«КОМПЛЕКСНАЯ ЛИХЕНОИНДИКАЦИЯ ОБЩЕГО СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ УРБОЭКОСИСТЕМ ...»

Министерство образования и наук

и РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Брянский государственный университет им. академика И. Г. Петровского»

На правах рукописи

Сафранкова Екатерина Алексеевна

КОМПЛЕКСНАЯ ЛИХЕНОИНДИКАЦИЯ ОБЩЕГО СОСТОЯНИЯ

АТМОСФЕРЫ УРБОЭКОСИСТЕМ

Специальность 03.02.08 – экология (биологические науки) Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Л.Н. Анищенко Брянск Содержание Стр.

Общая характеристика работы

…………………………………………... 1 Аналитический обзор литературы 1.1 Развитие метода лихеноиндикации и его прикладное значение……. 1.2 Лихеноиндикационные исследования компонентов сред обитания в урбоэкосистемах…………………………………………

2 Характеристика природных условий района исследования………….. 3 Объекты, материалы и методы исследований 3.1 Изучение лихенофлористического состава урбоэкосистем……........ 3.2 Расчет синтетических лихеноиндикационных индексов……………. 3.3 Лабораторно-химические и статистические методы исследования……………………………………………………………….. 4 Результаты лихеноиндикации сред обитания в городах Нечерноземья 4.1 Лихенофлора городов и поселков городского типа Брянской и Орловской областей………………………………………………………... 4.2 Синтетические лихеноиндикационные индексы как основа экологического районирования городов и биоиндикации…………........ 4.2.1 Региональные коэффициенты полеотолерантности для расчета синтетических индексов…………………………………………………… 4.2.2 Лихеноиндикационные индексы для малых городов и поселков городского типа Брянской области……………………………………….. 4.2.3 Лихеноиндикационные индексы и биомониторинг состояния атмосферы г. Брянска…………………………………………………....... 4.3 Накопительная способность тяжлых металлов лишайниками урбоэкосистем как индикационный признак ……………………………. 4.4 Комплексный подход к определению биоиндикационных качеств лихенобиоты антропогенно преобразованных территорий……………... Выводы практические рекомендации……………………………………. Список литературы……………………………………………………........ Приложение…………………………………………………………………

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лихеноиндикация широко используется в биомониторинге состояния сред обитания, в том числе и в урбоэкосистемах, как приоритетное направление современных экотоксикологических и мониторинговых исследований (Бязров, 2002, 2005; Monitoring with lichens – monitoring lichens, 2002; Байбаков, 2002, 2003; Пчлкин, 2003; Малышева, 2005, 2006, 2007; Шарунова, 2008; Баумгартнер, 2012).

Применение лишайников и их синузий в биоиндикации позволяет прогнозировать во времени уровень загрязнения, динамику качества окружающей среды, состояние компонентов сообществ, проводить крупномасштабное картирование территорий (Бязров, 2002; Скирина, Коженкова, 2005; Свирко, Страховенко, 2006). За последние 15 лет детально изучена лихенофлора крупных и малых городов Сибири, юга и северо-запада России, выявлены биоиндикаторы и показатели их биотического разнообразия, рассчитаны синтетические лихеноиндикационные индексы, проведено зонирование территории по степени загрязнения атмосферы (Бязров, 1998, 1998 а, 2007; Пауков, 2001; Закутнова, 2004; Кочергинаи др., 2004; Мучник, 2004; Гелашвили и др., 2005; Скирина, 2005; Меркулова, 2006;

Миннуллина, 2006; Свирко, 2006; Романова, 2008; Меденец, 2010; Гайдыш, 2012; Дунаева, 2012; Мандра, 2012; Романова, Седельникова, 2012 и др.).

Совершенствование традиционных лихеноиндикационных методов вызвано необходимостью учета региональных условий, учета дополнительных экологических факторов, влияющих на отклик лихеноиндикатора в урбоэкосистемах, сочетания флористических, токсикологических и химических методик, а также анализ долговременных наблюдений.

Для городов староосвоенного региона России (Брянской и Орловской областей) особенно актуальны экомониторинговые исследования состояния атмосферы лихеноиндикационным методом с использованием эпифитных видов как наиболее чувствительных к загрязнению (Мартин, 1987; Инсаров, 2002; Крючкова, 2006; Бязров, Пельгунова, 2012). В этой связи комплексная лихеноиндикация урбоэкосистем с применением количественных (объективных) и сочетанных методик открывает новые возможности мониторинговых оценок состояния атмосферы, разработки мероприятий по планированию городского развития.

Цель и задачи исследования. Цель исследования – провести оценку общего состояния атмосферы урбоэкосистем методом лихеноиндикации в динамическом аспекте на региональной основе (в Брянской и Орловской областях).

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать эпифитную лихенофлору малых и крупных городов Нечерноземья России, выявить перспективные биоиндикаторы и их информативные показатели на уровне популяций, видов.

2. Проанализировать динамику общего состояния атмосферы урбоэкосистем крупных и малых городов Нечерноземья России на основе синтетических лихеноиндикационных индексов.

3. Провести лихеноиндикационное зонирование и районирование территории урбоэкосистем и оценить уровень атмосферного загрязнения.

4. Установить роль лишайникового компонента экосистем в миграциях элементов группы тяжлых металлов (ТМ) как биоиндикационный признак.

5. Обосновать систему лихеномониторинга на региональной основе.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в том, что:

1. Проведен комплексный анализ эпифитных лихенофлор малых и крупных населнных пунктов Брянской области в целях биомониторинга с выделением перспективных биоиндикаторов и лихеноиндикационных показателей для диагностики общего состояния атмосферы, групп видов, различных по чувствительности к общему состоянию атмосферы.

2. Разработаны лихеноиндикационные карты на основе синтетических индексов полеотолерантности и атмосферной чистоты за многолетний период (18-летний) для урбоэкосистем Нечерноземья России, карты распространения ТМ.

3. На основе применения количественных методических подходов к анализу эпифитных лихеносинузий предложен лишайниковый индекс (L), не зависящий от индивидуальных коэффициентов полеотолерантности, показателей обилия-покрытия лихенобиоты в урбанизированной среде.

4. По отношению к элементам группы тяжлых металлов (ТМ) дана оценка накопительным возможностям фоновых видов лихенофлоры урбоэкосистем.

5. Выявлены критерии для лихеноиндикационного зонирования территории малых и крупных городов Нечерноземья России.

Защищаемые положения.

урбоэкосистемах.

2. Влияние экологического фактора общего состояния атмосферы городов на таксономические и накопительные особенности эпифитных лишайников по отношению к ТМ.

3. Методика оценки индивидуальной чувствительности эпифитных лишайников к общему атмосферному загрязнению.

полеотолерантности, индекс атмосферной чистоты) и значения валовой концентрации ТМ в слоевищах – критерии для зонирования и районирования территорий урбоэкосистем.

урбоэкосистемы за 18-летний период.

зонирования и районирования территорий городов используются в работах специалистов, отвечающих за качество среды и здоровье населения, в оценке антропогенной нарушенности природных комплексов, а также для целей биоиндикации и биомониторинга. Апробированные лихеноиндикационные методики, региональные коэффициенты полеотолерантности рекомендованы и включены в Регламент биомониторинга по обследованию территорий опасных техногенных объектов (объект 1204 Почепского района Брянской области) для выявления общего состояния атмосферы, движения загрязненных воздушных масс, зонирования территории. Полученные результаты изучения видового состава эпифитных лишайников использованы для составления региональных лихенофлористических списков, для уточнения экологии, географии и ареалов отдельных видов. Элементы лихеноиндикационных исследований апробированы в общеобразовательных учебных заведениях г. Брянска и Брянской области.

многолетних исследований. Автор разработала программу и методику экспериментов, провела обработку материала, сделала обобщение и анализ, сформулировала полученные выводы и провела публикацию результатов.

Соответствие содержания диссертации паспорту специальности, по которой она рекомендуется к защите. Проведенные исследования, соответствуют паспорту специальностей научных работников (по номенклатуре специальностей 2009 года), шифру специальности 03.02.08 – Экология, область исследования – факториальная экология (исследование влияния абиотических факторов на живые организмы в природных и лабораторных условиях с целью установления пределов толерантности и оценки устойчивости организмов к внешним воздействиям); популяционная экология (установление механизмов, лежащих в основе регуляции изменяющихся биотических и абиотических условиях); прикладная экология (исследование влияния антропогенных факторов на экосистемы различных уровней с целью разработки экологически обоснованных норм воздействия хозяйственной деятельности человека на живую природу).

Связь с научными программами и плановыми научными исследованиями.

Работа методом лихеноиндикации проводилось в соответствии с планом НИЛ «Мониторинга сред обитания» Брянского государственного университета по программе «Разработка региональных основ мониторинга», на основании областных целевых программам «Охрана окружающей среды, воспроизводство и использование природных ресурсов Брянской области (2012-2015 гг.), в соответствии с комплексом мероприятий Федеральной целевой программы «Уничтожение запасов химического оружия в РФ» по экомониторингу районов объекта по утилизации химического оружия. Работы поддержаны внутривузовскими грантами БГУ № 48-И-ст (2012 г.), № 6-И-ст (2013 г.), грантом Губернатора Брянской области молодым ученым региона в номинации естественные науки № (2012 г.).

Апробация работы. Результаты работы были доложены на международных конференциях: «Экологическая безопасность региона»

(Брянск, 2010, 2011, 2012, 2013), «Естественные науки: вопросы биологии, химии, физики» (Новосибирск, 2012), «Ломоносов 2013» (Москва, 2013), «Биология – наука ХХI века» (Пущино, 2013), «Проблемы и перспективы развития науки в начале третьего тысячелетия в странах СНГ» (ПереяславХмельницкий, апрель 2013, июнь 2013), «Географические проблемы сбалансированного развития староосвоенных регионов» (Брянск, 2013), «Естественные и медицинские науки: актуальные проблемы и перспективы развития» (Киев, 2013); 4 Всероссийских конференциях: «Антропогенная трансформация природных экосистем» (Балашов, 2010), «Мониторинг биоразнообразия экосистем степной и лесостепной зон» (Балашов, 2012), «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2013), «Молодежь и наука на севере» (Сыктывкар, 2013).

Внедрение результатов исследования в практику. Результаты многолетних исследований используются в практике высших учебных заведений при чтении курсов «Общая экология», «Биоразнообразие», «Экологический мониторинг», «Оценка воздействия намечаемой хозяйственной деятельности на среду обитания и здоровье человека», «Экосистемное разнообразие», «Методы оценки биоразнообразия».

Показатели лихеноиндикаторов используются для диагностики качества среды обитания в районе объекта по утилизации химического оружия в Брянской области, общего состояния экосистем мегаполисов (Акты о внедрении ГПБУ «Управление ООПТ по СВАО»: «Оценка состояния природной среды на основе лихенологических данных», «Блок биомониторинга в системе экоаналитических исследований на опасных техногенных объектах и в урбоэкосистемах»).

Сформированный гербарий эпифитной лихенофлоры передан на кафедру ботаники БГУ (BRSU). По результатам исследования зарегистрирована заявка на патент «Индекс лихеноиндикации» (2013 г.) № 2013146151 (ФИПС).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендуемых Перечнем … ВАК РФ, глава в рецензируемой монографии.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на страницах компьютерного текста и включает общую характеристику работы, 4 главы, выводы, практические рекомендации, библиографический список и приложений. Основной текст диссертации изложен на 129 страницах машинописного текста, приложение – на 76 страницах. Список используемых литературных источников насчитывает 256 наименований, в том числе 56 – на иностранных языках. Текст иллюстрируют 21 таблица и 106 рисунков.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам экоаналитического отдела РЦЭК и М по Брянской области за помощь в проведении химических исследований образцов эпифитных лишайников на содержание ТМ.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Развитие метода лихеноиндикации и его прикладное значение Биоиндикационные исследования сред обитания на антропогенно преобразованных и естественных территориях с использованием направлений биоэкомониторинга в том числе и урбоэкосистем (Monitoring with lichens – monitoring lichens, 2002). Эти исследования имеют научное значение в области инвентаризации биоразнообразия и прикладное – по оптимизации планирования территориального развития, разработки материалов по оценке воздействия на среды обитания и человека, экологической экспертизе (Barkman, 1958; LeBlanc, De Sloover, 1970; Lichens as bioindicators of air quality, 1973; LeBlanc, Rao, 1973 b, 1975; Air pollution and lichens, 1973; Martin, 1974; Lawrey, Hale, 1980; Мартин, 1982, 1987; Beckett, Brown, 1984, 1984 а; Трасс и др., 1987; Wittig, 1993; Пчлкин, 2002, 2003, 2005; Миннуллина, 2006 и др.).

чувствительности эпифитных (эпилитных, эпиксильных) лишайников, на диагностике онтогенетической структуры популяций фоновых видов, показателей лихенофитных сообществ (Мартин, 1982 а). Для возможности проведения сравнительной характеристики мониторинговых данных необходимо применять единые качественные и количественные методики, используемых параметров, а также биоиндикаторов (Мартин и др., 1978).

синэкологических исследований.

специфические особенности строения лишайников, морфологические особенности по которым можно диагностировать изменение условий среды (Голубкова, 1977 а, 1977 б; Lawrey J.D., Hale M.E., 1977; Мартин, 1982; Трасс и др., 1987; Scott, Hutchinson, 1989, 1990; Михайлова, 2005). Указывалось на наличие некрозов, депигментации слоевищ лишайников, отсутствие плодовых тел (Шапошникова, 1981; Инсарова, 1982, 1983; Михайлова, Воробейчик, 1995). Сформировалось понятие об эколого-субстратных группах лишайников, выделена перспективная дли биоиндикационных исследований эпифитная форма (Голубкова, 1977 б; Инсарова, 1982; Мартин, 1982 а; Dobben, Braak, 1999; Инсаров, 2002; Пчелкин, 2002).

Дальнейшая работа лихенологов позволила установить лимитирующие экологические факторы на распространение эпифитов, которые учитывались при анализе полевого материала. В настоящее время, подтверждено ведущее влияние кислотности коры и вида форофита на распространение лишайников помимо общего загрязнения среды (Pakarinen, 1981; Нильсон, 1982; Нильсон, Мартин, 1982; Martin, Coughtrey, 1982; Nash et al., 1991; Михайлова, Воробейчик, 1995; Отнюкова, Крючкова, 2001, 2003; Крючкова, 2006). Также для лишайников определяющее значение имеет характер микрорельефа, пористость, влагоемкость, химический состав, буферная емкость субстрата.

Один из основных лихеноиндикационных признаков – изменение физиологических особенностей видов, адекватно реагирующих на изменение качества окружающей среды (Sundstrom, Hallgren, 1973; Huebert et al., 1985;

Трасс Х.Х., 1987; Шапиро, 1991, 1993, 1996; Бязров Л.Г., 1992, 1998, 2002; van Dobben, 1993; van Dobben, de Bakker, 1996; Loppi, Bonini, 2000; Петренко, Фещенко, 2010). Чувствительность лишайников к загрязнению воздуха связана с тем, что они поглощают воду и растворенные в ней вещества всем слоевищем ни сколько из субстрата, сколько из атмосферы и сохраняют поллютанты в организме в течение всей жизни и даже после отмирания (Трасс, 1973; Brown, 1978; Brown and Brown, 1991).

Общепризнанно, что среди загрязнителей наиболее опасны для них кислотообразующие загрязнители (Skye, 1968; Hawksworth, Rose, 1970;

LeBlanc, Rao, 1975; Нильсон, 1982, 1989; Нильсон, Мартин, 1982; Инсарова, 1982; Santamaria, 1997; van Herk, 2001 и др.). Вместе с тем, степень воздействия кислых загрязнений может зависеть от природы субстрата, а также от состава и соотношения сопутствующих загрязнителей, которые могут усиливать или нейтрализовать действие друг друга.

организовать полевые исследования морфологических изменений слоевищ и подтвердить биоиндикационные признаки у видов (Мартин, 1970; Le Blank, De Sloover, 1973 а; Sechting, Jonsen, 1978; Трасс, 1985 а; Palomaki et al., 1992;

Бязров, 2002).

В конце 19 века зародилось особое направление лихеноиндикационных изысканий – лихенометрия, по которой на основе скорости прироста слоевищ диагностировались временные рамки тех или иных событий и возраст субстрата (Beschel, 1958; Мартин, 1970 Никонов, Шебалина, 1986; Галанин, 1995). С помощью радиоуглеродного метода датировки установлено, что лишайники относятся к медленно растущим организмам. Прирост их таллома при благоприятных условиях колеблется в зависимости от вида от 1 до 8 мм в год (Гарибова и др., 1978). При этом листоватые и кустистые лишайники растут быстрее, чем накипные. Лихенометрия позволяет определить возраст субстрата произрастания лишайников и установить изменения среды (Мартин, 1970).

К аутэкологическому направлению в области лихеноиндикации отнесена группа работ с применением химическим и физико-химическим методам исследований для выявления накопления поллютантов: элементов группы тяжлых металлов (ТМ), радионуклидов (Мартин, 1985; Puckett, 1988;

Нильсон, 1989; Нифонтова и др., 1981; Нифонтова, Куликов, 1981;

Нифонтова, Алексашенко, 1982; Richardson, 1995; Нифонтова, 1998, 1998 а, 2000, 2003; Страховенко и др., 2005; Свирко, Страховенко, 2006). Для применения лишайников на уровне отдельных особей группировок (смешанных образцов) в биоиндикации ТМ в средах обитания предполагается изучение локализации поллютантов в слоевищах, динамики их поглощения в зависимости от сопутствующих факторов внешней среды, вида лихенобиоты, особенностей форофита (древесного субстрата для эпифитных форм). Одно из направлений – изучение накопительной способности лишайников по отношению к поллютантам трансграничного распространения, а также радионуклидов на территории антропогенно преобразованной и в естественных экосистемах.

М.Г. Нифонтовой выяснено современное содержание радионуклидов в слоевищах лишайников ООПТ Урала, расположенных в местах, удаленных от локальных источников химических и радиоактивных загрязнений (Нифонтова, 2007). Отмечено, что современная концентрация 90Sr не превышает 80–90 Бк/кг, а 137Cs – 280 Бк/кг, что является фоновым значениями для данной территории. Однако зарегистрировано некоторое повышение содержания радионуклидов после катастрофы на ЧАЭС 1986 г. в результате трансграничного переноса.

Многочисленные работы отечественных и зарубежных авторов посвящены исследованию содержания ТМ в слоевищах фоновых модельных видов лишайников урбоэкосистем и естественных сообществ. Авторами внедрены два способа использования эпифитных форм лишайников как мониторов: способ лихеноиндикации и способ диагностики накопления ТМ слоевищами (Золотарева и др., 1981; Garty, 2001; Бязров, Пельгунова, 2012). В экосистемах различного происхождения установлены коэффициенты биоконцентрирования и биофильности для различных микроэлементов, ТМ, а также для лишайников, являющихся промышленным лекарственным сырьем, и выявлена роль лишайников в эколого-геохимической индикации состояния среды обитания (Hawksworth, 1970; Haas et al., 1998; Аржанова, Скирина, 2000; Валеева, Московченко, 2000; Rudnick, Gao, 2003; Вершинина и др., 2009).

Показано, что концентрационные возможности эпифитной и частично эпигейной лихенофлоры выше, чем у сосудистых растений (Вайнштейн, 1982;

Lawrey, Hale, 1981). Эти физиологические особенности лишайников объяснены значительной продолжительностью жизненных циклов, большой площадью поверхности поглощения поллютантов из-за рассечения слоевищ листоватых (и кустистых) форм, отсутствием плотных покровов, органов газо- и водообмена (Gilbert, 1970; Трасс, 1985; Мартин, 1987; Андерсон, Трешоу, 1988; Nash, Boucher, 1989; van Dobben, Braak, 1999).

накопления отдельных физиологически доступных форм и видов ТМ в эпифитных лишайниках, выделили чувствительные виды, установили видовые особенности накопления ТМ лихенобиотой (Goyal, Seaward, 1981, 1982 а, b; Hale, Lawrey, 1985; Garty, 1993, 2001; Wells et al., 1995; Improving the use of lichens., 1999).

Анализ закономерностей аккумуляции эпифитными лишайниками тяжлых металлов из аэротехногенных выбросов проведен для Северного Урала И.П. Шаруновой (2008). Для модельного эпифитного вида Hypogymnia physodes (L.) Nyl. специалистом выявлены факторы, способствующие концентрации ТМ: уровень токсической нагрузки для территорий, высота расположения слоевищ на форофите, возраст слоевища. Не обнаружено однозначной связи между аккумулятивной способностью видов лишайников и степенью их чувствительности к атмосферному загрязнению. Э.И. Валеева, В.Д. Московченко (2000) для Севера Западной Сибири выявили соответствие фоновым значениям концентрации микроэлементов в слоевищах лишайников вблизи разработки месторождений углеводородного сырья (Валеева, Московченко, 2000).

Индивидуальные особенности накопления лишайниками в слоевищах поллютантов использованы для картирования зон загрязнения в урбоэкосистемах, а также в естественных сообществах с последующим зонированием территории (Мартин, 1974; Мартин и Мартин, 1974 а; Мартин, Трасс, 1974; Мартин, 1976, 1978; van Herk, 1999; van Herk et al., 2002). Это прикладное использование химико-токсикологических исследований лишайников – основа мониторинговых исследований изменения состояния сред обитания, в основном атмосферы.

Демэкологические исследования лишайников ознаменовали исследования популяций видов и их сравнительная характеристика на фоновых и антропогенно преобразованных территориях. В последние десятилетия развиваются подходы к диагностике состояния среды по структуре популяций эпифитных лишайников: анализ индивидуальных талломов и анализ их группировок на стволах деревьев-форофитов (субпопуляций). По сравнению с анализом индивидуальных талломов, исследования структуры субпопуляций позволяют дать более обоснованную оценку успешности процесса роста популяции (то есть успеха колонизации новых местообитаний), выявить слабые звенья в жизненном цикле вида, выдвигать гипотезы о степени генетической гетерогенности талломов, населяющих один ствол.

Особое направление – анализ онтогенетической структуры популяций эпифитных и эпигейных лишайников и определение их жизненности.

Выявление виталитета и онтогенетического спектра особей популяции позволило оценить влияние экологических факторов на развитие конкретных лихенобионтов в различных условиях. Микроразличия условий местообитания лишайников – условия для изменения роста и развития лишайников, в том числе и в онтогенезе. Результат демэкологических лихеноиндикационных исследований – создание атласов для определения онтогенетического возраста лишайников и диагностика качества среды (Суетина, 2001; Суетина, Ямбердова, 2010; Суетина, Глотов, 2010). Доказано, что изучение популяционных структур эпифитных лишайников – трудоемкий метод диагностики состояния среды. Аналогичные результаты могут быть получены при использовании традиционных методов лихеноиндикации.

Выявлено изменение онтогенетической структуры: «омоложение» модельных видов лишайников, вызванное токсическим загрязнением среды (Михайлова, Воробейчик, 1999).

Исследования численности и структуры популяций лишайников в разных экологических условиях могут пролить свет на причины субстратной и фитоценотической приуроченности лишайников (LeBlanc, Rao, 1966, 1972;

Kauppi, Mikkonen, 1980; Gauslaa, 1997; Rhoades, 1983), а также на популяционные механизмы устойчивости/чувствительности лишайников к техногенным нагрузкам (Михайлова, Воробейчик, 1999; Cуетина, 2001).

В синэкологических исследованиях, развивающихся в настоящее время, широко используются сведения о синузиальном сложении лишайникового покрова, описываются сообщества эпифитных и эпилитных лишайников.

Предложены лихеноиндикационные признаки биоразнообразия: число видов, обилие, встречаемость, охватывающие альфа- и бета разнообразие сообществ (Мэгарран, 1992). Экологическую структуру лишайниковых синузий и сообществ широко используют за рубежом и в России, в основном для оценки состояния воздушной и почвенной сред обитания (van Dobben, Ter-Braak, 1999; Бязров, 2002 и др.).

На основе полевых описаний собирается информация для вычисления синтетических индексов (Бязров, 2002). Наиболее часто используются индексы полеотолерантности, на основании которых проведено картирование территории многих городов России (Трасс, 1968).

лихеноиндикационных шкал, которые позволяли проводить количественную биодиагностику. Такие количественные шкалы в лихеноиндикации позволили учитывать индивидуальные особенности биоиндикаторов, связать их состояние с концентрациями загрязнителей в средах обитания (атмосфере). С 60-х годов ХХ века предложено не менее десяти шкал чувствительности видов лихенобиоты для диагностики общего состояния атмосферы (Трасс, 1968, 1985; Мартин, Мартин, 1974; Pakarinen, 1981 а; Инсарова, Инсаров, 1989; Бязров, 2002; Красногорская и др., 2004 и др.). Эти шкалы учитывали индивидуальные реакции видов на атмосферные загрязнения, в основном на оксид серы (IV).

Одна из основополагающих работ в России по установлению шкал токсифобности (толерантности по Х.Х. Трассу, 1968) проведена в Нижегородской области для 101 вида эпифитных лишайников с учетом местообитаниях (Гелашвили и др., 2005). Авторами применены корректные методы исследования для выявления индивидуальной чувствительности лихеноиндикаторов, учета сопутствующих экологических факторов распространению эпифитных видов, зонирована территория мегаполиса.

Для территории Средней России (Брянской и сопредельных областей) также предложены лихеноиндикационные шкалы, на основе которых рекомендовано вести расчет индексов полеотолерантности и осуществлять мониторинговые исследования общего состояния атмосферы любой экосистемы, выполненные методом непрямой линейной ординации (Анищенко, 2001, 2012).

Таким образом, для лихеноиндикационной оценки антропогенного загрязнения урбанизированной территории используют широко распространенные методики: на основе изучения химического состава слоевищ (Аржанова, Скирина, 1997; Мейсурова и др., 2007; Meisurova et al., 2009, 2010 и др.); анализ распределения антропогенного загрязнения во времени при наличии исторических данных о видовом составе лихенофлоры территории (Блюм, Тютюник, 1989; Бязров, 1992, 1996; Малышева, 1993);

синтетические индексы, отражающие степень антропогенного загрязнения атмосферного воздуха (Баумгертнер, 2012; Криворотов и др., 2000; Пахомов, 1996 и др.), трансплантационные методики (Крючкова, Григорьев, 2002;

Крючкова, 2006; LeBlanc, Rao, 1973; Palomki et al., 1992 и другие).

1.2 Лихеноиндикационные исследования компонентов сред Выявление видового состава лихенобиоты и изучение е экологогеографических особенностей – важная задача прикладных экологических исследований, направленных на повышение точности, информативности биомониторинговых исследований. Городская лихенофлора и лишайниковые урбанизированных территорий (Лийв, 1988; Малышева, 1999; Бесполитова, Кавеленова, 2001; Бязров, 2002; Малышева, 2005; Антипина, 2013).

За последние 50 лет хорошо изучен видовой состав крупных городов и городских агломераций России: Москвы (Бязров, 1994, 2002), СанктПетербурга (Малышева, 1998, 2003), Казани (Голубкова, Малышева, 1978), Екатеринбурга (Пауков, 2001), Астрахани (Закутнова, 2004), Архангельска (Кочерина, Лобанова, 2004), Находки (Скирина, Коженкова, 2005), Краснодара (Сионова, 2006), Воронежа (Мучник, 2004), Элисты (Стаселько, 2007), Пензы (Дунаева, 2012), Новосибирска (Свирко, 2006; Романова, Седельникова, 2010), Оренбурга (Меркулова, 2006), Казани (Байбаков, 2003).

Все авторы выделяют относительно обедненный состав лихенофлоры урбоэкосистем, включающий в основном от 40 до 200 видов различных экологических групп. В связи с этим подавляющее число работ в области лихеноиндикации носит регионально-флористический характер, что немаловажно для повышения степени изученности лихенобиоты, раскрытию возможностей применения ее для диагностики качеств сред обитания.

Фундаментальная работа, выполненная по исследованию лихенофлоры урбоэкосистем бореальной зоны, представлена Н.В. Малышевой (2005).

Доказано значительное видовое богатство и разнообразие городских урбанофлор, которое отражает географические особенности региона (зональность растительности) и специфику городских условий. Лихенобиота городов бореальной зоны представлена 604 видами лишайников из 162 родов, 54 семейств и 13 порядков. По количественному составу флора лишайников 107 изученных городов включает более половины видов Европейской части России (55%). Большая часть лишайников принадлежит к накипным формам, роль листоватых и кустистых форм равнозначная (Бязров, 2002).

биоморфологического и эколого-субстратного анализа лиенофлоры городов бореальной зоны, где указывалось на заселение лишайниками разнообразных субстратов, в том числе и отсутствующих в природе, занятию ими различных экологических ниш (Малышева, 2007).

М.В. Баумгартнер (2012) проведена инвентаризация лишайников в административных районах Кузбасса, где отмечена динамика лихенофлоры крупных городов, дан анализ ее таксономической, географической и популяционной структуры (Баумгартнер, 2012).

семейства: Parmeliaceae, Physciaceae, Candelariaceae, Lecanoraceae, Pertusariaceae, Teloschistaceae, по числу видов доминируют семейства Physciaceae, Parmeliaceae, Lecanoraceae, Ramalinaceae (Бязров, 1994, 2004;

Малышева, 2005, 2006, 2007; Сионова, 2006).

Большое значение в городских экосистемах придается эпифитным формам, так как они даже в зимнее время не укрыты снегом и имеют наиболее перспективное значение в качестве индикаторов атмосферы.

Эпифитных форм выделяют от 25 до 70 видов, в основном накипных и листоватых лишайников (Закутнова, 2004). Особое направление экологических изысканий в области лихеноиндикации – изучение приуроченности видов к форофитам в крупных и малых населнных пунктах (Малышева, 2003; Уразбахтина, Катаускайте, 2003).

Выделены основные лихеноиндикационные показатели: число видов эпифитных лишайников, поскольку он обнаруживает наибольшую взаимосвязь с интенсивностью движения автотранспорта, спектр семейств и родов лишайников в экосистемах, проективное покрытие эпифитных видов на фоновых форофитах (Малышева, 2006 а, 2006 б; Ходосовцева, 2009;

Ибрагимоа, 2011). Р.Г. Миннуллиной (2006) был предложен объективный количественный показатель состояния талломов лишайников – индекс структуры (Миннулина, 2006), на его основе проведено информативное картирование г. Уфы. О.Е. Крючковой (2006) установлена зависимость распространение эпифитных лишайников г. Красноярска (Крючкова, 2006).

Особое направление лихенологических и лихеноиндикационных исследований – изучение видового состава лихенофлоры, его индикаторного значения в усадебных парках для разработки практических рекомендаций по восстановлению и охране старых парков и усадеб. Наиболее полно изучены лишайники исторических и ландшафтных парков усадебных комплексов Санкт-Петербурга, его окрестностей (Малышева, 1994, 1995 а, 1996, 1997, 1997 а, 1998, 1998 б; Малышеа, Связева, 1995; Гимельбрант, 2005;

Гимельбрант и др., 2006, 2007 и др.), Тверской (Волкова, 2007; Нотов, Волкова, 2006) и Вологодской (Чхобадзе, 1997) областей. Есть данные о составе лихенобиоты усадебных парков Эстонии (Сандер, 1986), Белоруссии (Яцына, 2006, 2006а), в Псковской области – работа Лихачевой О.В. (2010) (Истомина, Лихачева, 2010; Лихачева, 2010).

Некоторыми специалистами проведено обобщение результатов длительных исследований лихеномониторинга с объяснениями динамики лихенофлоры, е экологических составляющих (Байбаков, 2003; Малышева, 2005; Романова, Седельникова, 2010).

На основе обследования лихенобиоты, вычисления синтетических индексов (в основном индекса полеотолерантности по Х.Х. Трассу (1968)) для некоторых населенных пунктов составлены лихеноиндикационные схемы и проведено зонирование территории урбоэкосистем (Мартин, 1974, 1976;

Бязров, 2002; Гелашвили и др., 2005; Романова, Седельникова, 2010).

Особенности пространственного распространения видов различных экологических групп по сравнению с естественными экосистемами, отмечают лихеноиндикационные возможности видов и лихеногруппировок в зависимости от территориальной и функциональной структуры, времени образования городов (Бязров, 2002, 2007; Малышева, 2006; 2007, 2007 а, б).

В последние десятилетия флористические, лихеноиндикационные работы набирают темп и в малых городах (Малышева, 2003 а, 2004;

Седельникова, Свирко, 2003; Скирина, Коженкова, 2005; Стаселько, 2007;

Романова, 2008; Гайдыш, 2012; Мандра, Степаненко, 2012; Гайдыш и др., 2013 и др.) и имеют большое значение в оптимизации планирования экомониторинга качества сред обитания.

Специалистами исследована эпифитная и эпигейная лихенофлора, проанализирована приуроченность к стволам древесных видов (форофитам), вычислены индексы полеотолерантности. Для малых городов установлены группы видов лихенобиоты, различающихся по чувствительности в основном к загрязнению атмосферы: устойчивые (в основном род Pameliopsis, Lecanora, ряд накипных форм), чувствительные (например, Hypogymnia physodes, Parmelia sulcata, Imshaugia aleurites, Usnea hirta), очень чувствительные (род Bryoria, некоторые виды рода Cladonia), не переносящие загрязнения (Alectoria, Usnea dasypoga, U. subfloridana, Platismatia glauca, Pseudevernia furfuracea лихеноиндикации чувствителен к промышленному воздействию, позволяет выделять зоны, различные по степени антропогенного преобразования (Каннукене и др., 1982; Седельникова, Свирко, 2003; Стаселько, 2007;

Меденец, 2010; Гайдыш, 2012).

В малых городах выявлялась приуроченность эпифитных лишайников к форофитам для целей диагностики среды и дальнейшего биомониторинга (Малышева, 204, 2004 а; Гайдыш и др., 2013). Показано, что городские интродуценты, создавая новые экологические ниши, активно заселяются эпифитной лихенобиотой.

Для малых городов доказано лимитирующее влияние автотранспортных магистралей на видовой состав, проективное покрытие эпифитных лишайников (Гайдыш и др., 2013).

В Южном Нечерноземье России и на территории Брянской области фрагментарно изучены показатели г. Брянска (Анищенко, 2001, Анищенко, Азарченкова, 2011), работ по исследованию районных центров Брянской области нет. Поэтому лихеноиндикационные работы особенно актуальны в свете организации регионального экоаналитического мониторинга и контроля состояния сред обитания в естественных и антропогенных экосистемах.

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ РАЙОНА

ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования общего состояния атмосферы урбоэкосистем методом лихеноиндикации выполнены в Брянской области и г. Орле (Орловской области). Территория Брянской области вытянута с запада на восток на км, с севера на юг она имеет протяжение 245 км, площадь – 34,855 тыс. км2.

Область исследования расположена между 51°51' – 54°02' северной широты и 31°16' – 35°20' восточной долготы в центре Восточно-Европейской равнины, в средних широтах умеренного географического пояса. На северо-западе и западе область граничит с Белоруссией, на севере – со Смоленской, на северовостоке – с Калужской, на востоке – с Орловской, на юго-востоке с Курской областями и на юге с Украиной (рис. 1). Поверхность района исследований представляет собой слабоволнистую равнину с общим пологим склоном с северо-востока на юго-запад, расположенную по западной окраине Среднерусской возвышенности и переходящую на западе в восточную окраину Днепровской депрессии (Природное районирование …, 1975;

Агроклиматические …, 1972). По физико-географическому районированию эта территория входит в состав Днепровско-Деснинской Предполесской, Нечерноземного центра России (Физико-географическое районирование…, 1963). В районе исследования представлены Верхне-Деснянский, Приипутьский, Беседь-Ипутьский, Снов-Деснянский, Судость-Деснянский, Болва-Деснянский, Придеснянский, Брянско-Среднерусский округа (рис. 2, 3).

Согласно геоботаническому районированию район исследования относится к Брянскому округу хвойно-широколиственных лесов Северодвинско-Верхнеднепровской подпровинции Североевропейской таежной провинции (Геоботаническое районирование Нечерноземья …, 1978).

Рисунок 1 – Территория Брянской области Рисунок 2 – Физико-географические провинции Брянской области Рисунок 3 – Физико-географические округа Брянской области На видовой состав лихенобиоты ведущее влияние оказывают климатические условия местности. Исследуемая территория расположена в умеренно-континентальном климате, отличающимся хорошо выраженными сезонами года: зимним, летним, весенним, осенним; достаточным и устойчивым увлажнением. Районы находятся в западной подобласти Атлантико-континентальной лесной зоны (Природные ресурсы и окружающая среда …, 2007).

Зима умеренно мягкая, лето умеренно теплое. Сумма температур выше +10 составляет 2200-2500. Продолжительность теплого периода со средней суточной температурой воздуха выше 0С составляет 217-134 дня, период с температурой ниже 0С длится от 131 до 148 дней.

По температурному режиму исследуемый район относится к зоне с умеренно-мягкой зимой и теплым летом. Среднегодовая температура – 4,5-6,5 С выше нуля. Среднегодовая температура воздуха постепенно повышается с севера на юг области. Средний из абсолютных максимумов температуры воздуха – +27С-+30 С (в северной части). Абсолютный минимум температур -42С, в отдельные редкие годы понижение до -40С.

Отклонения от средних температур случаются редко, менее чем 1 раз в 5 % лет. В 10 % лет абсолютный максимум летом бывает 29С и выше, абсолютный минимум зимой -23С и ниже. Средняя температура января от - до -10С, июля +17-18,5С. Годовая амплитуда среднемесячной температуры воздуха равна 26-27 С (Природные ресурсы и окружающая среда …, 2007).

Климатические условия территории в целом благоприятны для организмов и деятельности человека. Погода с экстремальными условиями наблюдается относительно редко. Холодные зимы повторяются в 26 % случаев, мягкие зимы – в 28 % повторений, с нормой температуры – 46 %.

Лето с «нормой» температуры повторяется в 52% лет, более теплое – в 30 % лет, более холодное – в 18 % лет. Сочетание холодной малоснежной зимы и прохладного сухого лета бывает 1 раз в столетие. Холодная снежная зима и прохладное дождливое лето наблюдается в 5-7 % лет. Лето с нормой температуры и осадков отмечается в 27 % лет, теплое сухое лето в 17 % лет, в целом благоприятные летние сезоны наблюдаются в 64 % лет. Мягкие зимы или с нормой температуры отмечаются в 73 % лет, а холодные зимы только в 27 % лет. Прохладное и дождливое лето отмечено в 8 % лет (Природные ресурсы и окружающая среда …, 2007).

Среднегодовое количество осадков колеблется от 530 до 655 мм.

Среднегодовая сумма осадков в западной части области составляет 470- мм, в восточной части – 530-890 мм (рис. 4).

Рисунок 4 – Климадиаграмма Брянской области (по Вальтеру-Госсену) Годовой показатель увлажнения – 0,45-0,60. Гидротермический коэффициент (ГТК) изменяется от 1,4 на северо-западе области до 1,3 – на юго-востоке. По количеству осадков исследуемая территория относится к зоне умеренного увлажнения.

Наибольшее количество осадков выпадает на северо-западе (655 мм), наименьшее – в районе узкой полосы Трубчевск-Новозыбков-Клинцы (530мм). Из годового количества осадков 36,7 % приходится на лето, 25,3 % – на весну, 19,4 % – на осень, 18,6 % – на зиму. Максимальное количество осадков бывает в июне-июле. В среднем за год бывает до 170 дней с осадками. Больше всего дней с осадками (до 18 в месяц) наблюдается в осенне-зимний период. В летние месяцы бывает 10-14 дней с осадками, но интенсивность их резко возрастает.

Ветровой режим района исследования в теплый период (апрельсентябрь) характеризуется преобладанием северо-западных, северовосточных и западных направлений, так как зимой и летом районы оказываются в переходной зоне между областью высокого давления на юге и низкого на севере. Летом господствуют западные и северо-западные, зимой – юго-западные ветры. В холодный период (октябрь-март) ветер юго-западных, южных и западных направлений. Средние месячные скорости ветра в районе исследования изменяются от 2,2 до 3,0 м/с в восточной части области и 1,7м/с в западных районах. Зимой в переходные сезоны скорость ветра составляет 3,5-4,5 м/с, а летом – 2,0-3,0 м/с.

Циклоническая деятельность сопровождается выпадением осадков в количестве, обеспечивающем достаточное увлажнение. Зимой устанавливается средний снежный покров, предохраняющий почву от промерзания: температура почвы на глубине 10 см под снежным покровом в среднем на 10 выше температуры воздуха.

Теоретически возможное испарение составляет около 450-500 мм; в отдельные годы количество осадков несколько превышает испарение, что неблагоприятных климатических явлений на территории области происходит достаточно неравномерно. В целом вероятность длительных засух невелика, 5-13% лет. Кратковременные засухи повторяются на севере области в 16% лет, на юге – в 44% лет. За последние 100 лет в районе исследования в разные летние месяцы наблюдалось 22 засухи. В отдельные годы в области наблюдаются длительные дождливые периоды, обычно сопровождающиеся низкими температурами: такие периоды складываются в 40-60% лет.

Лихеноиндикационные исследования осуществлены в крупном городе Брянске (численность населения на 2013 г. – 411 тыс. жителей) и малых городах, послках городского типа: гг. Дятьково, Жуковка, Сельцо, Новозыбков, Севск, Трубчевск, пгт Навля и Суземка. Характеристика экологических условий урбоэкосистем представлена ниже.

Площадь города Брянска составляет около 230 км2, он расположен на западной окраине Среднерусской возвышенности на обоих берегах реки Десны при впадении в не Болвы и Снежети (Брянск. Карты городов России, 1997). Это крупный промышленный центр с густой транспортной сетью, имеет многоядерную структуру, сформированную вокруг нескольких территориально сближенных крупных объектов (Лаппо, 1997). Брянск находится на стыке двух природных зон – хвойно-широколиственных и широколиственных лесов (Растительность европейской части СССР, 1980).

На территории г. Брянска четко прослеживаются границы естественных ландшафтов и выделяются плакорные, склоновые, пойменные и пойменнотеррасовые местности. Бежицкий, Фокинский и Володарский районы расположены в долине реки Десны. Значительная часть Советского района находится в пределах опольного ландшафта (рис. 5) металлообработка, развиты химическая, электротехническая и электронная, деревообрабатывающая, текстильная, пищевая промышленность. Крупные предприятия: ЗАО УК «Брянский машиностроительный завод», ООО «ПК «Бежицкий сталелитейный завод», ЗАО «Брянский автомобильный завод», «Брянский камвольный комбинат», «Брянский молочный комбинат», ЗАО «Мальцовский портландцемент» – основной стационарный источник загрязняющих веществ. Наибольшая плотность застройки (55-60%) – в административных центрах города, наименьшая (20-23%) – в юго-западной части. В последние 12 лет передвижные источники вносят больший вклад в загрязнение атмосферы по сравнению со стационарными. Уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Брянска за последние пять снижается, но индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) оставался повышенным (ИЗА = 6,41Коренной река Сообщества кленово-вязовых лесов Рисунок 5 – Комплексный профиль по линии центр г. Брянска – Чрный мост – мясокомбинат – ст. Снежетьская (по Харину, 2006) На левобережье расположен и уникальный лесопарк «Роща Соловьи», занимающий площадь 153 га. Балки и лесопарк представляют собой «острова» естественной растительности на территории урбоэкосистемы.

Краткая характеристика исследуемых малых городов и поселков городского типа представлена ниже (рис. 6).

Город Трубчевск – административный центр Трубчевского района Брянской области. Площадь города – 14 км2 (Карты городов России, 1997), предприятиями пищевой отрасли (овощесушильное, маслосыродельное предприятия, хлебозавод), АО «Нерусса» специализируется на выпуске радиоэлектроники, ОАО «Белая березка» деревообрабатывающее Рисунок 6 – Населенные пункты района исследования Город Жуковка – административный центр Жуковского района Брянской области. Площадь города 13 км2 (Карты городов России, 1997), население — 17,6 тыс. человек. Ведущие предприятия экономики города:

«Жуковский велосипедный завод», «Жуковский опытный завод», «Мебельная фабрика».

Пгт Навля – административный центр Навлинского района Брянской области. Площадь города – 15,9 км2 (Карты городов России, 1997), население 14,6 тыс. жителей. Экономическая карта Навли представлена в основном предприятиями машиностроительной отрасли производства (автоагрегатный завод, авторемонтный завод, завод «Промсвязь»), а также Навлинский пищекомбинат, деревообрабатывающий завод, развито производство асфальтобетона.

Город Севск – административный центр Севского района Брянской области. Площадь города – 12,7 км2 (Карты городов России, 1997), население – 7 тыс. человек. Работают филиал Московского станкостроительного завода им. С. Орджоникидзе; пенькообрабатывающий завод; предприятия пищевой промышленности – консервный завод, маслозавод «Умалат», мясокомбинат, хлебозавод.

Пгт Суземка – административный центр Суземского района Брянской области. Площадь города – 13,7 км2 (Карты городов России, 1997), население – 8,9 тыс. человек. Суземка – крупный железнодорожный узел с таможенным терминалом, также там работают завод электронной промышленности «Стрела» (производство трансформаторов, дросселей), мебельная фабрика.

Город Сельцо – город в Брянской области, расположенный в 22 км от Брянска. Площадь города 33 км2, население – 17,4 тыс. человек. В городе работают Брянский химический завод, мясокомбинат «Тамошь», хлебозавод, лесокомбинат, группа компаний «Минеральные воды».

района Брянской области. Площадь города – 22 км2, население – 28,1 тыс.

человек. Ведущие предприятия экономики: ООО «Дятьковский хрусталь»

(ООО «ДХЗ»), ОАО «Дятьково-ДОЗ», мебельный концерн «Катюша», АО «Дятьковское проектно-промышленно строительное объединение», развита пищевая промышленность.

Город Новозыбков – административный центр Новозыбковского района Брянской области. Площадь города – 31,4 км2, население – 40,5 тыс. человек, третий по численности населения город в области после Брянска и Клинцов.

Ведущие предприятия экономики города: «Новозыбковский станкостроительный завод», «Новозыбковская швейная фабрика», «Новозыбковская швейно-трикотажная фабрика им. 8 марта». Новозыбков – административный центр крайнего юго-запада области, приграничный населенный пункт.

Город Орл – административный центр Орловской области, расположен на Среднерусской возвышенности по обеим сторонам реки Оки и е притока Орлика. Площадь города 127, 8 км2, население – 318, 1 тыс. человек. Город находится в области умеренно-континентального климата, на который влияет западный атмосферный перенос, приносящий влажные воздушные массы с осадками (рис. 7).

Рисунок 7 – Климатодиаграмма г. Орла (по данным: Статистика погоды в городах России. г. Орл. www.atlasyakutia.ru/weather/stat_weather_279060.php) Общая продолжительность периода с положительной средней суточной температурой воздуха равна в году 215-225 дням. Период со средними суточными температурами воздуха выше 5 градусов начинается в середине апреля и заканчивается в середине октября, а продолжительность его в году составляет 175-185 дней. Период с более высокими средними суточными температурами воздуха (выше 10 градусов) начинается в начале мая и заканчивается 20-25 сентября и продолжительность его 135- дней. Период с температурой воздуха выше 15 градусов устанавливается в конце мая - начале июня и заканчивается в третьей декаде августа;

продолжительность этого периода составляет от 85 до 105 дней (Статистика погоды в городах России). Орл находится в лесостепной зоне центральной части Среднерусской возвышенности (Геоботаническое районирование Нечерноземья …, 1978).

В отрасли промышленного производства города наибольшие объмы отгруженной продукции имеют: производство пищевых продуктов, производство машин и электрооборудования, производство неметаллических минеральных продуктов, металлургическое производство и производство готовых металлических изделий. Крупные предприятия: Орловский сталепрокатный завод (ОСПаЗ) (Северсталь Метиз, Орловский филиал), Завод «Научприбор», «Стекломаш Орл», «Завод им. М.Г.Медведева – Машиностроение», «Орлгортеплоэнерго», «Орловский завод резиновых изделий». Индекс загрязнения атмосферы в городе составил 5,26 единиц (2010 г.), но в сравнении с 2006 годом этот показатель вырос на 7,8 %. На долю автотранспорта приходится больше всего выбросов вредных веществ, в том числе: по оксиду углерода, диоксиду азота, диоксиду серы, углеводородам.

3 ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При выполнении исследований на территории Брянской области и г. Орла применялись маршрутные, флористические, лабораторно-химические (определение валового содержания ТМ, токсичности проб лихенобиоты), статистические методы исследования. Собрано и обработано для определения видового состава 320 образцов эпифитных лишайников, гербарий передан в гербарий Брянского государственного университета (BRSU). Проведен Нечерноземья России, 120-и образцов – токсикологический анализ.

3.1 Изучение лихенофлористического состава урбоэкосистем маршрутным методом в пределах административных границ г. Брянска, г. Орла, малых городов и поселков городского типа Брянской области:

пгт Навля, пгт Суземка, г. Трубчевска, г. Севска, г. Жуковка, г. Новозыбкова, г. Сельцо. Описывали эпифитную лихенофлору для последующего использования видов при расчете синтетических лихеноиндикационных индексов (Горшков, 1991; Бязров, 2002). Видовую принадлежность лишайников устанавливали с помощью общепринятых определителей: Н.С.

Голубковой (1966), Н.С. Голубковой и соавторов (1978, 1996), Н. Окснера (1974), Определителю лишайников СССР (1971, 1978), Т.Ю. Толпышевой (2010), а также по учебному определителю листоватых и кустистых лишайников (Цуриков, Храмченкова, 2009). При географическом и биоморфологическом анализе лихенофлоры за основу была принята классификация географических элементов, разработанная А. Н. Окснером (1974), Н. С. Голубковой (1965, 1966, 1983). Номенклатура видов лишайников указана согласно VI-VII выпускам «Определителя лишайников России», «Списку лихенофлоры России» (2010) с учетом современных изменений по сводке Р. Сантессона (Santesson, 1993), монографии «The Lichen Flora of Great Britain and Ireland» (1994) и сводке Д. Хоксворта с соавт. (Hawksworth et al., 1995), сосудистых растений – по сводке С.К. Черепанова (1995). При сборе лишайников указывали вид субстрата, место произрастания, диагностировали сопутствующие факторы.

В городе эпифитную лихенофлору изучали на следующих видах деревьев (форофитов): Picea abies (L.) Karst., Tilia cordata Mill., Betula pendula Roth, Ulmus glabra Huds., Acer platanoides L., Pinus sylvestris L., Populus pyramidalis Borkh., P. tremula L., P. nigra L., P. balsamifera L., Quercus robur L., Q. rubra L., Aesculus hippocastanum L., Fraxinus excelsior L., F.

pennsylvanica MARSH. Salix babylonica L., S. triandra L., Larix Mill., Malus domestica Borkh., Juglans mandshurica Maxim, Sorbus aucuparia L., Alnus glutinosa (L.) Gaerth, Cerasus vulgaris Mill., Pyrus communis L.

По результатам инвентаризации разнообразия эпифитной лихенобиоты рассчитывали коэффициент сходства Жаккара и строили дендрит сходства методом максимального корреляционного пути с применением пакета программ STATISTICA 6.0 (Шмидт, 1984).

3.2 Расчет синтетических лихеноиндикационных индексов Для установления индикаторной информативности лишайников (региональных коэффициентов полеотолерантности) был использован метод непрямой ординации, примененный Л. Мартином (1978), Х.Х. Трассом (1968) (Мартин, Трасс, 1987; Трасс, 1968).

Использовались установленные ранее методом непрямой линейной ординации коэффициенты полеотолерантности для условий Брянской области с дополнениями (Анищенко, 2001, 2012).

За ось был принят градиент загрязнения воздуха от центральных районов города до окраинных. Таким образом, определение индивидуальных ai проводилось на ключевых участках с различным уровнем загрязнения воздуха. Отбор участков велся с учетом данных по степени загрязненности воздуха г. Брянска (материалы Областного Комитета по охране окружающей среды (1994–1996 гг.)), современных данных по состоянию окружающей среды в городе. Ключевые участки (250100 м) располагали вдоль автотрасс от центральной части города до окраин. На каждом участке регистрировали все виды мохообразных и лишайников, проводили геоботаническое описание моховых и лишайниковых группировок методом пробных площадок по Л.Г.

Раменскому (1938) в модификации Х.Х. Трасса (1968) на наиболее характерных, часто повторяющихся участках. Размер пробной площадки ограничивали прозрачной пленкой (1020 см), которую накладывали на изучаемые участки с группировками лихенофитов. На деревьях закладывали неравномерности покрытия ствола лишайниками. Эпифитные группировки описывали на высоте 1,3 м с 10 деревьев. Основные виды деревьев – Tilia cordata, Acer platanoides, Populus tremula, P. deltoides, Betula pendula.

Немногочисленные эпилитные группировки изучали также методом пробных площадок на фундаментах домов, каменных оградах, столбах на высоте от 0.5 м до 1.3 м (в список видового состава включали эти лишайники). Всего было описано 28 ключевых участков. Для определения ai обследованные участки были упорядочены по возрастанию числа видов.

Всего 8 групп видов, при этом каждая группа оказалась индивидуальной по набору видов. Каждой группе присваивался коэффициент, соответствующий той зоне чистоты воздуха (при движении по градиенту концентрации загрязняющих веществ), в которой этот вид встречен впервые. Лишайникам в зоне наибольшего загрязнения присваивался максимальный балл полеотолерантности – 10. Виды каждого последующего участка получали на один балл меньше предыдущего. Так как естественные ландшафты не были исследованы, коэффициенты 2 и 1 не присваивались.

План схему города Брянска разбивали на сеть квадратов (1 км2), в каждом из которых проводили геоботаническое описание эпифитных лишайниковых группировок, как наиболее чувствительных к воздействию атмосферных загрязнителей (Мартин, Трасс, 1978). Территория города Брянска была разбита на 147 квадратов: в Советском районе г. Брянска – 61, в Бежицком – 33, в Володарском – 21, в Фокинском – 32. В г. Орле – учетных квадратов.

На основании геоботанических описаний лихеносинузий по Л.Г.

Раменскому (1938) в модификации Х.Х. Трасса (1968) рассчитывался синтетический индекс полеотолерантности (ИП) (Трасс, 1968, 1985).

покрытие вида в баллах (по шкале Ж. Браун-Бланке); Cn – суммарное покрытие видов. Покрытие видов (Голубкова, Малышева, 1978): 1-2% - балл, 3-5% - 2 балла, 6-10% - 3 балла, 11-20% - 4 балла, 21-30% - 5 баллов, 31баллов, 41-50% - 7 баллов, 51-65% - 8 баллов, 66-80% – 9 баллов, 81баллов.

На основании собранных данных вычислялся синтетический индекс атмосферной чистоты (ИАЧ) по формуле De Sloover, Le Blanc (1968).

видов, сопутствующих данному виду на всех площадях описания в гомогенном по степени загрязненности местообитания; fi - значения покрытия вида по 5 балльной шкале: 1 балл – очень редко, с очень низким покрытием; – редко или с низким покрытием; 3 – редко и со средним покрытием и на некоторых стволах; 4 – часто или с высоким покрытием на некоторых стволах; 5 – очень часто и с очень высоким покрытием на большинстве стволов. Чем больше Q, тем полеофобнее вид. Для расчетов ИАЧ принимался во внимание как фоновый вид Xanthoria parietina.

Численные показатели синтетических индексов со всех ПП площадок усреднялись в пределах квадрата и наносились на лихеноиндикационные карты-схемы. Для этого карта г. Брянска (Карты городов России, 1997) по четырем районам (масштаб 1:25 000) была разделена на сеть участков (квадратов).

Для гг. Брянска и Навля вычислялся предложенный лишайниковый индекс (L), рассчитываемый по формуле:

минимальный размер диаметра слоевища лишайников (лишайниковой куртины (см)),d2 – максимальный размер диаметра слоевища лишайников (лишайниковой куртины куртины (см)), D – обхват дерева (см), H – расстояние от земли выше которого нет двух талломов, расположенных друг от друга ближе, чем на 10 d2, N – число талломов модельных видов лишайников на дереве.

произвольного масштаба: г. Брянска – на 152, пгт Навля – на 35 квадратов.

Квадраты принимались за учетные (пробные площадки). В каждом их квадратов произвольно обследовались зеленые насаждения различного целевого назначения. Исследование эпифитной лихенофлоры проводилось для четырех видов деревьев, наиболее распространенных в посадках: Betula pendula Roth (березы повислой) с обхватом ствола 60-70 см, Tilia cordata Mill.

(липы сердцелистной) – 75-85 см, Acer platanoides L. (клена остролистного) – 80-90 см, Populus nigra L. (тополя черного) – 85-95 см. В каждом из квадратов обследовалось не менее 7 деревьев каждого вида, всего в г. Брянске – деревьев, в г. Навля – 1100 деревьев. Для каждого вида дерева вычислялся лишайниковый индекс (L). Индекс позволяет посредством разовых замеров, проведенных во всм диапазоне действия комплексных факторов загрязнения сред обитания и отклика на них биоиндикаторов-лишайников, вычислить «концентрацию» талломов эвритопных (модельных) видов лишайников на стволе дерева, т.е. отношение площади слоевищ лишайников к площади количественный показатель обилия лишайников, который рассчитывается без применения индивидуальных коэффициентов полеотолерантности, без учета проективного покрытия лишайниковых синузий (т.е. субъективных факторов).

Методами одномерной статистики вычисляли зависимость значения параметра лишайникового индекса в зависимости от расстояния до автодороги (Лакин, 1990).

3.3 Лабораторно-химические и статистические методы Определение валовой концентрации элементов группы тяжлых металлов в биомассе эпифитных лишайников и диагностика токсичности образцов осуществлялась в экоаналитическом отделе и лаборатории биоиндикации РЦЭК и М по Брянской области, в НИЛ «Мониторинга сред обитания» кафедры экологии и рационального природопользования Брянского государственного университета.

Валовое содержание ТМ в слоевищах эпифитных лишайников (в мг/кг) определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа, который основан на измерении интенсивности рентгеновского флуоренсцентрального (характеристического) излучения определяемых элементов при экспонировании порошковых проб (образцов для анализа). Для работы использовали прибор «Спектроскан Макс» фирмы Spectron. Подготовку проб к анализу валового содержания ТМ осуществляли в соответствии с ОСТ 10259-2000, высушивание проб до воздушно-сухого состояния проводили при температуре 105°С, измельчали лабораторным дисковым истирателем ЛДИМ до максимального размера частиц < 1мм. Масса измельчнной пробы – не менее 100 г.

Рабочий образец должен быть дополнительно измельчен до пудры на оборудовании, не загрязняющем пробу. Для этого мелющие элементы оборудования (ступки или истирателя), не должны содержать определяемых элементов. Первый и второй рабочий образец (дубликат) вводят последовательно (условия получения двух результатов соответствуют условиям повторяемости). Все измерения выполняли в соответствии с разделами «Количественный анализ», «Руководства пользователя» к программному обеспечению для аппаратов и спектрометров. При измерениях должны быть соблюдены режимы, выбранные при градуировании спектрометра, последовательность измерений.

Значения массовой доли компонентов в рабочем образце (результат определения) вычисляли после окончания измерений. Вычисления проводятся автоматически в соответствии с разделом «Количественный анализ». Результаты, полученные для первого и второго рабочего образца, усредняли, получая среднее арифметическое значение массовой доли компонента – С (% или мг). Проверяли приемлемость полученных результатов двух определений, сопоставляя их расхождение с Нормативам D (допускаемым расхождением результатов в условиях повторяемости для вероятности Р=0,95 %).

Результат первичного анализа считали окончательным для всех компонентов, содержания которых находятся в границах установленного диапазона. Далее разбавляли пробу и проводили е анализ, определяя компоненты, содержания которых по результатам первичного анализа выходят за установленный диапазон измерении.

После определения валовой концентрации элементов группы тяжлых металлов в биомассе лишайников и субстрате рассчитывали коэффициенты накопления и перехода. Коэффициенты накопления (К н) – как отношение концентрации элемента в лишайниках к концентрации элемента в субстрате.

Водные вытяжки из слоевищ лишайников подвергали биотестированию с использованием тест-объектов: Paramecium caudatum и люминесцентных бактерий Escherichia coli М-17 (Методы пробоотбора …, 2003; Методика определения токсичности …, 2004). Пробоподготовка к биотестирвоанию образцов лишайников проводили в 3 этапа, включающих измельчение проб, помещение в дистиллированную воду объемом 200 мл, фильтрованию жидкости и анализа фильтрата. Оценку токсичности пробы производили по относительной разнице количества клеток, наблюдаемых в зоне измерения контрольной и анализируемой пробах. Индекс токсичности определяли как:

Т= Iк - Iоп / Iк, где Iк, Iоп — средние показания прибора для контрольных и анализируемых проб соответственно. По величине индекса анализируемые пробы с участием Paramecium caudatum классифицировали по степени их токсичности на 4 группы, тест-системы «Эколюм» и бактерий Escherichia coli – на 3 группы.

Для установления комплексных показателей лихенобиоты образцы фоновых видов эпифитных, эпиксильных и эпигейных лишайников собирались в летний и зимний период времени в эталонных экосистемах ФГУ «Заповедник «Брянский лес»» (кв. 69, 70, 85, 86, 89, 90, 92, 93, 94, 99, 108, охранной зоне – кв. 1), на территории четырех административных районов г.

Брянска, лесопарке Соловьи (г. Брянск), в Карховском лесу г. Новозыбкова (Новозыбковский район), д. Веприн (Клинцовский район), д. Смяльч (Гордеевский район), п. Мирном (Красногорский район), Снежетьском лесничестве (кв. 24). Для комплексных анализов использовались распространенные виды лишайников различных экологических групп:

Xanthoria parietina (L.) Th. Fr., Hypogymnia physodes (L.) Nyl., Evernia prunastri (L.) Ach. Usnea hirta (L.) Weber ex F.U. Wigg. Flavoparmelia caperata (L.) Hale., Phaeophyscia ciliata (Hoffm.) Moberg. Cladonia coniocraea (Flrke) Spreng., Cladonia rangiferina (L.) Weber ex F. H. Wigg. Cladonia arbuscula (Wallr.) Flot.

Для оценки сопряженности валовой концентрации ТМ в образцах эпифитных лишайников проведен корреляционный анализ. Значения коэффициентов корреляции (R) выше 0,32 являются достоверными с вероятностью 99% (Шмидт, 1984).

Анализ результатов исследований для биомассы, концентрации тяжлых металлов осуществлен статистическими методами с использованием пакета MS Excel 2003 (Плохинский, 1978; Зайцев, 1984, 1990; Лакин, 1990).

статистические показатели: одномерный анализ вариационных рядов (средние величины признака и их ошибки (Мm), точности опыта (р, %), достоверность оценивали по Стьюденту (t) с учетом трх доверительных уровней (Р=95%).

Карты и рисунки построены с применением пакета программ MapInfo 11.0 и STATISTICA 6.0.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЛИХЕНОИНДИКАЦИИ СРЕД ОБИТАНИЯ В

ГОРОДАХ НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ

4.1 Лихенофлора городов и поселков городского типа Брянской и В Брянской области исследовалась эпифитная лихенофлоры малых городов и поселков городского типа, выявлялся видовой состав лишайников, их приуроченность к древесным видам (форофитам), анализировались их экологические характеристики и выявлялись фоновые (индикаорные) виды.

Общая характеристика индикаторных эпифитных видов лихенобиоты указана ниже.

Общий видовой состав эпифитной и эпилитной флоры лишайников семи населенных пунктов представлен 51 видом, относящимся к 29 родам, семействам (таблица 1), в том числе в г. Трубчевске – 36 видов, г. Севске – вида, г. Жуковке – 38 видов, пгт Суземка – 42 вида, пгт Навле – 35 видов, г.

Новозыбкове и г. Сельцо – по 34 вида (Приложение 1, табл. 1).

Таблица 1 – Таксономическая характеристика лихенофлоры малых Teloschistaceae и Lecanoraceae (табл. 1), на что указывали и другие авторы (Седельникова, Свирко, 2003; Сионова, 2006; Стаселько, 2007; Романова, 2008; Гайдыш, 2012). Наиболее богаты видами род Physcia и Lecanora (Сафранкова, 2013).

качественные различия в параметрах лихенофлоры. 10 видов лишайников имеют встречаемость более 65 %, наиболее распространены – Physcia tenella (Scop.) DC., Ph. stellaris (Ach.) Nyl., Physconia distorta (With.) J.R.Laundon, Parmelia sulcata, Flavoparmelia caperata (L.) Hale., Xanthoria parietina (L.) Th.

Fr., Parmeliopsis ambigua (Wulf.) Nyl., Phaeophyscia ciliata (Hoffm.) Moberg, Hypogymnia tubulosa (Sсhаеr.) Нav., Candelariella vitellina (Hoffm.) Mll. Arg.

В гг. Трубчевске, Севске, пгт Навле, преобладает Xanthoria parietina, Parmeliopsis ambigua и Hypogymnia tubulosa, г. Жуковке – Flavoparmelia caperata, Xanthoria parietina, пгт Суземке – Hypogymnia tubulosa, часто встречается и Evernia prunastri (L.) Ach. Значительного различия в видовом составе лишайников городов не наблюдается. В составе лихенофлоры пгт Суземка обнаружены кустистые лишайники, формирующие прикомлевые (геоплезные) синузии на форофите Betula pendula – Cladonia cenotea (Ach.) Schaer, C. coniocraea (Flrke) Spreng., C. fimbriata (L.) Fr., синузии в средней части ствола Pynus sylvestris – Usnea hirta (L.) Weber ex F.U. Wigg.

Оценка видового сходства лишайников показана на рисунке 8.

Рисунок 8 – Дендрограмма сходства лихенофлоры городов и поселков В отдельный кластер по сходству лихенофлоры объединены гг.

Новозыбков и Сельцо, т.к. в этих населенных пунктах преобладают хвойные виды в составе зеленых насаждений различного назначения.

Среди выявленных морфологических отклонений у лишайников отмечена диспигментация талломов у Xanthoria parientina, Hypogymnia physodes (L.) Nyl., побурение слоевищ у Hypogymnia tubulosa, а также мелкие размеры слоевищ многих видов (Азарченкова, 2011).

Xanthoria parientina, Parmeliopsis ambigua, виды рода Lecanora часто заселяют не только стволы деревьев, но и искусственные субстраты – каменистые парапеты, фундаменты, деревянные, каменные заборы, парковые сооружения. На гниющей древесине встречены только вторичные эпиксилы (Сафранкова, Анищенко, 2011; Сафранкова, 2012; Сафранкова, Анищенко, 2012).

Наибольшее число видов лишайников обнаружено на Tilia cordata – видов, наименьшее – на Primus avium – 3 вида. Выявлено отсутствие корреляции между числом видов лишайников на дереве и его диаметром (0,17-0,22). Среднее число видов лишайников на стволе дерева (форофите) у древесных видов различается: для Acer negundo оно составляет 4,23 вида, A.

platanoides – 8,14; Quercus robur – 9,53; Tilia cordata – 10,17; Populus nigra – 8,69; Aesculus hippocastanum – 4,21; Betula pendula – 8,94; Fraxinus excelsior – 5,00; Sorbus aucuparia – 5,18. Различие в среднем числе видов на форофитах статистически недостоверно.

На основании постоянства видов, встречаемость которых равна или превышает 30%, описаны лихеносинузии на основных форофитах в малых городах и поселках (табл. 2).

Таблица 2 – Видовой состав эпифитных лихеносинузий Acer negundo Acer platanoides Betula pendula Quercus robur Sorbus aucuparia Tilia cordata Malus domestica Populus alba Populus tremula Pyrus communis Pinus sylvestris L.

Picea abies Xanthoria candelaria– Parmeliopsis ambigua форофитов (от 0,6 до 2,0 м), представлены Xanthoria parietina (проективное покрытие от 20 до 70 %), Parmelia sulcata и Parmeliopsis ambigua (проективное покрытие от 5 до 70 %), Physcia stellaris (проективное покрытие от 10 до 40 %), Physconia distorta (проективное покрытие от 15 до 35 %).

Наиболее разнообразны эпифитные лихеносинузии на Betula pendula, Populus alba, Quercus robur. В составе лишайниковых группировок представлены и дифференцирующие виды: на коре сосны обыкновенной в основном Lepraria incana (L.) Ach., ели европейской – Xanthoria candelaria (L.) Th. Fr. и Xanthoria parietina, дуба черешчатого – Evernia prunastri, тополя дрожащего – Caloplaca cerina (Ehrh. ex Hedwig) Th. Fr., рябины обыкновенной – Caloplaca cerina и Graphis scripta (L.) Ach. Примечательно, что лихеносинузии сформированы с участием нитрофильных видов – Xanthoria parietina, Physcia stellaris, Physconia distorta, Phaeophyscia ciliatа, характеризовать степень антропогенного изменения экологических условий в сообществах, использоваться как биоиндикаторы.

Лихенофлору малых городов и поселков Брянской области в целом можно характеризовать как мультирегиональную, с преобладанием видов голарктического и панбореального типа ареала (рис. 9).

Такие эколого-географические спектры описаны для лихенофлор (Малышева, 2003; Мучник, 2004; Романова, 2008).

МРЭ БЭ НЭ К Г ПБ НБ Нм

Рисунок 9 – Спектр типов ареалов лихенофлоры малых городов и МРЭ – мультирегиональный геоэлемент, БЭ – бореальный геоэлемент, НЭ – неморальный геоэлемент, К – космополиты, Г – голарктический тип ареала, ПБ – панбореальный тип ареала, НБ – нотобореальный тип ареала, Нм – неморальный тип ареала Эколого-флористические характеристики для лихенобиоты малых городов и поселков Брянской области совпадают с известными данными по малым населенным пунктам других областей и регионов России. Различия в видовом составе лихенофлоры 7 городов и поселков недостоверны. 10 видов лишайников как фоновые виды рекомендованы для использования при лихеноиндикации антропогенного изменения сред обитания. Относительно невысокое видовое разнообразие лихенобиоты изученных урбоэкосистем, вероятно, обусловлено отсутствием в их административных границах «рефугиумов» для лишайников, характерных для естественных экосистем, т.е. антропогенной освоенностью территорий, развитием отраслей промышленности и формированием современного автопарка, интенсивно изменяющих условия городов. Незначительное видовое разнообразие эпифитных нитрофильных лишайников, формирующих лихеносинузии, характеризует незначительные антропогенные изменения сред обитания в городах. В целом для биоиндикационных мероприятий рекомендован доминирующих видов форофитов.

На территории малых городов Брянской области зарегистрированы спорадически встречающиеся виды лишайников: Platismatia glauca (L.) W.

Culb. et C. Culb., Tuckermannopsis chlorophylla (Willd. in numb.) Hale (гг. Новозыбков, Сельцо), Usnea hirta (L.) Weber ex F.U. Wigg. (пгт Суземка, г. Сельцо), Anaptychia ciliaris Koerb. (г. Сельцо), Ramalina fraxinea (L.) Ach.

(пгт Суземка), Vulpicida pinastri (Scop.) J.-E. Mattsson & M. J. Lai (пгт Суземка, гг. Новозыбков, Сельцо).

В крупных городах Брянске и Орле также инвентаризирована эпифитная лихенофлора для выявления фоновых и индикаторных видов.

Обзор дан ниже. По данным маршрутных обследований только городских территорий для Брянска установлено 58 видов лихенофлоры, для Орла – вида. Различия по числу видов эпифитных лишайников городских экосистем статистически недостоверно (tфакт21). ИАЧ по районам отражен в таблице 3 и на рисунках 10-17 Приложения 3. В 1994 г. для Советского района число квадратов с индексом атмосферной чистоты (далее ИАЧ) от 6 до 10 в 1994 г. было равно 9 (15 %), с ИАЧ от 11 до 15 – квадратов (28 %), с ИАЧ от 16 до 20 – 10 квадратов (16 %), и ИАЧ > 21 – (41 %). В 2000 г. наблюдали изменения: число квадратов с ИАЧ от 6 до было равно 12 (20 %), с ИАЧ от 11 до 15 – 11 квадратов (18 %), с ИАЧ от до 20 – 10 квадратов (16 %), ИАЧ > 21 – 28 (46 %). В Бежицком районе число квадратов с ИАЧ от 6 до 10 составляло 13 (39 %), с ИАЧ от 11 до 15 – квадратов (27 %), с ИАЧ от 16 до 20 – 4 квадрата (12 %), и ИАЧ > 21 – 7 ( %). В Володарском районе число квадратов с ИАЧ от 6 до 10 насчитывалось 2 (10 %), с ИАЧ от 11 до 15 – 1 квадрат, это 5%, с ИАЧ от 16 до 20 – квадратов (33 %), и ИАЧ > 21 –11 (52 %). В Фокинском районе число квадратов с ИАЧ от 6 до 10 составляло 6 (19 %), с ИАЧ от 11 до 15 – квадратов (25 %), с ИАЧ от 16 до 20 – 9 квадратов (28 %), ИАЧ > 21 – 9 ( В 2000 г. показатели ИАЧ для Володарского, Бежицкого, Фокинского района не изменились. Для Советского района города в 2000 г. увеличилось число квадратов с ИАЧ от 6-10 и более 21. В Советском районе число квадратов с ИАЧ от 6 до 10 в 2010 г. стало равным 11 (18 %), с ИАЧ от 11 до 15 – 11 квадратов (18 %), с ИАЧ от 16 до 20 – 10 квадратов (16 %), и ИАЧ > 21 – 28 (46 %). В Бежицком районе ситуация по состоянию атмосферы не изменилась. В Володарском районе число квадратов с ИАЧ от 6 до насчитавалось 3 (14 %), с ИАЧ от 11 до 15 – 2 квадрата (10 %), с ИАЧ от 16 до 20 – 6 квадратов (29 %), и ИАЧ > 21 – 10 (47 %). В Фокинском районе число квадратов с ИАЧ от 6 до 10 определено в числе 9 (28 %), с ИАЧ от 11 до 15 – Примечание. * Районы города: 1 – Советский, 2 – Бежицкий, 3 – Володарский, 4 – Фокинский При проведении аналогичных исследований в 2012 г. изменений в ИАЧ по сравнению с 2010 г. не выявлено ни в одном районе города. Наивысшие показатели ИП и ИАЧ вычислены для Советского и Бежицкого районов с густонаселенных. Рассчитанные для лишайниковых эпифитных группировок значения ИП выше, чем аналогичные для мохообразных (Анищенко, 2009).

Общее состояние атмосферы г. Брянска за 18-летний период изменилось в связи с возрастанием общего количества транспортных потоков, оживлением работы промышленных предприятий. Возросло общее число участков по ИП зоны борьбы (значительное общее загрязнение), по ИАЧ – зоны среднего и значительного загрязнения. Рассчитанные индексы указывают на повышенную концентрацию загрязнителей в центре города и его густонаселенных частях.

Согласно расчетным индексам загрязнения атмосферы (ИЗА) и количества выбросов веществ от стационарных и передвижных источников в атмосферу города состояние атмосферы изменялось (рис. 10).

ВС ВП ИЗА

Рисунок 10 – Динамика ИЗА, количества выбросов загрязняющих веществ (тыс.т.) от стационарных и передвижных источников в г. Брянске (по данным Государственных докладов о состоянии окружающей среды …, 1995-2013) (ИЗА – индекс загрязнения атмосферы, ВС – выбросы от стационарных источников, В 1994-1996 гг. ИЗА характеризовал состояние атмосферного воздуха в норме (ИЗА = 4,04-4,87). В период с 1997 по 2000 гг. ИЗА диагностировал повышенный уровень загрязнения воздуха (ИЗА = 5,57-6,57). Наивысший показатель ИЗА (7,31) – высокий уровень загрязнения – был рассчитан для 2001 г. (Государственный доклад …., 2002). В 2002-2012 гг. (6,83-5,37) по ИЗА состояние атмосферы характеризовалось повышенным уровнем загрязнения (рис. 10). Таким образом, динамика в значениях ИЗА отличалась пиком в 2001 г., до 2001 г. наблюдался рост ИЗА, после 2001 г. – некоторое снижение показателей ИЗА, рост – в 2010-2011 гг. (Государственный доклад …, 2013). Максимальное количество выбросов (тыс.т.) от стационарных источников зарегистрировано в 1994 г., от передвижных – в 1995 г. За весь передвижных источников загрязнения над выбросами от стационарных источников. После 1995 г. наблюдалось некоторое снижение выбросов от передвижных источников. Некоторое повышение выбросов в атмосферу обнаружилось в 2005-2006 гг., 2011-2012 гг. Итак, за период с 1994 г.

наблюдались изменения в состоянии атмосферы города Брянска, связанные в первую очередь с антропогенной деятельностью. Сообщества лишайников лихеноиндикационных индексов подтвердили происходящие изменения в общем состоянии атмосферы крупного города.

Таким образом, в биоиндикационной оценке общего состояния лишайниковых синузий зависит значения ИП. По мере увеличения антропогенной нагрузки и снижения качества общего состояния атмосферы сокращается видовое разнообразие и обилие эпифитных лишайниковых группировок. Эффекта «лишайниковой пустыни» в г. Брянске не выявлено.

территории урбоэкосистемы. По ИП установлены две группы зон: смешанная (ИП=4-7) и зона борьбы (ИП=7-10); по ИАЧ – четыре: сильного загрязнения незначительного (ИАЧ>21). Картографирование территории города предоставляют наджную информацию о дифференциации пространства по загрязнению воздуха. Наиболее информативен ИАЧ, позволивший провести более дробное деление территории по общему многолетнему состоянию атмосферы. Все синтетические лихеноиндикационные индексы зафиксировали повышенную концентрацию атмосферных загрязнителей в центральных жилых районах города, около оживленных автотрасс и промышленных объектов. За восемнадцатилетний период наблюдений за общим состоянием атмосферы установлено возрастание числа участков значительного загрязнения.

Впервые для г. Брянска и пгт Навля был рассчитан лишайниковый индекс (Сафранкова, Анищенко, 2013; Анищенко, Сафранкова, 2013). Для исследований использованы фоновые эпифитные виды-эвритопы, «модельные» объекты листоватой жизненной формы, широко распространенные в условиях малых, средних и крупных городов, образующие четко ограниченные куртины на стволах деревьев (Xanthoria parietina (L.) Th. Fr., X. polycarpa (Hoffm.) Th. Fr. ex Rieber., Hypogymnia physodes (L.) Nyl., Н. tubulosa (Schaer.) Hav., Parmeliopsis ambigua (Wulfen) Nyl., виды рода Physcia).

Параллельно проводимым исследованиям устанавливались некоторые общеиспользуемые вспомогательные характеристики в лихеноиндикации:

число деревьев (по видам) с развитым эпифитным лишайниковым покровом.

В таблице 7 показаны полученные значения лишайникового индекса для крупного и малого города с учетом видового состава деревьев и двух модельных видов листоватых лишайников – Xanthoria parietina, Parmelia sulcata.

Таблица 7 – Значения лишайникового индекса (L) для территории г. Брянск, лихеноиндикатор – Xanthoria parietina Вид дерева и показатели индекса 1 группа 2 группа 3 группа Betula pendula Проективное покрытие стволов (M±m, в %) 12±0,8 19±1,3 36±3, Tilia cordata Проективное покрытие стволов (M±m, в %) 11±0,6 23±1,4 31±2, Среднее число талломов на стволе 28±1,5 33±2,1 39±2, Populus nigra Проективное покрытие стволов (M±m, в %) 14±0,7 25±1,5 35±4, Среднее число талломов на стволе 32±2,5 37±3,1 48±3, Acer platanoides Проективное покрытие стволов (M±m, в %) 17±0,8 24±1,5 33±2, Среднее число талломов на стволе 33±2,8 41±2,6 45±3, пгт Навля, лихеноиндикатор – Xanthoria parietina Вид дерева и показатели индекса 1 группа 2 группа 3 группа Betula pendula Проективное покрытие стволов (M±m, в %) 15±0,9 19±1,4 37±3, Среднее число талломов на стволе 28,5±2,1 34±2,3 39±3, Tilia cordata Проективное покрытие стволов (M±m, в %) 17±0,9 22±1,9 41±4, Среднее число талломов на стволе 27±1,9 37±3,2 44±3, Populus nigra Проективное покрытие стволов (M±m, в %) 18±0,9 28±1,8 42±3, Среднее число талломов на стволе 29±2,1 38±3,5 45±4, Acer platanoides Проективное покрытие стволов (M±m, в %) 16,5±0,7 26±2,3 37±3, Среднее число талломов на стволе 24±2,5 33±3,7 41±4, Результаты статистической обработки данных показывают, что по значению лишайникового индекса (L) все обследуемые квадраты городских территорий – крупного и малого города – можно объединить в достоверно различающиеся (tфакт>tтабл) три группы: зону значительного общего загрязнения сред обитания (наименьшее значения L), среднего и слабого загрязнения (наибольшие значения L). В зону наименьшего загрязнения по значениям лишайникового индекса попали квадраты, расположенные на окраинах городов, а также в крупных городских парках и скверах. В зону наибольшего загрязнения объединены квадраты по лишайниковому индексу, вычисленному для квадратов около крупных автодорог, некоторых промышленных предприятий, около авто- и железнодорожных вокзалов.

находится в прямопропорциональной зависимости от расстояния до дороги и может быть описана уравнением:

L = (–3,09 + 0,376S)10- Качественные признаки – проективное покрытие ствола дерева (форофита) лишайниками в исследуемых квадратах зоны наибольшего и среднего загрязнения различаются недостоверно (tфактtтабл), недостоверны для стронция, меди, марганца, хрома (tтабл>tфакт).

При сравнительной характеристике валового содержания ТМ в слоевищах Xanthoria parietina и Parmelia sulcata на территории крупного промышленного центра Брянска и малых городов отмечено превышение содержания свинца и цинка в образцах, собранных в г. Дятьково. В значениях концентраций остальных ТМ в слоевищах лишайников отмечено превышение по г. Брянску.

В г. Брянске слоевища ксантории постенной по сравнению с другими видами в большей концентрации накапливают свинец, медь, хром.

В г. Орле для слоевищ ксантории постенной зарегистрировано высокое содержание стронция, свинца, марганца, титана.

Для крупных городов Нечерноземья выявлены ряды накопления ТМ в Fe>Mn>Zn>Sr>Cr>Cu>Pb>Ni>As>Co, Fe>Ti>Mn>Zn>Sr>Cr>Pb>Cu>Ni>V>As>Co.

Для характеристики процессов накопления загрязнителей в лишайниках используют не только абсолютные содержания ТМ в слоевищах, но и значение коэффициента накопления элементов. Коэффициент накопления элемента – это величина, которая рассчитывается как отношение концентрации элемента в слоевище лишайников к его содержанию в субстрате (коре деревьев): Кн = Сл./Сс..

Коэффициенты накопления для лишайников-эпифитов в г. Орле отражены в Приложении 5.

В г. Орле по Кн можно судить о кумуляции в слоевищах эпифита ксантории постенной хрома, титана, ванадия, мышьяка, меди.

Установлен следующий ряд поглощения ТМ ксанторией постенной – Pb>Ti>Cu>Cr>Fe>As>Ni>Mn>Zn>V>Sr>Co.

Анализ картографического материала валовой концентрации ТМ в слоевищах эпифитных лишайников гг. Брянска и Орла (Приложение 6, рис. 1-23) показал следующее. Изолинии выделяют зоны, различающиеся по концентрации ТМ в биоиндикаторах: низкого, среднего, высокого и очень высокого содержания ТМ. Наибольшие концентрации ТМ зарегистрированы в промышленных зонах и районах крупных автотрасс с большими дорожными развязками, а также в ряде селитебных районов. Также изолинии выделяют зоны движения воздушных масс от источников загрязнения и соответствуют розам ветров городов (Приложение 6, табл. 1).

Для эпифитных лишайников в малых городах и поселках городского типа Брянской области валовая концентрация ТМ показана в таблицах 1- Приложения 7 и распределилась следующим образом.

В пгт Суземка анализировались смешанные лишайниковые пробы из гипогимнии трубчатой, пармелии бороздчатой, ксантории постенной.

Среднее содержание стронция в пробах изменяется в пределах от 72, до 154,8 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 1 (ул. Вокзальная (север пгт)), наибольшее – в пробе № 7 (ул. Южная).

Валовое содержание свинца в пробах изменяется от 30,55 до 56, мг/кг. Наименьшее значение выявлено в пробах № 6 (район школы № 2 пгт Суземка), наибольшее – в пробе № 9 (пересечение улиц Брянская и Объездная (выезд из пгт Суземка)).

Валовая концентрация мышьяка в слоевищах колеблется от 1,27 до 1, мг/кг. Наименьшая концентрация выявлена в пробе № 6 (район школы № 2), наибольшая – в пробе № 2 (пересечение улиц Вокзальная и Ленина (центр пгт Суземка)).

Валовое содержание цинка в пробах изменяется от 76,5 до 477,0 мг/кг.

Наименьшее значение концентрации зарегистрировано в пробе № (Центральный парк), наибольшее – в пробе № 1 (ул. Вокзальная (север пгт Суземка)).

Валовое содержание меди в пробах изменяется от 32,35 до 44,2 мг/кг.

Наименьшая концентрация отмечена в пробе № 1 (ул. Вокзальная (север пгт Суземка)), наибольшая – в пробе № 7 (ул. Южная).

Валовая концентрация никеля в образцах колеблется от 19,1 до 23, мг/кг. Наименьшее содержание выявлено в пробе № 6 (район школы № 2).

Наибольшее – в пробе № 1 (ул. Вокзальная (север пгт Суземка)).

Содержание кобальта ниже предела определения прибора.

Валовая концентрация железа в пробах изменяется от 6828,5 до 19225, мг/кг. Наименьшая концентрация определена в пробе № 8 (Центральный парк), наибольшая – в пробе № 4 (Центральный парк).

Валовая концентрация марганца в пробах изменяется от 156,8 до 1532, 5 мг/кг. Наименьшее содержание зарегистрировано в пробе № 3 (ул.

Вокзальная (юг пгт Суземка)), наибольшее – в пробе № 4 (Центральный парк).

Валовое содержание хрома в пробах изменяется от 41,7 до 65,2 мг/кг.

Наименьшее значение выявлено в пробе № 1 (ул. Вокзальная (север пгт Суземка)), наибольшее – в пробе № 6 (район школы № 2).

Среднее валовое содержание ванадия в пробах зарегистрировано в значениях от 1,5 до 11,75 мг/кг. Наименьшая концентрация этого ТМ отмечена в пробе № 4 (Центральный парк), наибольшая – в пробе № 7 (ул.

Южная). Содержание титана ниже предела определения прибора.

В 6 пробах зарегистрировано превышение ОДК по свинцу, в пробе № – максимальное (превышение в 1,8 раза). Во всех пробах обнаружено превышение ОДК по цинку, в пробе № 1 превышение максимально в 8,7 раза.

В 8 пробах обнаружено превышение ОДК по меди, в пробе № 7 превышение максимально в 1,3 раза.

В 7 пробах выявлена высокая концентрация (выше ОДК) никеля, в пробе № 1 – максимальная (в 1,2 раза выше ОДК). Превышение ОДК по мышьяку, марганцу и ванадию не обнаружено ни в одной из проб слоевищ лишайников.

Валовое содержание ТМ в пгт Суземка меньше значений аналогичных ТМ в гг. Брянске и Орле. Наименьшая валовая концентрация у кобальта, он не обнаружен ни в одной из проб лишайников, наибольшая – железа.

В пгт Навля валовая концентрация ТМ распределилась в слоевищах лишайников-эпифитов следующим образом.

Среднее содержание стронция в пробах изменяется в пределах от 73, до 151,0 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 3 (сквер имени Комсомольцев-подпольщиков), наибольшее – в пробе № 8 (сквер им. П.И.

Деревянко).

Валовая концентрация свинца в пробах изменяется в пределах от 31, до 52,0 мг/кг. Наименьшее значение зарегистрировано в пробах № 7, 9, наибольшее – в пробе № 12 (ул. Розы Люксембург).

Валовая концентрация мышьяка в пробах изменяется в пределах от 1, до 3,35 мг/кг. Наименьшее значение выявлено в пробе № 12 (ул. Розы Люксембург), наибольшее – в пробе № 3 (сквер имени Комсомольцевподпольщиков).

Среднее содержание цинка в пробах изменяется в пределах от 105,4 до 430,8 мг/кг. Наименьшая концентрация отмечена в пробе № 2 (ул.

Промышленная (север пгт)), наибольшая – в пробе № 4 (ул. Чапаева (от ж/д км)).

Валовая концентрация меди в пробах изменяется в пределах от 21,0 до 47,0 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 11 (ул. Навлинская (частный сектор)), наибольшее – в пробе № 13 (ул. Советская).

Валовая концентрация никеля в пробах колеблется в пределах от 16, до 23,7 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 6 (район администрации Навлинского района), наибольшее – в пробе № 4 (ул. Чапаева (от ж/д 1 км)).

Содержание кобальта ниже предела определения прибора.

Валовая концентрация железа в пробах изменяется в пределах от до 15341 мг/кг. Наименьшая концентрация отмечена в пробе № 6 (район администрации Навлинского района), наибольшая – пробе № 4 (ул. Чапаева (от ж/д 1 км)).

Валовая концентрация марганца в пробах изменяется в пределах от 103,0 до 421,0 мг/кг. Наименьшее значение выявлено в пробе № 6 (район администрации Навлинского района), наибольшее – пробе № 12 (ул. Розы Люксембург).

Среднее валовое содержание хрома в пробах изменяется от 42,7 до 75, мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 3 (сквер имени Комсомольцев-подпольщиков), наибольшее – в пробе № 14 (ул. Ломоносова).

Валовая концентрация ванадия в пробах изменяется от 0 до 16,0 мг/кг.

Наименьшее значение зарегистрировано в пробах № 3, 4, наибольшее – в пробе № 8 (сквер им. П.И. Деревянко).

Среднее содержание титана в пробах изменяется в пределах от 0 до мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробах № 3, 4, 5, 6, 7, 9, 12, наибольшее – в пробе № 11 (ул. Навлинская (частный сектор)).

В 12 пробах зарегистрировано превышение ОДК по свинцу, в пробе № 12 – максимальное (превышение в 1,6 раза). В 6 пробах обнаружено превышение ОДК по мышьяку, в пробе № 3 превышение максимально в 1, раза. Во всех пробах обнаружено превышение ОДК по цинку, в пробе № превышение максимально в 7,8 раз. В 13 пробах обнаружено превышение ОДК по меди, в пробе № 13 максимальное превышение в 1,4 раза. В 7 пробах обнаружено превышение ОДК по никелю, в пробе № 1 максимальная (в 1, раза выше ОДК). Превышение ОДК по марганцу и ванадию не обнаружено ни в одной из проб слоевищ лишайников.

В малом городе Жуковка содержание ТМ в пробах лишайников следующее. Среднее содержание стронция в пробах изменяется в пределах от 59,35 до 179,0 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 4 (район дома-интерната), наибольшее – в пробе № 6 (ул. Дзержинского).

Валовая концентрация свинца в пробах изменяется в пределах от 29,45 до 192,9 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробах № 13 (ул.

Некрасова (юг города)), наибольшее – в пробе № 4 (район дома-интерната).

Среднее валовое содержание мышьяка в пробах изменяется в пределах от 1,34 до 3,52 мг/кг. Наименьшее значение выявлено в пробе № (ул. Некрасова (юг города)), наибольшее – в пробе № 4 (район домаинтерната).

Валовое содержание цинка в пробах колеблется в пределах от 108 до 151,8 мг/кг. Наименьшее значение зарегистрировано в пробе № (пересечение улиц Калинина и Краснофлотская), наибольшее – в пробе № (ул. Некрасова (юг города)).

Валовое содержание меди в пробах изменяется в пределах от 34,7 до 57,0 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 5 (район лагеря «Деснянка»), наибольшее – в пробе № 10 (ул. Учительская (восток города)).

Среднее содержание никеля в пробах изменяется в пределах от 17, до 31,0 мг/кг. Наименьшее значение выявлено в пробе № 2 (ул. Осенняя), наибольшее – в пробе № 10 (ул. Учительская (восток города)).

Содержание кобальта ниже предела определения прибора.

Валовое содержание железа в пробах изменяется в пределах от 4651, до 20063,0 мг/кг. Наименьшая концентрация отмечена в пробе № 5 (район лагеря «Деснянка»), наибольшая – в пробе № 3 (район санатория «Жуковский»).

Валовое содержание марганца в пробах изменяется в пределах от 157,1 до 1830,1 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 5 (район лагеря «Деснянка»), наибольшее – в пробе № 3 (район санатория «Жуковский»).

Среднее валовое содержание хрома в пробах изменяется в пределах от 38,5 до 68,0 мг/кг. Наименьшее значение зарегистрировано в пробе № (район санатория «Жуковский»), наибольшее – в пробе № 10 (ул.

Учительская (восток города)).

Среднее валовое содержание ванадия в пробах изменяется в пределах от 0 до 13,0 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробах № 2, 5, наибольшее – в пробе № 6 (ул. Дзержинского).

Валовое содержание титана в пробах изменяется в пределах от 0 до 598,35 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробах № 3, 5, 7, 9, 11, 12, 13, наибольшее – в пробе № 1 (район АЗС). В 10 пробах обнаружено превышение ОДК по свинцу, в пробе № 4 максимальное (превышение в 6 раз). В 7 пробах выявлена высокая концентрация (выше ОДК) мышьяка, в пробе № максимальная (в 1,8 раза выше ОДК). Во всех пробах обнаружено превышение ОДК по цинку, в пробе № 13 превышение максимально в 2,8 раз.

Во всех пробах обнаружено превышение ОДК по меди, в пробе № превышение максимально в 1,7 раза. В 7 пробах обнаружено превышение ОДК по никелю, в пробе № 10 превышение максимально в 1,6 раза.

Превышение ОДК по марганцу и ванадию не обнаружено ни в одной из проб слоевищ лишайников.

В г. Дятьково выявлены следующие значения валовой концентрации ТМ в слоевищах эпифитных лишайников.

Среднее содержание стронция в пробах изменяется в пределах от 77, до 169,8 мг/кг. Наименьшее значение отмечено в пробе № 1 (проспект Доброславина (район ООО «ДХЗ»)), наибольшее – в пробе № 8 (район школы № 2).

Валовое содержание свинца в пробах изменяется в пределах от 91,9 до 317,15 мг/кг. Наименьшая концентрация зарегистрирована в пробах № 3 (ул.

Калинина (частный сектор)), наибольшая – в пробе № 1 (проспект Доброславина (район ООО «ДХЗ»)).

Валовая концентрация мышьяка в пробах изменяется в пределах от 2, до 5,15 мг/кг. Наименьшее значение выявлено в пробе № 3 (ул. Калинина (частный сектор)), наибольшее – в пробе № 1 (проспект Доброславина (район ООО «ДХЗ»)).

Среднее валовое содержание цинка в пробах изменяется в пределах от 32,95 до 417,9 мг/кг. Наименьшее значение зарегистрировано в пробе № (парк Мальцова), наибольшее – в пробе № 1 (проспект Доброславина (район ООО «ДХЗ»)).