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

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

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.

Статья научная