Эпифитные лишайники как индикаторы загрязнения атмосферного воздуха газообразными поллютантами, тяжелыми металлами и радионуклидами Кузнецова Валентина Федоровна
Диссертация - 15у.е., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников
Автореферат - 6 у.е., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья
Кузнецова Валентина Федоровна. Эпифитные лишайники как индикаторы загрязнения атмосферного воздуха газообразными поллютантами, тяжелыми металлами и радионуклидами : Дис. ... канд. биол. наук : 03.00.16 : Н. Новгород, 2004 208 c. РГБ ОД, 61:05-3/467
Содержание к диссертации
1. Обзор литературы 10
Физико-географическая характеристика района исследования 10
Анализ мирового научного опыта по использованию лишайников для оценки загрязнения атмосферного воздуха 14
Изученность лихенофлоры Нижегородской области 38
2. Материалы методы исследований 39
Биологические методы 39
Физико-химические методы 44
Выбор видов лишайников 46
Схема экспериментов по изучению аккумулирующей способности лишайников и количественной оценке уровня загрязнения воздуха 47
Методика отбора и первичной подготовки проб лишайников 50
Подготовка образцов проб лишайников для анализа на содержание тяжелых металлов и урана 52
Методики определения тяжелых металлов, урана и трития в пробах лишайников 53
3. Эколого-флористическая характеристика лихенофлоры г. Сарова 59
Состав видов 59
Жизненные формы 62
Приуроченность к субстрату 64
Географический анализ 68
Синузии лишайников и их характеристика 69
4. Использование лихеноиндикации для оценки загрязнения
воздуха химическими ингредиентами 76
4.1 История изучения вопроса использования лишайников для оценки загрязнения
воздуха 76
Устойчивость-чувствительность лишайников к химическим поллютантам .78
Разработка региональной шкалы полеотолерантности 81
Оценка загрязнения территории г.Сарова с помощью индекса полеотолерантности
5. Применение лишайников в качестве биоаккумуляторов тяжелых металлов
и радионуклидов 96
Изучение аккумулирующей способности лишайников. Эпифитные лишайники-природные аккумуляторы тяжелых металлов 96
Использование лишайников для оценки загрязнения территории города
тяжелыми металлами и выявления источников загрязнения 101
Проведение сравнительного шучения динамики накопления тяжелых металлов и радионуклидов в лишайниках в фоновых условиях и в условиях воздействия антропогенных фактороз 102
Определение концентрации тяжелых металлов в воздухе методом
трансплантации лишайников 112
ВЫВОДЫ 117
БЛАГОДАРНОСТИ 120
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 123
Приложения 161
Список принятых сокращений: ТМ - тяжелые металлы, РН - радионуклиды, Т - тритий, ОПП - опытная пробная площадь, КПП - контрольная пробная площадь, АЭС и ААС - методы атомно-эмисионной и атомно-абсорбциопной спектроскопии.
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в связи с усилением антропогенного воздействия на окружающую среду и ухудшением экологической обстановки актуальной задачей экологии является разработка таких методов контроля состояния окружающей среды, которые максимально точно локализовали бы неблагоприятные ситуации и давали возможность оптимизировать природоохранные затраты (Сает и др., 1990). В частности, в последние годы возрос интерес к эпифитным лишайникам как биологическим индикаторам качества воздуха, поскольку эти растительные организмы получают все необходимое для своей жизнедеятельности из воздуха.
Идея использования лишайников в качестве биомониторов антропогенного загрязнения не нова. Еще в 19 веке финский лихенолог В.Найландер (Nylander, 1866) при описании флоры лишайников Парижа впервые обратил внимание на чувствительность этих растений к загрязнению воздуха.
В настоящее время эпифитные лишайники являются традиционным объектом экологического мониторинга и биоиндикации химического загрязнения атмосферного воздуха. Лишайники чувствительны к целому комплексу загрязняющих веществ. Как показали исследования, на лишайники губительно влияют вещества, увеличивающие кислотность среды, такие как диоксид серы, фториды, хлориды, оксиды азота и озон (Трасс, 1971, 1978; Солдатенкова, 1974; Голубкова и Малышева, 1978; Мэннинг и др., 1985; Трешоу, 1988; Шуберт, 1988; Nylander, 1866). Внешним проявлением чувствительности лишайников к загрязнению являются: деградация слоевищ, изменение видового состава, уменьшение проективного покрытия. В тоже время этим древнейшим растительным организмам сравнительно безвредны тяжелые металлы и поллютанты радиационной природы (Инсарова, 1983; Мэннинг, 1985; Блюм и Тютюнник, 1989; Криволуцкий, 1991; Бязров, 1993; Kovacs, 1992). Обладая высокой сорбционной способностью, лишайники позволяют обнаруживать присутствие даже самых малых уровней активности и количеств радионуклидов и прочих
6 поллютантов в атмосферных выпадениях (Рамзаев, 1984; Miettinen, 1969; Tuominen & Yaakkola,
1975).
В нашей стране и за рубежом накоплен немалый опыт использования лишайников в качестве биомониторов загрязнения атмосферы поллютантами в городах, в биосферных заповедниках, вокруг источников вредных выбросов, химических и металлургических заводов, тепловых электростанций, в зонах радиоактивных аварий (Голубкова и Малышева, 1978; Израэлъ и др., 1982, 1985; Парибок и Сазыкина, 1982; Мартин, 1982; Инсарова и Инсаров, 1989, 1991; Криволуцкий, 1991; Бязров, 1993; Semadi, 1989; Conti and Cecchetti, 2001).
v В сравнении с точными аналитическими методами лихеноиндикация позволяет в короткий срок без применения дорогостоящих приборов оценить многолетнее среднее состояние воздушной среды {Трасс, 1978). Кроме того, в отличие от аналитических методов биомониторинг позволяет оценить суммарное токсическое воздействие на организм.
Широкое распространение лишайников в нашем регионе, доступность для изучения в течение всего года делает эти растительные организмы незаменимыми при проведении биомониторинга загрязнения атмосферного воздуха.
Наряду с очевидными преимуществами лихеноиндикации атмосферного загрязнения существует ряд проблем, связанных с изучением механизмов поглощения, накопления лишайниками тяжелых металлов, радионуклидов и специфической реакции лишайников на воздействие внешней среды и антропогенных факторов. Кроме того, для проведения корректного сравнения результатов биомониторинга различных, в географическом отношении районов, требуется решение проблем методологического характера: подбор условий биомониторинга, выбор аналитических методов и интерпретация большого количества экспериментальных данных (Wolterbeek, Freitas, 1999).
Экологические исследования по изучению флоры лишайников и использованию их для биомониторинга загрязнения воздуха на территории г. Сарова и на прилегающей к городу территории были начаты в 1992 г. Район исследования представляет значительный интерес, поскольку г. Саров является ядерным центром, на территории которого имеются
7 промышленные предприятия и относительно высокая концентрация автотранспорта; часть его
территории расположена в заповедных мордовских лесах.
В 1998 г. в рамках выполнения Проекта-740 Международного научно-технического центра (МНТЦ) "Применение метода лихеноиндикации для оценки загрязнения воздуха тяжелыми металлами, радионуклидами и тритием", изучение лишайников было продолжено совместно с сотрудниками Мордовского государственного заповедника (МГЗ). Поскольку г. Саров и МГЗ расположены в сходных природно-климатические условиях, то такое сотрудничество позволило получать более эффективные результаты по исследованию лихенофлоры сопредельных территорий. Кроме того, совместные исследования в условиях города и заповедника позволили изучить негативное воздействие городских условий на биоразнообразие и экологию лишайников.
Лихенофлора территории г.Сарова почти не исследована. Имеются отрывочные данные за 1936 г. (Кузнецов, I960), о лихенофлоре той части территории города, которая до 1946 г. входила в состав Мордовского государственного заповедника. В настоящее время в заповеднике продолжаются исследования флоры лишайников, закончена повторная инвентаризация, которая внесла значительные изменения в данные 1936-1939 гг. о видовом составе лишайников. Однако, в связи с изменениями в номенклатуре лишайников этот список нуждается в пересмотре.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящего исследования является изучение состава и структурной организации синузий эпифитных лишайников и способности лишайников к аккумуляции ряда тяжелых металлов и радионуклидов для качественной и количественной оценки загрязнения атмосферного воздуха г.Сарова и сопредельных территорий.
Задачи исследования: изучение видового состава и анализ основных эколого-флористических характеристик лихенофлоры; разработка региональной шкалы полеотолерантности лишайников и проведение на ее основе качественной оценки состояния атмосферного воздуха г.Сарова; выбор репрезентативных видов лишайников для проведения
8 биомониторинга; изучение способности лишайников к аккумуляции ряда ТМ и РН методами
пассивного и активного мониторинга.
Научная новизна. Обобщены и проанализированы материалы 10-летних исследований (1992-2002 гг.) по биомониторингу загрязнения атмосферного воздуха с помощью эпифитных лишайников. Впервые для г.Сарова приводится видовой состав лишайников, среди которых выявлены редкие виды.
Исследована динамика накопления лишайниками тяжелых металлов и радионуклидов на эталонных участках в Мордовском заповеднике и в условиях воздействия техногенных загрязнений, получены величины усредненного содержания ТМ и РН в биомассе лишайников, данные по некоторым из них в литературе отсутствуют. Рассмотрена возможность использования таких показателей аккумулирующей способности лишайников, как ряды накопления ТМи соотношения Mn:Fe для оценки техногенного загрязнения воздуха.
Практическая значимость. Полученные результаты исследований по лихеноиндикации были использованы при проведении биомониторинга загрязнения городской территории (1995 г.) и рекреационных зон г.Сарова (1996 г.), организованных Комитетом природы и отделом экологии и рационального природопользования города Сарова. На обследованной территории выделено 3 зоны загрязнения, составлена картосхема зон загрязнения. Результаты анализа лишайников на содержание тяжелых металлов и изучение аккумулирующей способности лишайников позволили выявить тенденции по изменению содержания элементов в атмосферном воздухе под влиянием техногенных факторов на исследуемой территории. Полученные результаты изучения видов лишайников на территории г.Саров могут быть использованы для составления региональной лихенофлоры, для уточнения экологии, географии и ареалов отдельных видов, для разработки мероприятий по охране редких видов лишайников.
Разработанная региональная шкала полеотолерантности лишайников, а также выявленные закономерности накопления ими тяжелых металлов и радионуклидов могут найти применение при проведении мониторинга атмосферных загрязнений на территориях, сопредельных с г.Саров. Полученные результаты исследований могут служить базой для
9 прогнозирования влияния техногенного воздействия на окружающую среду и здоровье
населения.
Связь с плановыми НИР. Работа выполнена в соответствии с "Планом
первоочередных природоохранных мероприятий на 1995-1996 гг." (раздел 2-"Организация
системы мониторинга на территории г.Арзамас-16 (г.Саров))", организованных Комитетом
природы и отделом экологии и рационального природопользования г. Арзамас-16; в рамках
реализации Проекта № 740-98 "Применение метода лихеноиндикации для оценки загрязнения
воздуха тяжелыми металлами, радионуклидами и тритием" ( 1998 по 2001гг.), руководитель
В.Н.Голубева, (грант Международного научно-технического центра (МНТЦ), а также в ходе
проведения инициативной НИР "О возможности использования мхов и лишайников для оценки
антропогенного загрязнения атмосферы г.Арзамас-16 (г.Саров)".
10
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
