Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Лишайники Приморского края и их использование для индикации состояния среды

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата биологических наук, Скирина, Ирина Федоровна, Владивосток

На правах рукописи

СКИР^ЦА Ирина Федоровна

ЛИШАЙНИКИ ПРИМОРСКОГО КРАЯ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Владивосток - 1998

Работа выполнена в Тихоокеанском институте географии ДВО РАН

1 [аумные руководители:

доктор биологических наук, старший научный сотрудник Б.И. Семкин кандидат географических паук, старший научный сотрудник Л.Н. Качур

Научный консультант -

доктор биологических наук, профессор U.K. Христофорова

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, старший научный сотрудник В.П. Селедец доктор биологических наук, профессор З.М. Азбукина

Ведущая организация:

Дальневосточный государственный университет, г. Владивосток

Защита состоится 28 декабря 1998г. в 14.00 заседании диссертационного

совета Д 200. 24. 01 по защите /н [сс^Ши йто!теЛэтЯтс^че! гой степени доктора наук в Тихоокеанском институте р^^^МШйШ^НЩ^су: 600041, Владивосток, УЛ. Радио, д. 7. * £ ~

00- №

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского института географии ДВО РАН

Диссертация в виде научного доклада разослана Нс?Ь рЯ

Ученый секретарь диссертационного совета

Скрыльник Г.П.

Актуальность темы. Изучение и оценка состояния природной среды, ее охрана и рациональное использование природных ресурсов - одна из актуальных современных проблем. Для всестороннего изучения растительного покрова любого региона первостепенной задачей является выявление флористического состава. Лишайники - важный компонент растительного покрова, но изучены в целом недостаточно, в том числе и в Приморском крае Наиболее обследованным с лихенологических позиций оказался восточный макросклон Сихотэ-Алиня и юго-запад Приморья На этой территории расположены крупные промышленные предприятия, которые являются основными источниками загрязнения окружающей среды. Именно на этом регионе и сосредоточен анализ автора. Инвентаризация лихенофлоры региона позволит с одной стороны, оценить ее современное состояние, с другой, - отобрать перспективные виды для оценки качества среды, поскольку лихеноиндика-ция является одним из распространенных методов биологической индикации, используемых в системе долговременного мониторинга состояния приземного воздуха.

Цели и задачи исследования. Цель исследования - изучение биоразнообразия лишайников Приморского края и уточнение методики их использования в качестве индикаторов состояния среды применительно к местным условиям для территорий с различной техногенной нагрузкой. При проведении исследований необходимо было решить следующие задачи:

1. Выявить видовой состав и особенности лихенофлоры района работ; составить инвентаризационные списки лишайников.

2. Рассмотреть закономерности распространения редких и исчезающих видов лишайников на исследуемой территории.

3. Изучить воздействие факторов среды на распространение эпифитных лишайников, как индикаторов различного уровня загрязнения.

4. Апробировать метод лихеноиндикации в условиях Приморского края. Составить лихеноиндикационные карты состояния приземного воздуха на исследуемые территории.

Научная новизна работы. На основании собственных материалов, а также литературных данных составлен список лишайников обследованной территории Приморского края, насчитывающий 746 видов. Благодаря исследованиям автора список известных видов пополнился 233 видами (3!, 1% от общего числа), из них 45 видов являются новыми для флоры России.

Выявлен видовой состав лишайников Сихотэ-Алинского биосферного района (САБР), насчитывающий 459 видов, из которых 312 - новые для САБР (68% от общего числа видов). Впервые приведены карты распространенйя лишайников для САБР.

Выявлен видовой состав лишайников для Дальневосточного государственного морского заповедника (ДВГМЗ), насчитывающий 276 видов, из них 199 новые для ДВГМЗ (7^,5% от общего числа видов).

| Дополнены списки лишайников заповедников Уссурийского и «Кедровая падь», п-ова Муравьева-Амурского и других районов Приморского края.

Дополнены сведения об охраняемых видах лишайников, приведены карты их местонахождения, дана оценка состояния и рекомендации по охране.

Впервые для Приморского края применен метод лихеноиндикации при мониторинге состояния окружающей среды, с учетом местных условий. Выделены группы толерантных и неустойчивых лишайников в разных условиях загрязнения. Изучено влияние пирогенного фактора (низовые пожары) на эпифитные лишайники, составлены карты состояния приземного воздуха для обследованных территорий. Мониторинг среды выявил тенденцию к деградации лишайников и обеднению лихенофлоры района исследования, обусловленную техногенными и пирогенными факторами.

Научно-практическое значение. Полученные фактические материалы о флоре лишайников, уточненные методики лихеноиндикационных исследований применительно к условиям Приморского края, выделенные виды-индикаторы для различных типов загрязнения, позволили в течение 20 лет использовать эпифитные лишайники при биомониторинге окружающей среды, а также оценивать характер и распространение загрязнителей атмосферного воздуха на территории отдельных районов края. Работа ориентированна на нужды экологического мониторинга Собранная коллекция лишайников из 12000 образцов, описания 15000 лихеносинузий, полученные карты могут быть использованы при составлении комплексных схем охраны природы, обзоров и прогнозов состояния окружающей среды, в качестве вспомогательного материала для создания и корректировки генпланов городов и детальной планировки населенных пунктов. Данные по флоре лишайников будут использованы для составления 3-его издания Красной книги России, а также в Красной международной книге МСОП, в разделе «Лихенезированные грибы» десятитомной сводки «Низшие растения, грибы и мохообразные Дальнего Востока», а также при составлении последующих выпусков «Определителя лишайников России».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на II Международной школе по лихеноиндикации (Таллинн, Эстония, 1985), Международном лихенологи-ческом симпозиуме (г. Лунд, Швеция, 1992), Международном симпозиуме «Окружающая среда и здоровье ребенка» (г. Владивосток, 1997), Международной конференции по сохранению и устойчивому развитию экосистемы Сихотэ-Алиня (г. Владивосток, 1997), международных совещаниях по Охотскому морю и прилегающих территорий (Владивосток, 1995), по индикации лишайников Lobarion в Карпатах (г. Киев, 1998), всесоюзных совещаниях по мониторингу в биосферных заповедниках (п. Смычка, Дальнегорский район, 1982), по выявлению зон загрязнения окружающей среды токсическими элементами (Челябинск, 1984); по хемотаксономическому изучению споровых растений и грибов (Киев, 1990), III Дальневосточной конференции по заповедному делу (г. Владивосток, 1997). Материалы были представлены на всесоюзной конференции по проблемам микроэлементов в биологии (г. Кишинев, 1981), на XV ботаническом конгрессе (г. Токио, Япония, 1993). Результаты работ докладывались на ежегодных сессиях Тихоокеанского института географии (1994, 1997), на семинарах кафедр общей экологии, ботаники и экологии растений Дальневосточного государственного университета.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 47 работ, из них одна монография и раздел в 2 коллективных монографиях, 22 статьи в различных изданиях, 3 препринта.

ВВЕДЕНИЕ

Лишайники играют существенную роль в сложении растительного покрова земли. Как комплексные организмы, они обладают высокой экологической пластичностью, позволяющей переносить им крайне неблагоприятные условия среды. И в то же время лишайники оказались наиболее чуткими компонентами экосистем, реагирующими на загрязнение атмосферы и нарушение экологического равновесия в природе. Это позволяет им быть прекрасными индикаторами состояния окружающей среды.

Лишайники-эпифиты более 100 лет используются в качестве индикаторов приземного воздуха благодаря своим физиологическим особенностям: продолжительному периоду вегетации, крайне медленным процессам метаболизма и, вследствие этого, долголетию, отсутствию средств защиты от загрязнения, способности к аккумуляции различных химических элементов.

Широко известно, что на лишайники губительно действуют прежде всего, вещества, увеличивающие кислотность среды - SO2, HF, окислы азота, хлор, хлористый водород. Но самая значительная роль в повреждении лишайников принадлежит SO2 Воздействие пол-

лютантов на лишайники можно подразделить на два типа: первый - постоянное действие небольших концентрации загрязняющих веществ, вызывающее снижение жизнедеятельности; второй - периодическое действие высоких концентраций загрязняющих веществ, приводящее к необратимым изменениям в лишайниках и быстрой их гибели.

Лишайники, поглощая воду из атмосферы, впитывают и растворенные в ней соединения, в том числе и загрязняющие вещества. Так проявляется прямое воздействие поллютантов на эпифитные лишайники. Одно из косвенных воздействий проявляется вследствие изменения химических свойств субстрата (изменение кислотно-щелочной реакции). Эпифитные лишайники в природных условиях выделяются в две основные группы по отношению к свойствам коры деревьев: виды бедной минеральными и питательными веществами коры и виды богатой коры (выделены по степени зольности) (Мартин, Нильсон, 1982). При кислотном загрязнении лишайники богатой коры- рН= 4,7-7,1 - заменяются наиболее устойчивыми видами бедной коры - рН=3,1-3,4. При щелочном загрязнении и повышении кислотно-щелочной реакции субстрата идет замена видами «богатой коры», так как повышение рН субстрата для некоторых лишайников имеет косвенный удобрительный эффект (эвтрофикация). Прямое токсическое воздействие загрязняющих веществ совместно с изменением кислотно-щелочной реакции субстрата ведет к изменению видового состава, уменьшению численности, ухудшению жизненного состояния, и гибели.

Опираясь на закон экологической индивидуальности видов можно проанализировать ответную реакцию лишайников на загрязнение воздуха и определить толерантность видов. Но в связи с тем, что токсифобность лишайников географически существенно различается, необходимо определение местной толерантность видов. Есть лишайники очень чувствительные к загрязнению, среднечувствительные и толерантные. Соответственно уровням содержания техногенных компонентов в атмосфере формируются зоны различного видового состава лишайников. На этой основе возможно составление карт загрязнения приземного воздуха. К настоящему времени лихеноиндикационным способом закартированы города и промышленные центры в разных странах (Англии, Франции, Японии, России, Украины, Белоруссии), в том числе и территории государств, например Англии, Голландии (De Wit, 1976, Трасс, 1978; Мартин, 1982; Скирина, Качур, 1988, Кондратюк и др., 1993).

В методе лихеноиндикации можно выделить следующие основные направления: первое связано с изучением внутреннего строения и жизнедеятельности лишайников и изменениями, происходящими под влиянием загрязнения атмосферного воздуха; второе рассматривает, вид, его популяцию, определенные группы видов (экологические, таксономические) и полные списки видов конкретных местообитаний, субстратов, территорий; третье базируются на описании лишайниковых группировок, составлении индикационных карт, отражающих степень загрязнения воздуха (Трасс, 1982).

Используя метод лихеноиндикации можно проводить исторический мониторинг состояния приземного воздуха (Бязров, 1988; Блюм, Тютюник, 1985).

Лихеноиндикация загрязнения атмосферы имеет ряд преимуществ. Она позволяет за короткий промежуток времени определить усредненное состояние атмосферного воздуха на больших территориях, не требует дорогостоящих приборов, повторные исследования дают представление о динамике загрязнения приземного воздуха.

На юге Дальнего Востока России этот метод применяется более 20 лет сотрудниками Тихоокеанского института географии ДВО РАН (ТИГ) и Дальневосточного государственного университетам В результате этих исследований выделены группы неустойчивых и толерантных лишайников в разных условиях загрязнения. Метод лихеноиндикации дает сопоставимую картину с детальными стандартно - геоэкологическими методами.

ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПРИМОРСКОГО КРАЯ

Приморский край расположен на юго-восточной окраине России. Специфика района исследования связана с его положением на стыке Азиатского континента и Тихого океана. Рельеф в основном горный, климат - муссонный. Особенности распределения растительности определяются положением территории Приморского края в пределах трех природно-географических областей: Южно-Охотской темно-хвойной лесной, Восточно-Азиатской хвойно-широколиственной лесной и Даурско-Маньчжурской лесостепной (Колесников, 1957). Характерной особенностью растительности Приморского края является резко выраженная высотная поясность. На восточных склонах Сихотэ-Алиня находятся границы ареалов многих видов, пришедших с континентальных районов материка, а также видов, адаптированных к муссонному климату.

Весь комплекс природных условий Приморья, и в том числе восточного макросклона Сихотэ-Алиня и юго-запада края, благоприятствует развитию богатого и разнообразного лишайникового покрова.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗУЧЕННОСТИ ЛИШАЙНИКОВ ПРИМОРСКОГО КРАЯ

Первые сведения о лишайниках Приморского края опубликованы в работах Л.А. Еленкина (1912), М.П. Томина (1926). Значительный вклад в изучение лишайников Приморского края внесли: АН. Окснер (1928, 1930, 1934, 1940, 1948, 1960, 1965), К.А. Рассадина (1950, 1953, 1956, 1959, 1960, 1968), Е.К. Штукенберг (1956), Н.В. Горбач (1956, 1961), Д.К. Гесь (1962), О.Б. Блюм (1969, 1970), М.Ф. Макаревич (1976), а также в их совместные и с коллегами работы (Окснер, Блюм, 1971; Макаревич, Княжева, 1974; Рассадина, Княжева, 1974; Блюм, Княжева, 1974). Некоторые виды лишайников приводятся в работах геоботаников и лесоводов Н.Е. Кабанова (1937), В.М. Понамаренко, В.И Таранкова (1968), П.П. Жудовой (1967), Б П Колесникова (1938, 1961, 1969), Н С. Шеметовой (1970), И.А Флягиной (1982), Н.Г.Васильевым и др. (1984). Планомерные исследования юга Приморского края выполнены Л.А Княжевой (1968, 1971, 1973 а,б, 1974, 1978 а,б, 1979, 1984; Гурулева, Княжева, 1972; Княжева, Семенова, 1979; Княжева, Ефимова, 1980) и С.И. Чабаненко (1984, 1985, 1986, 1988, 1990 а,б,с,д, 1995, ! 996). Сведения о лишайниках Среднего Сихотэ-Алиня имеются в работах А.В. Пчелкина (1981, 1987); Г.Э. Инсарова. А,В. Пчелкина (1983, 1984), Х.Х. Трасса (1978).

В последние годы целый ряд работ был посвящен отдельным видам, родам или группировкам лишайников. Трасс (1979, 198!, 1992 а, б), Домбровская (1986, 1987 а,б), Толпышева, Степаненко (1988), ЯапсПапе, Баад (1991, 1992), Титов (1990), Ткоу, Т1еЬе1 (1993), АМ (1992); Гусева и др, (1993), Княжева и др. (1994), Голубкова (1987), Голубкова, Чабаненко (1996), МоЬег§ (1996), Кап^еН й а1. (1996).

Некоторые работы посвящены лихеноиндикационным исследованиям (Шапошникова, 1981 а,б; Родникова и др., 1998) и химическому составу лишайников (Мищенко и др., 1980, Кривошекова и др., 1981, 1986; Степаненко и др., 1988, 1990, Сгйснща а а1., 1992).

Из 746 видов лишайников, известных для региона, впервые приведены автором 233.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основой для написания диссертации послужили материалы, собранные автором за время полевых работ 1975 - 1997 г г. Сбор материала проводился маршрутным методом на различных высотах, в различных лесных формациях и на разнообразных субстратах. Пробные площадки закладывались с учетом физико-географических условий (в городах - с учетом архитектурной застройки, источников загрязнения).

На каждой пробной площадке проводилось описание лишайников по стандартной методике (Шапиро, 1991). При этом учитывалась степень покрытия субстрата каждым видом

дом, общее покрытие всеми видами, их жизненное состояние. Жизненное состояние лишайников оценивалось по 5-бальной шкале (за основу взята шкала, разработанная LeBlanc, Rao (1976) и доработанная автором применительно к местным условиям): 1 балл - полностью поврежденное слоевище (коровой слой разрушен на 100%, или от слоевищ остались черные плагиотропные пластинки); 2- сильное повреждение (повреждено более 50% слоевища), разрушен верхний коровой слой, изменен цвет, слоевище вымирающее; 3- незначительное повреждение (разрушено менее 50% слоевища), слоевище живое; 4- лишайник угнетен -слоевище деформированно, имеет небольшие размеры (размеры слоевища ниже средних); 5 баллов - повреждений нет, слоевище здоровое.

В связи с высокой пожароопасностью района исследований дополнительно уделялось внимание влиянию пирогенного фактора на эпифитные лишайники. Работы проводились в дубовых лесах (бассейн р. Джигитовки, Восточный Сихотэ-Алинь