СПОСОБ ЛИХЕНОИНДИКАЦИИ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Российский патент 2015 года по МПК A01G23/00 G01N33/00 

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 W_i - доля каждой группы лишайника в суммарном обилии групп;

S_i - 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 Q_i - экологический индекс определенного вида,

F_i - 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 h_i - частота встречаемости вида лишайника на пробной площадке;

w_i - весовой коэффициент вида лишайника, определяемый по таблице 2.

Таблица 2 Весовой коэффициент индикаторных видов лишайников Индикаторный вид лишайника Весовой коэффициент вида, w_i 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.

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.

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=(Σw_i·h_i)/Σh_i,
где h_i - частота встречаемости вида лишайника на пробной площадке;
w_i - 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.