УДК 37.013

Методика организации демонстрационного экологического исследования “оценка антропогенного воздействия на экосистему Даутского заказника методом лихеноиндикации”

Плетюшкина Глафира Алексеевна – ученица Государственного бюджетного общеобразовательного учреждения города Москвы «Пятьдесят седьмая школа».

Прокопьев Юрий Александрович – учитель биологии Государственного бюджетного общеобразовательного учреждения города Москвы «Пятьдесят седьмая школа»; ассистент преподавателя Департамента молекулярной и биологической физики Московского физико-технического института.

Соколов Виктор Сергеевич – учитель биологии Государственного бюджетного общеобразовательного учреждения города Москвы «Пятьдесят седьмая школа».

Чернов Тимур Александрович – учитель биологии Государственного бюджетного общеобразовательного учреждения города Москвы «Пятьдесят седьмая школа»; научный сотрудник Лаборатории молекулярно-биологических и нейробиологических проблем и биоскрининга Московского физико-технического института.

Аннотация: Экологическое состояние окружающей среды – важная тема в школьном курсе биологии. Так или иначе данной проблемы касаются все существующие на данный момент программы, на протяжении всех лет освоения курса биологии. Однако, существующие программы и учебники приводят общие данные по тем или иным группам живых организмов, целым странам, географическим регионам или даже целым континентам. К сожалению, в подобных приближениях конкретному ученику достаточно тяжело увидеть вклад отдельных действий каждого человека. А именно это является неоспоримым залогом формирования экологического мышления и как следствие – последующего бережного отношения к природе. Отличным демонстрационным материалом в этом случае могут выступить проектно-исследовательские работы, посвященным локальным экологическим последствиям конкретной человеческой деятельности. Авторы статьи предлагают вниманию методику организации проектно-исследовательской работы по биоиндикации состояния окружающей среды, основанной на подсчете покрытия стволов деревьев эпифитными лишаниками, реализованной на примере Даутского заказника. Использованные авторами биоиндикационные методики отличаются простотой использования, а полученные данные могут наглядно продемонстрировать влияние антропогенной нагрузки на состояние окружающей среды.

Ключевые слова: проектно-исследовательская деятельность, антропогенное воздействие, заповедник, лишайники.

Введение

Деятельность человека активно изменяет природные экосистемы, вырубая леса, вспахивая поля и загрязняя среду промышленными выбросами [2]. Антропогенное загрязнение является одним из самых важных антропогенных факторов, которые влияют на состояние экосистем [9]. Для экспресс-оценки состояния окружающей среды хорошо зарекомендовал себя метод биоиндикации, основанный на использовании элементов биоты как критериев состояния экосистемы [2]. Частым случаем биоиндикации является лихеноидикация, в которой объектами наблюдения являются лишайники [4].

 У лихеноиндикации есть ряд плюсов, благодаря которым она используется во всём мире:

1. Лишайники – эффективные биоаккумуляторы, т.е. они поглощают и аккумулируют широкий спектр загрязняющих веществ из окружающей среды и по их содержанию в талломе можно справедливо оценить состав окружающей среды [3].
2. Лишайники обладают очень узким средовым оптимумом по целому спектру экологических факторов, что делает их крайне чувствительны к изменениям окружающей среды [6].
3. Скорость роста лишайников крайне низка. Это дает возможность отслеживания эффекта различных факторов, оказавших воздействие на экосистему много лет назад [5].
4. Лишайники метаболически активны круглый год, что даёт возможность для круглогодичных исследований [5].
5. Лишайники распространены во всём мире, поэтому существует возможность воспроизводить одни и те же исследовательские методики в разном климате по всему земному шару [1].
6. Повреждённые клетки лишайников восстанавливаются крайне медленно, а иногда повреждения остаются до самой гибели слоевища, что позволяет длительное время отслеживать все повреждения, нанесенные загрязненностью среды в достаточно отдаленных временных промежутках [6].

На ряду с этим лишайники являются крайне чувствительными организмами к изменению условий среды. Особенно если речь идет о ее загрязнении [8]. Так, к примеру биоразнообразие лихенофлоры Москвы на данный момент насчитывает всего-лишь несколько родов [7]. В подмосковье ситуация несколько лучше. Однако ни тот ни другой биотопы не могут продемонстрировать и малой доли биоразнообразия лишайников, характерного для географической локализации этих регионов.

Описанные выше факты, а также простота необходимых измерений делает лихеноиндикации удобным и информативным методом исследования антропогенной нагрузки, оказываемой на то или иное экологическое сообщество [10].

Постановка проблемы – В самых ранних исторических источниках мы можем найти свидетельства создания охраняемых природных территории. Со времен “заповедных рощ” ситуация серьезно изменилась. Кроме запрета ведения хозяйственной деятельности на данных территориях постоянно проводится работа по охране и мониторингу состояния среды, на основе измерения тех или иных параметров. Однако, можем ли мы полностью исключить воздействие на территорию, которая находится под охраной? А если нет, то каков уровень оказываемого воздействия? В чем оно заключается? Как его измерить?

Актуальность – в Даутском заказнике проводится ежегодный мониторинг состояния окружающей среды. Однако, существующие на данный момент методики подразумевают масштабные измерения, с обследованием больших площадей, либо закладкой несколько километровых маршрутов, обследуемых каждый год. Подобный подход позволяет получить данные об изменении всей территории в целом, однако локальные различия остаются за границами чувствительности таких методик.

Новизна – в подавляющем большинстве случаев биоиндикация применяется в целях изучения состояния сильно нарушенных человеком биотопов. Исследования охраняемых территорий могут проводиться как метод оценки ущерба крупных событий, оставляющих свой след на большой территории. Например, крупные техногенные катастрофы, выбросы различных химических веществ и проч. В нашем случае предпринимается попытка на основе метода лихеноиндикации оценить воздействие антропогенной нагрузки, которое в случае заповедника сведено к минимуму, однако не исключено полностью.

Гипотеза – плотность эпифитных лишайниковых сообществ будет различаться в зависимости от положения дерева относительно сформированных для перемещения по заказнику просек.

Цель – проследить изменения процента покрытия стволов лишайниками в зависимости от удаленности от просеки.

Для достижения поставленной цели мы сформулировали следующие задачи:

1. Для снижения статистических ошибок выбрать несколько удаленных друг от друга локаций, расположенных в непосредственной близости от проложенных просек.
2. Провести измерения площади покрытия лишайников на стволах деревьев, растущих непосредственно на краю просеки и в отдалении от нее (не менее 10 м);
3. Обобщить полученные результаты и провести статистическую обработку полученных данных.

Методы и принципы исследования

Исследования проводились летом 2021 года в Даутском ущелье Даутского Федеральном Заказника, Карачаево-Черкессия, в рамках научно-исследовательской практики учеников ГБОУ Школа 57, г. Москва. Измерения проводились на пяти точках с фиксацией географических координат и высоты.

Для снижения влияния побочных переменных, обусловленных определенной локацией лесного массива нами были выбраны различные точки. Данные локации различались высотой над уровнем моря, граничили с разными биотопами: находились в окружении плотного лесного массива, располагались около горной реки, вблизи луга, на склоне горы, либо в ущелье. 

В процессе работы были обследованы стволы преобладающих пород – сосен и елей. На ряду с ними также обследовались встреченные березы, но по причине их низкого количества – данные с их участием приводятся только на основе всей выборки. 

Каждое измеренное дерево было охарактеризовано, как стоящее в чаще леса или у дороги (просеки). Параллельно с измерением площади ствола, покрытой лишайниками, фиксировалась порода измеряемого дерева и обхват ствола. Для измерения процента покрытия ствола талломами лишайников использовался метод квадратов-сеточек и изготовлена деревянная рамка размерами 20см х 20см. В целях унификации получаемых результатов, снижения влияния побочных переменных и простоты работы измерения проводились на высоте 1,7 метров от земли.

Получаемые результаты измерений вносились в Excel-таблицу, где впоследствии данные были разделены на различные группы (по точкам, породе дерева, локации), внутри каждой группы были подсчитаны средние значения и стандартные отклонения. Полный массив полученных исходных данных приведен в Приложении.

Основные результаты

Всего в процессе исследования было измерено 153 дерева, из них 118 сосен (55 в чаще и 125 у дороги), 25 елей ( 14 в чаще и 11 у дороги) и 10 берёз (8 в чаще и 2 у дороги).

Данные деревья располагались в 5 различных локациях:

Точка 1 (массив деревьев в пойме реки Джалпаккол; высота над уровнем моря 2120 м; координаты: 43,302846 N, 42,034023 E)

Виды: сосна

средняя площадь покрытия на деревьях у дороги, % – 1.86

средняя площадь покрытия на деревьях в чаще, % – 12.36

Точка 2 (каменистый склон без низкой растительности, рядом с горным ручьем; высота над уровнем моря 2100 м; координаты: 43,304312 N, 42,028968 E)

Виды: сосна

средняя площадь покрытия на деревьях у дороги, % – 4.98

средняя площадь покрытия на деревьях в чаще, % – 13.34

Точка 3 (узкая тропинка с высоким углом подъема; высота над уровнем моря 1721 м – 1770 м; координаты: 43,315925 N, 41,995615 E – 43,315456 N, 41,993268 E)

Виды: сосна, ель, береза.

Таблица 1. Данные по проценту покрытия лишайниками стволов деревьев в точке 3.

Точка 4 (автомобильная дорога вдоль ущелья реки Гондурай; высота над уровнем моря 1763 м – 1760 м; 43,315456 N, 41,993268 E – 43,313072 N, 41,987176 E)

Виды: ель, сосна.

Таблица 2. Данные по проценту покрытия лишайниками стволов деревьев в точке 4.

Точка 5 (небольшая каменистая площадка на берегу горной реки, окруженная деревьями; высота над уровнем моря 1682 м; координаты 43,313899 N, 42,003533 E)

Виды: сосны, ель (к сожалению доступной для измерения елью оказалось только одно дерево, поэтому по данной точке сравнение с данной породой деревьев не производится), береза.

Таблица 3. Данные по проценту покрытия лишайниками стволов деревьев в точке 5.

Обобщенные данные:

Собранные данные с разных локаций были объединены в общую выборку, для которой вычислены средние значения, приведенные в таблице.

Таблица 4. Данные по проценту покрытия лишайниками стволов деревьев рассчитанные по всей выборке.

Как видно из таблицы все исследованные породы деревьев демонстрируют снижение покрытия лишайниками в случае локализации в непосредственной близости от просеки. На ряду с этим очевидны различия в покрытии разных пород деревьев. Максимальный процент был встречен на березе, минимальный на ели. Что согласуется с литературными данными [5].

Также, в процессе исследования фиксировались значения обхвата изучаемых деревьев (данные измерений приведены в Приложении). В планах было выявить закономерность между обхватом дерева и площадью покрытия лишайниками. Однако, в процессе статистической обработки результатов значимых различий по этому параметру обнаружено не было.

Заключение

В рамках проведения работы по оценке антропогенного воздействия на экосистему Даутского заказника было исследовано 5 различных локаций, включающих в себя ущелья, склоны гор; массивы, располагающиеся как рядом с водными объектами, так и в значительном отдалении от них; деревья растущие на различных высотах (от 1682 до 2120 метров над уровнем моря).

В общей сложности на пяти различных локациях было исследовано 153 дерева: 118 сосен, 25 елей и 10 берез.

При сравнении между собой различных породы деревьев, были обнаружены различия в плотности покрытия лишайниками. Максимальное покрытие было встречено на березах, средние показатели продемонстрировали сосны. Минимум покрытия лишайниками было встречено на елях.

Расположение вблизи просеки снижает покрытие ствола лишайниками с 51,31 до 8,48 для берез, с 18,89% до 7,80% для сосен и с 7,57% до 2,33% для елей. Данная тенденция была продемонстрирована на всех исследованных участках. В среднем, расположение вблизи просеки снижает покрытие ствола лишайниками почти в три раза (с 20,26 % до 7,11%).

В работе на данных по изменению площади покрытия лишайниками стволов деревьев продемонстрирован эффект воздействия хозяйственной деятельности человека на территории Даутского заказника. Несмотря на то, что в охраняемых природных территориях воздействие сведено к минимуму, природоохранная деятельность требует формирование тех или иных рекреационных сооружений, воздействие которых на естественный биотоп, к сожалению, не является нулевым.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Московского физико-технического института (ЦКП Прикладная Генетика № 075-15-2021-684)

Благодарности

Благодарим начальника отдела экологического просвещения ФГБУ “Тебердинский национальный парк” Саркисяна Юрия Владимировича за возможность проведения работы на территории Даутского заказника.

Список литературы

1. Мучник Е.Э. Учебный определитель лишайников Средней России : учебно-методическое пособие / Е.Э. Мучник, И.Д. Инсарова, М.В. Казакова – Рязань: гос. ун-т им. С.А. Есенина, 2011. – 360 c.
2. Белюченко И.С. Биомониторинг состояния окружающей среды: учебное пособие / И.С. Белюченко, Е.В. Федоненко, А.В. Смагина – Краснодар: КубГАУ, 2014. – 153 c.
3. Боголюбов А.С. Методическое пособие Оценка загрязнения воздуха методом лихеноиндикации / А.С. Боголюбов, М.В. Кравченко – Солнечногорск: Экосистема, 2011. – 15 c.
4. Чеснокова С.М. Лихеноиндикация загрязнения окружающей среды: Практикум / С.М. Чеснокова – Владимир: Владим. гос. ун-т, 1999. – 38 c.
5. Пчелкин А.В. Популярная лихенология / А.В. Пчелкин – М.: МГСЮН, 2006. – 36 c.
6. Лиштва А.В. Лихенология : учеб.-метод. пособие / А.В. Лиштва – Иркутск: Иркут. гос. ун-т, 2007. – 121 c.
7. Свирид А.А. Микология и лихенология . лаборатор. практикум / А.А. Свирид – Минск: БГПУ, 2007. – 99 c.
8. Апкин Р.Н. Экологический мониторинг: учебное пособие / Р.Н. Апкин, Е.А. Минакова – Казань: Казан. гос. энергун-т, 2015. – 127 c.
9. Орлов В.Ю. Экологический мониторинг: Метод. указания / В.Ю. Орлов, Н.С. Швыркова, А.Д. Котов – Ярославль: Яросл. гос. ун-т, 2004. – 36 c.
10. Якунина И.В Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг: учебное пособие / И.В Якунина – Тамбов: Тамб. гос. техн. ун-т, 2009. – 188 c.