Monitorizarea Calitatii Aerului Afectat de Exploatarile Miniere din Valea Jiului Prin Intermediul Bioindicatorilor

Capitolul 5

Monitorizarea calității aerului afectat de exploatările miniere din [NUME_REDACTAT] prin intermediul bioindicatorilor

Riscul poluării aeriene a mediului a fost evaluat în funcție de poziția fizico-geografică a ecosistemelor studiate și de repartizarea geografică a surselor locale de poluare. La fel, s-a ținut cont de influențele factorilor biotici (tip de vegetație, specii dominante ș.a.) și abiotici (tip de sol, relief, altitudine, condiții climatice). Evaluarea locală și regională este necesară ca un prim pas pentru a colecta informații fundamentale, care pot fi folosite pentru a evita, preveni și reduce la minimum efectele nocive asupra sănătății umane și a mediului în ansamblu. [98] Deoarece efectele asupra organismelor indicatoare sunt observabile în timp, rezultatul unor influențe complexe, care combină calitatea aerului și condițiile climatice locale, această abordare biologică globală este considerată deosebit de aproape de punctele finale privind sănătatea umană și a mediului, fiind relevant pentru managementul calității aerului.

Tehnicile de biomonitorizarea permit identificarea stării unor parametrii de mediu pe baza efectelor induse de acestea asupra organismelor sensibile, capabile să reacționeze într-o manieră clară și cuantificabilă în prezența unor poluanți. [54] Aceste reacții apar într-o manieră mai mult sau mai puțin evidentă permit estimarea efectelor schimbărilor de mediu privind componentele sensibile ale ecosistemelor.

5.1. Lichenii ca bioindicatori

Lichenii furnizează informații privind poluarea aerului, deoarece metabolismul lor depinde în mod esențial din atmosferă.

Principalele caracteristici ale licheni care îi fac bioindicatori excelenți de mediu sunt:

Capacitatea crescută de absorbție și acumulare a substanțelor din atmosferă

Datorită lipsei sistemului de rădăcini, metabolismul lichenilor depinde de depunerea umedă și uscată din atmosferă; lipsa cuticulelor și deschiderii stomatelor, permit lichenilor să realizeze schimburi cu mediu prin întreaga suprafață a corpului precum și absorbția nutrienților dar și a contaminanților atmosferici sub formă gazoasă, în soluție și asociați cu particule. [39] Aceste caracteristici explica de ce lichenii sunt primele organisme care afectate de prezența substanțelor fitotoxice fiind capabili să acumuleze la un nivel apreciabil aceste impurități din atmosferă (metale, radionuclizi, hidrocarburi clorurate, fluoruri etc.), dificil de măsurat în probele de aer.

Capacitatea crescută la stresul de mediu

Lichenii se caracterizează prin procese de fotosintetiză activă numai în condiții de hidratare, deci acest proces depinde mult de umiditatea aerului, stresul pentru apă îi încetinește activitățile metabolice care sporesc rezistența lor la contaminanții atmosferici. Rezistența lichenilor la temperaturi joase permite o activitate continuă pe tot parcursul anului, motiv pentru care lichenii pot fi degradați în timpul iernii, când nivelul de poluare al aerului este în general mai mare [44]

Lipsa proprietății de a scăpa periodic de părțile vechi sau intoxicate

Lichenii nu sunt capabili de a scăpa de contaminanții acumulați în tal prin mecanisme active de excreție, cum apare în cazul plantelor superioare.

Sensibilitate diferită față de poluanți

Fiecare specie de licheni are un grad de toleranță specific față de un poluant. Deseori, lichenii pot conține concentrații mari de contaminanți, fără a prezenta degradări morfologice sau fiziologice, ca urmare a faptului că mulți contaminanți nu sunt toxici pentru licheni sau pentru anumite specii de licheni, sau sunt sub formă de particule insolubile în spațiile intercelulare ale medulei. [93]

Indicatorul efect – răspuns la principalele tipuri de agenți poluanți este de tip:

1) fiziologic: prin reducerea activității fotosintezei și respirației celulare când expunerea are loc la dioxid de sulf, oxizi de azot, ozon, fluoruri, hidrocarburi, plumb, cadmiu, zinc. Dioxidul de sulf este principalul poluant ce afectează lichenii pe scară largă. Procesele cele mai afectate sunt fotosinteza, din cauza degradării clorofilei, a celulelor algale și fluxul de nutrienți sub formă de carbohidrați dintre algă și ciupercă. [75]

2) morfologic: prin apariția modificărilor de culoare, formă a talului, a unor pete maronii, a zonelor necrozate precum și detașare a unor părți ale talului de substrat. Prin apropierea de surse de poluare observăm o deteriorare progresivă a vitalității talului lichenilor și modificări ale acestuia.

3) ecologic: prin diminuarea procentului de acoperire a unei suprafețe cu specii și modificarea comunităților de licheni. În zonele intens populate de multe ori există o schimbare în biodiversitatea a cenozelor, fie prin scăderea numărului de indivizi din fiecare specie fie reducerea numărului total de specii. [81]

5.2. Biomonitorizarea mediului

Creșterea cantității de substanțe toxice în mediu, cu efecte asupra vieții omului a necesitat căutarea unor instrumente din ce în ce mai sensibile pentru controlul poluării. Poluarea, în special a aerului, fiind un fenomen extrem de variabil influențat de mai mulți factori, de spațiu și timp. Cartografierea corectă a poluării într-o anumită zonă de studiu implică o bază statistică, bazată pe o rețea de înaltă densitate de măsurători și de analiză a datelor referitoare la perioade prelungite de timp.

Monitorizarea poluării aerului efectuată de stații de monitorizare prin detectarea automată, este esențială, în cazul unor zone supuse continuu la concentrații ridicate de poluanți, cum ar fi centrele urbane mari, este din mai multe motive extrem de complexă (Nimis 1999a):

a. concentrațiile de poluanți din aer sunt foarte variabile în timp și spațiu, în funcție de factori cum ar fi condițiile meteorologice, direcția vânturilor, topografie, de tipul de sursă de poluare . [87]

b. o cartografiere corespunzătoare a poluării implică studii efectuate pe o bază statistică, cu un număr mare de puncte de măsurare, dar costul ridicat al stațiilor de monitorizare reprezintă o limitare a densității punctelor de prelevare, atât în spațiu cât și în timp;

c. probele, urmăresc în general, doar câțiva parametri (dioxid de sulf, oxizi de azot, monoxid de carbon, praf), în timp ce există puține informații cu privire mulți poluanți, cum ar fi metalele;

d. cuantificarea concentrațiilor poluanților individuali nu este suficientă pentru a defini starea de degradare a mediului, deoarece setul de substanțe prezente în mediul înconjurător poate acționa sinergic prin amplificare efectelor negative asupra organismelor vii. [71]

Tehnicile de biomonitorizarea obțin date biologice: prin măsurători de biodiversitate (modificări morfologice, fiziologice sau genetice) și concentrații de substanțe acumulate în organismele examinate. Biomonitorizarea se bazează pe modificarea componentelor normale ale ecosistemelor la poluare [75], care sunt utile pentru estimarea efectelor combinate ale mai multor poluanți asupra componentei biotice.

Avantaje ale tehnicilor de biomonitorizarea sunt reprezentate de:

1. cheltuieli reduse pentru o densitate mare de eșantionare, estimarea efectelor biologice asupra organismelor sensibile ca urmare a interacțiunii multiple a poluanților [25]

2. depistarea rapidă a zonelor de risc, în care se înregistrează depășiri ale valorilor de prag stabilite de lege, pentru anumite substanțe poluante primare importante;

3. identificarea rapidă a măsurilor pentru reducerea emisiilor de poluanți pe perioade lungi de timp;

Biomonitorizarea oferă informații pentru evaluarea globală a stării mediului a unei zone, identificarea domeniilor de risc pentru sănătatea publică, evidențierea modelelor de circulație a aerului și optimizarea planificării și punerii în aplicare a rețelelor de monitorizare orientate instrumental.

Dezavantajele tehnicilor de biomonitorizare:

1. imposibilitatea stabilirii unei relații fără echivoc între datele biologice și concentrațiile de poluanți specifici, din cauza efectelor sinergice, astfel cum sunt stabilite prin prezența substanțelor toxice în mai multe organisme; [51]

2. dificultăți, în utilizarea acestor tehnici în cazul în care lipsesc organismele autohtone, pentru aplicarea în zone unde caracteristicile de mediu împiedică prezența bioindicatorilor;

3. dispariția speciilor de licheni în cazul unor valori extreme ale concentrațiilor unor poluanți;

4. imposibilitatea de etalonare și interpretare la scară unică a datelor biologice a poluării valabilă pe întreg teritoriul național, datorită variabilitățile climatice extreme și geomorfologice care le caracterizează. [20]

5.3. Recoltarea probelor de licheni

Lichenii pot fi colectați tot anul, în deosebi în perioadele mai umede, când talul se îmbibă cu apă și capătă forma tipică speciei date. Probele au fost colectate cu ajutorul unui cuțit puternic, ce permite desprinderea talului de pe substrat. Deosebit de important este aspectul de aceea înainte de a colecta lichenii am folosit o lupă in studiul acestora. Probele colectate au fost puse în plicuri confecționate din hârtie cu dimensiunile 25 x 15 cm. Materialul umed a fost uscat în încăperi bine aerisite. Fiecare probă a fost etichetată, notând locul colectării, tipul vegetației, substratul gazdă, înălțimea deasupra pământului, particularitățile solului, iluminare, abundența (% din suprafața substratului), data.

5.3.1. Metode de cercetare a comunităților de licheni

Metoda de lucru adoptată în studiul comunităților de licheni din apropierea exploatăriilor miniere din [NUME_REDACTAT] a parcurs etape importante, acumularea materialului biologic, recoltarea lui, s-a realizat după o amplă documentare științifică și o temeinică inițiere în cunoașterea morfofiziologiei, taxonomiei și ecologiei lichenilor,însoțită de cercetări și deplasări pe teren. [99]

5.3.1.1. Schema de eșantionare

Prelevarea probelor s-a făcut respectând normele europene, în funcție de distribuția arborilor standard, în principiu pe bază de heteroomogenității ecologice a zonei de studiu. În fiecare punct de studiu, variabilele ecologice au fost notate explicit (de exemplu, altitudine, utilizarea terenului, densitatea populației rezidente, vegetație), în conformitate cu scopul studiului.

5.3.1.2 Alegerea terenului. Stații de prelevare de probe

Unitatea de prelevare a probelor

Parcela de prelevare a probelor: fiecare teren constituie o unitate de prelevare. În ceea ce privește dimensiunea parcelei selectate aceasta depinde de densitate de plantare în zona de studiu, de diferite dimensiuni care ar putea fi luate în considerare. În cele mai multe cazuri, este recomandat un teren de prelevare circular cu o rază a 30 m. Fiecărei parcele se repartizează, centrat un punct de prelevare. [63]

Sistemul de eșantionare se bazează pe un set de stații de prelevare de probe, și anume puncte de prelevare teritoriale (PT) care sunt celule teritoriale definite (de eșantionare în unitatea primară), central în punctele de intersecție ale grilei geografice, și puncte de prelevare secundare (PS) (de eșantionare în unitatea secundară), care constituie un subeșantion de fiecare unitate teritorială (UT). Unitățile primare de prelevare a probelor sunt porțiuni de teren pătrat cu latura de 1 km, în care, în urma procedurilor standard, trebuie să fie identificate puncte de prelevare secundară PS, formate din zone circulare de 250 m în diametru aranjate în cadranele de observație numite puncte de prelevare teritoriale PT, după cum se arată în Fig. 5.1.

Fig. 5.1. Punct de prelevare secundară PS este posibil într-un sistem de puncte de prelevare teritorială PT și de substituție

Arborii pentru detectarea biodiversității lichenilor în fiecare punct de prelevare teritorial PT sunt selectați în punctele de prelevare secundară PS, în număr de 6 pentru fiecare punct de prelevare. [80] În cazul în care într-un punct de prelevare secundară PS nu este găsit cel puțin un lichen detectabil, acesta este înlocuită cu un alt punct de prelevare secundară PS în ordinea indicată în fig. 5.2.

Fiecare detectare a punctelor de prelevare teritorială PT trebuie să fie efectuată pe un număr de arbori, nu mai puțin de 6. Dacă un punct de prelevare teritorială PT nu îndeplinește aceste condiții, ca în exemplu prezentat în ortofotograma din figura 5.2., este la rândul lui înlocuit cu unul adiacent, în ordinea indicată în fig. 5.3.

Dacă acestea îndeplinesc condițiile de detecție, celula poate fi folosită ca un nou punct de prelevare teritorială PT. Dacă acest lucru nu este posibil în orice celulă, celula nu va conține prelevări teritoriale și nu va avea nici o alocare directă a biodiversității lichenilor.

Fig. 5.2. Puncte de prelevare teritorială PT și prelevare

de probe din puncte de prelevare secundară PS

Fig. 5.3 Schema de înlocuire a unui punct de prelevare teritorială PT

Pentru fiecare unitate de probare teritorială se stabilesc puncte de prelevare teritorială PT pe monografia teritoriului, care prevede ca în exemplul din figura 5.4. și se numerotează arborii.

Pentru fiecare punct de prelevare teritorială PT, detectat pe monografia teritorială din cadrul punctelor de prelevare secundară PS, se întocmește o fișă de prelevare care conține:

a) Locul de amplasare a punctelor de prelevare teritorială PT pe suport de hârtie la scara 1:10.000;

b) ortofotograma;

c) perioada de eșantionare;

d) date de localizare, staționar: sistemul de coordonate geografice (Stereo 90), descrierea site-ului.

Fig. 5.4. Schema descriptivă a punctelor de prelevare teritorială PT

e) biodiversitatea lichenilor efectuată prin date măsurate: tipul de arbore, circumferința trunchiului, expunerea, lista de specii și frecvența lor, valorile măsurătorilor biodiversității lichenilor (BL), precum și punctele cardinale ale punctului de prelevare.

5.3.1.2. Selectarea arborilor pentru prelevarea probelor

În prezentul studiu au fost selectați speciile de arbori cu scoarța puțin acidă, neutră sau bazică, cu excepția coniferelor, am evitat speciile cu un grad ridicat de scoarță exfoliată însă am studiat lichenii de pe diferite specii de arbori, în cadrul aceluiași grup cu același de tip scoarță.

Arborii selectați pentru identificarea biodiversității lichenilor, au îndeplinit următoarele criterii:

1. Fiecare expunere (N, E, S, W are o înclinare în centrul fiecărei grile) < 20o (fig. 5.6.).

2. Pentru a respecta omogenitatea suprafeței pe care se instalează flora de licheni, circumferința trunchiului arborelui ales în studiu a fost de peste 60 cm, pentru a evita situațiile în care arborii tineri pot avea condiții ecologice diferite decât adulții, creșterea lichenilor este mai lentă, doar arborii mai în vârstă prezintă colonii de licheni.

3. Am ocolit arborii cu marcaje de vopsea sau alte aspecte care pot indica existența unor fenomene perturbatoare.

4. Am ales arbori în zone deschise, evitând zonele umbrite, precum și arborii situați într-o pădure închisă, în care lipsa luminii poate duce la modificări ale comunităților de licheni.

Fig. 5.5. Selectarea arborilor pentru prelevarea probelor de licheni

5 Am studiat șase arbori din aceeași specie sau din același grup, sub rezerva acelorași condiții aflate într-un pătrat cu latura de 1 km. [102]

6 Arborii selectați nu au fost izolați, au beneficiat de o mișcare omogenă a aerului.

Fig. 5.6. Amplasarea grilelor de observație a biodiversității lichenilor

în funcție de înălțime și punctele cardinale

5.3.1.3 Grilă de observație

Este o grilă cu dimensiuni de 10 cm x 50 cm (Figura 5.7.). Această grilă este divizată în cinci pătrate cu dimensiunea de 10 cm x 10 cm, care se aplică pe trunchiul arborilor eșantionați. Grila este suficient de flexibilă pentru a fi ușor de plasat pe trunchi, dar și rezistentă pentru a împiedica modificările de formă și dimensiuni prin utilizare.

5.3.2. Metoda de identificare a lichenilor pe arborii

Identificarea comunităților de licheni pe fiecare arbore se realizează folosind o grilă de prelevare a probelor care constă din patru elemente rectangulare, fiecare fiind format dintr-o serie liniară de cinci pătrate de 10 x 10 cm, dispuse vertical pe trunchi în cele patru puncte cardinale (Figura 5.7.). Partea de jos a fiecărui element este dispusă la un metru de la suprafața solului. Este permisă o rotație de 20° în sensul acelor de ceasornic, în scopul de a elimina orice parte a trunchiului neadecvată pentru a fi prelevate probele. Suprafața minimă de evidențiere a unei fitocenoze, constând din inventarierea tuturor speciilor, reprezintă o suprafață de probă numită releveu. Suprafața de probă din fitocenoză, a fost de (0,50 m2) – pe scoarța arborilor. Cele mai utilizate sunt releveele de formă pătrată pentru – licheni – 0,1-1 m2 [104, 107].

5.3.2.1 Echipamentul necesar pentru colectare

Acest echipament pentru colectare cuprinde:

– un cuțit cu o lamă puternică pentru a desprinde lichenii de pe scoarța arborilor, în special în cazul lichenilor crustoși, complet lipiți de substrat, a trebuit să tai mici porțiuni din scoarță, cu grijă pentru a nu răni tulpina arborelui.

– plicuri și pungulițe de hârtie pentru eșantioanele colectate pe teren. Fiecare lichen colectat pe teren a fost pus în plicul său și am notat pe loc denumirea speciei și data colectării;

– un capsator pentru a închide pe teren plicurile cu probe.

– o lupă pentru a face o primă sortare a materialului chiar pe teren;

– un caiet pentru a nota anumite observații (de ex.: umezeală, pantă etc.);

– un liniar pentru măsurări directe în teren, de ex.: mărimea talurilor unor specii care nu pot fi colectate în întregime.

5.3.2.2 Echipament de laborator

Determinarea în laborator începe cu privirea vizuală a probei, stabilind culoarea, tipul ramificării, prezența apoteciilor, izidiilor. Apoi am consultat imaginile color, desenele și descrierea speciilor, genul. Uneori a fost nevoie de efectuat secțiuni ale talului și apoteciilor. Secțiunile efectuate cu lama de bărbierit au fost privite cu lupa sau cu microscopul Micmed-5,apoi am folosit reactivi specifici pentru reacții de culoare.

5.3.2.3 Reactivi chimici pentru teste suprafața talului lichenilor.

Pentru a produce schimbări caracteristice de culoare am folosit soluții de iod (I), hipocloritul de calciu (C), hidroxidul de potasiu (K) și prin diluare para-fenilendiamină (P). Aceste teste sunt ușor de realizat chiar și în condiții de teren în cazul în care materialul nu poate fi colectat în mod convențional. Testele directe necesită cantități foarte mici de reactivi pentru a se evita distrugerea probei și trebuie realizate cu grijă sub o lupă (x10). În cazul testelor care presupun examinarea medulei este necesară înlăturarea unei suprafețe mici din cortexul superior cu ajutorul unei lame.

5.3.2.4.Tipuri de teste de culoare pentru substanțele lichenice conținute de tal

Colorarea talului lichenilor cu reactivi specifici evidențiază prezența anumitor substanțe conținute de licheni (tabelul 5.1).

Tabelul 5.1 Teste de culoare pentru substanțele lichenice conținute de tal

5.3.2.5 Microscop optic

Microscopul optic (mărire necesară: x 400 până la x 1000), este folosit pentru mărire de putere mare a structurilor lichenului.

Identificarea lichenilor este o operație dificilă care solicită multă răbdare și meticulozitate din partea cercetătorului. Adesea caracterele macroscopice cum ar fi forma și culoarea talului, modul de fixarea a acestuia pe substrat, tipul sporilor, prezența sau absența soralelor, izidiilor sau a altor formațiuni taline sunt insuficiente pentru determinarea unei specii. Studiul la microscop al lichenilor poate fi făcut pe material viu sau pe material fixat (în preparate microscopice). Pentru astfel de cercetări se utilizează microscopul. Acestea permit o analiză atentă a structurii talului, a apotecilor, forma, culoarea și structura sporilor etc.

5.4. Determinarea biodiversității lichenilor

Grila de observație a fost atașată trunchiului, astfel încât marginea inferioară să fie la o înălțime de 1 m deasupra bazei trunchiului (fig. 5.7.), plasată la cele patru puncte cardinale ale trunchiului (NSEW).

Am înregistrat prezența fiecărei specii din cadrul pătratelor, într-o fișă de observație și am calculat frecvența speciilor prezente în grilă (prin însumarea pătratelor în care se găsesc speciile, cu valori de la 0 la 5). Lista înregistrărilor a inclus toate speciile prezente. Am întâlnit câțiva licheni mici crustoși, dificil de identificat motiv pentru care au urmat investigații de laborator, făcute pe probe echivalente îndepărtate din zona de trunchi exterior pătratului.

În studiul meu am evitat înregistrarea lichenilor în cele patru elemente ale rețelei chiar dacă acoperirea era mare, pentru :

– zonele care au fost decojite sau degradate ale trunchiului;

– zonele cu prezența vizibilă a nodurilor;

– zonele corespunzătoare benzilor cu flux regulat de scurgerea apei de ploaie.

În baza studiilor efectuate anterior în domeniul lichenoindicației [95, 97] am selectat un număr fix de specii de licheni, reprezentativi pentru întreaga zonă a [NUME_REDACTAT], recomandați pentru monitoringul biologic. Probele recoltate au fost împachetate în pungi de hârtie pe care s-a indicat locul recoltării, tipul vegetației, altitudinea, expoziția, arborele (gazda), abundența fiecărei specii (% din suprafața substratului), data recoltării.

Arborii cu grad de acoperire sub 10% din suprafața substratului nu au fost luați în calcul, fiind considerați cu semnificație ecobioindicatoare joasă [13].

Înregistrând toate speciile de licheni, prezente în fiecare unitate de detectare, am calculat frecvența lor, măsurată ca număr de pătrate, în care este prezentă fiecare specie; valorile de frecvență ale fiecărei specii, care variază între 0 și 5.

Valoarea biodiversității lichenilor (BL) din parcela de observație se calculează (5.1), după cum urmează:

1. se însumează frecvențele din speciile găsite în cele 6 elemente din zonelor de prelevare de probe din fiecare stație de arbore (BL relief);

2. se calculează media valorilor de biodiversității lichenilor (BL) detectate în fiecare punct cardinal cât și celelalte puncte de prelevare, obținerea valorile biodiversității lichenilor (BL) în cele 4 puncte cardinale;

3. se însumează valorile biodiversității lichenilor BL în cele 4 puncte cardinale, și se obține valoarea biodiversității lichenilor (BL) pe arborele de observație.

(5.1.)

unde:

N, E, S, W – sunt punctele cardinale

Frecvența speciilor (F) evidențiază în procente numărul de probe în care se găsește o specie față de numărul total de probe colectate. Se calculează aplicând relația:

(5.2.)

în care:

F – frecvența;

p – numărul probelor în care apare specia dată;

P – numărul total de probe cercetate [146].

Pentru fiecare punct de prelevare teritorială PT detectat pe monografia teritorială din cadrul punctelor de prelevare secundară PS, fișele de prelevare a lichenilor în intervalul 2010-2013 sunt prezente în tabele 5.2.-511

Biodiversitatea lichenilor în parcela de observație Paroșeni (tabel 5.5) se află la limita inferioară a valorilor BL pentru aer curat (31- 40) și limita superioară pentru aerul puțin curat (BL 21- 30).

Biodiversitatea lichenilor în parcela de observație Petroșani (tabel 5.8) se află la limita superioară a valorilor BL pentru aer mediu curat (31- 40) și limita inferioară pentru aerul curat (BL 41- 50).

Tabel 5.2.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 1 Câmpu lui Neag 20 sept. 2013

Tabel 5.3.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 2 Uricani 20 sept. 2013

Tabel 5.4.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 3 Lupeni 20 sept. 2013

Tabel 5.5.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 4 Paroșeni 20 sept. 2013

Tabel 5.6.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 5 Vulcan 20 sept. 2013

Tabel 5.7.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 6 Aninoasa 20 sept. 2013

Tabel 5.8.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 7 Petroșani 20 sept. 2013

Tabel 5.9.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 8 Petrila 20 sept. 2013

Tabel 5.10.

Eșantionul de cercetare din unitatea de probare P 9 Lonea 20 sept. 2013

Tabel 5.11. Distribuția lichenilor in funcție de punctele cardinale

Tabel 5.12. Biodiversitatea lichenilor pe arbori în unitățile de prelevare în funcție de expoziție

Grafic 5.1. Distribuția lichenilor in funcție de punctele cardinale

Grafic 5.2. Distribuția lichenilor in funcție de punctele cardinale

Tabel 5.13. Indicele de biodiversitate în funcție de notele de bonitate și toxitoleranța lichenilor la SO2 în [NUME_REDACTAT]

Grafic 5.3. Variația numărului de licheni în funcție de punctele cardinale

Grafic 5.4. Indicele de biodiversitate în funcție de nota de bonitate

Tabel 5.14. Sinteza rezultatelor speciilor identificate și abundența acestora în [NUME_REDACTAT]

Grafic 5.5. Abundența speciilor de licheni în [NUME_REDACTAT]

In perioada studiată 2010-2013 fluctuația numărului de licheni pe arbori nu a fost semnificativă, însă foarte importantă este apariția în 2011 a cenozelor speciei Ramalina fraxinea, deosebit de sensibile la SO2 (35 µg/m3) ceea ce este un semn bun pentru [NUME_REDACTAT].

Au fost înregistrate modificări în ce privește aspectul, forma culoarea, respectiv conținutul chimic dar numărul speciilor, BL nu s a modificat semnificativ în perioada studiată.

Tabel 5.15. Variația precipitațiilor în [NUME_REDACTAT] în perioada 2009-2013

Grafic 5.6. Variația precipitațiilor în [NUME_REDACTAT] în perioada 2009-2013

5.5. Scara de interpretare a diversității lichenilor

Creșterea lichenilor poate varia de la o regiune la alta, din cauza diferențelor floristice, ecologice și climatice. Prin urmare, valorile diversității lichenilor ar trebui să fie interpretate în funcție de scările regionale specifice elaborate pe baza rezultatelor mai multor proiecte de cartografiere ambele proiecte pentru a asigura comparabilitatea și de a evalua critic. Astfel de scări ar trebui să atribuie evaluări verbale și coduri de culoare pentru a caracteriza diferite niveluri de diversitate a lichenilor, în funcție de abaterea lor de la condițiilor „normale/ naturale” existente în regiune.

Diversitate poate fi definită ca „foarte mare – mare – moderată – mică – foarte scăzută”, ca urmare a scării propuse de Germania (VDI 1995). Scări similare au fost propuse de Nimis (1999) pentru zona submediteraneană a Italiei, și de către Loppi ș.a. (2002) pentru zona [NUME_REDACTAT] a Italiei. Aceste scări, totuși, au fost elaborate pe baza a unor grile diferite de eșantionare, și în următorul text acestea vor fi folosite ca simple exemple. Scările de interpretare bazate pe metoda prezentată aici sunt dezvoltate în diferite părți ale Europei.

Modelele geografice ale [NUME_REDACTAT] Lichenilor (VDL) pot fi interpretate în termeni generali privind modificarea mediului (abatere de la condițiile de fond) în temeiul scărilor de interpretare. Dacă nici o astfel de scară nu este disponibilă, interpretările pot fi bazate pe diferențele dintre valorile maxime și minime ale diversității lichenilor din zona de studiu. În acest caz, însă, tipurile de modificări asupra mediului pot fi detectate, dar magnitudinea lor nu pot fi evaluată în mod corespunzător.

[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] sunt alocate la scara de interpretare, astfel încât acestea se potrivesc cu cele mai bune expresii verbale corespunzătoare și codurile de culoare (fig. 5.1 și 5.2).

Fig. 5.1. Exemple de scară

Dacă clasele [NUME_REDACTAT] Lichenilor se împart în două categorii, expresiile verbale ale ambelor categorii sunt combinate, de exemplu, sunt utilizate coduri de culoare, „de la diversitate moderată la diversitate ridicată”, și sunt utilizate coduri de culoare hașurate (de exemplu, hașurarea cu verde pe fond galben). În cazul în care mai multe clase ale [NUME_REDACTAT] Lichenilor se încadrează într-o categorie acestea sunt separate printr-o hașurare neagră. Densitatea hașurii scade spre domeniul diversității mai ridicate.

Fig. 5.2. Exemple de scară

Procedura matematică de alocare a claselor de valori diversității lichenilor pentru scările de interpretare a fost evitată în mod deliberat să nu dea impresia că nu este posibilă o deosebire corectă.

5.6. Analiza de releveelor

Un mod mult mai bun de interpretare a datelor este posibil prin efectuarea analizelor multivariate a datelor din relevee de pe fiecare arbore eșantionat, din moment ce fiecare releveu constă dintr-o listă a speciilor prezente într-o grilă de monitorizare, fiecare cu o valoare a frecvenței asociate.

Releveele ar trebui să fie organizate într-o matrice de specii cu frecvențele asociate acestora.

Fig. 5.3. Scara de evaluare a biodiversității în [NUME_REDACTAT]

Distribuția comunităților de licheni pe trunchiurile arborilor pot furniza informații utile cu privire la variația spațială, temporală a condițiilor de mediu și contribuie la identificarea principalelor surse de stres asupra mediului, în cazul în care asociațiile caracteristice se pot dezvolta în diferite părți ale trunchiului în funcție de direcția vântului dominant.

Informațiile asociate cu fiecare specie pot ajuta la interpretarea rezultatele în ceea ce privește influența asupra mediului. Exemplele includ:

a) gruparea speciilor în grupe ecologice (de exemplu, nitrofile/nonnitrofile pentru a identifica modificările ca urmare a eutrofizării),

b) utilizarea valorilor de sensibilitate pentru a cuantifica schimbările temporale și spațiale în poluarea aerului,

c) utilizarea valorilor indicatorilor ecologici (de exemplu, pentru pH-ului, pentru a descoperi acidificarea).

Ar trebui subliniat faptul că indicatorii și valorile de sensibilitate nu ar trebui să fie adoptate în mod necritic în zone floristice și climaterice foarte diferite de cele pentru care au fost elaborate inițial.

5.7. [NUME_REDACTAT] de [NUME_REDACTAT]

5.7.1. Analiza datelor

Numărul de specii, suprafața ocupată de o specie în stația și gradul de toxitoleranță a fiecărei specii sunt parametrii caracteristici ai vegetației epifite. Această metodă a fost propusă de [NUME_REDACTAT] (1964a), fiind apoi modificată de către LeBlanc și [NUME_REDACTAT] (1970) metodă care integrează acești factori, în scopul obținerii unei singure valori numerice reprezentând bogăția sau sărăcia epifitelor dintr-o anumită stație. Această metodă modificată se aplică în studiul lichenilor epifiți din zona [NUME_REDACTAT]. Indicele de puritate atmosferică (IPA) este definit după cum urmează:

(5.3)

unde:

BL – biodiversitatea speciilor de licheni din stațiile de observație,

n – numărul de arbori eșantionați,

Această metodă ia în considerare indicii ecologici din zona eșantionată și factorul de toxitoleranță a speciei. Un factor rezistență scăzută indică o înaltă calitate la toxitoleranță a speciilor studiate în timp ce un factor ridicat indică sensibilitate ridicată. Unele epifite apropiate de zona poluată pot tolera acest mediu.

Pentru determinarea Indicelui de Puritate a Atmosferei pentru fiecare stație de eșantionare am ținut cont de valorile obținute în fiecare stație (tabel 5.16) de eșantionare pentru a reprezenta grafic stare de calitate a aerului în [NUME_REDACTAT], fig. 5.4.

Tabel 5.16. [NUME_REDACTAT] de Puritate al Atmosferei în [NUME_REDACTAT] pentru anii 2010-2013

IAPValea Jiului=30,84

Fig.5.4. [NUME_REDACTAT] de Puritate al Atmosferei în [NUME_REDACTAT]

5.7.2. Interpretarea rezultatelor

Pe baza scărilor standard de evaluare a diversității lichenilor am realizat o scară de evaluare a biodiversității lichenilor în [NUME_REDACTAT], tabelul 5.17, în care am ținut cont de valorile Indicelui de Puritate a Atmosferei, determinat în fiecare stație de eșantionare amplasată în zone exploatărilor miniere.

Tabel 5.17 [NUME_REDACTAT] Lichenilor pentru [NUME_REDACTAT]

Convențional am stabilit o scară de la 0 la 60 pentru Indicele de Puritate a Atmosferei luând în calcul diversitatea lichenilor și gradul de toxitoleranță a lor, după cum urmează:

Printr-o valoare a IAP ridicată este reflectată o floră lichenică abundentă și variată, deci indică un aer pur. La cealaltă extremă, valoarea IAP-ului nulă sau foarte scăzută reflectă un „deșert lichenic”, care poate fi observat în centrul marilor orașe industriale.

Deci 35 ˃ IAP ˃25, putem aprecia că diversitatea lichenilor este de la scăzută la moderată, ceea ce ne indică un aer moderat poluat în [NUME_REDACTAT] în intervalul 2010-2013.

În tabelul 5, este prezentat sintetic variația Indicelui de Puritate a Atmosferei în punctele de eșantionare din [NUME_REDACTAT] în perioada 2010-2013 (tabel 5.18.).

Tabel 5.18. Variația IAP în perioada 2010 2013

Grafic. 5.7. Variația IAP pentru valea Jiului în intervalul 2010-2014

Din studiile și observațiile din teren și laborator am constatat că sensibilitatea lichenilor poate reprezenta un criteriu de evaluare a factorului de stres a poluanților aerului. Astfel în aceleași condiții climatice, la aceiași concentrație a poluanților studiați în cele nouă puncte de prelevare, am observat reacții diferite ale lichenilor cu referire la aspect, abundență, scăderea sau intensificarea activității, reducerea sau creșterea numărului de licheni. Îmbucurător este faptul că în perioada 2010 – 2014 nu s au înregistrat dispariții ale speciilor de licheni, ceea ce indică o îmbunătățire a calității aerului din perimetrul exploatărilor miniere.

Din comparațiile realizate cu standardele europene privind diversitatea lichenilor din [NUME_REDACTAT], pot spune că retehnologizarea CET Paroșeni și reducerea activităților la unele exploatări miniere se reflectă în îmbunătățirea calității aerului.

În teză am monitorizat 11 specii de licheni, aceste specii sunt reprezentative pentru zona celor nouă puncte de prelevare, sunt disponibili pe tot parcursul anului, i-am colectat ușor, am depistat specii cu toxitoleranță foarte mică (Ramalina fraxinea 35 µg/m3 – SO2 ), dar și specie tolerantă la SO2 (Lecanora conizaeoides 150 µg/m3 – SO2), nu am luat în considerare lichenii care au avut o abundență scăzută.

Din tabelul 5.19 se poate observa corelația între numărul speciilor de licheni, Indicele de poluare atmosferică și nota de bonitate, de unde am stabilit propriul criteriu de evaluare a calității aerului.

Tabel 5.19. Corelația între numărul speciilor de licheni, Indicele de [NUME_REDACTAT] și nota de bonitate

Din rezultatele analizelor chimice, calculul notei de bonitate, dar și din observațiile privind comunitatea de licheni (număr de specii, număr de licheni) am constatat că P9 E.M. Lonea este zonă cu aer mediu poluat motiv pentru care în tabel a fost marcat cu roșu.

Zonele cu bonitate cuprinsă între 6-7, cu IAP între 21-24, se caracterizează print-un număr de 3-5 specii de licheni, având între 138-151 licheni, valorile parametrilor comparați fiind apropiate ,au fost marcați în tabel cu portocaliu, deoarece se caracterizează prin aer puțin curat, respectiv P2 E.M. Uricani, P3 E.M. Lupeni, P8 E.M. Lonea.

Următorul punct de prelevare P4 E.M. Vulcan se caracterizează prin existența a cinci specii de licheni, 179 de licheni, valoarea indicelui de biodiversitate se află la limita inferioară a valorilor BL pentru aer curat (31- 40) și limita superioară pentru aerul puțin curat (BL 21- 30), nota de bonitate 7,66, i-am atribuit culoarea galbenă.

În punctele de prelevare P5 E.M. Aninoasa, P6, Petroșani, P7 E.M. Petrila au fost înregistrate 6-7 specii de licheni într-un număr de 230-250 de licheni, aceste zone se aseamănă prin valori apropiate ale IAP-ului 40-42, precum și prin note de bonitate în jurul valorii 8, ceea ce mi-a permis să concluzionez că poluarea aerului este redusă, astfel, i-am atribuit culoarea verde.

Din întreaga zonă studiată în P1 Câmpu lui Neag am întâlnit cel mai mare număr de licheni 257, aparținând unui număr de 9 specii, adundența și diversitatea ridicată au fost argumentele prin care consider că este o zonă cu poluare foarte redusă, în tabelul este marcat cu albastru.

Poluarea aerului

Din studiul speciilor inventariate în vecinătatea puțurilor de aeraj, toxitoleranța lichenilor față de SO2 precum și valorile IAP ale celor nouă puncte de prelevare, în tabelul 5.20. am stabilit corespondența între speciile de licheni și nivelul de poluare a aerului.

Tabel 5.20. Corespondența între specia lichenilor și nivelul de poluare a aerului

Am constatat faptul că abundența comunităților de licheni este influențată de factorii climatici, astfel variația numărului de specii de licheni sau a numărului de indivizi dintr-o comunitate de licheni poate fi coroborată nu doar cu factorii contaminanți ai aerului ci și cu schimbările climatice. În acest sens pot fi utilizați specii care sunt sensibile la schimbările medii anuale de temperatură până la 0,80C. În condițiile în care predicțiile pentru încălzirea globală indică 2,50C până la sfârșitul secolului XXII sigur interesul pentru studiul lichenilor în acest context va fi sporit

Din rezultatele acestui studiu deduc faptul că există o corelație inversă între nivelul SO2 și NOx în atmosferă și valorile IAP determinate pe baza lichenoindicației. O valoare mare IAP indică o calitate mai bună a aerului, abundență ridicată, număr mare de licheni printre care se regăsesc specii cu toxitoleranță redusă.

Un indice IAP mic, arată calitatea îndoielnică a aerului, număr mic de licheni între care se găsesc specii cu toxitoleranță ridicată (P9 Lecanora conizaeoid).

5.8. [NUME_REDACTAT] de licheni au fost recolectate în aceeași perioadă utilizând un cuțit.

Eșantionarea lichenilor a fost efectuată pe specile de arbori dominanți, în mod independent pentru fiecare specie de arbore în parte. Am selectat un număr de 11 specii de licheni reprezentativi pentru întreaga zonă a [NUME_REDACTAT], pe care i-am utilizat în monitoringul biologic. Probele de licheni au fost prelevate la o înălțime de cca. 1–1,5 m de la nivelul solului, pe 6 arbori.

După recoltare, probele de licheni au fost introduse în pachete de hârtie pe care am indicat locul colectării, tipul vegetației, altitudinea, expoziția, gazda, abundența fiecărei specii (% din suprafața substratului), data recoltării.

Determinarea în condiții de laborator a fost efectuată începând cu analiza macroscopică cu lupa și apoi cu microscopul Kruss.

Am lucrat cu grila de eșantionare de 10 cm × 50 cm, împărțită în 5 pătrate cu dimensiuni de 10 cm × 10 cm amplasate în fiecare din cele patru puncte cardinale. Suma prezenței de specii de licheni care apar în cadrul releveului a fost valoarea biodiversității lichenilor (LB). Conform protocolului standard, grila de eșantionare a trebuit poziționată la o înălțime de 120 de cm, pe arborii cu trunchiurile care nu au avut suprafețe deteriorate sau neregulate, cu o circumferință mai mare de 70 cm. În prezentul studiu am lucrat pe 9 stații, 216 grile de eșantionare, fiecare stație având șase arbori de biomonitorizare.

Stațiile de eșantionare au fost alese, astfel încât să fie în apropierea surselor de poluare punctiforme ale exploatăriilor miniere din [NUME_REDACTAT], amplasate la o distanță de 100 respectiv 500 m pe direcția predominantă a vântului. Numeroasele observații în teren, monitorizarea pe termen lung a comunităților de licheni m-a ajutat să corelez creșterea numărului de licheni odată cu temperatura, deci răspund pozitiv la încălzirea globală. Lichenii contribuie la caracterizarea din punct de vedere ecologic a zonei prin parametrii pe care îi indică preferințele ecologice ale speciilor identificate.