Способ лихеноиндикации степени загрязненности атмосферного воздуха
Владельцы патента RU 2552953:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области оценки степени загрязненности атмосферного воздуха и может быть использовано при мониторинге атмосферного воздуха фоновой и урбанизированной территории. Способ предусматривает выделение территории пробной площадки размером 25×25 м, определение внешних признаков лишайников на пробной площадке, определение имеющихся индикаторных видов лишайников и частоты их встречаемости. На основе полученных данных рассчитывается лихеноиндкекс, по представленной классификации лихеноиндекса определяется степень загрязненности атмосферного воздуха. Изобретение позволяет определить степень загрязненности атмосферного воздуха по лишайникам. 4 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области оценки степени загрязненности атмосферного воздуха и может быть использовано при мониторинге атмосферного воздуха фоновой и урбанизированной территории.
Известен способ лихеноиндикации загрязнения атмосферного воздуха (Патент РФ №2218753, кл. A01G 23/00, A01G 15/00, G01N 33/00, 2003), включающий разбивку на местности не менее 10 пробных площадок размером 25×25 м, определение внешних признаков лишайников на деревьях, статистическую обработку результатов наблюдений, вычисление величины показателя состояния биоиндикатора, сравнение его с нормативными критериями экологического состояния среды его обитания. По данному способу в качестве показателя состояния лишайников используется комплексный показатель жизненности биоиндикатора G, определяемый по формуле
где Wi - доля каждой группы лишайника в суммарном обилии групп;
Si - плотность популяции группы лишайника, %.
Причем плотность популяции лишайников определяется подсчетом размера площади, занимаемой каждой группой лишайников в измерительной рамке палетки с внутренними размерами 10×10 см, на которой натянута сетка, образующая 100 ячеек размером 1×1.
Недостатками этого способа являются трудоемкость и высокая вероятность возникновения ошибки в результате субъективной оценки жизненности и состояния талломов лишайников исследователем.
Известен также способ определения экотоксикантов в атмосфере промышленных зон с применением лишайников в качестве показателей содержания экотоксикантов (Патент РФ №2430357, кл. G01N 33/00, A01G 15/00, 2011). Способ включает сбор образцов лишайника Hypogymnia physodes с деревьев, растущих в промышленной зоне, и образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, моделирование процесса взаимодействия лишайника фоновой зоны с промышленными выбросами в лабораторных условиях, получение стандартных образцов лишайника и сравнение образцов лишайника, собранных в промышленной зоне, со стандартами. Для количественного и качественного определения экотоксикантов в талломах лишайников используется ИК-спектроскопия. Для этого снимают ИК-спектры стандартов, снимают ИК-спектры образцов промышленной зоны и сравнивают их с ИК-спектрами стандартов.
Недостатком данного способа является использование для оценки качества атмосферного воздуха только одного вида лишайника.
Известен также способ оценки качества атмосферного воздуха с помощью лишайников, основанный на использовании индекса чистоты атмосферы
где Qi - экологический индекс определенного вида,
Fi - комбинированный показатель покрытия и встречаемости,
n - количество видов.
Показатель Q характеризует количество видов, сопутствующих данному виду на всех пробных площадках (более 10) исследуемой территории. Оценка качества атмосферного воздуха производится по величине индекса чистоты атмосферы: чем выше показатель индекса чистоты атмосферы, тем чище воздух исследуемой территории (De Sloover J., F. LeBlanc Mapping of atmospheric pollution on the basis of lichen sensitivity // Proc. Symp. Recent Advances in Tropical Ecology // Ed. by R. Misra. Varansi. R. Misra, B. Gopal eds. 1968. P.42-56).
Недостатком данного способа является трудоемкость процесса оценки качества атмосферного воздуха из-за необходимости выделения более десятка пробных площадок на исследуемой территории, а также использование всех имеющихся видов лишайников без выделения индикаторных видов.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оценки степени атмосферного загрязнения с помощью лишайников по морфологическому состоянию эпифитных лишайников (Патент РФ №2260934, кл. A01G 23/00, G01N 33/00, G01W 1/00, 2005), включающий разбивку на территории не менее 10 пробных площадок размером 25×25 м, определение внешних признаков лишайников на деревьях, статистическую обработку результатов наблюдений, вычисление величины показателя состояния биоиндикатора и сравнение с нормативными критериями состояния среды его обитания. В качестве показателя жизненности биоиндикатора используют значение фрактальной размерности талломов лишайников, которое определяют путем компьютерной обработки отсканированных изображений талломов лишайников. Выводы о степени атмосферного загрязнения делают на основе того, что значение фрактальной размерности талломов лишайников уменьшается при увеличении степени загрязнения атмосферного воздуха в местах произрастания.
Недостатком этого способа является сбор образцов лишайников для сканирования и дальнейшей компьютерной обработки.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет использования всех видов лишайников, произрастающих на исследуемой территории, без сбора образцов.
Технический результат - определение степени загрязненности атмосферного воздуха методом лихеноиндикации.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе лихеноиндикации степени загрязненности атмосферного воздуха, по которому на местности выделяют пробную площадку размером 25×25 м и определяют внешние признаки лишайников на деревьях, согласно изобретению, для оценки степени загрязненности атмосферного воздуха определяют все виды индикаторных лишайников, произрастающих на пробной площадке, и их частоту встречаемости по таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Частота встречаемости видов лишайников | ||
| Шкала частоты | Количество экземпляров одного вида лишайника в % от общего количества лишайников | Значение частоты встречаемости (h) |
| 1 | 2 | 3 |
| Очень редко | 1…10 | 1 |
| Редко | 10…20 | 2 |
| Часто | 20…40 | 3 |
| Очень часто | 40…60 | 4 |
| Массово | >60 | 5 |
Далее рассчитывают лихеноиндекс по формуле
где hi - частота встречаемости вида лишайника на пробной площадке;
wi - весовой коэффициент вида лишайника, определяемый по таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Весовой коэффициент индикаторных видов лишайников | |
| Индикаторный вид лишайника | Весовой коэффициент вида, wi |
| 1 | 2 |
| Xanthoria fallax | 1,000 |
| Phaeophyscia negricans | 0,875 |
| Physconia perisidiosa | 0,750 |
| Xanthoria parietina | 0,625 |
| Parmelia sulcata | 0,500 |
| Scoliciosporum clorococum | 0,375 |
| Physcia stellaris | 0,250 |
| Physcia dubia | 0,125 |
Полученное значение лихеноиндекса сравнивают с данными таблицы 3 и по результатам сравнения судят о степени загрязненности атмосферного воздуха.
Классификация лихеноиндекса приведена в таблице 3.
| Таблица 3 | |
| Классификация лихеноиндекса | |
| Степень загрязненности атмосферного воздуха | Значение лихеноиндекса, I |
| 1 | 2 |
| Очень высокая | <0,29 |
| Высокая | 0,29…0,34 |
| Повышенная | 0,35…0,45 |
| Низкая | >0,45 |
На основе данных о индикаторных видах лишайников, произрастающих на исследуемой территории, частоты встречаемости видов (h), определяемой по таблице 1, весовых коэффициентах лишайников (w), определяемых по таблице 2, и по рассчитанному значению лихеноиндекса (I) по формуле 3, путем сравнения I со значениями таблицы 3 определяют степень загрязненности атмосферного воздуха.
Лишайники являются важным компонентом природных и урбанизированных территорий, которые характеризуются чувствительностью к загрязнению атмосферы и способностью реагировать на антропогенную нагрузку. Лишайники аккумулируют из окружающей среды химические элементы в количествах, превосходящих их физиологические потребности. Отсутствие специальных органов водо- и газообмена и крайне низкая способность к авторегуляции приводят к высокой степени соответствия химического состава лишайников и атмосферного воздуха. Это свойство определило широкое использование лишайников как аккумулятивных биоиндикаторов загрязненности атмосферного воздуха, например, тяжелыми металлами, соединениями фтора, серы, азота, а также радионуклидами.
Лишайники отличаются чувствительностью к загрязнению атмосферы, например такой вид, как Xanthoria fallax, встречается только в незагрязненных районах. Однако существуют виды, которые обладают высокой толерантностью, что затрудняет их использование в качестве индикаторных видов. На основе литературного анализа (Пашкевич М.А., Шуйский В.Ф. Экологический мониторинг: Уч. пос. СПб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2002. 74 с.; Аржанова B.C., Скирина И.Ф. Значение и роль лихеноиндикационных исследований при эколого-геохимической оценке состояния окружающей среды // География и природные ресурсы. 2000. №4. С.33-40; Лиштва А.В. Лихенология: Уч.-метод. пос. Иркутск: Иркут. гос. ун-т, 2007. С.121), натурных исследований определена группа видов, которые можно считать индикаторами степени загрязненности атмосферного воздуха.
Лихеноиндекс позволяет определить степень загрязненности атмосферного воздуха путем агрегирования степени чувствительности к загрязнению атмосферы всех индикаторных видов лишайников, произрастающих на исследуемой территории.
Весовые коэффициенты, используемые при расчете лихеноиндекса, указывают на степень чувствительности к загрязнению атмосферы отдельного вида лишайника относительно других при оценке степени загрязненности атмосферного воздуха. Из-за отсутствия статистических данных о степени чувствительности отдельного вида лишайника относительно других видов для определения весовых коэффициентов лишайников использовался метод экспертных оценок.
Пример конкретной реализации способа.
В июне 2012 г. в лесу вблизи с. Красная Горка (Республика Башкортостан) была разбита пробная площадка размером 25×25 м. На пробной площадке определялись все произрастающие виды лишайников, среди которых выделялись индикаторные виды, приведенные в таблице 2 (столбец 1). Частота встречаемости индикаторных видов определялась по таблице 1 (3 столбец). Весовые коэффициенты лишайникам присваивались по таблице 2 (2 столбец). Результаты исследования пробной площадки приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | ||
| Результаты исследования пробной площадки | ||
| Вид | Частота встречаемости | Весовой коэффициент |
| Xanthoria fallax | 2 | 1,000 |
| Parmelia sulcata | 5 | 0,500 |
| Xanthoria parietina | 3 | 0,625 |
| Physcia dubia | 5 | 0,125 |
Подставляя полученные результаты исследования пробной площадки в формулу 3, рассчитано значение лихеноиндекса:
I=(2·1+5·0,5+3·0,625+5·0,125)/(2+5+3+5)=0,46.
Полученное значение лихеноиндекса (I=0,46) сравнено со значениями таблицы 3, находится в интервале (>0,45), и получено, что, в соответствии со столбцом 1 таблицы 3, степень загрязненности атмосферного воздуха на рассматриваемой территории является низкой.
Итак, заявляемое изобретение позволяет определить степень загрязненности атмосферного воздуха методом лихеноиндикации.
Способ лихеноиндикации степени загрязненности атмосферного воздуха, по которому на местности разбивают пробную площадку размером 25×25 м и определяют внешние признаки лишайников на деревьях, отличающийся тем, что определяют все индикаторные виды лишайников, произрастающих на пробной площадке, и их частоту встречаемости по таблице частоты встречаемости видов лишайников, далее рассчитывают лихеноиндекс по формуле
I=(Σwi·hi)/Σhi,
где hi - частота встречаемости вида лишайника на пробной площадке;
wi - весовой коэффициент вида лишайника, определяемый по таблице весового коэффициента индикаторных видов лишайников, полученное значение лихеноиндекса сравнивают с данными таблицы классификации лихеноиндекса и по результатам сравнения судят о степени загрязненности атмосферного воздуха.
