МЕТОДИКА
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Хлорозы и некрозы ДЕРЕВЬЕВ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕСТЫ ДЛЯ ОБЩЕСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА. Пущино, ОНТИ ПНЦ РАН, 1998.

Вместе с другими методическими пособиями эта небольшая книга поможет истинным любителям природы, независимо от рода занятий и возраста, проводить простейшие измерения состояния природных экосистем в ближайших окрестностях и получать сигнальную информацию о возможных негативных изменениях местных природных ландшафтов и их отдельных компонентов. Такая информация позволит местной администрации и общественным экологическим организациям успешнее бороться за сохранение среды своего обитания.

Реакция лесных экосистем на неблагоприятные условия внешней среды проявляется в нарушениях структуры и функций всей системы и ее отдельных компонентов. Эти нарушения можно заметить по ряду признаков, которые видны при внимательном взгляде на природный объект. Самыми общими признаками нарушения состояния лесной экосистемы являются:

- появление сухостоя и ослабленных деревьев среди пород-доминантов (ель в ельнике, дуб в дубраве, береза в березняке);

- уменьшение (заметное) размеров хвои и листвы этого года по сравнению с прошлыми годами;

- преждевременное (задолго до осени) пожелтение и опадение листвы;

- замедление прироста деревьев по высоте и диаметру;

- появление хлорозов и некрозов хвои и листвы, сокращение срока жизни хвои;

- заметное увеличение поврежденности деревьев болезнями и энтомовредителями (грибами и насекомыми);

- выпадение из лесного сообщества трубчатых грибов (макромицетов) и снижение видового состава и численности пластинчатых грибов;

- уменьшение видового состава и встречаемости основных видов эпифитных лишайников (живущих на стволах деревьев) и уменьшение степени покрытия площади стволов деревьев лишайниками.

Эти признаки можно зафиксировать без применения специальных приборов и научного оборудования. Но для того, чтобы заметить их и оценить степень опасности, необходимо иметь точку отсчета, нормальное состояние экосистемы или дерева в памяти или в заведомо ненарушенном участке леса.

НЕКРОЗ - омертвление участка тканей растений, чаще всего это отмирание листьев под влиянием загрязняющих веществ. Положение на растении и цвет некроза иногда позволяют сделать заключение о степени и виде воздействия. Принято различать: а) краевой некроз - отмирание ткани по краям листа; б) срединный некроз - отмирание листовой ткани между жилками; в) точечный некроз - омертвление ткани листа в виде точек и небольших пятен, рассыпанных по всей поверхности листа.

СУХОВЕРШИННОСТЬ - характерное повреждение хвойных высокими концентрациями газов и в первую очередь - двуокиси серы (сернистого газа).

ДИСТАЛЬНЫЙ НЕКРОЗ - прекращение роста хвои и веток под воздействием двуокиси азота, аммиака, этилена и озона.

ХЛОРОЗ - раннее старение хвои под воздействием фторидов, тяжелых металлов и кислотных осадков.

Признаки повреждения лиственных пород в результате загрязнения воздушного бассейна следующие:

- двуокись серы, сероводород, двуокись азота, аммиак и тяжелые металлы - межжилковые некротические пятна;

- озон - крапинки на верхней поверхности листа;

- фториды - некроз кончика и краев листьев;

- кислотные дожди (рН ниже 3.0) - некротические пятна;

- хлор - хлороз, крапчатость верхней поверхности листьев;

- этилен - хлороз, некроз, сброс листвы.

В районах устойчивого загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами происходит повреждение крупных лесных массивов, называемое дефолиацией - осветлением, изреживанием крон деревьев вследствие потери листвы и хвои в зеленом состоянии. В качестве критериев количественной оценки степени поврежденности лесов могут служить: уменьшение массы листвы и хвои, степень желтизны листвы и хвои и другие.

Визуальная оценка состояния древостоев и степени их нарушенности может проводиться по следующей шкале:

0 - Здоровые деревья - допускается наличие повреждений не более 5% общей площади;

1 - Ослабленные деревья - слабо ажурная крона, повреждение насекомыми и болезням не более 30-40% хвои, усыхание отдельных ветвей в нижней трети кроны, хлорозы и некрозы не более 10% площади хвои (листвы) дерева.

2 - Сильно ослабленные деревья - ажурная крона, повреждение и усыхание до 60-70% хвои или листвы, суховершинность, сухие ветви в средней и верхней частях кроны, значительные повреждения и поражения ствола, корневых лап, укороченный прирост или его полное отсутствие, хлорозы и некрозы более 10% площади листвы и хвои всех возрастов, снижение продолжительности жизни хвои в 2-3 раза.

3 - Усыхающие деревья - сильно поврежденная крона или отдельные живые ветви с повреждением более 70-80% листвы или хвои, отсутствие текущего прироста по высоте, по стволу и корням насечки и единичные свежие поселения стволовых вредителей. Оставшаяся на деревьях листва и хвоя хлоротичны, отличаются бледно-зеленым, желтоватым или оранжево-красным цветом. Некрозы характеризуются коричневым, оранжево-красным или черным цветом. Продолжительность жизни хвои не более 1-2 лет, часто на деревьях сохраняется только хвоя текущего года. Большая часть некротичных листьев и хвоинок быстро опадает.

4 - Свежий сухостой - деревья с желтой и бурой хвоей или без нее, усохшие в текущем году, по стволу свежие поселения короедов.

5 - Старый сухостой - деревья, усохшие в прошлые годы, хвоя и листва отсутствуют, кора и мелкие веточки легко отваливаются, стволовые вредители вылетели.

Для оценки степени нарушенности древостоев необходимо провести визуаль- ный осмотр деревьев по изложенным выше критериям на площадках, выбранных через определенные интервалы по радиусу от возможного источника загрязнения атмосферного воздуха. На схематической карте отметить участки разной степени нарушенности и сопоставить их расположение с розой ветров, характерной для данной местности. Такое сопоставление позволит определить источник негативного воздействия на природные экосистемы. Это могут быть дымящие трубы ближайшего или отдаленного завода, ТЭС, крупной автодороги, а возможно и глобальные выпадения трансграничного переноса воздушными массами загрязняющих веществ из дальних промышленных регионов. В этом помогут разобраться специалисты.

Длительное загрязнение атмосферного воздуха на обширных пространствах сопровождается повреждением лесных крупных массивов, которое принято называть "гибелью лесов" в результате их осветления или "дефолиации" - изреживания кроны вследствие частичной или полной потери листвы (хвои), как правило, в зеленом состоянии. Признаки повреждения у каждого вида деревьев проявляются по-своему. Например, для ели характерен синдром плакучести - вяло обвисающие вниз ветви, потерявшие большую часть прошлогодней хвои, выступление смолы на ветвях и стволах в охвоенной области кроны. Для пихты характерно образование так называемого "гнезда аиста": форма кроны, напоминающая гнездо - разветвление без центрального побега; иногда образуются водяные побеги, пучкообразно торчащие от ствола новые побеги, замедляется рост в высоту. При описании дефолиации надо обращать внимание на положение каждого дерева в лесном пологе (социальный статус) и на типы крон и ветвей изучаемых деревьев.

Реакция лиственных пород на загрязнение воздуха проявляется в нарушении роста боковых побегов, в результате чего образуются неестественно длинные хлыстообразные побеги, измельчаются листья, появляются листья с зубчатыми краями вследствие нарушения роста на участках листовой пластинки между прожилками, опадают зеленые листья. В результате действия озона листья деревьев покрываются белыми пятнами.

Наибольший вред лесам наносит сернистый газ (диоксид серы) - самый массовый загрязнитель атмосферного воздуха.

Типичные кроны деревьев.
1 - гребневидные, 2 - кистевидные, 3 - кровлевидные.

Исследования желательно проводить в молодых (30-40 летних) сосновых древостоях, расположенных на различном удалении от источника загрязнения воздуха. Контрольная площадка выбирается в наиболее удаленном массиве леса.

В пределах опытных участков и контрольной площадки выбирают 30 молодых деревьев (в упрощенном варианте можно 10). По числу мутовок крону условно делят на три части: верхнюю, среднюю и нижнюю. В пределах каждой из частей выделяют модельные побеги 2-го и 3-го порядков ветвления. Как правило, они располагаются в верхней части кроны на 6-7 мутовках, в средней - на 14-15 мутовках, в нижней - на 22-25 мутовках на южной части кроны, а также по радиусу, направленному в сторону источника загрязнения. С выбранных ветвей срезают побеги одинаковой длины, с которых собирают всю хвою и взвешивают.

Признаки дефолиации крон и ветвей сосны. О - нормальная крона и ветка; 1 - слабая дефолиация; 2 - умеренная дефолиация; 3 - сильная дефолиация.

Лиственный тип дефолиации кроны. II - периферийный тип дефолиации кроны, III - суховершинный тип дефолиации кроны, IV - верхушечная гибель хвойных деревьев. 0 - нормальная крона и ветка; 1 - слабая дефолиация; 2 - средняя дефолиация; 3 - сильная дефолиация; 4 - гибель.

Классы повреждения (некроза) и усыхания (хлороза) хвои. Классы некроза: 1 - хвоинки без некротических пятен; 2 - немного мелких пятнышек; 3 - много черных и желтых пятен, иногда во всю ширину хвоинки. Классы усыхания: I - сухие участки отсутствуют; II - усох кончик хвои 2-5 мм; III - усохла треть хвоинки; IV - вся хвоинка желтая и наполовину сухая.

Подсчет результатов. Для сравнения результатов взвешивания хвои с деревьев, расположенных на разном удалении от источника загрязнения, используют следующую шкалу относительной потери хвои в % от контроля, характеризующую степень загрязненности атмосферного воздуха:

10-20% - слабая степень загрязнения;

20-50% - средняя степень загрязнения;

>50% - высокая степень загрязнения.

После взвешивания хвои проводят ее визуальный анализ (наличие хлорозов и некрозов), оценивается длина и площадь повреж- дения в процентах от целой хвоинки. Все определения сравниваются с аналогичными определениями на контрольной площадке.

В ненарушенных загрязнением воздуха лесах основная масса хвои выглядит здоровой без следов повреждения. Допускается наличие 10% хвои с некротическими точками микроскопических размеров и светло-зелеными пятнами, равномерно рассеянными по всей поверхности хвоинок. Допускается наличие хлорозов и некрозов, если площадь их не превышает 5% поверхности хвоинок. Поврежденность хвои более старшего возраста (6 лет и более) может быть выше, но общая площадь повреждения не должна превышать 5% (рис. на стр. 50).

В зоне повреждения лесных экосистем атмосферными загрязнениями обнаруживается до 20% повреждения хвои двухлетнего возраста. По мере приближения к источнику загрязнения резко ухудшается состояние хвои и снижается продолжительность ее жизни. При высокой степени загрязненности воздуха наблюдается до 100% повреждение хвои в кроне дерева, а площадь повреждения хвоинок достигает 50%. Кроме хлоротических пятен и некротических точек микроскопического размера на молодой хвое появляются сравнительно большие некрозы (2-5 мм). Часто обнаруживаются некрозы кончиков хвои (8-10 мм), которые приобретают ярко окрашенные тона от серо-зеленого и серого до коричневого и красно-бурого.

В зоне высокого загрязнения атмосферы сначала отмирает верхняя часть кроны, а общее снижение массы хвои в сравнении с контрольной площадкой может достигать 50-60%. Результаты проведенных измерений и рассчетов сводят в таблицу и переносят в банк данных для сравнительного анализа тенденции загрязнения в будущем.

Для оценки состояния растительности на определенной территории выбирают пробные площадки размером 5х5 м для луга и 10х10 м для леса в количестве 5 (3) штук для каждого участка, подлежащего оценке. Такое количество пробных площадок необходимо для того, чтобы уменьшить ошибку пестроты растительного покрова, усреднить показатели общего состояния растительности, избежать экзотических отклонений характеристик конкретного места в общей оценке состояния растительности.

Лучшим временем для проведения наблюдений по оценке растительности считается середина лета (июнь-июль), когда большая часть растений цветет и легко поддается идентификации - легко узнаваема.

Доминирующие виды (доминанты) - виды, преобладающие в фитоценозе. В лесных экосистемах число доминантов древостоя - не больше 3-5.

Эдификаторы - виды, определяющие среду обитания фитоценоза, его микроклимат. Чаще всего по эдификатору дается название фитоценоза - дуб в дубраве, ель в ельнике, ковыль в степи и т.д.

Содоминанты - виды, преобладающие в фитоценозе, спутники эдификатора. Клен, липа, ясень в дубраве, типчак в ковыльной степи и т.д.

К числу признаков, характеризующих ненарушенный фитоценоз можно отнести следующие: Все виды-эдификаторы в лесном фитоценозе и все виды-доминанты и содоминанты травянистого фитоценоза занимают первый ярус и проходят все фазы жизненного цикла: вегетация, цветение, плодоношение. Около 10-15% содоминантов и до 25% сопутствующих видов могут не достигать фазы цветения (не вступают в генеративную фазу).

Признаки незначительных нарушений состояния фитоценоза следующие: Один или несколько видов-эдификаторов в лесных фитоценозах не проходят фазу цветения или плодоношения. При прочих нормальных условиях, наблюдается суховершинность отдельных деревьев вида-эдификатора. Один из видов - эдификаторов не выходит в первый ярус, не цветет и не плодоносит. Один или несколько видов - доминантов травянистого фитоценоза не проходит фазу цветения и плодоношения. Около 15-25% содоминантов не проходит фазу цветения. До 50% сопутствующих видов не проходит фазу цветения.

Все количественные показатели, превышающие упомянутые выше значения указывают на серьезные нарушения растительного сообщества и должны вызывать сигнал тревоги. При обнаружении признаков серьезных экологических нарушений необходимо обратиться к профессионалам и с их помощью документировать оценку. Только в этом случае она может иметь значение для административных и природоохранных органов, обязанных принимать решения по охране окружающей среды и затребовать необходимые для этого финансовые и технические средства.

Фитотоксичность почвы - свойство почвы подавлять рост и развитие высших растений, является показателем загрязненности почвы ксенобиотикамии и другими токсикантами. Определяется по снижению числа проросших семян и уменьшению длины проростков.

Необходимое оборудование:

1. Примерно 10-20 г изучаемой почвы;

2. Дистиллированная вода;

3. Чашки Петри или блюдца диаметром более 10 см;

4. Фильтровальная бумага или белая х/б ткань;

5. Семена кресс-салата, горчицы или других, чувствительных к загрязнению растений;

6. Линейка с делениями 1 мм.

Порядок работы:

1) в стеклянной, эмалированной или полиэтиленовой посуде емкостью не менее 100 мл (стакан, бутылка, колбочка) приготовить суспензию исследуемой почвы в соотношении 1:5, смешав для этого 10 г почвы с 50 мл дистиллированной воды и хорошо взболтав смесь;

2) залить суспензию в чашку Петри или в блюдце с таким расчетом, чтобы закрыть дно слоем 3-5 мм. Покрыть суспензию фильтровальной бумагой в два слоя или чистой х/б тканью;

3) положить на поверхность фильтровальной бумаги или ткани 30-50 штук приготовленных для опыта семян кресс-салата (или других растений), равномерно распределив их по поверхности дна;

4) закрыть чашку Петри или блюдце соответствующей крышкой и оставить на 3-4 дня при температуре 20-25 градусов (лучше в термостатируемом шкафу).

Всю описанную выше процедуру необходимо повторить с эталонной (контрольной) почвой. В качестве контроля (эталона) может служить почва того же типа, но расположенная вне ареала загрязнения (почва заповедного или заведомо незагрязненного участка данной или соседней территории). Можно ограничиться простым контролем, вместо суспензии почвы, в контрольную чашку залить только дистиллированную воду без почвы.

5) После инкубации семян в течение 3-4 дней необходимо подсчитать количество проростков в контрольной и опытной чашках и вычислить процент снижения числа проросших семян в опытной чашке по сравнению с контрольной.

Разница в 10% не принимается во внимание - почва считается экологически чистой.

Снижение числа проростков в опытном варианте по сравнению с контрольным на 10-30% говорит о слабой фитотоксичности почвы. Разница от 30 до 50% указывает на среднюю степень фитотоксичности почвы, а выше 50% - свидетельствует о высокой (недопустимой) степени фитотоксичности почвы.

Для получения более достоверных результатов можно продолжить опыт еще на 3-4 дня при тех же условиях и измерить среднюю длину проростков в опытном и контрольном вариантах. Уменьшение длины проростков в опытном варианте по сравнению с контрольным можно оценить по той же шкале, что и уменьшение числа проростков.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Как организовать общественный экологический мониторинг. Руководство для общественных организаций. Под редакцией к.х.н. М.В.Хотулевой. М., Социально-Экологический Союз, 1997.

2. Биологические методы оценки состояния водных экосистем. Научно-практические рекомендации по внешкольной работе. Составитель П.В.Машкин. Пущине, 1996.

3. Бирмониторинг? Это очень просто! Авторы: К.Асланиди, Д.Вачадзе. Пущине, 1996.

4. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М., Гидрометеоиз-дат, 1984.

5. Экологический мониторинг. Методическое пособие для учителей средних учебных учреждений. М., РЭФИА, 1996.

6. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. М., Мир, 1988.

7. Региональный экологический мониторинг. (На примере Верхнеокского бассейна) Под ред. В.А.Ковды и А.С.Керженцева. М., Наука, 1983.

8. Горшков В.В. Методика изучения эпифитного лишайникового покрова стволов сосен. В кн. "Влияние промышленного атмосферного загрязнения на сосновые леса Кольского полуострова. БИН АН СССР., Л., 1990. с. 147-149.

9. Кузнецова М.А., Ибрагимов А.К., Неручев В.В., Юлова Г.А. Полевой практикум по экологии. М., Наука, 1994.

10. Лосицкий К.Б. Восстановление дубрав. М., Сельхозгиз, 1963.

11. Побединский А.В. Изучение лесовосстановительных процессов. М., Наука, 1966.

12. Ценопопуляции растений. (под ред. Уранова А.А.). М., Наука, 1976.