Особенности биоразнообразия эпифитного покрова и элементного состава древесного субстрата и мхов в условиях различного уровня загрязнения (г. Красноярск, северо-западные отроги Восточного Саяна)

Отнюкова Т.Н.; Дутбаева А.Т.; Жижаев А.М.; Otnyukova T.N.; Dutbaeva A.T.; Zhizhaev A.M.

Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Ботаника \ Систематика растений

Особенности биоразнообразия эпифитного покрова и элементного состава древесного субстрата и мхов в условиях различного уровня загрязнения (г. Красноярск, северо-западные отроги Восточного Саяна)

Автор: Отнюкова Т.Н., Дутбаева А.Т., Жижаев А.М.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Рубрика: Экология

Статья в выпуске: 3, 2012 года.

Бесплатный доступ

Изучен видовой состав эпифитного покрова деревьев, выявлены особенности биоразнообразия мхов, обоснована и оценена возможность использования бpиоиндикации в оценке загрязнения территорий. Исследованиями установлено, что видовое разнообразие мхов на березе в лесопарковой зоне г. Красноярска (48 видов) выше по сравнению с территорией ГПЗ «Столбы» (21 вид), что связано с более высокими концентрациями элементов (64) в пылевых накоплениях древесного субстрата в городе.

Биоразнообразие, эпифитные мхи, береза, элементный состав, атмосферное загрязнение, бриоиндикация

Короткий адрес: https://sciup.org/14082292

IDR: 14082292 | УДК: 582:

Biodiversity peculiarities of the epiphytic cover and element structure of wood substratum and mosses in the conditions of various pollution level (Krasnoyarsk city, East Sayan northwest spurs)

Tree epiphytic cover specific structure is studied, moss biodiversity peculiarities are revealed and possibility of brioindication use in the territory pollution estimation is proved and estimated. It is determined on the basis of the research that moss biodiversity on the birch in the Krasnoyarsk city park belt (48 species) is higher in comparison with the SPR “Stolby” territory (21 species) that is connected with higher element concentrations (64) in the wood substratum dust accumulation in the city.

Текст научной статьи Особенности биоразнообразия эпифитного покрова и элементного состава древесного субстрата и мхов в условиях различного уровня загрязнения (г. Красноярск, северо-западные отроги Восточного Саяна)

Цель работы – изучить видовой состав эпифитного покрова деревьев, выявить особенности биораз-ноообразия мхов, изучить элементный состав пылевых накоплений коры и индикаторных видов мхов, обосновать и оценить возможность использования бриондикации в оценке загрязнения территорий.

Методика . Исследования проводились в лесопарковой зоне города Красноярска (Академгородок) и на территории Государственного природного заповедника «Столбы», в туристко-экскурсионной зоне (ТЭР) в 2010 году. Изучен видовой состав эпифитного мохового покрова стволов березы от основания до высоты 2 м от поверхности земли. Для элементного анализа отобраны доминантные виды эпифитных мхов с различной формы роста: Pylaisia polyantha – с плагиотропной формой роста, Othotrichum speciosum – с ортотропной формой роста. Образцы мхов отобраны на стволе березы на высоте 1,5–2,0 м от поверхности земли вместе с пылевыми отложениями под дерновинками мхов. Методика элементного анализа изложена в работе [1].

Обработка полученных результатов проведена методом статистического анализа с использованием программы Excel Microsoft.

Результаты. Эпифитный покров коры березы богат и разнообразен в лесопарковой зоне города (48 видов мхов) и беднее на территории ТЭР (21 вид) (табл. 1). Покрытие стволов березы мхами также значительно ниже на территории заповедника по сравнению с лесопарковой зоной города. Разнообразие мхов в городе увеличивается за счет видов различной экологии по отношению к факторам среды (например, троф-ность, увлажненность, освещенность, реакция среды субстрата и т.д.). Все виды поселяются на пылевых отложениях неровной поверхности коры березы. Количество видов на каждом стволе березы в Академгородке достигает 15–25, на территории ТЭР 3–15. Практически на каждом стволе дерева доминируют P. pol-yahtha и O. speciosum. Под дерновинками мхов толщина минерализованных и гумусированных накоплений на коре березы в городской среде достигает нескольких миллиметров (до 1 см и более в глубоких трещинах коры), в то время как на территории ТЭР слой пылевых накоплений более тонкий.

Концентрация большинства элементов пылевых накоплений на коре березы в лесопарковой зоне города (Академгородок) выше по сравнению с территорией заповедника “Столбы” (ТЭР) (табл. 2), достоверность различий между обеими территориями незначима. Наибольшие различия в накоплении элементов отмечены между корой и мхами (рис.). Наиболее высокие концентрации элементов накапливает кора, затем мхи с плагиотропным ( Pylaisia ) и мхи с ортотропным ( Orthotrichum ) ростом. Наблюдаются следующие ряды накопления элементов: 1) запыленная кора > Pylaisia > Orthotrichum : Li, Na, Al, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Ge, Rb, Y, Zr, Nb, In, Cs, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th; 2) Pylaisia > кора > Orthotrichum : Cl, Ni, Ga, Sr, Mo, Pd, Sb, I, Ba, W, Hg, Pb; 3) Orthotrichum > Pylaisia > кора: B, K, Ca, Zn, Cd, Au. Кроме того, концентрации ряда элементов (Mg, Si, S, Co, As, Ag и др.) в запыленной коре березы и в дерновинках Pylaisia практически равны.

Список видов мхов, произрастающих на березе (г. Красноярск, Академгородок)

Таблица 1

Вид мха	Обозначение	Вид мха	Обозначение
Abietinella abietina (Hedw.) Fleisch.	(s)	Oncophorus wahlenbergii Brid.	s
Amblystegium serpens (Hedw.) B.S.G.	s	Orthotrichum anomalum Hedw.	s
Anomodon viticulosus (Hedw.) Hook		O. obtusifolium Brid.	v,(s)
Brachythecium rotaeanum DeNot	(s)	O. speciosum Nees in Sturm	s
B. rutabulum (Hedw.) B.S.G.	(s)	Paraleucobryum longifolium (Hedw.) Loeske	(s)
B. salebrosum (Web.et Mohr) B.S.G.	s	Plagiomnium confertidens (Lindb.) T.Kop.
Bryum argenteum Hedw.	s	P. cuspidatum (Hedw.) N.Kop.	s
B. moravicum Podp.	v	P. ellipticum (Brid.) N. Kop.	s
Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid.	s	Platigyrium repens (Brid.) B.S.G.	v,(s)
Dicranum montanum Hedw.	v, (s)	Pohlia nutans (Hedw.) Lindb.	s
Didymodon hedysariformis Otnyukova	v	Porella platyphylla (L.) Pfeiff.	v
D. rigidulus Hedw.	v	Pseudoleskeella tectorum (Funk) Kindb.	s
Entodon schleicheri (Schimp.) Demet.	(s)	Ptilidium pulcherrimum (L.) Hampe
Eurchynchium pulchellum (Hedw.) Jenn.	(s)	Pylaisia polyantha (Hedw.) B.S.G.	s
Frullania bolanderi Aust.	v	P. selwynii Kindb.	s
Grimmia longirostris Hook.	(s)	Radula complanata (L.) Dum.	(s)
Haplocladium microphyllum (Hedw.) Broth.	(s)	Rhytidiadelphus subpinnatus (Lindb.) T.Kop.	s
Hedwigia ciliata (Hedw.) P.Beauv.	s	Sanionia uncinata (Hedw.) Loeske	s
Homalia trichomanoides (Hedw.) B.S.G.	s	Schistidium pulchrum Bloom	s
Leskea polycarpa Hedw.	s	Stereodon vaucheri (Lesq.)Lindb.	s
Leucodon sciuroides (Hedw.) Schwaegr.	(s)	Syntrichia pagorum (Milde) Amann	v
Lophocolea minor (Raddi) Nees	v	S. sinensis (C.Muel.) Ochyra	s
Myrinia pulvinata (Wahlenb.) Schimp.	s	Tortula mucronifolia Schwaegr	s
Neckera pennata Hedw.	s	Zygodon sibiricus Ignatov, Ignatova, Iwats.	v

Примечание. Латинскими буквами обозначено: v – вегетативные органы размножения (специализированные почки, ломкие верхушки листьев, ломкие веточки); s – спорофиты часто; (s) – спорофиты редко.

Mg Al Si K Ca

1,8

0,3

5 11,,46 Я П 1 0,25

Q ₀ 1 ¹ , ^, ₈₁ 2 ⁴ Lm h I 0,15 J J Л L J

I ₀ 0 ⁰ , ^, ₄ 6⁸ ] I H F n И ^, 0,1 I Гк rl L FL

I , ₀ Ш1 MIxJlJxLIl i 0

H 0,8

Ф 0,6

J 0,4

о 0,2

Co As Y Zr Nd

Mo Pd Cd Sn Sb

Концентрации элементов в эпифитных мхах и пылевых накоплениях коры березы в лесопарковой зоне города Красноярска (Академгородок): кора – запыленная кора березы; Pylaisia – Pylaisia polyantha (мох с плагиотропной, прилегающей к субстрату, формой роста); Orthotrichum – Orthotrichum speciosum (мох с ортотропной, отстоящей от субстрата, формой роста)

Обсуждение . Из анализа публикаций [2, 3] следует, что кора березы в природных условиях очень бедна эпифитами. Настоящие исследования показывают, что максимум видового разнообразия и проективного покрытия эпифитного мохового покрова на березе наблюдается в березовой роще на городской окраине (Академгородок), которую можно отнести к буферной или переходной зоне между сильно загрязненным центром города и условно чистой территорией заповедника. В этой буферной зоне с относительно невысоким уровнем загрязнения биоразнообразие эпифитного покрова слагается из тех видов многолетних мхов, которые обладают способностью к массовому размножению (вегетативное и споровое) (см. табл. 1). Кроме того, многие виды отличаются высокой приспособленностью к условиям природной окружающей среды, так как являются либо космополитами с широкой экологической амплитудой, либо имеют дизъюнктивный ареал. Указанные особенности, вероятно, позволяют видам быть толерантными также и к условиям антропогенного происхождения.

Концентрации большинства элементов запыленной коры и мхов (табл. 2, рис.) входят в диапазон, обусловленный загрязнением, однако на его нижнем пределе [4]. Выявленные концентрации, вероятно, не оказывают существенного токсического эффекта на мхи, скорее всего, наоборот, кора деревьев, обогащенная многими элементами, выпадающими из атмосферы, способствует поселению различных видов мхов.

Таблица 2

Концентрации элементов пылевых накоплений на коре березы на территории г. Красноярска (Академгородок) и Государственного природного заповедника «Столбы» (туристко-экскурсионный район)

Элемент	Академгородок	ТЭР	Элемент	Академгородок	ТЭР
Li	1,06±0,988	0,224±0,126	Mo	0,173±0,153	0,060±0,056
Be	0,093±0,093	0,020±0,020	Pd	0,142±0,052	0,128±0,128
B	1,75±0,01	2,03±1,44	Ag	0,076±0,012	0,019±0,019
Na	35,0±25,2	26,5±26,5	Cd	0,096±0,051	0,076±0,076
Mg	748±505	281±164	Sn	0,268±0,134	0,082±0,036
Al	2006±175	728±251	Sb	0,139±0,067	0,060±0,038
Si	1609±56,0	949±410	I	1,41±0,246	0,933±0,356
P	264±77,3	Следы	Cs	0,384±0,272	0,097±0,097
S	829±13,8	472±375	Ba	44,6±31,4	19,1±10,7
Cl	164±96,1	753±695	La	1,95±1,44	0,479±0,256
K	840±63,4	507±328	Ce	3,77±2,83	0,834±0,480
Ca	1593±349	1536±1039	Pr	0,433±0,325	0,091±0,052
Sc	1,37±0,76	0,493±0,227	Nd	1,59±1,210	0,291±0,291
Ti	176±139	25,5±10,9	Sm	0,259±0,259	0,060±0,060
V	8,41±6,57	1,73±0,838	Eu	0,080±0,054	0,026±0,026
Cr	7,09±4,34	0,971±0,971	Gd	0,256±0,185	0,069±0,069
Mn	83,4±65,50	16,2±8,52	Tb	0,035±0,028	Следы
Fe	2629±1928	843±489	Dy	0,223±0,158	0,039±0,039
Co	1,64±1,31	0,455±0,33	Ho	0,036±0,029	Следы
Ni	5,30±3,93	1,06±1,06	Er	0,117±0,085	0,021±0,021
Cu	11,9±0,957	6,08±3,70	Tm	0,012±0,007	Следы
Zn	24,8±14,6	20,3±10,6	Yb	0,091±0,055	0,023±0,023
Ga	4,38±3,02	1,90±1,06	Lu	0,011±0,005	Следы
Ge	1,21±1,050	0,349±0,215	Hf	0,031±0,015	Следы
As	1,08±0,740	0,395±0,335	W	0,176±0,136	0,082±0,063
Br	4,95±3,28	17,1±16,30	Au	Следы	0,036±0,013
Se	0,100±0,100	0,457±0,072	Hg	0,028±0,028	0,037±0,037
Rb	4,03±2,120	0,914±0,541	Tl	0,048±0,029	0,016±0,016
Sr	31,7±18,1	19,6±11,7	Pb	9,59±3,40	5,79±3,43
Y	1,04±0,732	0,267±0,152	Bi	0,060±0,046	0,035±0,025
Zr	1,18±0,726	0,374±0,159	Th	0,436±0,341	0,080±0,042
Nb	0,211±0,163	0,051±0,026	U	0,137±0,116	0,031±0,031

Таблица 3

Коэффициенты корреляции между элементами, преобладающими в пылевых накоплениях на коре березы (территория г. Красноярска, Академгородок)

Элемент	Li	Na	Al	V	Cr	Mn	Fe	Ge	Rb
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Y	0,98***	0,85*	0,98***	0,99***	0,95**	0,98***	0,99***	0,97***	0,94**
Zr	0,97***	0,88*	0,98***	0,98***	0,98***	0,94**	0,95**	0,96**	0,97***
Nb	0,98***	0,88*	0,98***	0,98***	0,95**	0,96**	0,94**	0,98***	0,93**
In	0,81*	-	0,83*	0,81*	0,89*	-	-	0,85*	0,87*
Cs	0,99***	0,83*	0,99***	0,99***	0,99***	0,93**	0,96**	0,96**	0,99***

Окончание табл 3

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
La	0,97***	0,86**	0,98***	0,98***	0,96**	0,97***	0,98***	0,97***	0,95**
Ce	0,98***	0,86*	0,99***	0,99***	0,97***	0,97***	0,98***	0,97***	0,96**
Pr	0,99***	0,85*	0,99***	0,99***	0,98***	0,96**	0,98***	0,97***	0,97***
Nd	0,98***	0,84*	0,98***	0,99***	0,96**	0,97**	0,99***	0,96**	0,96**
Sm	0,97***		0,98***	0,98***	0,96**	0,96**	0,99***	0,96**	0,96**
Eu	0,98***	0,85*	0,98***	0,99***	0,96**	0,98**	0,99***	0,97***	0,95**
Gd	0,96**	0,88*	0,97***	0,97***	0,93**	0,98**	0,98***	0,94**	0,93*
Tb	0,98***	-	0,98***	0,99***	0,95**	0,97***	0,98***	0,97***	0,94**
Dy	0,98***	0,86*	0,99***	0,99***	0,97***	0,97***	0,98***	0,97***	0,97***
Ho	0,96**	0,89*	0,97***	0,97***	0,94**	0,99***	0,96**	0,97***	0,92**
Er	0,98***	0,88*	0,99***	0,98***	0,98***	0,96**	0,96**	0,98***	0,96**
Tm	0,98***	0,89*	0,98***	0,98***	0,95**	0,96**	0,94**	0,96**	0,94**
Yb	0,84*	-	0,81*	0,84*	-	-	0,88*	-	0,82*
Lu	0,85*	0,95**	0,87*	0,86*	0,88*	0,83*	0,84*	0,81*	0,88*
Hf	0,91**	-	0,89*	0,90*	0,91**	-	0,86*	0,86*	0,92**
Th	0,99***	0,84*	0,99***	0,99***	0,97***	0,96**	0,97***	0,89*	0,90*

* P < 0,05; ** P < 0,01; *** P < 0,001.

Элементы, которые преобладают в пылевых накоплениях коры (см. табл. 2, рис.), в основном относятся к группе редких и редкоземельных, все они коррелируют с элементами (см. табл. 3), содержащимися в промышленных выбросах и переносимой ветром почве. Корреляция показывает, что отсутствует индивидуальная миграция элементов, их распределение обусловлено коллективным переносом с пылью. Согласно докладам о состоянии окружающей среды [5], загрязнение г. Красноярска пылью очень высокое.

Интересные особенности выявляются при анализе элементного состава мхов. Элементы, концентрации которых максимальны в Pylaisia (см. табл. 2), коррелируют между собой (табл. 4); так же, как и элементы с максимальным содержанием в Othotrichum : B–Cd ( r = 0,94 при P < 0,01), B–Ca ( r = 0,91, P < 0,01), Ca–Cd ( r = 0,89, P < 0,05), Ca–Zn ( r = 0,91, P < 0,01).

Таблица 4

Коэффициенты корреляции между элементами, преобладающими в Pylasia polyantha (территория г. Красноярска, Академгородок)

Элемент	Ni	Ga	Sr	Pd	Sb	Ba	W	Pb
Ni	-	0,91*	-	-	-	-	0,95**	0,91**
Sr	0,90*	0,92**	-	0,95**	-	-	-	0,90*
Mo	0,90*	0,95**	0,94**	0,82*	0,90*	0,92**	0,95**	0,88*
Sb	0,88*	0,82*	-	0,96**	-	0,84*	0,95**	0,93**
Ba	0,90*	0,98***	0,92**	0,82*	-	-	0,86*	-
W	-	0,88*	-	0,89*	-	-	-	0,96**
Pb	-	-	-	0,85*	-	-	-	-

Примечание. см. табл. 3.

Таким образом, особенности разнообразия мхов и элементный состав биондикаторов (кора, мхи) свидетельствуют о химическом загрязнении территории, и бриоиндикация может быть использована для наблюдения за состоянием окружающей среды.