Мохообразные как биологические индикаторы. Старт в науке Мох мхи индикаторы среды

Для быстрой оценки основных характеристик почвы на участке существует много методов, и один из них: по дикорастущим растениям-индикаторам. Благодаря им можно визуально определить, например, кислотность, механический состав, питательность, плотность, влажность почвы.

Большинство культурных садовых растений адаптированы к широким пределам рН и погибают только при крайних значениях кислотности почв.
Наименее чувствительны к кислотности колокольчики, фиалки, ирисы, гладиолусы, можжевельники, злаки. Типичные любители «кисленького» - азалии, рододендроны, верески. Нейтральную реакцию почвы предпочитают , виолы; щелочную - чистец пушистый, и др.

Индикаторы кислотности. Индикаторы очень кислых почв (рН 3,0-4,5) - сфагновые и зеленые мхи, плауны, вереск обыкновенный, белоус торчащий, пушица влагалищная, щучка дернистая.

Обитатели кислых и слабокислых почв - конский щавель, щавелек малый, торица полевая, майник двулистный, кошачья лапка двудомная, медуница неясная, мята полевая, вероника лекарственная, подорожник большой, папоротник мужской, фиалка собачья, пикульник красивый, куриное просо, хвощ полевой, лютики ползучий и едкий.

На почвах с нейтральной реакцией чаще растут пастушья сумка, мокрица, манжетка обыкновенная, мыльнянка лекарственная, пырей ползучий, пупавка красильная, редька дикая.

На щелочной почве поселяются: дрема белая, подмаренник цепкий, кермеки, чернушка полевая, живучка узколистная, очный цвет полевой, молочай серповидный, подорожник ланцетолистный, горчица полевая, золототысячник зонтичный.

Индикаторы плотности и плодородия. Рыхлая почва обязательна для дымянки лекарственной, пикульника обыкновенного, незабудки полевой, на уплотненных растут лютик ползучий, лапчатка гусиная, подорожник большой, ромашка ромашковидная.

Индикаторы бедных почв - сфагновые мхи и лишайники, багульник болотный, брусника, клюква, черника, вереск обыкновенный, белоус торчащий, бессмертник песчаный, очиток едкий, кошачья лапка двудомная, ястребинка волосистая, щавелек малый. Плодородные участки предпочитают копытень европейский, яснотка, лебеда, белена черная, мокрица, печеночница.

На высокое содержание азота указывают крапива двудомная и жгучая, кипрей, крестовник весенний, лебеда татарская, хмель, щирица запрокинутая, калужница. А присутствие растений из семейства Бобовые - дрока красильного, лядвенца рогатого, люцерны и астрагала - говорит о его недостатке. На низкое содержание в почве азота указывает и присутствие росянки, мелколепестника канадского, льнянки.

Индикаторы легких почв - бессмертник песчаный, сосна обыкновенная. На тяжелых глинистых часто встречаются лапчатка гусиная, лютик ползучий, подорожник, горец птичий, бересклет бородавчатый.

Индикаторные растения - предмет изучения индикационной геоботаники и экологии растений. Принципы теории фитоиндикации (индикация условий среды с помощью растений) были предложены еще в 1910 и 1917 гг. российским ботаником Л.Г. Раменским (1938, 1971). Для исследования условий окружающей среды сообществ используются индикационные экологические шкалы, содержащие балловые оценки экологических свойств видов растений по различным факторам среды. То есть шкалы это таблицы, в которых для каждого вида указаны пределы его распространения по факторам увлажнения, богатства почвы, засоления, выпаса и т. д. Например, по Л.Г. Раменскому (1956) выделяются следующие факторы: увлажнение, режим переменности увлажнения, активное богатство и засоление почв, аллювиальность и пастбищная дигрессия луга. Так же популярными являются отечественные экологические шкалы Д.Н.Цыганова (1983) и европейские шкалы Г. Элленберга (Ellenberg, 1974, 1979) и Э. Ландольта (Landolt, 1977).

По отношению к кислотности почвы выделяют основные три группы растений: ацидофилы – растения кислых почв, нейтрофилы – обитатели нейтральных почв, базифилы – растут на щелочных почвах.

По отношению к влажности почв выделяются: ксерофиты – растения сухих местообитаний (кошачья лапка, ястребинка волосистая, очитки (едкий, пурпурный, большой), ковыль перистый), мезофиты растения обеспеченного увлажнения (Это большая часть луговых трав: тимофеевка, лисохвост луговой, пырей ползучий, ежа сборная, клевер луговой, горошек мышиный, чина луговая), гигрофиты – растения обильного увлажнения, проточного или застойного (голубика, багульник, морошка, селезеночник очереднолистный, белозор, калужница, герань луговая, камыш лесной, сабельник болотный, таволга вязолистная, горец змеиный, мята полевая, чистец болотный).

Так же по растениям можно определить глубины залегания грунтовых вод . По требовательности к почвенному плодородию растения образуют следующие экологические группы: мегатрофы – произрастают на самых богатых почвах (малина, крапива, иван-чай, таволга, сныть, чистотел, копытень, кислица, валериана, чина луговая, костер безостый), мезотрофы – растения достаточно обеспеченных минеральным питанием почв (майник двулистный, медуница, дудник, грушанка, гравилат речной, овсяница луговая, купальница, вероника длиннолистная), олиготрофы – растения бедных почв по минеральному питанию (сфагновые (торфяные) мхи, наземные лишайники, кошачья лапка, брусника, клюква, белоус, ситник нитевидный, душистый колосок).

Кроме общего плодородия почвы, можно выяснить обеспеченность почвы определенными элементами . Например, о высоком содержании азота свидетельствуют растения-нитрофилы – иван-чай, малина, крапива; на лугах и пашне – разрастания пырея, гусиной лапчатки, спорыша (горца птичьего). При хорошем обеспечении азотом растения имеют интенсивно-зеленую окраску. Наоборот, недостаток азота проявляется бледно-зеленой окраской растений, уменьшением ветвистости и числа листьев.

Высокую обеспеченность кальцием показывают кальциефилы: многие бобовые (например, люцерна серповидная). При недостатке кальция господствуют кальциефобы – растения кислых почв: белоус, щучка (луговик дернистый), щавелек, сфагнум и др. Эти растения устойчивы к вредному действию ионов железа, марганца, алюминия.

Таким образом, в Средней полосе России на лугах с различными характеристиками почвы можно встретить разные группы растений.

На суходольных лугах с кислой и бедной почвой часто обильно произрастают виды растений: Щавель малый (8-30 см), Хвощ полевой (10-15см), Душистый колосок (20-40 см), Кошачья лапка двудомная (5-15 см).

На остепненных лугах с известковой почвой можно встретить следующие виды растений: Люцерна серповидная (30-80 см), Дрок красильный (50-100 см), Ковыль перистый, Пупавка красильная.

На лугах произрастающих в условиях избыточного увлажнения встречаются и зачастую преобладают такие виды, как: Щучка дернистая, Осока лисья, Осока острая, Герань луговая, Мята перечная, Чистец болотный, Лапчатка гусиная, Лютик ползучий.

На лугах с богатой почвой произрастают такие виды растений, как: Костер безостый, Крапива двудомная, Иван чай узколистный, Чина луговая.

Так, например, о высоком плодородии свидетель­ствуют следующие растения: малина, крапива, иван-чай, таволга, сныть, чистотел, копытень, кислица, вале­риана, чина луговая, костер безостый, таволга.

Индикаторы умеренного (среднего) плодородия: майник двулистный, медуница, дудник, грушанка, гра­вилат речной, овсяница луговая, купальница, верони­ка длиннолистная.

О низком плодородии свидетельствуют сфагновые (торфяные) мхи, наземные лишайники, кошачья лапка, брусника, клюква, белоус, ситник нитевидный, душис­тый колосок.

Безразличны к почвенному плодородию: лютик едкий, пастушья сумка, мятлик луговой, Черноголовка, ежа сборная. Малотребовательна к почвенному плодо­родию сосна обыкновенная.

Кроме общего понятия «плодородие почвы», мож­но выяснить обеспеченность почвы определенными элементами.

Например, о высоком содержании азота свидетель­ствуют растения-нитрофилы - иван-чай, малина, кра­пива; на лугах и пашне -разрастания пырея, гусиной лапчатки, спорыша (горца птичьего). При хорошем обеспечении азотом растения имеют интенсивно-зеле­ную окраску.

Наоборот, недостаток азота проявляется бледно-зеленой окраской растений, уменьшением ветвистос­ти и числа листьев.

Высокую обеспеченность кальцием показывают кальциефилы: многие бобовые (например, люцерна серповидная), лиственница сибирская.

При недостатке кальция господствуют кальциефо-бы - растения кислых почв: белоус, щучка (луговик дернистый), щавелек, сфагнум и др. Эти растения ус­тойчивы к вредному действию ионов железа, марган­ца, алюминия.

Растения - индикаторы водного режима почв.

Индикаторами разного водного режима почв явля­ются растения-гигрофиты, мезофиты, ксерофиты.

Влаголюбивые растения (гигрофиты) - обитатели влажных, иногда заболоченных почв: голубика, багуль­ник, морошка, селезеночник очереднолистный, белозор, калужница, герань луговая, камыш лесной, сабельник болотный, таволга вязолистная, горец змеиный, мята полевая, чистец болотный.

Растения достаточно обеспеченных влагой мест, но не сырых и не заболоченных - мезофиты. Это боль­шая часть луговых трав: тимофеевка, лисохвост луго­вой, пырей ползучий, ежа сборная, клевер луговой, горошек мышиный, чина луговая, василек фригийский. -В лесу это брусника, костяника, копытень, золотая роз­га, плауны.

Растения сухих местообитаний (ксерофиты): коша­чья лапка, ястребинка волосистая, очитки (едкий, пур­пурный, большой), ковыль перистый, толокнянка, по­левица белая, наземные лишайники.

Растения - индикаторы глубины залегания грунтовых вод

Установление показателей глубины залегания грун­товых вод имеет значение для уточнения свойств почв и для выработки рекомендаций по мелиорации их. Для индикации глубины залегания грунтовых вод можно использовать группы видов травянистых растений (ин­дикаторные группы). Для луговых почв выделяется 5 групп индикаторных видов (табл. 1).

Таблица 1.

Индикаторные группы растений - указатели глубины грунтовых вод на лугах

(по Г.Л. Ремезовой, 1976 г.)

Помимо названных групп растений, есть переход­ные виды, которые могут выполнять индикаторные функции, например мятлик луговой, может быть вклю­чен как в первую, так и во вторую группы. Он указы­вает залегание воды на глубине от 100 до более 150 см. Хвощ болотный - от 10 до 100 см и калужница болот­ная - от 0 до 50 см.

В качестве биоиндикатора может быть использо­ван и один вид, если этот вид имеет массовое развитие в конкретном местообитании.

Глубину почвенно-грунтовых вод в лесных экоси­стемах и характер увлажнения почв можно определить по табл. 2.

Таблица 2.

Растения-индикаторы глубины залегания грунтовых вод и характера увлажнения почв

(по СВ. Викторову и др., 1988)

Растения- индикаторы кислотности почв

Кислотность - одно из характерных свойств по­чвы лесной зоны. Повышенная кислотность отрица­тельно сказывается на росте и развитии ряда видов растений. Это происходит из-за появления в кислых почвах вредных для растений веществ, например, ра­створимого алюминия или избытка марганца. Они нарушают углеводный и белковый обмен в растениях, задерживают образование генеративных органов и приводят к нарушению семенного размножения, а иногда вызывают гибель растений.

Повышенная кислотность почв подавляет жизне­деятельность почвенных бактерий, участвующих в разложении органики и высвобождении питательных веществ, необходимых растениям.

В лабораторных условиях кислотность почв мож­но определить универсальной индикаторной бумагой, набором Алямовского, рН-метром, а в полевых усло­виях - при помощи растений-индикаторов. В процес­се эволюции сформировались три группы растений: ацидофилы - растения кислых почв, нейтрофилы - обитатели нейтральных почв, базифилы - растут на щелочных почвах. Зная растения каждой группы, в по­левых условиях можно приблизительно определить кислотность почвы (табл. 7.3).

Таблица 7.3.

Растения-индикаторы кислотности почв (по Л. Г. Раменскому, 1956)

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Задачи:

- Определить роль лишайников как показателей чистоты воздуха.

- Сравнить опытные данные.

Актуальность:

Лишайники являются пионерами растительности, но они являются одним из важнейших определителей чистоты воздуха.

Новизна: Исследование по лишайникам ведется впервые на территории поселка Танды.

Введение

Наиболее острую экологическую проблему представляет загрязнение воздуха, поскольку регулярно происходит выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Продукты сжигание топлива автомобилей, выбросы котельных, продукты горение при пожарах и т.д. поступают в самый нижний (приземный) слой атмосферы. Условия их рассеивания определяются состоянием атмосферы. Решающую роль при этом играет ветер: в ветреную погоду хорошо проветривается, концентрации загрязняющих веществ низкие. В безветренную погоду «чистоту» приземного воздуха определяют процессы вертикального перемешивание. При благоприятных условиях они обеспечивают вынос примесей в верхние слои атмосферы и поступление оттуда же чистого воздуха.

Загрязнение воздуха приводит к уменьшению толщины озонового слоя и образованию озоновых дыр. По оценкам ученых, уменьшение толщины озонового слоя на 1% повысит интенсивность УФ - излучения на поверхности Земли на 2%, что увеличит уровень заболеваемости раком кожи у людей на 3-6%. Кроме того, загрязнение воздуха приводит к повышению влажности воздуха, к увеличению количества туманов в городе и помутнению атмосферы - образуется парниковый эффект.

А также атмосферные загрязнение влияют на состояние питьевых источников и состояние растительного и животного мира.

Но самое главное, загрязненный воздух оказывает огромное влияние на здоровье и самочувствие человека. При сильно загрязненном воздухе у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, появляются симптомы удушья, обострение легочних и различных хронических заболеваний, например: хронических бронхит, и даже заболевание раком легких.

Таким образом, проблема загрязнение воздуха является актуальной, и мы решили выяснить, насколько сильно загрязнен воздух в нашем наслеге. Существуют различные методики исследования уровня загрязнения воздуха. Есть также инструментальные методы определение содержание в воздухе вредных примесей, которые используются государственными природоохранными организациями в целях мониторинга воздушной среды. Однако для нас такие методы недоступны. Мы выбрали наиболее доступную методику оценки степени загрязнение воздуха - лихеноиндикацию. То есть нами были выбраны лишайники в качестве индикаторов состояния воздуха. Объектом исследования стали территории в центре поселка и в окраинах поселка.

Характеристика лишайников

Русское название лишайники получили за визуальное сходство с проявлениями некоторых кожных заболеваний, получивших общее название «лишаи». Латинское название происходит от греческого (лат. Lichen) и переводится как бородавка, что связано с характерной формой плодовых тел некоторых представителей.

За неблагозвучным названием этих растений скрывается удивительный по своеобразию мир.

Как организмы лишайники были известны ученым и в народе задолго до открытия их сущности. Еще великий Теофраст (371 - 286 до н. э.) «отец ботаники», дал описание двух лишайников - уснеи (Usnea) и рочеллы (Rocella. Постепенно количество известных видов лишайников возрастало. В XVII веке было известно только 28 видов. Французский врач и ботаник Жозеф Питтон де Турнефор в своей системе выделил лишайники в отдельную группу в составе мхов. Хотя к 1753 году было известно свыше 170 видов, Карл Линней описал только 80, охарактеризовав их как «скудное крестьянство растительности», и включил вместе с печёночниками в состав «наземных водорослей».

Лишайники- группа симбиотических организмов, в теле которых сочетаются два компонента: автотрофный - водоросль или цианобактерия и гетеротрофный - гриб. Вместе они образуют единый организм. Для каждого вида лишайников характерна постоянная, сложившаяся в процессе исторического развития форма симбиоза - взаимополезного сожительства определенного гриба с конкретной водорослью.

Разделение лишайников на классы и семейства проводят в соответсвии с принадлежностью вида гриба - компонента лишайника - к определенному отделу грибов, входящих в состав лишайников, относят к отделу Аскомикота, а небольшую часть - к отделу Базидиомикота.

По величине лишайники разнообразны, их размеры - от нескольких до десятков сантиметров. Тело лишайников представлено слоевищем, или талломом. В зависимости от образующегося пигмента оно может быть серым, сизым, зеленоватым, буро-коричневым, желтым, оранжевым или почти черным.

Сейчас насчитывается около 25 тыс. видов лишайников. И каждый год ученые обнаруживают и описывают десятки и сотни новых неизвестных видов. Облик этих растений причудлив и разнообразен. Известны палочковидные, кустистые, листоватые, плёнчатые, клубкообразные, «голые» и густо покрытые чешуйками (филлокдадиями) лишайники, имеющие слоевище в виде булавы и плёнки, бороды и даже «многоэтажных» башен.

В зависимости от внешнего облика различают три основных морфологических типа: накипные, листоватые и кустистые лишайники. В природе лишайники занимают несколько экологических ниш: эпилитные, эпифитные, эпиксильные, напочвенные и водные.

Таллом накипных лишайников — это корочка «накипь», нижняя поверхность плотно срастается с субстратом и не отделяется без значительных повреждений. Это позволяет им жить на оголённой почве, на крутых склонах гор, деревьях и даже на бетонных стенах. Иногда накипной лишайник развивается внутри субстрата и снаружи совершенно не заметен.

Листоватые лишайники имеют вид пластин разной формы и размера. Они более или менее плотно прикрепляются к субстрату при помощи выростов нижнего коркового слоя.

Кустистые имеют более сложное строение. Таллом образует множество округлых или плоских веточек. Растут на земле или свисают с деревьев, древесных остатков, скал. На субстрате они прикрепляются только у своего основания.

К субстрату лишайники прикрепляются особыми выростами, расположенными на нижней стороне таллома, - ризоидами (если выросты сформированы только гифами нижней коры), или ризинами (если эти выросты включают в себя также сердцевинные гифы).

I.1 Лишайники как индикаторы окружающей среды

Лишайники представляют собой весьма своеобразную группу споровых растений, состоящих из двух компонентов - гриба и одноклеточной, реже нитчатой водоросли, которые живут совместно, как целостный организм. При этом функция основного размножения и питания за счет субстрата принадлежит грибу, а функция фотосинтеза - водоросли. Лишайники чутко реагируют на характер и состав субстрата, на котором они растут, на микроклиматические условия и состав воздуха, в силу чрезвычайного "долголетия" лишайников их можно использовать для датировки возраста различных предметов на основе измерения их слоевищ - в диапазоне от нескольких десятилетий до нескольких тысячелетий.

Объектом глобального мониторинга избраны лишайники потому, что они распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешние воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна и чрезвычайно замедлена по сравнению с другими организмами.

Из всех экологических групп лишайников наибольшей чувствительностью обладают эпифитные лишайники (или эпифиты), т. е. лишайники, растущие на коре деревьев. Изучение этих видов, в крупнейших городах мира, выявило ряд общих закономерностей: чем больше индустриализирован город, чем более загрязнен, тем меньше встречается в его границах видов лишайников, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев, тем ниже «жизненность» лишайников.

Лишайники являются интегральным индикатором состояния среды и косвенно отражают общую «благоприятность» комплекса абиотических факторов среды на биотические.

Кроме того, большинство химических соединений, негативно влияющих на флору лишайников, входят в состав основных химических элементов и соединений, содержащихся в выбросах большинства промышленных производств, что позволяет использовать лишайники именно в качестве индикаторов антропогенной нагрузки.

Все это предопределило использование лишайников и лихеноиндикации в системе глобального мониторинга состояния окружающей среды.

I.2. Классификация лишайников

Различают три основных типа слоевищ лишайников: накипной (корковый), листоватый и кустистый, между которыми встречаются переходные формы. Наиболее простые - накипные, и корковые, похожие на кору дерева. Они растут на поверхности почвы, горных пород, на коре деревьев и кустарников, плотно срастаются с субстратом и не отделяются от него без значительных повреждений.

Более высокоорганизованные лишайники имеют листоватое слоевище в форме пластинок, распростертых по субстрату и срастающихся с ним посредством пучков гиф. На субстрате листоватые лишайники имеют вид чешуек, розеток или обычно разрезанных на лопасти крупных пластинок.

Наиболее сложно организованное слоевище - кустистое , имеющее форму столбиков или лент, обычно разветвленных и срастающихся с субстратом только основанием. Вертикальный рост слоевище позволяет ему лучше использовать солнечный свет для фотосинтеза.

У большинства лишайников слоевище имеет верхний и нижний корковые слои из плотного сплетение грибных нитей, между которыми находится сердцевина - рыхлый слой грибов укрепляет слоевище и защищает водоросли от чрезмерного освещение. Основная функция сердцевинного слоя - проведение воздуха к клеткам водорослей, содержащим хлорофилл.

Симбиотические взаимоотношение гриба и водорослей проявляются в том, что нити гриба в теле лишайника как бы выполняют функцию корней, а клетки водорослей играют роль листьев зеленых растений - в них происходит фотосинтез и накопление органических веществ. Гриб обеспечивает водоросль органические вещества. Таким образом, лишайники представляют собой автогелеротрофные организмы. Лишайнику, как целому организму, присущи новые биологические качества, несвойственные его компонентам вне симбиоза. Благодаря этому лишайники обитают там, где не могут жить ни водоросли, Ни грибы в отдельности. Физиология гриба и водоросли в слоевище лишайника также во многом отличается от физиологии свободноживущих грибов и водорослей.

Среди лишайников различают группы видов, растущих на почве, деревьях, склах и т.д. Внутри них можно выделить еще более мелкие группы: обитающие ни известковых или кремнистых горных породах, на коре деревьев, обнаженной древесине, на листьях (у вечнозеленых растений) и др. На обрабатываемых землях лишайники не встречаются из-за своего очень медленного роста, накоплением органических веществ. Они очень требовательны к чистоте воздуха, не выносят дыма, копоти и особенно сернистых газов промышленных районов.

Встречаются во всех биогеографических зонах, особенно в умеренных и холодных областях, а также в горах. Лишайники способны переносить длительное высушивание. Фотосинтез и питание у них в это время прекращаются. Устойчивость к засухе и низкой температуре позволяет им переживать периоды резкого изменение условий существования и возвращаться к жизнедеятельности даже при низкой температуре и незначительном содержании CO2, когда многие растения погибают.

I.3. Размножения лишайников

Лишайники размножаются в основном вегетативно - частями слоевище. Хрупкие в сухую погоду, лишайники легко ломаются от прикосновение животных или людей; отдельные кусочки, попав в соответствующие условия, развиваются в новое слоевище. Однако они могут размножаться и спорами, которые образуются половым или бесполым путем.

Широкое распространение лишайников обусловлено многими факторами, из которых основные - их способность противостоять неблагоприятному воздействию среды, лекгость вегетативного размножения, дальность и высокая скорость переноса отдельных частей слоевища ветром.

По хаpактеpу полового споpоношения лишайники относят к двум классам: сумчатые (pазмножаются споpами, созpевающими в сумках), к котоpым относятся почти все pазновидности лишайников, и базидиальные (споpы созpевают в базидиях), насчитывающие всего несколько десятков видов.

Pазмножение лишайников осуществляется половым и бесполым (вегетативным) способами. В pезультате полового пpоцесса обpазуются споpы гpиба лишайника, котоpые pазвиваются в закpытых плодовых телах - пеpитециях, имеющих узкое выводное отвеpстие ввеpху, или в апотециях, шиpоко откpытых к низу. Пpоpосшие споpы, встpетив соответствующую своему виду водоpосль, обpазуют с ней новое слоевище.

Вегетативное pазмножение заключается в pегенеpации слоевища из небольших его участков (обломков, веточек). У многих лишайников есть специальные выросты - изидии, которые легко отламываются и дают начало новому слоевищу. В других лишайниках образуются крошечные гранулы (соредии), в которых клетки водоросли окружены плотным скоплением гиф; эти гранулы легко разносятся ветром.

Все необходимое для жизни лишайники получают из воздуха и атмосферных осадков и при этом не имеют специальных приспособлений, предотвращающих поступление в их тела различных загрязнителей. Особенно губительны для лишайников различные окислы, образующие при соединении с водой кислоты той или иной концентрации. Поступая в таллом, такие соединения разрушают хлоропласты водорослей, равновесие между компонентами лишайника нарушается, и организм гибнет. Поэтому многие виды лишайников быстро исчезают с территорий, подверженных значительному загрязнению. Но оказывается не все.

В любом случае гибель отдельных видов должна быть тревожным сигналом не только для людей, проживающих в какой - либо конкретной местности, но и для всего человечества.

Так как лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха и погибают при высоком содержании в нём угарного газа, соединений серы, азота и фтора их можно использовать в качестве живых индикаторов чистоты окружающей среды. Такой метод был назван лихеноиндикацией (от греч. "лихен"-лишайник)

I.4. Значение лишайников

Значение лишайников велико. Как автогетеротрофные компоненты природных систем, они аккумулируют солнечную энергию, образуя определенную биомассу, и в то же время разлагают органические вещества до минеральных. В результате их жизнедеятельности подготавливается почва для поселения растений.

В тундре, где лишайников особенно много, они служат кормом северных оленей. Наибольшее значение в этом отношении имеет ягель - олений мох. Используют в пищу лишайники и некоторые дикие животные, например: косули, лоси, маралы. Лишайники служат индикаторами (показателями) чистоты воздуха, так как они очень чувствительны к его загрязнению.

Благодаря лишайниковым кислотам (совместный продукт грибного и водорослевого партнёрства) лишайники выступают в природе как пионеры растительности. Они участвуют в процессах выветривания и почвообразования.

Но лишайники отрицательно действуют на памятники архитектуры, вызывая их постепенное разрушение. По мере развития слоевища лишайников деформируются и пузырятся, а в образовавшихся полостях возникает особый микроклимат, способствующий разрушению субстрата. Именно поэтому лишайниковая мозаика на поверхности древних памятников очень тревожит реставраторов и хранителей старины.

На торфяниках лишайники тормозят рост кустарничков. Иногда участки почвы между подушками лишайников и сосудистыми растениями полностью лишены растительности, так как лишайниковые кислоты воздействуют и непосредственно и на расстоянии (подтверждено лабораторными опытами).

Лишайниковые кислоты не только тормозят, но и стимулируют рост некоторых организмов. В тех местах, где произрастают лишайники, прекрасно чувствуют себя многие почвенные микроскопические грибы и бактерии.

Лишайниковые кислоты имеют горький вкус, поэтому едят их только некоторые улитки и северные олени, которые очень любят ягель, тундровую кладонию.

В тяжёлые голодные годы люди часто при выпечке хлеба добавляли измельчённые в муку лишайники. Для удаления горечи их предварительно обдавали кипятком.

Лишайники издавна были известны как источник получения полезных химических веществ. Более 100 лет назад лихенологии обратили внимание на то, что под воздействием растворов йода, щёлочи и белильной извести окрашиваются в разные цвета. Лишайниковые кислоты в воде не растворяются, но растворяются в ацетоне, хлороформе, эфире. Многие из них бесцветны, но есть и окрашенные соединения: желтые, красные, оранжевые, фиолетовые.

В медицине лишайники применяли ещё древние египтяне за 2000 лет до нашей эры. Их кислоты обладают антибиотическими свойствами.

Карл Линней в1749 году упоминал о семи лекарственных видах лишайников. Из пармелии скальной в то время делали тампоны для остановки кровотечения из носа, из кладонии красноплодной готовили средство от кашля. С успехом применяли препараты для лечения кожных заболеваний, ожогов, послеоперационных ран.

Лекарственные препараты цетрарии исландской используют как в официальной, так и народной медицине для лечения заболеваний верхних дыхательных путей, бронхиальной астмы, туберкулеза, инфекционных заболеваний кожи, гнойных ран и ожогов. Во многих странах, в том числе и в России, готовят лечебные сиропы и пастилки.

Фармакологические исследования показали, что натриевая соль усниновой кислоты обладает бактериостатическими и бактерицидными свойствами относительно стафилококков, стрептококков и бактерии субтилис. Её отвар поднимает тонус организма, регулирует деятельность желудка, лечит заболевания дыхательных путей. Лекарственный препарат натрия уснинат был разработан в Ботаническом институте им. В. Л. Комарова в Петербурге и в честь этого института назван бинаном. Бинан на пихтовом бальзаме заживляет ожоги, а спиртовой раствор помогает при ангине.

Самое неожиданное применение в парфюмерии, хотя и было это известно в 15 - 18 веке. В древнем Египте из них получали порошок, который использовали для приготовления пудры.

Лишайниковые кислоты, полученные из разных видов пармелий, еверний и рамалин, обладают способностью фиксировать запахи, поэтому их и сегодня используют в парфюмерной промышленности. Спиртовой экстракт из лишайников (ризиноид) добавляют в духи, одеколоны и мыла. Вещества, которые содержатся в Эвернии сливовой являются хорошими закрепителями ароматов, поэтому их применяют для изготовления духов и ароматизации хлеба.

Некоторые лишайники употребляют в пищу. В Японии, например, считается деликатесом гирофора съедобная (gyrophora tsculenta)-растущий на скалах листоватый лишайник. Давно известна под названием «лишайниковая манна», астицилия съедобная(Asticilia esculenna), образующая своеобразные «кочующие» шаровидные комочки в степях, пустынях и засушливых горных областях. Ветер иногда переносит эти шарики на большие расстояния. Возможно отсюда и возникло библейское предание о «манне небесной», нипосланный Богом евреям, странствовавшим по пустыне на пути из египетского рабства. А в самом Египте эвернию шелушащуюся (Evernia furfuracea) добавляли в выпекаемый хлеб, чтобы он долго не черствел.

По составу лишайников с помощью разработанных шкал и формул определяют концентрацию в воздухе различных загрязняющих веществ. Они являются классическими биологическими индикаторами. Также всей поверхностью лишайники впитывают дождевую воду, где концентрируется много токсических газов. Наиболее опасны для лишайников окислы азота, угарный газ, соединения фтора. В последнее десятилетие показало, что самое негативное воздействие на них оказывают соединения серы, особенно сернистый газ, который уже в концентрации 0,08-0,1 мг/м угнетает большинство лишайников, а концентрация 0,5мг/м губителен практически для всех видов.

Лишайники успешно используют в экологическом мониторинге. Служат индикаторами окружающей среды, так как проявляют повышенную чувствительность к химическому загрязнению. Устойчивости к неблагоприятным условиям способствует невысокая скорость роста, наличие различных способов извлечения и накопления влаги, развитые механизмы защиты.

Российские исследователи М. Г. Нифонтова и её коллеги установили, что лишайники накапливают радионуклеотиды на несколько величин больше, чем травянистые растения. Кустистые лишайники накапливают больше изотопов, чем листоватые и накипные, поэтому для контроля за радиоактивностью в атмосфере выбирают именно эти виды. Напочвенные лишайники накапливают в основном цезий и кобальт, а эпифиты - преимущественно стронций и железо. Эпилиты, растущие на камнях, накапливают совсем мало радиоактивных элементов. Вымывание изотопов из талломов сильно заторможено, в связи с длительными периодами обезвоживания, поэтому лишайники служат барьером для дальнейшего распространения губительной радиации. Благодаря способности накапливать изотопы, лишайники используются как индикаторы радиоактивного загрязнения среды.

II. Основная часть

II.1. Заложение пробных площадок

В каждом районе исследование были выбраны пять деревьев одного вида, которые находились на расстоянии 5-10 м друг от друга, были примерно одного возраста и размера, не имели повреждений. К стволу каждого дерева плотно палетка, разделенная на квадраты, на высоте приблизительно 1 м.

Полученные данные обрабатывались по формуле: R=(100а+50в)/с,

где: R — степень покрытия древесного ствола лишайниками (%);

а - число квадратов сеточки, в которых лишайники визуально занимают больше половины площади квадрата;

в - число квадратов сеточки, в которых лишайники визуально занимают менее половины площади квадрата;

с - общее число квадратов сеточки .

Результаты загрязнения воздуха представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Оценка степени загрязненности атмосферного воздуха территории

II.2.Измерение проективного покрытия

Для оценки относительной численности лишайников на стволах деревьев мы определяли показатели проективного покрытия т.е. процентного соотношений площадей, покрытых лишайниками, и площадей, свободных от лишайников.

Проективное покрытие лишайников подсчитывали с помощью прозрачной пленки, расчерченный на квадраты 1х1 см. Пленку накладывали на ствол дерева и закрепляли кнопками. Измерение на одном стволе производились с четырех сторон света : рамку прикладывали и производили подсчет четыре раза - с севера, востока, юга и запада. А также эти измерение производились на 2-х высотах : 60,90.

Подсчет лишайников производили следующим образом. Сначала считали число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают на глаз больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равная 100%. Затем подсчитывали число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (в), условно приписывая им покрытие, равное 50%. Данное записывали в рабочую таблицу. После этого рассчитали общее проективное покрытие в процентах по формуле:

R=(100 * а+50 * в)/С

В этой формуле С - общее число квадратов сеточки (при использовании сеточки 10х10 см с ячейками 1х1, С=100).

1. Измерение проективного покрытия

Проективное покрытие вычисляется по формуле:

R=(100а+50в)/С, где

а - это число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают больше половины площади квадрата;

в - это число квадратов сеточки, в которых лишайники занимают меньше половины площади квадрата;

С - это 100%.

R=100 * 50 + 50 * 15 / 100% = 57,5%

Значит в первом участке оценка проективного покрытия составляет 8 баллов.

R = 100 * 50 + 50 * 19 / 100% = 59,5%

А во втором участке оценка проективного покрытия составляет тоже 8 баллов.

R = 100 * 15 + 50 * 5 / 100 = 17,5%

А в третьем участке оценка проективного покрытия составляет 4 балла.

Таблица 3. Измерение проективного покрытия лишайников.

II.3.Вычисление значение индексов полеотолерантности

Рассчитанное проективное покрытие позволило вычислить индекс полеотолерантности, отражающий влияние воздуха на лишайники.

Индекс полеотолерантности (IP) вычисляется по формуле:

IP = (A i C i ) / C n

В этой формуле: n - количество видов на описанной пробной площади; A i - класс полеотолерантности вида (гипогимния вздутия относится к 3 классу полеотолерантности, то есть этот вид лишайника встречается в естественных и антропогенно слабоизмененных местах); C i - проективное покрытие вида в баллах; Cn- сумма значений покрытия всех видов (в баллах). Индекс полеотолерантности (IP) и концентрации SO₂.

Таблица 4 Оценка проективного покрытия в баллах.

Используя таблицу «Оценка проективного покрытия в баллах», определили, что рассчитанное проективное покрытие в процентах (57,8%, 59,5%) соответствует восьми (8) баллам. Имея все данные, рассчитали по формуле индекс полеотолерантности. IP = 4 (смешанная зона).

II.4.Результаты практической части исследования

Было обследовано 3км 2 , обнаружены следующие виды лишайников.

Семейство Parmeliaceae

Гипогимния вздутия (Hypoqimnia physodes)

Пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata)

Семейство Usneaceae

Эверния растопыренная (Evernia divaricata)

Семейство Teloschistaceae

Ксантория постенная (Xanthoria pareitina)

Таблица №5. Результаты исследования.

Очень слабое (1 класс) - общее число видов до шести, в том числе накипные, листоватые и кустистые формы серого и желтого цвета.

Слабое (2 класс) - общее число до четырех, накипные, листоватые и кустистые формы серого цвета, накипные лишайники желтого цвета.

Среднее (3 класс) - только два вида лишайников серого цвета, накипные и листоватые формы.

Умеренное (4 класс) - только один вид накипных лишайников серого цвета.

Сильное (5-6 классы) - полное отсутствие лишайников, «лишайниковая пустыня».

Значит наш населенный пункт по нашим расчетам относится в второму классу. Это говорит в том, что нашей территории нет промышленных объектов. Основными объектами загрязняющим атмосферу является центральная котельная, отапливоемое каменным углем, мазутом, частные дома отапливоемые древесиной.

Заключение

Простым, доступным способом определения чистоты воздуха является метод лихеноиндикации.

Лишайники сильно реагируют на внешнее воздействие, поэтому можно четко определить состояние экологической ситуации.

По нашим исследованиям территория поселка благоприятно по отношении чистоты воздуха.

Литература.

1.Боголюбов А.С. Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации: метод. пособие / А.С. Боголюбов, М.В. Кравченко. - М.: Экосистема, 2001.

2.Воронцов А.И., Харитонова Н.З. Охрана природы. - М.: Высшая школа, 1977

3.Израэль Ю.А. Экология и контроль состояние природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979.

4.Криксунов Е.А. Экология, М.: Изд дом “Дрофа”, 1996.

5.Кушелев В.П. Охрана природы от загрязнения промышленными выбросами. - М.: Химия, 1979.

6. Ляшенко О.А. Биоиндикация и биотестирование в охране окружающей среды: учебное пособие. - СП.: 2012.

7.Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. - М.: Высшая школа, 1980

8.Новиков Э.А. Человек и литосфера. - Л.: Недра, 1976.

9.Синицын С.Г., Молчанов А.А. и др. Лес и охрана природы. - М.: Лесная промышленность, 1980.

10.Сайт интернета lishayniki.ru

Приложение

Ксантория постенная

Эверния растопыренная

Пармелия бороздчатая

Гипогимния вздутая

Среди многообразия растений существуют такие, которые называют растениями-индикаторами. Для них присуща четко выраженная адаптация к определенным условиям окружающей среды. То есть эти растения предпочитают те или иные типы почв и условия существования. Например, одни чаще растут на кислых почвах, другие - на глинистых, третьи предпочитают известняки или тенистые места. Кроме того, растения могут многое рассказать и о плодородности почвы.
Так, на почвах, содержащих много азота, часто встречаются крапива двудомная, купырь, лебеда, лютик едкий. Повышенное количество азота придает этим растениям интенсивно-зеленый цвет. В то же время морковь дикая и очиток предпочитают почвы с небольшим количеством азота. У этих растений соответственно бледно-зеленый цвет листьев.

Почвы с высоким содержанием кальция предпочитают многие виды бобовых, ольха. Эти растения еще называют кальцефилами. Бобовые, кстати, могут извлекать кальций из глубоких слоев почвы, а потом обогащать им верхние слои.

Нейтральные почвы по душе ромашке непахучей, редьке полевой, клеверу, вьюнку полевому, мать-и-мачехе, пырею ползучему, пастушьей сумке, крапиве, лебеде, мокрецу. На таких почвах можно сажать фактически все культурные растения.

Кислые почвы подходят для хвоща полевого, черники, мяты полевой, щавеля дикого, подорожника, фиалки трехцветной, клюквы, брусники. Из культурных растений на них могут расти люпин, ревень, гортензия, рябина, хрен и некоторые другие. А бобовые слишком кислые не выносят.
На слабокислой почве отлично растут клевер, папоротники, пырей, мать-и-мачеха, ромашка, одуванчик. Из культурных растений это картофель, петрушка, крыжовник, смородина, облепиха, арбузы, тыквы, кабачки, розы, нарциссы, пионы, колокольчики, васильки и другие. Кислотность почв можно понизить путем внесения извести.

На известняках хорошо растут люцерна, мать-и-мачеха, прострел, лютик.
Щелочные почвы предпочитают фиалка полевая, мак самосейка, вьюнок, люцерна посевная, горчица полевая, злаковые. Из культурных растений на таких почвах можно высаживать кукурузу, злаки, мак, ломонос. На щелочных часто наблюдается хлороз растений, то есть сказывается дефицит железа.
Соленые почвы любит лебеда. Заболоченные - мята полевая, хвощ полевой, мать-и-мачеха. Сухие - полынь, ромашка, цикорий обыкновенный. Плотные - лютик ползучий, подорожник большой, пырей ползучий, ромашка душистая. Глинистые и суглинистые - одуванчик, мята, хвощ.
Плодородные почвы предпочитают чистотел, сныть, малина, крапива, кислица. Малоплодородные - брусника, клюква, торфяные мхи, лишайники, щавель малый, толокнянка, пастушья сумка.
Близкое расположение грунтовых вод предпочитают ива, дуб, ольха серая, щавель, наперстянка, болиголов, мать-и-мачеха. А яблони и вишни на таких местах растут плохо.

Всем известно, что благодаря растениям мы получаем чистый воздух. Но и тут есть свои рекордсмены. Так, растения с опушенными листьями, такие как клен серебристый, очищают воздух от пыли. Черный и бальзамический тополь, ива белая, вяз гладкий активно поглощают серный газ. Угарный - ольха, бирючина, ель, осина. Свинец - липа сердцевидная, тополь черный, каштан конский.

В последнее время были научно обоснованы связи между определенными растениями и месторождениями некоторых полезных ископаемых. К примеру, в Австрии и в Китае с помощью растений, предпочитающих почвы с большим содержанием меди, открыли залежи медной руды, а в Америке с помощью растений нашли месторождения серебра. Обитатель пустынь акантофиллиум - колючка, на которую никто не обращал внимания, попадая на землю, богатую серой, распускает не розовые цветы, а белые; там же, где в земле есть цинк, листья растения приобретают желтоватый оттенок.
Некоторые цветы помогают геологам находить месторождения цинка. На его повышенное содержание в почве указывают фиалки и анютины глазки. Именно на таких землях у этих растений встречаются самые крупные цветки. Кстати, фиалка помогла геологам найти самое крупное цинковое месторождение в Западной Европе. На почвах, богатых известью, растут адонисы, лилии-саранки; а на содержание в почве никеля и кобальта указывает сон-трава. Если пышным цветком расцвел качим (растение из семейства гвоздик), то где-то поблизости есть медь.

Нередко по уродливому развитию некоторых растений можно узнать о присутствии в почве многих полезных ископаемых. К примеру, на почвах с обычным содержанием бора такие растения, как полынь, прутняк, солянка, растут высокими, а на почвах с повышенным содержанием этого элемента эти растения становятся карликовыми. Измененная форма лепестков мака указывает на то, что под землей находятся залежи свинца и цинка, а цветки штокрозы с ненормально рассеченными узкими лепестками - на месторождения меди или молибдена. Поможет отыскать воду и определит, пресная она или соленая, солодка - крупное растение с темной зеленью и с красно-фиолетовыми кистями цветов. Если растение цветет пышно - вода пресная, если слабо и на листьях появляется светлый налет - вода соленая.
Возникла даже наука - "индикационная геоботаника", изучающая растения, чутко реагирующие на изменения условий окружающей среды и помогающие обнаружить богатства земных недр.
Вулканологи утверждают, что примулы способны предсказать извержение вулканов. К примеру, на острове Ява в горах Пангранто, королевская примула расцветает только накануне вулканического извержения. Биологи объясняют эту пророческую способность цветка эффектом воздействия ультразвука на его капилляры, в которых ультразвуковые колебания ускоряют движение жидкостей. Вероятно, тем самым в тканях растения ускоряются процессы обмена веществ, и оно расцветает.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ (биоиндикаторы) - организмы, реагирующие на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением внешнего вида, химического состава, поведения. При экологическом мониторинге загрязнений использование биологических индикаторов часто дает более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как биологические индикаторы реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Кроме того, обладая «памятью», билогические индикаторы своими реакциями отражают загрязнения за длительный период. На листьях деревьев при загрязнении атмосферы появляются некрозы (отмирающие участки). По присутствию некоторых устойчивых к загрязнению видов и отсутствию неустойчивых видов (например, лишайников) определяется уровень загрязнения атмосферы городов.

При использовании биологических индикаторов важную роль играет способность некоторых видов аккумулировать загрязняющие вещества. Последствия аварии на Чернобыльской АЭС были зафиксированы в Швеции при анализе лишайников. Сигнализировать о повышенном содержании бария и стронция в окружающей среде могут береза и осина неестественно зеленым цветом листьев. Аналогично в ареале рассеяния урана вокруг месторождений лепестки иван-чая становятся белыми (в норме - розовые), у голубики темно-синие плоды приобретают белый цвет и т. д.

Для выявления разных загрязняющих веществ используются разные виды биологических индикаторов: для общего загрязнения - лишайники и мхи, для загрязнения тяжелыми металлами - слива и фасоль, диоксидом серы - ель и люцерна, аммиаком - подсолнечник, сероводородом - шпинат и горох, полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) - недотрога и др. Используются и так называемые «живые приборы» - растения-индикаторы, высаженные на грядках, помещенные в вегетационные сосуды или в специальных коробочках (в последнем случае используют мхи, коробочки с которыми называются бриометрами).
«Живые приборы» устанавливают в наиболее загрязненных частях города. При оценке загрязнения водных экосистем в качестве биологических индикаторов могут использоваться высшие растения или микроскопические водоросли, организмы зоопланктона и зообентоса. В средней полосе России в водоемах при загрязнении воды разрастаются роголистник, рдест плавающий, ряски, а в чистой воде - водокрас лягушачий и сальвиния. С помощью биологических индикаторов можно оценивать засоление почвы, интенсивность выпаса, изменение режима увлажнения и т. д. В этом случае как биологический индикатор чаще всего используется весь состав фитоценоза. Каждый вид растений имеет определенные пределы распространения (толерантности) по каждому фактору среды, и потому сам факт их совместного произрастания позволяет достаточно полно оценивать экологические факторы.

Возможности оценки среды по растительности изучаются специальным разделом ботаники - индикационной геоботаникой. Ее основной метод - использование экологических шкал, т. е. специальных таблиц, в которых для каждого вида указаны пределы его распространения по факторам увлажнения, богатства почвы, засоления, выпаса и т. д. В России экологические шкалы были составлены Л. Г. Раменским. Широкое распространение получило использование деревьев как биологических индикаторов изменения климата и уровня загрязнения окружающей среды. Учитывается толщина годичных колец: в годы, когда выпадало мало осадков или в атмосфере повышалась концентрация загрязняющих веществ, образовывались узкие кольца. Таким образом, на спиле ствола можно видеть отражение динамики экологических условий.

Главная » Гараж » Мохообразные как биологические индикаторы. Старт в науке Мох мхи индикаторы среды