Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Биологические науки в целом

Оценка нарушенности мохово-лишайникового яруса болот криолитозоны в зависимости от антропогенной нагрузки

Оценка нарушенности мохово-лишайникового яруса болот криолитозоны в зависимости от антропогенной нагрузки

Автор: Карпенко Л.В.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Рубрика: Биологические науки

Статья в выпуске: 9, 2016 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты экспертного исследования современного состояния мохово-лишайникового покрова болот северной тайги и лесотундры, находящихся в зоне аэротехно-генных выбросов предприятий Норильского промышленного района (НПР). Впервые приве-ден видовой состав, проективное покрытие и высота мохово-лишайникового яруса болот фоновых, слабо- и сильно загрязненных тер-риторий. Установлено, что на болотах, зна-чительно удаленных от НПР, экологическое состояние этого яруса соответствует зо-нальному. Об этом свидетельствует бога-тый видовой состав и полное проективное покрытие мхами гряд и мочажин болот, оби-лие кустистых и листоватых лишайников. На болотах, расположенных в зоне факела выбро-сов, отчетливо проявляется дигрессия мхов и лишайников. На положительных формах мик-рорельефа - грядах и мерзлых буграх, произо-шло их полное выпадение. В сухих и умеренно влажных мочажинах наблюдается снижение видового разнообразия и общего проективного покрытия мхов, значительное уменьшение их высоты. Проанализировано валовое содержа-ние меди, никеля, кобальта, свинца и серы во мхах и лишайниках болот района исследова-ний. Установлено, что по мере приближения ключевых участков к источнику выбросов кон-центрация тяжелых металлов во мхах и ли-шайниках увеличивается по сравнению с фо-ном в десятки и сотни раз. Выявлено, что морфологические деструкции мохово-лишайникового яруса на болотах, находящихся в эпицентре выбросов, хорошо согласуются с данными по содержанию поллютантов во мхах и лишайниках. А содержание валовой серы во мхах и лишайниках исследованных болот силь-но варьирует и не зависит от их удаленности от НПР.

Еще

Ключевой участок, боло-та, видовой состав мхов и лишайников, кон-центрация элементов-загрязнителей, де-струкция мохово-лишайникового яруса

Короткий адрес: https://sciup.org/14084807

IDR: 14084807   |   УДК: 571.511

The assessment of disturbance in moss-lichen layer of cryolitezone fens depending on anthropogenic stress

The results of an expert study of the present status in the moss- lichen cover of the northern tai-ga and forest-tundra fens in the zone of anthropo-genic emissions from factories of Norilsk industrial region (NIR) are given in this paper. Species com-position, projective cover degree and the height of the moss-lichen layer in fens of the background, weak- and heavily polluted areas are presented for the first time. It was found that on the fens, greatly remote from NIR, ecological state of the layer cor-responds to the zonal one. Rich species composi-tion and total projective covering of the ridges and pools by mosses, also a plenty of fruticose and foli-ose lichens show it. Digression of mosses and li-chens is clearly observed on fens in the zone of emission plumes. Their complete extinction took place on positive micro- relief forms, i.e. on the ridges and frozen mounds. The decrease of spe-cies diversity and of total projective moss cover degree, also their height lessening was observed in dry and moderately wet pools. The total copper, nickel, cobalt, lead, sulphur in mosses and lichens of fens in the region of the study was thoroughly analyzed. It was established that as the key plots were located nearer to the emission source, heavy metal concentration increased in mosses and li-chens tens and hundreds times as compared to the background. It was revealed that morphological destructions of the moss and lichen layer on fens in the emission epicenter coincide well with the data on pollutant amount in mosses and lichens. And the total sulphur amount in mosses and lichens in studied fens greatly varies and does not depend on their distance from NIR.

Еще

Текст научной статьи Оценка нарушенности мохово-лишайникового яруса болот криолитозоны в зависимости от антропогенной нагрузки

Введение. Мохово-лишайниковый напочвенный покров лесных и болотных экосистем северной тайги и лесотундры является своеобразным экраном, который эффективно поглощает и удерживает поллютанты, поступающие из атмосферы [1, 2]. Поэтому в районах, находящихся в зоне влияния воздушно-пылевых выбросов металлургических заводов, именно мхи и лишайники из-за своей чувствительности к загрязнению исчезают первыми. Внешними признаками деградации мохово-лишайникового яруса при увеличении антропогенной нагрузки является снижение его проективного покрытия, резкое уменьшение видового разнообразия, морфологическая деструкция мхов и лишайников и их выпадение из экосистем болот [3, 4].

Цель исследования : экспертное исследование современного состояния лишайникового покрова болот северной тайги и лесотундры, находящихся в зоне аэротехногенных выбросов предприятий Норильского промышленного района.

Задачи исследования : дать характеристику современного состояния и видовой структуры мохово-лишайникового покрова болот, находящихся в зоне факела выбросов предприятий Норильского промышленного района (НПР); 2) оценить валовое содержания меди, никеля, кобальта, свинца и серы во мхах и лишайниках; 3) проанализировать основные тенденции дигрессии мохово-лишайникового яруса болот в ответ на усиление антропогенного воздействия.

Объекты и методы исследования. Ключевые участки (кл. уч.) расположены на расстоянии от 31 до 246 км от НПР в южном, юго-восточном и юго-западном направлениях в пределах координат 67о2269–׳о07׳ с.ш, 86о4788–׳о49 ׳в.д. Наиболее удаленными кл. уч. являются «Черная» (226 км на юго-запад) и «Горбиачин» (246 км на юг). Они являются фоновыми. Кл. уч. «Тукаланда» расположен в районе Хантайского водохранилища (142 км на юг), кл. уч. «Кета-Ирбо» – в западных отрогах плато Путорана (80 км на восток). Оба этих участка находятся в зоне слабой нарушен-ности. Кл. уч. «Рыбная» расположен в центральной части Норильской котловины (31 км на юг) и испытывает максимальную антропогенную нагрузку.

Методика отбора образцов мхов и лишайников для индикации описаны ранее [5]. В качестве биоиндикаторов служили зеленые мхи: виды родов Drepanocladus, Dicranum, Polytrichum, Aulacomnium и др., сфагновые мхи: Sphagnum fuscum (Schmp.) Klinggr ., S. rubellum Wils. , S. warnstorfii Russ., S. angustifolium (Russ.) C. Jens. и кустистые лишайники – виды родов Cladina, Cladonia и Cetraria. Для идентификации сфагновых и зеленых мхов применялись определители лишайников [6–8]. Концентрацию валовых форм основных загрязняющих веществ – Cu, Ni, Co, Pb и S определяли методом атомноабсорбционной спектрометрии. При сравнительной оценке содержания тяжелых металлов и серы во мхах и лишайниках болот ключевых участков фоном являлся кл. уч. «Черная».

Результаты исследования и их обсуждение. Полевыми исследованиями установлено, что экологическое состояние мохово-лишайникового яруса болот кл. уч. «Черная» и «Гор-биачин», находящихся на значительном удалении от НПР, вполне соответствует зональному (табл.). Как из нее следует, проективное покрытие гряд сфагновыми и зелеными мхами составляет 90–100 % с доминированием Sphagnum fuscum, а мочажин – 100 % с преобладанием Drepanocladus aduncus (Hedw.) Warnst. Обилие кустистых и листоватых видов лишайников на болотах (до 30 % общего покрытия) свидетельствует о благоприятной экологической обстановке на этой территории. На болотах кл. уч. «Тукаланда», несмотря на визуально заметные повреждения кустарничкового яруса (об этом свидетельствует неестественный красно-бурый и фиолетовый цвет листьев болотных кустарничков, сухость и ломкость их краев), в моховолишайниковом ярусе не произошло снижения видового состава и проективного покрытия. А вот в моховом ярусе болот кл. уч. «Кета-Ирбо» отмечается небольшое уменьшение видовой насыщенности (15 видов мхов на грядах и мочажинах), а лишайниковый ярус почти не выражен – нами встречено только 3 вида лишайни- ков, у которых проективное покрытие фиксируется в виде вкраплений.

На болотах кл. уч. «Рыбная», как отмечалось ранее [9] и следует из таблицы, отчетливо проявляются признаки дигрессии мохового яруса. Так, из структуры растительного покрова на торфяных грядах и буграх произошло полное выпадение сфагновых и гипновых мхов, а также лишайников. В мочажинах с проточным типом питания рыхлый моховый ковер, имеющий характер сплавин, представлен только 9 видами з е л е н ы х мхов, имеет 60 % общего проективного покрытия, а его наземная высота уменьшилась в 2 раза по сравнению с описанными выше болотами. Мхи, произрастающие в сухих (с деградированным торфом) и умеренно влажных мочажинах, также находятся в угнетенном состоянии.

Рассмотрим далее содержание тяжелых металлов в растительных образцах мхов и лишайников фоновых и загрязненных участков (рис. 1). Анализ концентраций элементов в растениях показал значительное их возрастание по мере приближения ключевых участков к НПР. Например, превышение концентраций над фоном по Cu в сфагновых мхах кл. уч. «Горбиачин» минимально – 1,4 раза. На кл. уч. «Тукаланда» оно составляло уже 2,5 раз, на кл. уч. «Кета-Ирбо» – 3,4 раза, на кл. уч. «Рыбная» – 78,2 раза. А превышение концентраций над фоном всех исследованных элементов во мхах кл. уч. «Рыбная» – значительно (рис 1, Г). Так, в сфагновых мхах превышение по Cu – 78; по Ni – 460; по Co – 213; по Pb – 9 раз. В зеленых мхах эти превышения равны: по Cu – 49; по Ni –129; по Co – 29 и по Pb – почти в 2 раза.

Проанализируем содержание валовой серы во мхах и лишайниках болот ключевых участков (рис. 2). По литературным данным [10, 11], протяженность ореола рассеяния серы в зоне выбросов предприятий цветной металлургии достигает 160 км и более. Как следует из рисунка 2, количество серы во мхах и лишайниках болот сильно варьирует независимо от удаленности от НПР и достигает высоких концентраций как в фоновых, так и в сильно загрязненных кл. уч. Так, на болотах кл. уч. «Горбиачин», значительно удаленном от источника загрязнений, концентрация серы в зеленых мхах (5540 мг/кг) превышает фоновое значение в 3 раза, а в лишайниках (1270 мг/кг) – в 2 раза.

Видовой состав, высота, см, и проективное покрытие, %, мохово-лишайникового яруса гидроморфных комплексов ключевых участков

Ключевой участок

Вид растения

Черная

Горбиачин

Тукаланда

Кета-Ирбо

Рыбная

Высота

Покрытие

Высота

Покрытие

Высота

Покрытие

Высота

Покрытие

Высота

Покрытие

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Мхи на грядах

Aulacomium palustre

5–10

5

–

–

5–10

5

10

5

Мхи отсутствуют

Hylocomium splendens

–

–

–

–

5–10

Вкрапл.

–

5

Hylocomium proliferum

–

–

3–5

10

–

–

–

–

Hypnum lindbergii

–

–

–

–

–

–

10

5

Pleurozium schreberi

8–10

Вкрапл.

8–10

5

5–8

5

–

–

–

–

Polytrichum strictum

–

–

3–5

10

3–5

5

–

5

–

–

Polytrichum commmune

–

Вкрапл.

–

Вкрапл.

–

–

–

–

–

–

Ptilidium ciliare

–

Вкрапл.

–

–

–

–

–

–

–

–

Tomenhypnum nitens

10

Вкрапл.

10

5

10

Вкрапл.

5–8

Вкрапл.

–

–

Sphagnum angustifolium

–

–

8–10

5

5–10

5

–

–

–

–

Sphagnum fuscum

10–15

90

15–20

50

10–15

50

10–15

60

–

–

Sphagnum rubellum

8–10

5

8–10

10

10–15

20

–

–

–

–

Sphagnum russowii

–

–

–

–

8–10

5

–

–

–

–

Sphagnum warnstorfii

–

–

–

–

8–10

5

10–15

20

–

–

Мхи в мочажинах и микрозападинах

Aulacomium palustre

–

–

–

–

2–3

10

10

20

5

5

Aulacomium turgidum

–

–

–

–

5–8

5

–

–

5

5

Calliergon cordifolium

–

–

10

20

–

–

10

20

–

–

Calliergon sarmentosum

–

–

–

–

5

10

5

10

–

–

Calliergon stramineum

–

–

–

–

–

–

–

–

3

Вкрапл.

Calliergon trifarium

–

–

Вкрапл.

10

–

–

–

–

–

–

Dicranum congestum

–

–

–

–

5–10

Вкрапл.

5

Вкрапл.

–

–

Вестник КрасГАУ. 2016. №9

Продолжение табл .

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Drepanocladus aduncus

10

30

15

Вкрапл.

5–10

10

–

–

5

30

Dicranum elongatum

–

–

10

10

10

20

–

–

–

–

Drepanocladus fluitans

–

–

10

10

7–10

10

–

–

5

10

Drepanocladus lycopodioides

10

20

–

–

7–10

15

–

–

–

–

Drepanocladus revolvens

–

–

–

–

–

–

10-15

20

–

–

Drepanocladus vernicosus

–

–

10

Вкрапл.

7–10

5

5

Вкрапл.

5

10

Hypnum lindbergii

–

–

10

20

–

–

Meesia triquetra

–

–

10

10

5–10

5

–

–

3-5

Вкрапл.

Meesia uliginosa

–

–

–

–

–

–

–

–

5-8

Вкрапл.

Mnium affine

8-10

20

5

Вкрапл.

10

Вкрапл.

–

–

–

–

Paludella squarrosa

–

–

–

–

–

–

5

5

–

–

Scorpidium scorpioides

10

10

5

Вкрапл.

8–10

Вкрапл.

–

–

–

–

Tomenhypnum nitens

–

–

–

–

–

–

8-10

5

5

Вкрапл.

Sphagnum obtusum

–

–

–

–

10–15

Вкрапл

–

–

–

–

Sphagnum riparium

–

–

5

10

–

–

–

–

–

–

Sphagnum rubellum

15

Вкрапл.

–

–

5–10

5

–

–

–

–

Sphagnum platyphyllum

–

–

10

10

–

–

–

–

–

–

Sphagnum squarrosum

–

–

–

–

10–15

5

–

–

–

–

Sphagnum teres

–

–

5

20

10–15

Вкрапл.

–

–

–

–

Sphagnum warnstorfii

–

–

–

–

–

–

5-10

Вкрапл.

–

–

Sphagnum acutifolium

10

Вкрапл.

5

Вкрапл.

10

Вкрапл.

–

–

–

–

Лишайники на грядах и мерзлых минеральных буграх

Cetraria cucullata

3

Вкрапл.

2-3

10

3–5

5

Лишайники отсутствуют

Cetraria islandica

5

10-15

3-5

Вкрапл.

3–5

15

5

Вкрапл.

Cladina arbuscula

–

–

2-3

10

3–5

5

–

–

–

–

Cladonia amaurocraea

5

5

2-3

Вкрапл.

3–5

5

–

–

–

–

Cladonia cenotea

–

–

–

–

3–5

5

–

–

–

–

Cladonia cornuta

–

–

2-3

Вкрапл.

3–5

5

–

–

–

–

Cladonia chlorophaea

–

–

2-3

Вкрапл.

2–3

Вкрапл.

–

–

–

–

Биологические науки

Окончание табл .

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Cladonia crispata

–

–

2–3

Вкрапл.

3–5

Вкрапл.

–

–

–

–

Cladonia gonecha

2–3

Вкрапл.

–

–

–

–

–

–

Cladonia mitis

–

–

1–2

Вкрапл.

–

–

–

–

Cladonia stellaris

5

10-15

2–3

5

5–7

5

5

Вкрапл.

–

–

Cladonia stygea

–

–

2–3

Вкрапл.

3–5

5

–

–

–

–

Cladonia sulphurina

–

–

2–3

Вкрапл.

3–5

5

–

–

–

–

Cladonia rangiferina

2–3

10

2–3

Вкрапл.

5–7

5

5

Вкрапл.

–

–

Cladonia uncialis

–

–

2–3

Вкрапл.

–

–

–

–

–

–

Ismadophila erizetorum

–

–

–

–

5

Вкрапл.

–

–

–

–

Peltigera aphthosa

5–8

5

1–2

5

–

–

–

–

–

–

Stereocaulon paschale

–

–

1–3

Вкрапл.

–

–

–

–

–

–

Вестник КрасГАУ. 2016. № 9

Рис. 1. Содержание тяжелых металлов, мг/кг: А – в зеленых мхах; Б – сфагновых мхах;

В – в лишайниках; Г – содержание меди и никеля во мхах кл. уч. «Рыбная» (по оси координат – конц. элементов, мг/кг; по оси абсцисс – ключевые участки)

■ Сфагновые мхи

■ Зеленые мхи

Рис. 2. Концентрация серы во мхах и лишайниках болот ключевых участков

При этом, как показали визуальные наблюдения, такая высокая концентрация серы никак не отражается на проективном покрытии мхов и лишайников и их биологическом разнообразии (см. табл.).

Заключение. Установлено, что жизненное состояние и видовой состав моховолишайникового яруса болот криолитозоны на кл. уч. «Черная», «Горбиачин» и «Тукаланда», расположенных в периферийной части газодымового шлейфа НПР, вполне соответствует природному облику. А значительная дигрессия мхов и лишайников болот кл. уч. «Рыбная» вызвана экстремальным содержанием поллютантов в воздухе и регулярностью выбросов предприятий НПР. Таким образом, общегеографическая картина морфологических деструкций мохово-лишайникового яруса болот хорошо согласуется с содержанием тяжелых металлов и серы во мхах и лишайниках.

Список литературы Оценка нарушенности мохово-лишайникового яруса болот криолитозоны в зависимости от антропогенной нагрузки

  • Лукина Н.В., Никонов В.В. Биогеохимические циклы в лесах Севера в условиях аэротех-ногенного загрязнения: в 2 ч. -Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. -1996. -Ч. 1. -213 с.; Ч. 2. -192 с.
  • Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. -М.: Научный мир, 2002. -336 с.
  • Berg T., Steinnes E. Use of mosses (Hylo-comium splendens and Pleurozium schreberi) as biomonitors of heavy metal deposition: from relative to absolute deposition values//Environ-mental Pollution. -1997. -Vol. 98 -№ 1. -P. 61-71.
  • Grodzinska K., Szarek-Lukaszewska G. Re-sponse of mosses to heavy metal deposition in Poland -an overview//Environmental Pollu-tion. -2001. -Vol. 114. -P. 443-451.
  • Карпенко Л.В., Анискина А.А., Пермякова Г.В. Состояние растительности болот в зоне техногенного воздействия Норильского гор-но-металлургического комбината//Геогра-фия и природные ресурсы. -2012.-№ 1. -С. 56-62.
  • Савич-Любицкая Л.И., Смирнова З.Н. Определитель сфагновых мхов. -Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1968. -112 с.
  • Савич-Любицкая Л.И., Смирнова З.Н. Опре-делитель листостебельных мхов СССР. -Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1970. -824 с.
  • Окснер А.Н. Определитель лишайников СССР. Морфология, систематика и геогра-фическое распространение. -Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1974. -Вып. 2. -287 с.
  • Карпенко Л.В. Диагностика экологического состояния растительности болот в услови-ях аэротехногенного загрязнения//Вестн. КрасГАУ. -2014. -№ 5. -С. 112-115.
  • Ершов Ю.И. Почвы предтундровых лесов Енисейского Заполярья, подверженные аэропромышленным выбросам серы//Гео-графия и природные ресурсы. -1992. -№ 1. -С. 33-39.
  • Душкова Д.О., Евсеев А.В. Анализ техноген-ного воздействия на геосистемы Европей-ского севера России//Арктика и Север. -2011. -№ 4. -С. 162-195.
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp