Porosty są najlepszym biowskaźnikiem stanu sanitarnego powietrza, ponieważ są bardzo wrażliwe na zanieczyszczenia atmosfery, reagują szybciej niż inne organizmy, nawet w przypadku niewielkiego poziomu zanieczyszczeń. Powstały na skutek symbiozy glonu i grzyba.
Glony-zielenice, sinice, grzyby-podstawczaki (tropikalne porosty), niedoskonale workowce. Przewaga komponentu grzybowego w poroście. Symbioza mutualistyczna-czerpią wzajemne korzyści.
Grzyb-zapewnia schronienie, dostarcza wodę z solami mineralnymi, uzyskuje od glonów węglowodany wytwarzane w procesie fotosyntezy.
2 teorie:
I. Grzyb jest saprofitem, pasożytem żyjącym kosztem glonu. Uważa się, że glon jest uwięziony w strzępkach grzyba i zmuszany do nadmiernej fotosyntezy, a komórki glonów mogą być uszkadzane, albo niszczone przez strzępki grzyba.
II. Glon wykorzystuje grzyb jako siedlisko do życia, a substancje wydzielane przez glon powodują nadmierny rozwój strzępek grzyba.
Porosty wytwarzają pseudotkanki-organizmy plechowe.
Budowa anatomiczna porostów:
a)warstwa korowa górna (pseudoparenchyma)-jest zbudowana ze zbitych grubościennych strzępek grzyba, pseudotkanka nie zabezpiecza przed dostaniem się gazów lub cieczy (szkodliwych), nie stanowi skutecznej bariery, są bardziej wrażliwe, bo są mniej chronione,
b)warstwa glonowa (gonidialna)-komórki glonów skupione pod warstwą korową górną,
c)warstwa miąższowa (rdzeniowa)-luźno ułożone strzępki grzyba,
d)warstwa korowa dolna-budowa podobna do górnej, gęsto splecione, grubościenne strzępki grzyba,
e) chwytnik (rhizoid)-pojedyncze strzępki grzyba, nie występują u wszystkich porostów.
Porosty mają bardzo ograniczony kontakt z podłożem i dlatego pobierają całkowitą ilość skł. pokarmowych z powietrza. Komponent grzybowy jest bardziej odporny na zanieczyszczenia.
-chłoną całą powierzchnią ciała,
-gdy obumiera glon, to po jakimś czasie ginie cały porost,
-ilościowo komponentu glonowego jest mniej niż grzybowego,
-ilość chlorofilu na jednostkę suchej masy jest w poroście niższa niż u roślin wyższych i jest bardziej wrażliwy.
Plecha heteromeryczna-wyraźnie wyodrębniona warstwa gonidialna.
Plecha homomeryczna-komórki glonu nie tworzą wyraźnie wyodrębnionej warstwy konidialnej, tylko są rozmieszczone na całym przekroju plechy.
Budowa zewnętrzna porostów
Typy plech porostów: skorupiaste, listkowate i krzaczkowate.
Plecha skorupiasta-całą dolną pow. przylega do podłoża, może rozwijać się tylko na pow. podłoża, lub może częściowo w nie wrastać. W przypadku wrastania w podłoże mówimy o plesze zewnętrznej (na pow. podłoża) i o części wewnętrznej, wrośniętej w podłoże. Może być jednolita, gładka lub nierówna, popękana lub też może składać się z areolek, półkulistych fragmentów plechy. Może być broszkowata lub ziarenkowata, czasami z drobnych łuseczek. Grubość plechy wynosi od 0,1 do kilku mm.
Przykłady:
-Lecidea-Krężniczka,
-Lepraria-Liszajec,
-Rhizoarpon-Wzorzec,
-Pertrusaria-Otwornica.
Plecha listkowata-jest grzbietobrzusznie spłaszczona, ma kształt rozetki lub jest nieregularnego kształtu, z jednego lub kilku większych płatów; ściśle przylega do podłoża lub jest związana luźno. Niektóre wznoszą się ponad podłoże, przyczepione chwytnikami, które mogą być rozłożone regularnie lub pojedynczo, czasami nie ma chwytników, lecz mogą być przytwierdzone zmarszczkami dolnej warstwy korowej. U niektórych gatunków występuje uczep (plecha przymocowana do podłoża w jednym miejscu).
Przykłady:
Lobaria-Granicznik,
Xantoria-Złotorost,
-Physcia-Obrost,
-Cetraria-Płucnica,
-Lecanova-Misecznica,
-Parmelia-Tarczownica.
Plecha krzaczkowata-złożona z gałązek lub odcinków obłych, kanciastoobłych, nieregularnych lub tasiemkowato-spłaszczonych; mogą ją tworzyć pojedyncze trzoneczki lub gałązki, albo plecha taka jest rozgałęziona, rośnie kępkowo lub też ma postać brodatą, przyczepiona zwykle w jednym miejscu do podłoża i zwisa, odstaje albo wznosi się nad podłożem. Niektóre rosną w skupieniu i tworzą murawki naziemne, np. chrobotek (u niektórych porostów-plecha pierwotna, skorupiasta lub liściasta), a dopiero po jakimś czasie wykształca się plecha wtórna-krzaczkowata. U niektórych można wyróżnić plechę mieszaną: listkowato-krzaczkowatą.
Przykłady:
-Cladonia-Chrobotek,
-Usnea-Brodaczka,
-Evernia-Mąkla,
-Ramolina-Odnożyca.
Najbardziej odporna na zanieczyszczenia jest plecha skorupiasta>listkowata>krzaczkowata.
Krzaczkowata-największy styk z atmosferą i dlatego najmniej odporna.
Skorupiasta-powierzchnia kontaktu z powietrzem jest dużo mniejsza.
Miejsce występowania porostów:
-porosty naziemne (epigeiczne),
-porosty nadrzewne (epifityczne),
-porosty naskalne (epiliktyczne),
-porosty na zmurszałych pniach (epiksyliczne),
-na różnych podłożach (ubiknistyczne).
Zmiana zasiedlonego podłoża z typowego na nietypowe może być biowskaźnikiem sugerującym zanieczyszczenie.
Porosty rozmnażają się wegetatywnie, bezpłciowo, wykształcają tzw. rozmnóżki. Są to:
-soredia(urwistek)-pojedyncze komórki glonów oplecione strzępkami grzyba. Skupienia sorediów nazywamy soreliami.
-wyrostek(izydium)-uwypuklenia górnej warstwy korowej wraz z komórkami glonu.
Urwistki i wyrostki stworzone przysprzyjających warunkach środowiskowych, przy zdrowych plechach. Przy oddziaływaniu stresu środowiskowego np. zanieczyszczeń, porosty nie wytwarzają rozmnóżek.
Biowskaźnikowe wykorzystanie porostów.
Wymieranie porostów jest pierwszym i najbardziej czytelnym sygnałem pojawienia się niebezpieczeństwa zagrażającego innym organizmom, a w konsekwencji całej biocenozie.
I.Metody terenowe:
A) Wyznaczanie stref wegetacji porostów:
1.Strefa normalnej wegetacji (strefa czysta).
2.Strefa walki.
2a.Strefa ograniczonej wegetacji.
2b.Strefa zubożała.
3.Strefa bezporostowa (pustynia porostowa).
Czynniki brane pod uwagę przy wyznaczaniu stref:
-skład gatunkowy porostów nadrzewnych (bierzemy pod uwagę tylko epifityczne),
-stopień pokrycia podłoża,
-rozprzestrzenienie porostów na badanym terenie,
-żywotność porostów,
-stopień degeneracji plechy.
Charakterystyka:
Strefa normalnej wegetacji: występują porosty o wszystkich trzech rodzajach plech. Plechy są prawidłowo rozwinięte, bez żadnych śladów uszkodzeń, bogactwo gatunkowe jest duże, także stopień pokrycia podłoża jest wysoki. Porosty są rozmieszczone równomiernie na danym obszarze. Plechy oznaczają się dobrą żywotnością, często obecne są rozmnóżki. Strefa normalnej wegetacji występuje najczęściej poza miastami lub też w obszarach o luźnej zabudowie, a także w znaczny oddaleniu od źródeł zanieczyszczeń.
Strefa walki: nie występują raczej porosty o plesze krzaczkowatej; porosty o plesze skorupiastej, listkowatej są obecne, jednakże stopień pokrycia podłoża jak i rozprzestrzenianie jest znacznie mniejsze niż w strefie czystej. Liczba gatunków porostów jest także dużo niższa niż w strefie czystej. Plechy są zazwyczaj prawidłowo rozwinięte, bez objawów uszkodzeń, ale porosty rzadziej wytwarzają rozmnóżki.
Strefa bezporostowa: dominują porosty o plesze skorupiastej, mogą także występować odporniejsze na zanieczyszczenie porosty listkowate. Liczba stwierdzonych gatunków jest mała, stopień pokrycia podłoża niewielki, a porosty rozmieszczone są w pojedynczych miejscach. W centrum tej strefy nie stwierdza się żadnych porostów. Strefa bezporostowa występuje w centrum dużych miast lub też w sąsiedztwie emitorów zanieczyszczeń.
Lichenoindykacja-wykorzystuje porosty do określenia zanieczyszczeń.
Mapy lichenoindykacyjne-sporządzamy w oparciu o strefy identyfikacji porostów, mają praktyczne wykorzystanie...
Skala porostowa-lista, wykaz gatunków epifitycznych-nadrzewnych o określonej tolerancji na zawartość dwutlenku siarki w powietrzu (mierzonej w mg/m3).
!970-ogłoszenie skali porostowej, a Kiszka ją zmodyfikował (przetłumaczył z ang. na polski).
0-ponad 170
1-max. 170
2-max. 150
3-max. 125
4-max. 70
5-max. 60
6-max. 50
7-max. 40
Transplantacja polega na przenoszeniu zdrowych plech porostów z terenów czystych na zanieczyszczone, następnie określamy powstałą wizualnie uszkodzenie, których poziom zależy od źródła emisji i czasu ekspozycji. (najczęściej się używa Pustułkę pęcherzykowatą).
II Metody laboratoryjne
Wykorzystanie wskaźników fizjologicznych u porostu Pustułka pęcherzykowata, do wyznaczenia stref zagrożeń.
Hypogymnia phynodes-Pustułka pęcherzykowata.
Próba kontrolna musi zawsze wystąpić. Porost będzie w miejscu czystym, a do niego porównuje się wszystkie wyniki. Bierze się pod uwagę:
-intensywność fotosyntezy,
-intensywność oddychania,
-destrukcja bez chlorofilowych.
Fotosynteza-najbardziej wrażliwy czynnik i najlepszy wskaźnik, oddychanie-czynnik mało przydatny.
Mchy jako biowskaźniki-skażenie środowiska metalami ciężkimi.
Mchy są mniej wrażliwe na skażenia niż porosty i wolniej ustępują z obszarów objętych emisjami przemysłowymi. Należą do wyjątkowo dobrych bioakumulatorów-gromadzą w tkankach dużą ilością metali ciężkich. Dzięki tej właściwości wykorzystywane są do oceny skażenia środowiska metalami ciężkimi. Biotesty z wykorzystaniem mchów określamy jako kumulatywne testy typu chemicznego.
Najczęściej wykorzystywane w bioindykacji:
-Gajnik lśniący (Hylocominium splendens),
-Rokiet pospolity (Entodon phrebezi),
-Torfowiec (Sphagnum sp.).
Mchy-cechy dobrego biowskaźnika:
-wiele gatunków mchów ma szeroki zasięg geograficzny i występuje obficie w bardzo różnorodnych siedliskach-w lasach, namłokach, torfowiskach, a także w obszarach uprzemysłowionych i miejskich,
-mchy nie posiadają kutikuli i epidermy,dzięki czemu ich liście są łatwo przepuszczalne dla jonów metali,
-są pozbawione korzeni i tkanek przewodzących, sole mineralne czerpią więc głównie z aparatów atmosferycznych i suchej depozycji,
-aktywnie rosnąca część mchu; czerpie pokarm ze stale obumierających części, nie ma więc kontaktu z podłożem,
-niektóre gatunki (np.Gajnik) posiadają budowę piętrową, a roczne przyrosty tworzą wyraźne segmenty,
-pomiędzy segmentami transport składników mineralnych jest bardzo słaby z powodu braku tkanek przewodzących,
-mchy pobierają metale głównie pasywnie na drodze prostego procesu wymiany jonów.
Dzięki tym cechom mchy mogą być wykorzystywane do określania poziomu skażenia środowiska różnej skali przestrzennej i czasowej. Więc możemy wykorzystywać mchy do określenia aktualnego poziomu zanieczyszczeń na obszarach bardzo rozległych, ale także niewielkich, możemy określać poziom zanieczyszczenia na przestrzeni kilku, kilkunastu, kilkudziesięciu, kilkuset lat.
Przykłady biotestów z wykorzystaniem mchów w różnej skali przestrzennej:
-poziom metali ciężkich w mchach (Gajnik lśniący + torfowce), zawartość poszczególnych metali ciężkich w mchach była zgodna z przestrzennym rozkładem stężenia metali w powietrzu,
-wykorzystuje się mchy ponieważ możemy określić stęż. metali ciężkich na przestrzeni lat,
-określenie skażenia metalami ciężkimi w Polsce.
Słabe zanieczyszczenie:
-Słowiński, Woliński, Pieniński, Białowieski, Roztoczański Park Narodowy,
Średnie zanieczyszczenie:
-Wielkopolski, Kampinoski, Tatrzański, Bieszczadzki Park Narodowy,
Silne zanieczyszczenie:
-Karkonoski, Babiogórski, Świętokrzyski Park Narodowy,
Bardzo silne zanieczyszczenie:
-Ojcowski Park Narodowy.
Zanieczyszczenie PN metalami ciężkimi określa się przy pomocy mchów (Gajnik, Rokiet) odpowiada rozmieszczeniu emisji przemysłowych w Polsce:
-słabe zanieczyszczenie na północy, z dala od dużych miast,
-bardzo silnie zanieczyszczone-w okolicach dużych ośrodków przemysłowych.
Przykłady biotestów w różnej skali czasowej:
-na przestrzeni kilku ostatnich lat możemy określić poziom skażenia metalami ciężkimi na podstawie analizy zawartości tych pierwiastków, w określonych piętrach przyrostów rocznych mchów (i ma się informację o skażeniach w danych latach np. 3 piętro, czyli 3 lata temu),
-poziom zanieczyszczeń na przestrzeni kilkudziesięciu lat, jest to możliwe dzięki okazom zielnikowym mchów (jest to udokumentowane), Pb-największy przyrost,
-można też do kilkuset lat dzięki obumierającej masie w torfowiskach.
Mchy można wykorzystywać w metodach transplantacyjnych-przenoszenie z naturalnego miejsca występowania w nowe miejsca, na których chcemy zmierzyć poziom zanieczyszczeń.
Można w tym przypadku stosować:
1)transplantacja „prosta”-przenoszenie mchów wraz z podłożem z terenu czystego, niezanieczyszczonego na teren zanieczyszczony,
2)technika woreczkowa-przesuszone lub świeże mchy są umieszczane w ........ siateczkach, woreczkach i wywieszone są na pewien okres, ten test jest uznawany za lepszy niż transplantacja „prosta”.
Poszczególne gatunki mchów różnią się w sposobie reakcji na substancje toksyczne zawarte w emisjach przemysłowych lub SO2 zalecane są torfowce-wykorzystujemy je w biotestach o określenia poziomu skażenia powietrza tymi pierwiastkami (F i S).
Wyniki doświadczenia: W naturalnym środowisku zawartość F ogólnego wynosiła ppm w próbkach eksponowanych w woreczkach zawartość wynosiła 28 do 106ppm następował wzrost od 22 do 360% w stosunku do próby kontrolnej.
W próbach eksponowanych wynosiła od 300 do 2500 ppm,była wyższa od 22 do 178% niż w próbie kontrolnej (w zielonych częściach torfowca).
Czynniki modyfikujące poziom metali ciężkich w mchach:
-rodzaj lub gatunek,
-część mchu,
-wiek mchu,
-miejsce,
-wielkość opadów atmosferycznych,
-sposoby przygotowania prób do analizy chemicznej.
Kora martwicowa jako wskaźnik zakwaszenia środowiska
SO2 jest najczęstszym i najgroźniejszym polutantem gazowym w Polsce i Europie Środkowej. Po emisji do atmosfery i ulega on utlenieniu, a następnie uwodnieniu i opada na ziemię jako kw. siarkowy lub siarkawy. Kora martwicowa jest wyjątkowo czułym wskaźnikiem zakwaszenia środowiska, dzięki temu iż pozostaje w ekosystemie przez wiele lat, możemy określać poziom skażenia w pewnym okresie czasowym.
Kora drzew liściastych jest z natury mniej zakwaszona niż kora drzew szpilkowych i dlatego jest bardziej czułym wskaźnikiem powietrza. Jest ona znacznie częściej używana w biotestach, ale prawidłowe jest także wykorzystanie kory drzew iglastych.
Odczyn kory ulega łatwo zmianie pod wpływem emisji przemysłowych i dlatego jest używany jako bioindykator w ocenie stopnia skażenia środowiska. Istnieje wyraźna korelacja między zakwaszeniem kory drzew, a stężeniem SO2 w powietrzu.
Czynniki wpływające na odczyn kory drzew:
-wiek drzew,
-zdrowotność,
-rodzaj podłoża,
-długość składowania prób przed wykonaniem analiz,
-technika zbioru,
-termin zbioru,
-techn. analityczna,
-stopień porowatości kory.
Sosna jako biowskaźnik
SO2 zajmuje I miejsce wśród gazów szkodliwych dla roślin ze względu na swoje właściwości trujące, częstość występowania.
Gazowe zanieczyszczenia powietrza, w tym SO2 przenikają do systemu korzeniowego drzew przez aparaty szparkowe.
Aparaty szparkowe u igieł starszego rocznika zatracają zdolność całkowitego zamykania się, dlatego też do takich igieł dostaje się więcej zanieczyszczeń.
Po przeniknięciu zanieczyszczeń gazowych powietrza ulegają zakłóceniu 2 ważne funkcje życiowe drzew:
-transpiracja,
-asymilacja.
Chore igły wyparowują więcej wody, niż są w stanie uzyskać-powoduje to ich zamieranie i opadanie.
Zewnętrznym objawem uszkodzeń powodowanym przez przemysłowe zanieczyszczenia powietrza u gatunków drzew iglastych jest zmiana ubarwienia igly (igły żółkną w częściach wierzchołkowych, a granice między częścią zieloną-zdrową, a żółtą-uszkodzoną) są zwykle bardzo wyraźne. Przebarwione igły z reguły opadają, najpierw z lat wcześniejszych, natomiast młodsze pędy pozostaną uiglone.
Sosna-cechy dobrego bioindykatora:
1.Gatunek panujący, najważniejsze drzewo lasotwórcze (ok.75% skł. gatunkowego lasów).
2.Masowo występuje przy zakładach przemysłowych.
3.Czuła i wrażliwa na uszkodzenia przemysłowymi zanieczyszczeniami powietrza.
4.Dobrze poznana pod względem systematycznym, morfologicznym, anatomicznym.
5.Koncentracja progowa SO2 dla sosny wynosi 0,1ppm, a dla człowieka 0,12ppm. Tam, gdzie obumiera sosna-zagrożone jest życie.
Przykłady biotestów z wykorzystaniem Sosny zwyczajnej:
1. Wodne wyciągi sosny mogą stanowić wskaźnik zanieczyszczenia powietrza. Określenie poziomu zanieczyszczenia poprzez:
-pomiar pH,
-pomiar przewodnictwa elektrolitycznego, które stanowi funkcję stężenia rozp. związków osadzonych na korze drzew,
-pomiar stężenia siarczanów w ekstrakcie kory-biotest ten informuje nas o zanieczyszczeniu danego obszaru związkami siarki,
-analiza chemiczna kory-w suchych, odpowiednio przygotowanych próbkach, metoda laboratoryjna,
-wykorzystanie kory jako podłoża do hodowli siewek, np. Rzodkwi zwyczajnej, tempo wzrostu-ilość kiełkujących, zdrowotność siewek, na takiej podstawie ocenia się, czy na korze czystej siewki rozwijają się prawidłowo.
2. Analiza chemiczna igliwia-przykład i wykorzystanie:
np. Pb i Zn mają zdolność kumulowania się w szpilkach sosny. Wyniki analiz chemicznych igliwia mogą służyć do określenia zasięgu, rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń gazowych i pyłowych. Istnieje zależność prawie liniowa między odległością od źródła emisji.
3.Metoda dendrometryczna-polega na ocenie przyrostów rocznych słojów. Gdy duże stężenie w powietrzu, to odnotowane są małe przyrosty roczne-drzewa rozwijają się prawidłowo. Jest to analiza grubości słojów.
4.Określanie stref zagrożenia na podstawie przeciętnego wskaźnika uszkodzeń drzewostanu szpilkowego. Metoda terenowa.
Przeciętny wskaźnik uszkodzeń (W)
W=U/(S*n), gdzie:
U-suma stopni uszkodzeń wszystkich drzew próbnych,
S-stała liczba przyjętych grup uszkodzeń dla sosny S=5 przy dominującym działaniu SO2, dla świerka i jodły S=4, dla sosny przy związkach azotu S=3,
n-liczba drzew próbnych.
Strefa zagrożenia:
0-strefa wolna od zagrożenia W≤0,5
1-strefa niewielkiego zagrożenia 0,5<W≤1,5 (występują początkowe objawy uszkodzeń aparatu asymilacyjnego drzew-igieł),
2-strefa średniego zagrożenia 1,5<W≤2,5 (zaawansowane objawy uszkodzeń igieł),
3-strefa silnego zagrożenia 2,5<W<3,0 (silne uszkodzenia igieł powodują sukcesywne obumieranie).