Способ оценки степени атмосферного загрязнения с помощью лишайников
Владельцы патента RU 2260934:
Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)
Изобретение относится к экологии, в частности к оценке качества атмосферного воздуха по морфологическому состоянию эпифитных лишайников. На местности разбивают не менее 10 пробных площадок размером 25×25 м, определяют внешние признаки лишайников на деревьях, проводят статистическую обработку результатов наблюдений, вычисляют величину показателя состояния биоиндикатора и сравнивают 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. Это обеспечивает упрощение метода лихеноиндикации и исключение влияния субъективной оценки исследователя за счет использования количественного показателя состояния талломов лишайников. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к экологии, в частности к оценке качества атмосферного воздуха по морфологическому состоянию эпифитных лишайников.
Известен способ биоиндикации радиоактивного атмосферного загрязнения путем использования сфагнового мха, выполняющего функции сорбирующей поверхности и живого поглотителя радионуклидов из атмосферы. Для этого из мхов, собранных на пунктах отбора, изготавливают пробы для экспонирования и для контрольных образцов. Пробы устанавливают по сети опробования, подвешивая их на деревьях или на шестах на высоте 1,8 м от поверхности земли. Способ позволяет повысить эффективность радиационного мониторинга без использования передвижных устройств электропитания и громоздких аспирационных установок (Патент RU №2188441, G 01 W 1/00, 27.08.2002).
Известен другой способ определения степени загрязнения атмосферы серосодержащими соединениями городских территорий методом фитоиндикации, где в качестве биоиндикатора используют березу повислую и степень загрязнения определяют по количеству накопленной экзогенной серы в ее листьях. Количество экзогенной серы в листьях определяют по разнице между количеством общей серы в месте определения и количеством серы в них на участке контроля. Изобретение позволяет проводить раннюю индикацию загрязнения зон серосодержащими соединениями (Патент RU №2213361, G 01 N 33/00, 27.09.2003).
Недостатком данных способов является то, что они оценивают степень загрязнения атмосферы только по одному определенному соединению и не позволяют получить информацию о комплексном загрязнении.
Наиболее близким к заявляемому является выбранный в качестве прототипа способ лихеноиндикации загрязнения атмосферного воздуха. Данный способ оценки степени атмосферного загрязнения с помощью лишайников включает в себя 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
G=Wi×Si,
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 (Патент RU №2218753, G 01 N 33/00, 20.12.2003).
Недостатками этого способа являются трудоемкость и большая вероятность возникновения ошибки в результате субъективной оценки жизненности и состояния талломов лишайников исследователем.
Задачами, на решение которых направлено данное изобретение, является упрощение способа лихеноиндикации загрязнения атмосферного воздуха и повышение достоверности оценки, что достигается путем использования в качестве количественного показателя состояния лишайников в условиях атмосферного загрязнения фрактальной размерности талломов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе оценки степени атмосферного загрязнения с помощью лишайников, включающем в себя разбивку на местности не менее 10 пробных площадок размером 25×25 м, определение внешних признаков лишайников на деревьях, статистическую обработку результатов наблюдений, вычисление показателя состояния биоиндикатора и сравнение его с нормативными критериями состояния среды, в отличие от прототипа в качестве показателя состояния биоиндикатора используется значение фрактальной размерности талломов лишайников, которое определяют путем компьютерной обработки отсканированных изображений талломов лишайников, при этом 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.
Фрактальную размерность, представляющую собой количественное значение плотности заполнения структуры талломов лишайников, определяют с помощью компьютерной программы. Так как изменение этого показателя связано с изменением структуры лишайников в условиях загрязнения атмосферного воздуха, фрактальная размерность может быть использована при оценке степени атмосферного загрязнения.
Пример конкретной реализации способа.
Способ реализуется следующим образом. В исследуемых районах собирают лишайники, стараясь при этом не нарушать целостности таллома. Изображения лишайников сканируют на объемном проекционном сканере ScanNex II в черно-белом варианте. Формат выходного изображения - TIFF, PCX, BMP, 8 или 24 бит на точку. Время сканирования - около 30 секунд. Фрактальную размерность полученных изображений определяют при помощи специальной компьютерной программы расчета фрактальной размерности кристаллограмм. После статистической обработки полученных результатов проводят оценку значений фрактальной размерности талломов лишайников, собранных в различных районах. Выводы о степени загрязненности атмосферного воздуха делают на основе того, что фрактальная размерность лишайников уменьшается при увеличении степени загрязненности воздушного бассейна.
Существо изобретения поясняется чертежом.
На фиг.1 проиллюстрированы значения фрактальной размерности лишайников, произрастающих в различных по степени загрязненности атмосферного воздуха районах; на фиг.2 приведен график зависимости комплексного показателя атмосферного загрязнения - индекса атмосферного загрязнения (ИЗА) и фрактальной размерности талломов лишайников.
Таким образом, оценка значений фрактальной размерности лишайников, произрастающих в различных по антропогенной нагрузке районах, показывает наличие связи с ИЗА, который используется в настоящее время при мониторинге атмосферного загрязнения. Так в чистых районах, где ИЗА=0, значение фрактальной размерности талломов лишайников равно 1,81; в грязных районах, например с ИЗА=10,6, значение фрактальной размерности равно 1,19. В результате сопоставления значений фрактальной размерности с данными по ИЗА была определена формула зависимости комплексного показателя атмосферного загрязнения (ИЗА) и фрактальной размерности талломов лишайников.
Следовательно, согласно полученной формуле y=-20,982Ln(x)+12,045 по значению фрактальной размерности лишайников может быть определено значение индекса загрязнения атмосферы. На основе градации атмосферного загрязнения по ИЗА делают дальнейшую комплексную оценку степени атмосферного загрязнения.
| Градация | Загрязнение воздуха | Оценка |
| I | Низкое, мало влияет на здоровье | 0-4 |
| II | Повышенное | 5-6 |
| III | Высокое, неблагоприятное для здоровья | 7-13 |
| IV | Очень высокое, очень неблагоприятное для здоровья | >14 |
Так, при значении ИЗА от 0 до 4 делают вывод о низком, мало влияющем на здоровье атмосферном загрязнении; от 5 до 6 - о повышенном; от 7 до 13 - о высоком, неблагоприятном для здоровья; более 14 - об очень высоком, очень неблагоприятном для здоровья загрязнении атмосферного воздуха.
Таким образом, применение данного способа позволит существенно упростить метод лихеноиндикации и повысить достоверность оценки степени атмосферного загрязнения.
Способ оценки степени атмосферного загрязнения с помощью лишайников, включающий в себя 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 и сравнение его с нормативными критериями состояния среды его обитания, отличающийся тем, что в качестве показателя состояния биоиндикатора используют значение фрактальной размерности талломов лишайников, которое определяют путем компьютерной обработки отсканированных изображений талломов лишайников, при этом 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.
