Baltische Föderale Immanuel Kant Universität Projektthema Flechten als

Baltische Föderale Immanuel Kant Universität Projektthema Flechten als Indikator der Qualität der Umwelt am Beispiel des Kaliningrader Gebiets Promotionsstudent des Lehrstuhls der Bioökologie und Biodiversität, Institut für Chemie und Biologie, IKBFU Pungin Artjom Betreuer Fachbereich: Life Science Engineering, Prof. Dr. rer. nat. Ute Windisch Oesede 2015

Die Luftverschmutzung ist ein globales Problem der Neuzeit

№ 3 Für die Einschätzung die Luftverschmutzung gibt es chemische und physikalische Methoden. Diese Methoden sind genau, aber gleichzeitig teuer. Mit den Methoden der Bioindikation kann die Wirkung auf Organismen nach gewiesen werden. Für die Einschätzung der Luftqualität werden oft Pflanzen oder Flechten verwendet.

№ 4 Als Flechte (Lichen) bezeichnet man eine symbiotische Lebensgemeinschaft zwischen einem Pilz, dem so genannten Mykobionten, und einem oder mehreren Photosynthese betreibenden Partnern. Diese Photobionten sind Grünalgen (Chlorophyta) oder Cyanobakterien. Die Flechten: a - Parmelia sulcata auf einem Baumstamm; b - Der anatomische Bau der Flechten (Querschnitt): 1 – Pilzhyphen (Mykobionten), 2 - Die Zellen von Grünalgen (Photobyonten).

№ 5 Wirkung von Schadstoffen auf die Flechten 1800 -1990 2000 - heute SO 2 NH 3 NH 4 NO 3 Eutrophierungszeiger Xanthoria Physcia Referenzarten Evernia

№ 6 Die epiphytische Flechtenflora in Hessen und in der Stadt Giessen ist sehr gut untersucht. Auf dem vorliegenden Territorium werden die Forschungen schon seit 45 Jahren durchgeführt. In der Stadt Kaliningrad und im Kaliningrader Gebiet ist das Territorium kaum erforscht. Os Gießen t Litauen e se Kaliningrad Polen Aber es gibt weder in Hessen noch in Kaliningrad aktuelle Untersuchungen zu der Luftverschmutzung, Eutrophierung und deren Auswirkungen auf die physiologischen Parameter in Flechten. Diese Forschungen sind bisher nicht durchgeführt worden!

ZWECK UND ZIELE № 7 Das Hauptziel ist die Untersuchung der Flechten als Indikator für die Luftqualität an unterschiedlich verkehrsbelasteten Messpunkten in Hessen, in Zukunft sollen die Ergebnisse in Kaliningrad genutzt werden. In diesem Zusammenhang sind die Aufgaben des Projektes: 1. Aneignung der neuen Methoden der Flechtenindikatoren. 2. Kartierung der Diversität epiphytischer Flechten als Indikatoren für Luftgüte und Eutrophierung. 3. Erfassen von Stickstoffanreicherungen in der Blattflechte Parmelia sulcata zum Nachweis von Immissionswirkungen. 4. Bestimmung des Chlorophyllgehaltes in Parmelia sulcata.

№ 8 METHODEN Wir haben 21 Messstandorte, um die Artenzusammensetzung der Flechten zu kartieren und Probenahme zur Messung von Stickstoff und Chlorophyll durchzuführen. Vierzehn Messstandorte sind in Giessen. Weitere 7 Messstandorte liegen im ländlichen Hessen. Als Objekt für die Untersuchung von Stickstoff und Chlorophyll wurde die epiphytische Flechtenart - Parmelia sulcata ausgewählt.

Die Methode Kartierung der Diversität epiphytischer Flechten als Indikator für Luftgüte und Eutrophierung, nach VDI-Richtlinie 3957 Blatt 13. In jedem Messstandorte werden 5 Bäume (Linden, Ahorn, Esche) untersucht. № 9 Die Flechtenkartierung erfolgt 1 Meter über dem Boden und die Flechten sind von einem Gitterer (10*50 cm) umzäunt. Daten werden notiert. Flechtenaufnahmegitter bestehend aus vier Gitterstreifen zu je fünf Quadraten

Diversitätswert der Referenzarten Danach werden die Koeffizienten der Flechtendiversitätswerte der Messfläche, für die Referenzarten und für die eutrophierungszeigenden Arten berechnet. Später werden die Koeffizienten mit der Matrix verglichen um die Luftreinheit und die Eutrophierung zu bestimmen. № 10 Erklärungen: 3. E 5 Bewertung der Eutrophierung Bewertung der Luftgüte Tabelle: Bewertung der Luftgüte Indexwert und Farbe Bewertung der Luftgüte 5 sehr hohe Luftgüte 4 hohe Luftgüte 3 mäßige Luftgüte 2 geringe Luftgüte 1 sehr geringe Luftgüte Tabelle: Bewertung der Eutrophierung Diversitätswerte der Einfluss Indexwert Eutrophierungseutrophierender zeiger Luftverunreinigungen E 5 sehr stark E 4 hoch stark E 3 mäßig E 2 Diversitätswert der Eutrophierungszeiger sehr hoch niedrig gering E 1 sehr niedrig sehr gering

№ 11 Tabelle 1. Beschreibung der Messstandorte Gi, Clevelandstr. Höhe über Meeresspiegel UTM Koordinaten in m 181 479878, 5604054 Verkehr Trägerbaumarten Asphaltstraße Linde Datum der Kartierung und Probenahme 30. 07. 2015 Gi, Alter Friedhof 190 477726, 5603457 Kein Berg-Ahorn, Linde, Spitz-Ahorn 13. 07. 2015 Gi, Friedrichstr. 192 476618, 5602648 Asphaltstraße Linde 12. 09. 2015 Gi, Grünberger Str. 140 194 479162, 5604038 Asphaltstraße Spitz-Ahorn 22. 04. 2015 Gi, Grünberger Str. 97 187 478333, 5603781 Asphaltstraße Spitz-Ahorn 22. 04. 2015 Gi, Hallenbad Ringallee 149 477649, 5604343 Kein Linde 17. 06. 2015 Gi, Heegstrauchweg 166 478172, 5602555 Asphaltstraße Linde 29. 04. 2015 Gi, Heinrich-Buff-Ring 198 476845, 5602265 Asphaltstraße Berg-Ahorn, Spitz. Ahorn 13. 09. 2015 Gi, Lutherberg Str. 185 478092, 5603483 Asphaltstraße Linde 04. 05. 2015 Gi, Marburger Str. 188 477821, 5605413 Asphaltstraße Linde 28. 04. 2015 Gi, Neuer Friedhof 177 477428, 5605804 Kein Linde 04. 05. 2015 Gi, Park am Schwanenteich 147 478187, 5604729 Kein Spitz-Ahorn, Esche 21. 06. 2015 Gi, Philosophicum I 150 478472, 5602200 Asphaltstraße Spitz-Ahorn 21. 07. 2015 Gi, Rodheimer Str. 166 475620, 5604003 Asphaltstraße Linde 28. 04. 2015 Wz, Forsthausstr. 260 466941, 5598581 Asphaltstraße Wz, Klinikum 277 466754, 5598616 Asphaltstraße A 5, Parkplatz Schäferborn 175 475910, 5566879 Autobahn Edersee 1 (Asel, K 32) 250 496518, 5671470 Asphaltstraße Esche 10. 06. 2015 Edersee 2 (Asel, K 32) 251 496494, 5671579 Asphaltstraße Esche 10. 06. 2015 Taunus, östlich Feldberg 800 460681, 5563414 Kein Apfelbäume 31. 07. 2015 Taunus, Schloßborn 395 456180, 5560822 Asphaltstraße Esche 17. 04. 2015 Berg-Ahorn, Spitz. Ahorn Acer saccharum, Spitz-Ahorn Berg-Ahorn, Esche, Spitz-Ahorn 01. 08. 2015 17. 04. 2015

Erfassen von Stickstoffanreicherungen in der Blattflechte Parmelia sulcata zum Nachweis von Immission, nach VDI-Richtlinie 3957 Blatt 18. • Von jedem Baum am Messstandort wird ein kleines Stück von Thallus von Parmelia sulcata entnommen und in eine Papiertüte gelegt. • Proben werden in einem Gefrierschrank bei einer Temperatur von -18 С gelagert. • Das gesammelte Material wird im Labor von Schmutz (Baumrinde, Moose, Insekten) gereinigt und bei 40 С 24 Stunden lang getrocknet. • Das trockene Material wird klein geschnitten. • Eine Probe mit einem Gewicht von 5 mg wird in einem Elementaranalysators platziert. • Der Stickstoffgehalt wird in Prozent angegeben. Zincprobenbehälter Die Proben Elementaranalysator Vario EL II № 12

Bestimmung des Chlorophyllgehaltes in Parmelia sulcata. № 13 • An jedem Messstandort wird Thallus der Parmelia sulcata gesammelt. • Im Labor wird das gesammelte Material von Schmutz gereinigt. • Das Flechtenmaterial (20 mg) wird in 10 ml Dimethylsulfoxid eingetaucht und es werden zusätzlich Das Extrakt Chlorophyll 0, 5 mg Calciumcarbonat hinzugegeben. • Reagenzgläser mit der oben genannten Zubereitung werden verschloßen und bei 65 °C für 40 Minuten unter ständigem Rühren inkubiert. • Der Extrakt wird bei 5000 Up. M für 5 min zentrifugiert. • Absorption wird in einem Spektralphotometer bestimmt (bei einer Wellenlänge von 665 nm und 648 nm). Der Spektralphotometer • Die Berechnungen werden unter Chlorophyll (а)=14, 85 A 665– 5, 14 A 648 Verwendung von Gleichungen (µg/mg Luft. Trockengewicht des Thallus) ausgeführt: Chlorophyll (b)=25, 48 A 648– 7, 36 A 665

Das Experiment zur Bestimmung des Chlorophylls Abhängigkeit von der Aufbewahrung (Experiment № 2) in № 14 Arbeitsschritte des Experiments sind: • Die homogene Masse der Flechten wurde in 2 Gruppen aufgeteilt. • Die erste Gruppe wurde in den Gefrierschrank (bei -18°C) gelegt. • Die zweite Gruppe wurde in einem dunklen Schrank aufbewahrt bei (+20°C). • Der Chlorophyllgehalt wurde in einer frischen Probe, nach einer Woche, nach 2 Wochen und nach vier Wochen bestimmt. ! Im ersten Experiment wurden Flechten fein gehackt. Im zweiten Experiment wurden Flechten mit einer Kaffeemühle gemahlen.

Die statistische Analyse der Ergebnisse № 15 • Die statistische Bearbeitung wurde mit des Programms IBM SPSS Statistica durchgeführt. • Um mögliche signifikante Unterschiede zwischen den Kategorien Luftgüte oder Verkehr und den Stickstoffgehalten oder Chlorophyllgehalten zu ermitteln erwies sich den Mann-Whitney. Test (Signifikanzniveau р = 0, 05) als geeignet. • Zusammenhänge zwischen den Stickstoffgehalten und Chlorophyllgehalte in der Flechte Parmelia sulcata sowie ihre Stärke und Richtung wurden mit Hilfe der zweiseitigen Korrelationsanalyse nach Spearman Rangkorrelationskoeffizient untersucht. • Eine lineare Regressionsanalyse wurde durchgeführt, um das Ausmaß der Variation der Stickstoff- aus Chlorophyllgehalt und die Regressionsgleichung zu bestimmen.

ERGEBNISSE

Tabelle 2. Ergebnisse der Untersuchung № 17 mittlerer FDW* Stickstoffgehalt Eutrophierung LGI** Referenzarten in % 1 szeiger 64, 2 62, 8 2. E 5 Chl a in µg/mg TG Chl b in µg/mg TG Gi, Clevelandstr. 5, 507 ± 0, 683 0, 871 ± 0, 120 Gi, Alter Friedhof 3, 964 ± 0, 597 0, 888 ± 0, 050 1, 810 ± 0, 265 73, 6 53, 2 3. E 5 Gi, Friedrichstr. 5, 811 ± 1, 650 0, 679 ± 0, 124 - 57, 2 55, 2 3. E 5 Gi, Grünberger Str. 140 5, 095 ± 0, 985 0, 796 ± 0, 123 - 32, 6 57, 8 2. E 5 Gi, Grünberger Str. 97 5, 226 ± 0, 795 0, 900 ± 0, 114 3, 113 ± 0, 343 24, 4 80, 0 1. E 5 Gi, Hallenbad Ringallee 5, 511 ± 0, 318 1, 040 ± 0, 060 2, 510 ± 0, 130 28, 2 52, 0 2. E 5 Gi, Heegstrauchweg 5, 563 ± 1, 165 0, 912 ± 0, 111 - 28, 0 62, 6 1. E 5 Gi, Heinrich-Buff-Ring 6, 569 ± 0, 750 0, 867 ± 0, 084 - 52, 0 58, 4 3. E 5 Gi, Lutherberg Str. 4, 996 ± 0, 845 1, 075 ± 0, 177 - 34, 6 27, 8 4. E 3 Gi, Marburger Str. 6, 159 ± 0, 994 0, 915 ± 0, 057 3, 160 ± 0, 138 35, 0 72, 8 1. E 5 Gi, Neuer Friedhof 3, 971 ± 0, 403 0, 908 ± 0, 027 1, 437 ± 0, 234 58, 2 41, 4 3. E 5 Gi, Park am Schwanenteich 4, 499 ± 0, 399 0, 926 ± 0, 0141 2, 082 ± 0, 175 34, 0 75, 6 1. E 5 Gi, Philosophicum I 3, 960 ± 0, 395 0, 684 ± 0, 044 - 79, 6 88, 8 2. E 5 Gi, Rodheimer Str. 5, 977 ± 0, 990 0, 794 ± 0, 075 - 33, 0 70, 2 1. E 5 Wz, Forsthausstr. 4, 196 ± 0, 421 0, 801 ± 0, 096 - 58, 8 61, 2 2. E 5 Wz, Klinikum 4, 166 ± 0, 671 0, 843 ± 0, 083 - 85, 6 61, 6 3. E 5 A 5, Parkplatz Schäferborn 6, 043 ± 0, 796 0, 945 ± 0, 096 2, 919 ± 0, 179 9, 6 53, 8 1. E 5 Edersee 1 (Asel, K 32) 3, 237 ± 0, 135 0, 767 ± 0, 062 1, 608 ± 0, 089 57, 6 45, 2 3. E 5 Edersee 2 (Asel, K 32) 2, 904 ± 0, 276 0, 698 ± 0, 035 1, 249 ± 0, 114 58, 2 41, 0 3. E 5 Taunus, östlich Feldberg 2 3, 855 ± 0, 522 0, 768 ± 0, 046 - - Taunus, Schloßborn 2, 893 ± 0, 237 0, 713 ± 0, 081 1, 235 ± 0, 186 80, 2 22, 0 5. E 3 Messstandorte Hinweise: 1 – Ergebnisse stehen aus 2 – keine Flechtenkartierung * - FDW (Flechten Diversitätswerte) ** - LGI (Luftgüteindex)

№ 18 Abb. 1. Bewertung der Luftgüte anhand der Kombination der Diversitätswerte der Referenzarten und der Eutrophierungszeiger

№ 19 Indexwert und Farbe E 5 Klinikum 2 E 5 Forsthausstr. Wetzlar 5 N E 3 E 5 4 hohe 3 mäßige geringe sehr geringe Einfluss eutrophierender Indexwert Luftverunreinigungen 3 1 sehr hohe 1 E 5 5 2 3 Edersee (Asel, K 32) Bewertung der Luftgüte Taunus, Schloßborn sehr stark E 4 stark E 3 mäßig E 2 gering E 1 A 5, Parkplatz Schäferborn E 5 sehr gering Flechtenkartierung an 100 Bäumen auf 20 Messstandorten (14 in Gießen und 6 außerhalb der Stadt) durchgeführt. S Abb. 2. Schematische Karte dem Land Hessen

№ 20 Indexwert und Farbe 3 1 Park am Schwanenteich 1 Hallenbad Ringallee Rodheim Str. 1 E 5 2 E 5 Grünberger Str. 97 1 3 4 N 3 E 5 2 E 5 1 3 E 5 Philosophicum I 2 E 5 E 5 Abb. 3. Schematische Karte der Stadt Gießen E 5 sehr stark mäßig E 2 Heinrich. Buff-Ring S 2 Einfluss eutrophierender Indexwert Luftverunreinigungen E 3 Heegstrauchweg Clevelandstr. sehr geringe E 4 E 5 Lutherberg Str. Alter Friedhof Friedrichstr. Grünberger Str. 140 geringe 1 E 5 mäßige 2 Marburger Str. hohe 3 Gießen sehr hohe 4 E 5 Bewertung der Luftgüte 5 Neue Friedhof gering E 1 sehr gering

№ 21 Abb. 4. Der Chlorophyllgehalt «a» in Parmelia sulcata in verschiedenen Messstandorte

№ 22 n=5 n=75 n=25 Abb. 5. Der Chlorophyllgehalt «a» in Parmelia sulcata und Verkehrsbelastung

№ 23 n=30 n=25 n=35 n=5 Abb. 5. Der Chlorophyllgehalt «a» in Parmelia sulcata und Luftgüte

№ 24 Abb. 6. Der Stickstoffgehalt in Parmelia sulcata in verschiedenen Messstandorte

№ 25 n=25 n=20 Abb. 7. Der Stickstoffgehalt in Parmelia sulcata und Verkehrsbelastung

№ 26 n=20 n=5 Abb. 8. Der Stickstoffgehalt in Parmelia sulcata und Luftgüte

№ 27 R 2 = 0, 746 n=50 Spearman. Korrelationskoeffizient r = 0, 862 (p = 0, 001) Abb. 9. Die Abhängigkeit des Stickstoffgehalt von des Chlorophyllgehalt «а» in der Flechte Parmelia sulcata

5. 0 № 28 Experiment 1 4. 8 Chl a in μg/mg TG 4. 6 4. 4 4. 2 4. 0 +20 °C 3. 8 -18 °C 3. 6 Proben wurden fein gehackt 3. 4 3. 2 3. 0 Frischen Proben 1 2 4 Woche 5. 0 Experiment 2 4. 8 Chl a in μg/mg TG 4. 6 4. 4 4. 2 4. 0 +20 °C 3. 8 -18 °C 3. 6 3. 4 Proben wurden in einer Kaffeemühle gemahlen FEHLER !!! 3. 2 3. 0 Frischen Proben 1 2 Woche 4 Abb. 10. Die Grafik der Zerstörung des Chlorophylls «а»

№ 29 ERKENNTNISSE 1. Flechtenkartierung wurden auf 20 Messstandorten durchgeführt. Luftreinster Punkt ist der Berg Taunus (Dorf Schlossborn), der von Wald umgeben und von 395 m über dem Meeresspiegel liegt. Auch ist keine landwirtschaftliche Nutzung, geringe Anzahl der Bewohner und wenig Autos. 2. Sowohl der Chlorophyll «a» -Gehalt als auch der Stickstoffgehalt in Parmelia sulcata spiegeln die Luftqualität wider. Die Stickstoffverbindungen haben auf die Algen in Flechten als Dünger gewirkt. 3. Eine starke Korrelation, zwischen dem Stickstoffgehalt und Chlorophyllgehalt in der Flechte Parmelia sulcata, geben die Möglichkeit, die Untersuchung des Chlorophyllgehaltes als neue Methode für den Nachweis von Luftschadstoffwirkungen weiter zu entwickeln.

Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Eisvogel auf einem Ast mit Flechten