Биомониторинг атмосферного загрязнения с использованием ИК-спектрального анализа индикаторных видов лишайников (на примере Тверской обл.)

• Автор: Мейсурова, Александра Федоровна
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 206 с. : 47 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1.ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ

АТМОСФЕРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИШАЙНИКОВ

1 Л.Методы лихеноиндикационных исследований

1Л Л .История изучения индикационных свойств лишайников

1.1.2.Качественные и количественные особенности лихенофлор, характеризующие состояние атмосферы

1.1.2.1.Видовой состав лишайников

1.1.2.2. Синтетические индексы

1.1.3.Дополнительные источники информации о лишайниках

1.1.3.1.Морфологические и анатомические признаки

1.1.3.2.Физиологические и биохимические особенности
1.1.3.3.Химический состав лишайников
1.2.Физико-химические методы в лихеноиндикации
Глава 2.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТВЕРСКОЙ ОБЛАСТИ
2.1 .Особенности природных условий
2.2.Хозяйство и промышленность
2.3.Данные о состоянии атмосферы
Глава 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 .Общая характеристика индикаторных видов лишайников
3.2.Эксперименты по воздействию различных поллютантов
3.2.1 .Фумигация
3.2.1.1.Воздействие одного поллютанта
3.2.1.2.Комбинированное воздействие поллютантов
3.2.2.Искусственный дождь
3.3.Характеристика ключевых территорий
3.3.1.Антропогенно-трансформированные территории
3.3.2.0храняемые природные территории
3.4.Фурье-ИК спектральные исследования
3.5.Дополнительные исследования
3.5.1 .Световая и электронная сканирующая микроскопия
3.5.2.Длиноволновой ИК спектроскопический, атомно-абсорбционный спектроскопический и рентгенофлуоресцентный анализы
3.5.3.Анализ поллютантов в воздухе с помощью ИК газоанализатора
Глава 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФУРЬЕ-ИК СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СЛОЕВИЩ ЛИШАЙНИКОВ В МОНИТОРИНГЕ
4.1.ИК спектры образцов из фоновой зоны
4.2.ИК спектры образцов, испытавших воздействие поллютантов (модельный эксперимент)
4.2.1.Фумигация
4.2.1.1.Воздействие одного поллютанта
Серная кислота
Азотная кислота
Соляная кислота
Аммиак
Соли тяжелых металлов (нитраты свинца и кадмия)
Ароматические соединения (ксилол, толуол, фенол)
4.2.1.2.Комбинированное воздействие поллютантов
Серная и азотная кислоты
Серная и соляная кислоты
Азотная и соляная кислоты
Нитрат аммония (аммиак и азотная кислота)
Сульфат аммония (аммиак и серная кислота)
4.2.2. Искусственный дождь
4.3.Анализ индикаторной способности лишайников
Глава 5 .СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРЫ КЛЮЧЕВЫХ ТЕРРИТОРИЙ ПО ДАННЫМ ФУРЬЕ-ИК СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СЛОЕВИЩА HYPOGYMNIA PHYSODES
5.1.Антропогенно-трансформированные территории
5.1.1.Калининский район
5.1.1.1.г. Тверь
5.1.1.2.пос. Заволжский
5.1.2.Конаковский район
5.1.2.1.г. Конаково
5.1.2.2.пос. Редкино
5.1.3.Ржевский район
5.1.4.Торжокский район
5.1.5.Вышневолоцкий район
5.1.6.Удомельский район
5.1.7.Бежецкий район
5.2.0храняемые природные территории
5.3.Специфика ключевых территорий
5.4.Результаты комплексной оценки состояния атмосферы некоторых
ключевых территорий
Глава 6. БИОМОНИТОРИНГ НА ОСНОВЕ ФУРЬЕ-ИК СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ЛИШАЙНИКОВ
6.1.Концепция биомониторинга
6.2.Региональная модель биомониторинга
6.3.Перспективы использования подхода
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Нарастающие темпы деградации растительного покрова и увеличение уровня загрязнения атмосферы повышают значимость проблемы охраны окружающей среды и природных экосистем. В настоящее время это проблема стала одной из наиболее важных глобальных проблем современности. Ее решение невозможно без осуществления мониторинговых исследований, позволяющих оценивать состояние окружающей среды и экосистем, выявлять динамику изменения основных характеристик. Все это определяет необходимость поиска эффективных подходов к организации мониторинговых исследований. Существующие модели мониторинга оценивают, как правило, конкретные характеристики биоразнообразия или предполагают определение состава поллютантов в атмосфере, водной среде, почве. При этом в первом случае обычно выявляют динамику видового состава или направления изменения численности популяций (Staxäng, 1969; Grodzinska, 1971; Малышева, 1996а, 2001а, б, в, 2003; Пауков, 2001; Саксонов, 2001; Бязров, 2002, 2005; Мучник, 2003). При использовании второго подхода выясняют наличие поллютантов в различных компонентах среды. Подходы, предполагающие получение комплексной информации о составе и содержании загрязняющих веществ и характере воздействия их на живые системы пока еще не разработаны. Однако именно они позволяют организовать эффективный мониторинг экосистем, разных компонентов биоты и осуществлять раннюю диагностику основных негативных изменений состояния окружающей среды и биологических объектов.
Повысить эффективность моделей мониторинга может разработка и внедрение способов оценки состояния окружающей среды, которые базируются на синтезе разных методов анализа состояния окружающей среды. Среди них лихеноиндикация на основе Фурье-ИК спектроскопии (Edwards et al., 1998, Edwards, Perez, 1999; Holder et al., 1998, 2000; Garty et al., 2002; Уразбахтина и др., 2005). Использование данных Фурье-ИК спектроскопии будет способствовать развитию нового направление в лихеноиндикащш, формированию системного подхода в организации многоуровнего мониторинга. Предлагаемое направление синтезирует достоинства разных подходов к оценке

фиксацию азота большинства видов (Denison et al., 1977). Некоторые работы с S02 показали более высокую чувствительность фиксации азота, чем фотосинтеза (Fields, 1988), и, возможно, фториды даже более сдерживают фиксацию азота, чем S02. Измерение размеров фиксации азота является трудной дорогостоящей процедурой. Однако измерения нитрогеназной активности проще и дешевле. В присутствии нитрогеназных ферментов ацетилен превращается в этилен. Соответственно, уровень нитрогеназной активности отражает количество произведенного этилена. Уровни этилена и ацетилена можно измерить на газовом хроматографе (Бязров, 2002).
На основании многочисленных данных о влиянии сернистого ангидрида на физиологические процессы у лишайников была предложена последовательность по мере убывания чувствительности к поллютанту: азотфиксация > фотосинтез > дыхание > состояние пигментов > выход калия, отражающий целостность клеточных оболочек (Шапиро, 1996).
Диоксид серы вызывает изменение белкового и аминокислотного метаболизма в организме на двух уровнях. Во-первых, сульфит ингибирует белковый синтез, воздействуя на молекулы нуклеиновых кислот. Так, используя метод включения меченых соединений в белковую фракцию, C. von Arb и др. (1990) наблюдали сокращение синтеза под влиянием диоксида серы у лишайника Parmelia sulcata, S. Malhotra и A. Khan (1983) у Evernia mesomorpha, N. Kardish с соавт. (1987) у лишайника Ramalina duriaei (De Not.) Bagl., И.А. Шапиро (1993) у Peltigera aphthosa (L.) Willd и Hypogymnia physodes. Во-вторых, под влиянием сульфита меняется активность ряда ферментов белкового обмена (Jäger, Klein, 1980). Интересно, что снижение запасов пролина у лишайниковой водоросли Trebouxia при стрессе, вызванном S02, может быть следствием ингибирования пролиндигидрогеназы сульфитом (Шапиро, 1993).
Под действием диоксида серы снижается концентрация аденозинтрифосфата (АТФ). Уменьшение количества АТФ в клетках лишайникового фотобионта Trebouxia при инкубации на растворах Na2S04 наблюдали М. Köck и D. Schlee (1981). Поскольку аденозинфосфаты играют