників, метр, рамка 10х10 см.

Хід роботи

В зв’язку з погіршенням чистоти навколишнього середовища ак­туальною є розробка та використання спеціалізованих дослідницьких методів, що ґрунтуються на детальному вивченні системних складових, притаманних визначеній території, зокрема джерел забруднення, флористичного складу, метеорологічних умов тощо, які б дозволили отримати повну картину міграції хімічних елементів, зокрема важких металів.

Лишайники є організмами, що здатні колонізуватися там, де інші рослини не можуть існувати, вони зустрічаються всюди й можуть рости на субстратах різної природи (грунт, каміння, стовбур дерева тощо).

Висока чутливість до зовнішнього впливу, специфічність морфології й фізіології представників ліхенофлори лежать в основі ліхеноіндикаційної методики визначення забрудненості оточуючого середовища.

Ліхенологічні карти дозволяють спостерігати за змінами, які відбуваються в стані повітря протягом 20-50 років. Їхнє складання не вимагає значних витрат і може доповнити, а іноді й замінити фізико-хімічні дослідження, що вимагають дорогих апаратур. Правда, для складання карт потрібно досить повно вивчити ліхенофлору в досліджуваному районі. Припустимо, потрібно скласти опис епіфітних лишайників в якомусь парку. Для цього, рухаючись по алеї, описують ті лишайники, які ростуть по обох її сторонах на пробних площадках, на кожному п'ятому (або третьому або десятому) дереві. Пробна площадка обмежується на стовбурі дерев'яною рамкою, наприклад розміром 10x10 см, що розділена усередині тонкими дротиками на квадратики по 1 см. Відзначають, які види лишайників зустрілися на площадці, який відсоток загальної площі рамки займає кожний зростаючий там вид. Крім того, указують життєздатність кожного зразка: чи є в нього плодові тіла, здорова або чохлова слань. На кожнім дереві описують мінімум 4 пробні площадки: 2 в основі стовбура (з різних його сторін) і 2 на висоті 1-1,5 м. У цілому по алеї виходить значне число описів, а по всьому парку - і того більше. Після математичної обробки дані можна наносити на карту.

Одні карти відбивають присутність якогось одного виду лишайників на даній території, інші подають додаткову інформацію про його статок у різних крапках, на третіх позначене кількість видів лишайників, що виростають у районі дослідження. Найбільшу цінність мають ті карти, які сполучають показники поширення видів і показники забруднення повітря на даній території. У цей час складені сотні карт. Більша робота з ліхеноіндикації проведена справжніми ліхенологами на чолі з Ю. Мартіном.

Відношення до радіоактивності

Після аварії на Чорнобильської АЕС увесь світ заговорив про смертельну небезпеку радіації. Однак лишайники пов'язані з радіоактивністю вже давно. В 1958 році був виявлений незвичайно високий рівень радіації в тканинах оленів у Норвегії. Потім виявилося, що тканини оленів, що живуть на Алясці, мають в 20 разів більше високий рівень радіації, чим тканини великої рогатої худоби в районі Центра ядерних вибухів у штаті Невада (США). Радіація була обумовлена наявністю в тканинах оленів ізотопів цезію (^l37Cs) і стронцію (⁹⁰Sr). Було висловлене припущення, що ці радіоактивні елементи (радіонукліди), олені одержували з лишайників. Припущення підтвердилося, коли в період підвищення рівня радіації в атмосфері Фінляндії в молоці корів, що одержували лишайникову кормову добавку, виявилося в 3-4 рази більше стронцію, чим у контрольних тварин. В 60-і роки, коли скоротилося число наземних ядерних вибухів на планеті, рівень цезію в лишайниках понизився. Відповідно понизився й рівень радіації у всьому харчовому ланцюзі: лишайники - олень - людина. Зате після загибелі над Канадою супутника «Космос-945», що працював на ядерному паливі, радіоізотопи були знайдені в лишайниках у зоні площею більше 124000 км².

Нагромадження радіонуклідів лишайниками вивчають російські дослідники М.Г. Ніфонтова і її колеги. Вони встановили, що лишайники накопичують приблизно на порядок величин більше радіонуклідів, чим трав'янисті рослини. По ступені нагромадження лишайниками радіонукліди розташовуються в спадаючому порядку в такий спосіб:

¹³⁷Cs>⁹⁰Sr>⁵⁵Fe>⁶⁰Co>¹⁴⁴Ce.

Кущисті лишайники накопичують більше ізотопів, чим листуваті й накипні, тому для контролю за радіоактивністю в атмосфері краще вибирати саме ці види. Ґрунтові лишайники накопичують в основному цезій і кобальт, а епіфіти – переважно стронцій і залізо. Епіфіти, що ростуть на каменях, накопичують зовсім мало радіоактивних елементів.

Про фізіологічні зміни, викликаних радіонуклідами в сланях лишайників, майже нічого не відомо, однак показана їх висока стійкість до іонізуючого випромінювання. Оскільки вимивання ізотопів з таломів у зв'язку із тривалими періодами зневоднювання сильно загальмовано, лишайники довго втримують ці ізотопи й служать бар'єром для подальшого поширення згубної радіації. Разом з тим, завдяки здатності накопичувати ізотопи, лишайники використаються як індикатори радіоактивного забруднення середовища.

Отже, ліхеноіндикація – один з важливих і корисних методів екологічного моніторингу. Багато років російський ліхенолог Л.Г. Бязров займається ліхеноіндикацією якості повітря в м. Москві й інших регіонах. Однак лишайники, як і будь-які живі організми, відгукуються на всяку зміну навколишнього середовища. Тому в природі часто неможливо встановити конкретну причину тих або інших ушкоджень лишайників. Простий вплив температури або вологості може перекривати вплив забруднення, особливо якщо концентрація полютанта невелика. От приклад. Знайомий нам полеотолерантний лишайник леканора конізоідна в Центральній Європі при такій високій концентрації сірчистого газу, як 130 мкг на м, покриває стовбури дерев на 80-90%, іншими словами, почуває себе добре, а на півночі Ірландії повністю зникає при більше низькій концентрації того ж газу, що становить усього 85 мкг на м. Для визначення точності біоіндикаційного методу й порівняння його з інструментальними необхідно детальне дослідження впливу факторів середовища на організми-індикатори.

У цей час охороні лишайників приділяється велика увага. Рідкісні види включені в Червоні книги. Але включення виду в Червону книгу само по собі не забезпечує його охорону, а тільки показує, що даний вид перебуває під загрозою зникнення. У дійсності ж охорона рідкісних видів здійснюється в заповідниках і заказниках. В 1987 році на острові Вормсі в Естонії створений ліхенологічний заказник «Румпо». Організація таких куточків природи, де живі організми, і зокрема лишайники, можуть існувати в цілковитій безпеці, повинна продовжуватись. У таких недоторканих місцевостях можна вивчати не тільки біологію окремих видів лишайників, але й екологічну послідовність цілих співтовариств. Наприклад, з'ясовано, що серед лишайників має місце конкурентне заміщення піонерних видів більш сильними видами, заміна більш звичайних видів специфічними, які використають особливі екологічні ніші, а також заміщення ефемерних, що швидко відмирають лишайників довгоживучими видами.

Для збору лишайників необхідна кишенькова лупа з 7-30-кратним збільшенням, паперові пакети або конверти й ніж. Важливо збирати лишайники по можливості разом із субстратом, тому що ця ознака часто використається при визначенні. Бажано мати марлю або м'який папір, щоб прокласти тендітні таломи й запобігти їх руйнуванню.

Під час збору необхідний польовий щоденник, у якому описуються місця збору. Крім того, у конверти зі зразками вкладається етикетка, де вказується район і територія збору, умови місцеперебування, характеристика рослинного співтовариства, дата збору й прізвище колектора. Варто уникати збору дуже маленьких зразків, тому що їх буде складно визначати. Разом з тим відношення до природи повинне бути дбайливим, а виходить, не можна залишати після себе «лишайникову пустелю». Потрібно самостійно оцінити, якого розміру взяти зразок, щоб не заподіяти збитку природної популяції.

Пакети зі зразками не рекомендується спресовувати, на відміну від вищих рослин, їх варто висушити зі збереженням природної форми талома. Якщо лишайник зібраний у вологому стані, його варто висушити на сонці або в теплому приміщенні, щоб він не «загнив» і не покрився гіфами сторонніх грибів.

Визначення лишайників

Визначають лишайники, так само як і зберігають, тільки в сухому стані. Для визначення лишайників важливо досліджувати зовнішню (морфологічну) і анатомічну будову сланей, знайти й вивчити органи розмноження (плодові тіла мікобіонта, ізидії, соредії й т.п.), визначити їх субстратну приуроченість і характер прикріплення до субстрату. Якщо ви визначаєте ваші збори в лабораторії, то дуже допоможуть докладні записи в польовому щоденнику.

Потім вам знадобиться ключ для визначення лишайників. Більшість ключів для визначення побудовано по одному принципу. Кожен крок ключа, що позначається цифрою або буквою, містить тезу й антитезу. Теза йде першою й містить певне твердження про якусь або якихось ознаки. Антитеза слідує за тезою й містить твердження про іншу або інші ознаки.

Приклад 1. «Крок ключа» 1. Лишайник з листуватим таломом. Лопаті талома сплощені 2

- Лишайник з кущистим таломом – нагадує кущик що стирчить або звисаючу бороду. Гілки талома не сплощені 19

У нашому прикладі теза говорить про те, що лишайник, що ви визначаєте, листуватий, а антитеза затверджує, що він кущистий. Вам потрібно вибрати, якесь вірне із цих тверджень. Після тези й антитези випливають цифри, що позначають номер кроку ключа, до якого ви повинні перейти, коли вибрали одне із тверджень. Так, якщо ви вважаєте, що у вас зразок листуватого лишайника (тобто вірне твердження тези), то вам треба йти на крок № 2. Якщо ж у вас лишайник, що відповідає ознакам антитези, то варто перейти відразу на крок № !9. І так вам належить рухатися доти, поки обрана вами теза або антитеза закінчиться не цифрою - номером наступного кроку, а назвою роду або виду.

Приклад 2

2. Таллом яскравого червоного, жовтогарячого або жовтого

кольору Ксанторія

- Таллом жовтих, зелених, сірих, коричневих до чорних тонів, без жовтогарячого або червоного відтінку..... 3

У другому прикладі саме й показана така ситуація. Якщо на першому кроці ви вирішили, що у вас листоватый лишайник, то прийшли на другий крок ключа, Якщо визначений вами лишайник дійсно має червоний або жовтогарячий відтінок, то ви маєте справу з лишайником з роду Ксантория. У тім же випадку, якщо ваш лишайник без жовтогарячого відтінку, тобто справедливе твердження антитези кроку ключа № 2, то вам належить перейти на крок № 3 і так далі. Ключ для визначення лишайників наведений в додатку В.

Для вивченя флористичного різноманіття, оцінки відносної чисельності епіфітних лишайників й виявлення індикаторних видів використовуються такі методи: метод лінійних перетинів, метод рекогностюювання, метод рамки, метод Браун-Бланке й метод трансплантації. Наведемо характеристику кожному з цих методів.

Метод линійних перетинів полягає в тому, що накладається гнучка стрічка з міліметровими поділками на поверхні стовбура дерева з фіксацією усіх перетенів її з сланню лишайників. В якості стрічки використовувався "метр" з міліметровими поділками.

Після вибору модельного дерева визначали на стовбурі точку, що знаходиться на висоті 1,5 м. від землі з північного боку. Потім на стовбур накладалась мірна стрічка з поділками таким чином, щоб нуль шкали стрічки збігався з вибраною точкою, а збільшення чисел на шкалі відповідало руху за годинниковою стрілкою (з півночі на південь). Після повного оберту стовбуру стрічка закріплювалася на стовбурі булавкою в нульовій точці. Сполучаючи останні поділки й нуль стрічки, визначали довжину окружності стовбура. Її при подальших вимірах приймали за 100%.

Після кожного виміру, фіксували початок й кінець кожного перетину стрічки з тілом лишайників.

Після завершення вимирів, проводився розрахунок проективного покритя лишайників на основі лінійних перетинів, який визначає відношення "зарослих" лишайниками частин стовбура до загальної поверхні. Знаючи загальну довжину окружності стовбура й приймаючи її за 100%, розраховуэмо проективне покритя лишайників.

Метод рамки, полягає в тому що пробна ділянка обмежена на стовбурі рамкою розміром 10 на 10 см (рисунок 21.1), яка розділена нитками на квадрати площею 1см². Потім підраховують кількість клітинок, що повністю покривають лишайники й визначають проективне покриття (всю площу рамки приймають за 100%), відповідно кожна клітинка відповідає 1 % від загальної площі рамки.

Метод рекогнісціювання. Візуально визначається оцінка проективного покриття кожного виду лишайника на стовбурі дерева й відповідно за таблицею 21.1 ці значення переводилися в бали.

Рисунок 21.1 – Схема рамки для визначення ступеня покриття лишайником

стовбурів дерев, у %.

Таблиця 21.1 – Проективне покриття лишайників

Оцінка	1 - 3	3 - 5	5 - 10	10-20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-80	80-100
Бал	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Оцінка ступеня забруднення повітря за видовим складом лишайників виконується таким чином: визначається наявність на кожному стовбурі дерева стандартного об’єкту дослідження – лишайників кущистої, накипної і листової форми. Потім за таблицею 21.2 визначається ступінь забруднення.

Таблиця 21.2 – Проста шкала для визначення ступеня забруднення повітря

Ступінь забруднення	Наявність лишайників
Слабке забруднення	Зникають кущисті лишайники
Середнє забруднення	Зникають листуваті і кущисті лишайники
Сильне забруднення	Зникають накипні, листуваті і кущисті лишайники

Таблиця 21.3 – Шкала визначення ступеня забруднення повітря за ліхенофлористичним списком

Ступінь забруднення	Лишайники
0 зона дуже сильного забруднення	лишайників немає, тільки водорість Лепрококус на деревах і камінні
1 зона сильного забруднення	лишайник Леканора
2 зона зменшення забруднення	лишайник Ксанторія на камінні
3 зона зменшення забруднення	Пармелія на камінні, на деревах відсутня
4 зона відносно чисте повітря	Сірі листуваті лишайники зявляються на стовбурах дерев
5 зона чистого повітря	З’являються кущисті лишайники в тому числі Евернія
6 зона дуже чистого повітря	З’являються кущисті лишайники в тому числі Уснея

Метод Браун – Бланке:

+ – зустрічається зрідка, ступінь покриття мізерний;

2 – лишайників багато, ступінь покриття незначний (2–5%);

3 – лишайників багато, ступінь проективного покриття 6–20%;

4 – будь-яка кількість лишайників, ступінь покриття 21 – 50%;

5 – будь-яка кількість лишайників, ступінь покриття 50 – 75%;

6 – ступінь покриття більше 75%.

Метод трансплантації. Трансплантацією називають переніс організму з його місця існування в місце, де він необхідний для моніторингу оточуючого середовища. Для трансплантації використовують епіфітні лишайники. Лишайники для експонування відбирають разом з їх субстратом зі впавших старих дерев і тільки у виключних випадках лишайники відбираються з ростущих дерев. Вирізані шайби повинні на 2/3 покриті добре розвинутими екземплярами лишайників. Оскільки лишайники з різних місцевостей по різному реагують на нові для них умови, тому необхідно щоб лишайники для експонування були з одного строго обмеженого регіону. Шайби з лишайниками прикріплюють на деревах дослідної ділянки на висоті 1.5 м. В якості критерію дії забруднювача використовують частину пошкоджень експонованої слані від її загальної поверхні за період спостережень. Виміри проводять за фотознімками слані, зроблених до і після експонування.

Заповнити таблицю 21.4 відповідно до отриманих даних.

Таблиця 21.4 – Оцінка результатів дослідження основних форм, видового складу і проективного покриття лишайників в межах досліджуваних районів

Номер ділянки	рН кори	Форми лишайників	Видовий склад лишайників	Проективне покриття
				Метод рамки, %	Метод лінійних перетинів	Метод Браун - Бланке

Проаналізувати отримані результати досліджень і зробити висновки про стан досліджуваної ділянки