СПОСОБ ЛИХЕНОИНДИКАЦИИ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
METHOD OF LICHENOINDICATION OF ATMOSPHERIC AIR POLLUTION DEGREE

Изобретение относится к области оценки степени загрязненности атмосферного воздуха и может быть использовано при мониторинге атмосферного воздуха фоновой и урбанизированной территории.
Известен способ лихеноиндикации загрязнения атмосферного воздуха (Патент РФ №2218753, кл. A01G 23/00, A01G 15/00, G01N 33/00, 2003), включающий разбивку на местности не менее 10 пробных площадок размером 25×25 м, определение внешних признаков лишайников на деревьях, статистическую обработку результатов наблюдений, вычисление величины показателя состояния биоиндикатора, сравнение его с нормативными критериями экологического состояния среды его обитания. По данному способу в качестве показателя состояния лишайников используется комплексный показатель жизненности биоиндикатора G, определяемый по формуле
i
где W - доля каждой группы лишайника в суммарном обилии групп;
i
S - плотность популяции группы лишайника, %.
Причем плотность популяции лишайников определяется подсчетом размера площади, занимаемой каждой группой лишайников в измерительной рамке палетки с внутренними размерами 10×10 см, на которой натянута сетка, образующая 100 ячеек размером 1×1.
Недостатками этого способа являются трудоемкость и высокая вероятность возникновения ошибки в результате субъективной оценки жизненности и состояния талломов лишайников исследователем.
Известен также способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон с применением лишайников в качестве показателей содержания экотоксикантов (Патент РФ №2430357, кл. G01N 33/00, A01G 15/00, 2011). Способ включает сбор образцов лишайника Hypogymnia physodes с деревьев, растущих в промышленной зоне, и образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, моделирование процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами в лабораторных условиях, получение стандартных образцов лишайника и сравнение образцов лишайника, собранных в промышленной зоне, со стандартами. Для количественного и качественного определения экотоксикантов в талломах лишайников используется ИК-спектроскопия. Для этого снимают ИК-спектры стандартов, снимают ИК-спектры образцов промышленной зоны и сравнивают их с ИК-спектрами стандартов.
Недостатком данного способа является использование для оценки качества атмосферного воздуха только одного вида лишайника.
Известен также способ оценки качества атмосферного воздуха с помощью лишайников, основанный на использовании индекса чистоты атмосферы
i
где Q - экологический индекс определенного вида,
i
F - комбинированный показатель покрытия и встречаемости,
n - количество видов.
Показатель Q характеризует количество видов, сопутствующих данному виду на всех пробных площадках (более 10) исследуемой территории. Оценка качества атмосферного воздуха производится по величине индекса чистоты атмосферы: чем выше показатель индекса чистоты атмосферы, тем чище воздух исследуемой территории (De Sloover J., F. LeBlanc Mapping of atmospheric pollution on the basis of lichen sensitivity // Proc. Symp. Recent Advances in Tropical Ecology // Ed. by R. Misra. Varansi. R. Misra, B. Gopal eds. 1968. P.42-56).
Недостатком данного способа является трудоемкость процесса оценки качества атмосферного воздуха из-за необходимости выделения более десятка пробных площадок на исследуемой территории, а также использование всех имеющихся видов лишайников без выделения индикаторных видов.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оценки степени атмосферного загрязнения с помощью лишайников по морфологическому состоянию эпифитных лишайников (Патент РФ №2260934, кл. A01G 23/00, G01N 33/00, G01W 1/00, 2005), включающий разбивку на территории не менее 10 пробных площадок размером 25×25 м, определение внешних признаков лишайников на деревьях, статистическую обработку результатов наблюдений, вычисление величины показателя состояния биоиндикатора и сравнение с нормативными критериями состояния среды его обитания. В качестве показателя жизненности биоиндикатора используют значение фрактальной размерности талломов лишайников, которое определяют путем компьютерной обработки отсканированных изображений талломов лишайников. Выводы о степени атмосферного загрязнения делают на основе того, что значение фрактальной размерности талломов лишайников уменьшается при увеличении степени загрязнения атмосферного воздуха в местах произрастания.
Недостатком этого способа является сбор образцов лишайников для сканирования и дальнейшей компьютерной обработки.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет использования всех видов лишайников, произрастающих на исследуемой территории, без сбора образцов.
Технический результат - определение степени загрязненности атмосферного воздуха методом лихеноиндикации.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе лихеноиндикации степени загрязненности атмосферного воздуха, по которому на местности выделяют пробную площадку размером 25×25 м и определяют внешние признаки лишайников на деревьях, согласно изобретению, для оценки степени загрязненности атмосферного воздуха определяют все виды индикаторных лишайников, произрастающих на пробной площадке, и их частоту встречаемости по таблице 1.
Таблица 1
Частота встречаемости видов лишайников
Шкала частоты
Количество экземпляров одного вида лишайника в % от общего количества лишайников
Значение частоты встречаемости (h)
1
2
3
Очень редко
1…10
1
Редко
10…20
2
Часто
20…40
3
Очень часто
40…60
4
Массово
>60
5
Далее рассчитывают лихеноиндекс по формуле
i
где h - частота встречаемости вида лишайника на пробной площадке;
i
w - весовой коэффициент вида лишайника, определяемый по таблице 2.
Таблица 2
Весовой коэффициент индикаторных видов лишайников
Индикаторный вид лишайника
Весовой коэффициент вида, w<sub>i</sub>
1
2
Xanthoria fallax
1,000
Phaeophyscia negricans
0,875
Physconia perisidiosa
0,750
Xanthoria parietina
0,625
Parmelia sulcata
0,500
Scoliciosporum clorococum
0,375
Physcia stellaris
0,250
Physcia dubia
0,125
Полученное значение лихеноиндекса сравнивают с данными таблицы 3 и по результатам сравнения судят о степени загрязненности атмосферного воздуха.
Классификация лихеноиндекса приведена в таблице 3.
Таблица 3
Классификация лихеноиндекса
Степень загрязненности атмосферного воздуха
Значение лихеноиндекса, I
1
2
Очень высокая
<0,29
Высокая
0,29…0,34
Повышенная
0,35…0,45
Низкая
>0,45
На основе данных о индикаторных видах лишайников, произрастающих на исследуемой территории, частоты встречаемости видов (h), определяемой по таблице 1, весовых коэффициентах лишайников (w), определяемых по таблице 2, и по рассчитанному значению лихеноиндекса (I) по формуле 3, путем сравнения I со значениями таблицы 3 определяют степень загрязненности атмосферного воздуха.
Лишайники являются важным компонентом природных и урбанизированных территорий, которые характеризуются чувствительностью к загрязнению атмосферы и способностью реагировать на антропогенную нагрузку. Лишайники аккумулируют из окружающей среды химические элементы в количествах, превосходящих их физиологические потребности. Отсутствие специальных органов водо- и газообмена и крайне низкая способность к авторегуляции приводят к высокой степени соответствия химического состава лишайников и атмосферного воздуха. Это свойство определило широкое использование лишайников как аккумулятивных биоиндикаторов загрязненности атмосферного воздуха, например, тяжелыми металлами, соединениями фтора, серы, азота, а также радионуклидами.
Лишайники отличаются чувствительностью к загрязнению атмосферы, например такой вид, как Xanthoria fallax, встречается только в незагрязненных районах. Однако существуют виды, которые обладают высокой толерантностью, что затрудняет их использование в качестве индикаторных видов. На основе литературного анализа (Пашкевич М.А., Шуйский В.Ф. Экологический мониторинг: Уч. пос. СПб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2002. 74 с.; Аржанова B.C., Скирина И.Ф. Значение и роль лихеноиндикационных исследований при эколого-геохимической оценке состояния окружающей среды // География и природные ресурсы. 2000. №4. С.33-40; Лиштва А.В. Лихенология: Уч.-метод. пос. Иркутск: Иркут. гос. ун-т, 2007. С.121), натурных исследований определена группа видов, которые можно считать индикаторами степени загрязненности атмосферного воздуха.
Лихеноиндекс позволяет определить степень загрязненности атмосферного воздуха путем агрегирования степени чувствительности к загрязнению атмосферы всех индикаторных видов лишайников, произрастающих на исследуемой территории.
Весовые коэффициенты, используемые при расчете лихеноиндекса, указывают на степень чувствительности к загрязнению атмосферы отдельного вида лишайника относительно других при оценке степени загрязненности атмосферного воздуха. Из-за отсутствия статистических данных о степени чувствительности отдельного вида лишайника относительно других видов для определения весовых коэффициентов лишайников использовался метод экспертных оценок.
Пример конкретной реализации способа.
В июне 2012 г. в лесу вблизи с. Красная Горка (Республика Башкортостан) была разбита пробная площадка размером 25×25 м. На пробной площадке определялись все произрастающие виды лишайников, среди которых выделялись индикаторные виды, приведенные в таблице 2 (столбец 1). Частота встречаемости индикаторных видов определялась по таблице 1 (3 столбец). Весовые коэффициенты лишайникам присваивались по таблице 2 (2 столбец). Результаты исследования пробной площадки приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты исследования пробной площадки
Вид
Частота встречаемости
Весовой коэффициент
Xanthoria fallax
2
1,000
Parmelia sulcata
5
0,500
Xanthoria parietina
3
0,625
Physcia dubia
5
0,125
Подставляя полученные результаты исследования пробной площадки в формулу 3, рассчитано значение лихеноиндекса:
I=(2·1+5·0,5+3·0,625+5·0,125)/(2+5+3+5)=0,46.
Полученное значение лихеноиндекса (I=0,46) сравнено со значениями таблицы 3, находится в интервале (>0,45), и получено, что, в соответствии со столбцом 1 таблицы 3, степень загрязненности атмосферного воздуха на рассматриваемой территории является низкой.
Итак, заявляемое изобретение позволяет определить степень загрязненности атмосферного воздуха методом лихеноиндикации.