Moranna (AnimalsWorldEcology) все записи автора
Влияние нефтяного загрязнения на почвенных беспозвоночных (мезофауны) в таежных лесах Среднего Приобья
А. В. СОРОМОТИН
АННОТАЦИЯ
В статье содержатся сведения о структуре населения почвенных беспозвоночных мезофауны Среднего Приобья. На материалах многолетних исследований дается анализ влияния нефтяного загрязнения на комплексы почвенных беспозвоночных. Показано, что мезофауна почв по сравнению с фитоценозом и фауной мелких млекопитающих обладает повышенной чувствительностью к углеводородному загрязнению среды. Приводятся теоретические уравнения регрессии экспоненциального вида зависимости численности и биомассы почвенных беспозвоночных от концентрации нефти для зоны таежных лесов Среднего Приобья. Предлагаются индикаторные группы
В настоящее время при разработке мероприятий по снижению отрицательного воздействия нефтедобычи на природные комплексы большое внимание уделяется последствиям углеводородного загрязнения окружающей среды. Один из удобных объектов исследований - почвенные беспозвоночные, среди которых есть представители всех трофических групп гетеротрофных организмов. Общеизвестна четкая реакция педобионтов на изменения свойств почвы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
К мезофауне относятся крупные почвенные беспозвоночные, легко учитываемые при ручной разборке образцов грунта, такие как дождевые черви, многоножки, моллюски, имаго и личинки многих отрядов насекомых [I].
При проведении работ на территории разлива нефти, характеризующейся равномерным распределением загрязнителя, сходными лесорастительными условиями и однотипным микрорельефом, закладывали пробную площадь (100 м2). Для изучения абсолютных значений численности, биомассы и видового состава использовали наиболее универсальный и доступный способ учета - взятие почвенных проб 25 х 25 см с ручной послойной разборкой: лесная подстилка и далее через 5 см с повторностью от 10 до 50. Биомассу определяли по фиксированным в спирте беспозвоночным. В местах раскопок отбирали образцы почвы по интервалам глубин для определения содержания общего нефтепродукта. В сходных лесорастительных и почвенных условиях - в непосредственной близости от изучаемого разлива закладывали контрольную пробную площадь, на которой проводили работы в том же объеме, за исключением отбора образцов грунта. Отсутствие нефтепродуктов в почвах контроля определяли на месте с помощью хлороформа. Всего обследовано 20 разливов нефти, заложено 24 пробные площади, взято свыше 600 проб, учтено более 10 000 беспозвоночных.
Чтобы избежать чисто качественного подхода в определении дозы нефти, выражаемой иногда такими чисто технологическими понятиями, как "облигатная зона загрязнения", "факельная свеча", "порыв нефтепровода", не имеющими отношения к природе, под интенсивностью загрязнения понимается содержание общего нефтепродукта, выраженное в процентах от воздушно-сухой массы субстрата. Это позволяет реально оценить нагрузку токсиканта на биоценоз в конкретной точке в момент наблюдений, а для обработки материала использовать методы математической статистики.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Наиболее богата и многочисленна мезофауна в кедрово-зеленомошных лесах: за весь период наблюдений средняя численность превосходила аналогичный показатель в кедровниках долго-мошньгх и сосняках лишайниковых на 20,7 и 40,3 % соответственно, а биомасса - более чем в 10 раз (табл. 1). Большое распространение в регионе получили сфагновые леса и верховые болота, видовой состав мезонаселения которых значительно беднее при высокой общей численности, достигающей уровня в зеленомошниках.
Воздействие нефти и нефтепродуктов на комплексы мезофауны определяется в первую очередь интенсивностью загрязнения. Наибольшая гибель животных наблюдается в зонах с максимальным нефтяным загрязнением. Крупные беспозвоночные погибают при этом полностью [2-4]. Как показали исследования, нефтяное загрязнение резко отрицательно влияет на численность и биомассу мезофауны почв. Уравнение регрессии зависимости сохранности этих количественных характеристик сообществ беспозвоночных, выраженной в процентах от контроля, имеет вид:
у = ехр (а + bх).
Для таежных лесов Среднего Приобья значения коэффициентов следующие:
по численности:
а = 4,80 ± 0,35; b = -0,10 ± 0,01; коэффициент корреляции r = -0,86 ± 0,10 при Р < 0,001;
по биомассе:
а = 5,20 ± 0,52; b = -0,10 ± 0,02; r = -0,79 ± 0,13 при Р < 0,001.
Если сравнить чувствительность к нефти педобионтов и таких элементов таежных биоценозов, как живой напочвенный покров, подрост хвойных пород, а из консументов - мелких млекопитающих (мышевидные грызуны и насекомоядные), графики устойчивости которых показаны на рисунке, то очевидно, что мезофауна - один из наиболее чувствительных компонентов таежных экосистем к такому виду антропогенного воздействия. Снижение численности педобионтов наполовину вызывается 10 % -ным уровнем содержания нефти в лесной подстилке, тогда как соответствующее уменьшение общего проективного покрытия живым растительным покровом - 15 %, сохранности мелких млекопитающих - 25 %, количества жизнеспособного подроста кедра - даже 35 %, [5]. Литературные данные [3, 6] и результаты собственных учетов (табл. 2) показывают, что и среди почвенных беспозвоночных мезофауна наиболее чувствительна.
При рассмотрении устойчивости к углеводородному загрязнению основных групп мезофауны необходимо выделять уровни загрязнения почвы, так как реакция животных меняется в зависимости от дозы токсиканта. Мы разделили загрязнение на слабое - до 10 % нефти в лесной подстилке, когда сохраняется до 50 % педобионтов, среднее - от 10 до 20 %, когда численность падает еще наполовину, и сильное - более 20 % нефти в подстилке. Характер устойчивости к этим уровням загрязненности хорошо выражен в табл. 3.
Заметим, что наибольшую устойчивость, даже некоторое повышение численности, требующее специального исследования, проявляют дождевые черви (Eisenia nordenskioldi Eisen и Limbricus rubellus Hoff.). Многоножки, пауки и насекомые образуют группу организмов, сходных по степени реакции. Наиболее чувствительны моллюски (табл. 3).
При средней загрязненности Oligochaeta также наиболее устойчивы, a Mollusca - наименее. На участках с загрязнением более 20 % нефти ни дождевые черви, ни моллюски не встречаются - эта концентрация для вышеназванных групп предельна. Наибольшую устойчивость проявляют Chilopoda (Monotarsobius curtipes С. Koch).
Среди наиболее многочисленных отрядов насекомых особой устойчивостью при слабой дозе не выделяется ни один, при средней - преобладают имаго и личинки жуков (Staphylinidae, Carabidae), а при сильной - личинки двукрылых.
Нефтяное загрязнение приводит не только к резкому сокращению численности, но и к значительному обеднению группового состава мезофауны за счет таких малоустойчивых элементов, как почвенные моллюски, гусеницы совок, червецы, личинки мягкотелок, проволочников, долгоносиков.
На загрязненных территориях иногда наблюдается смещение возрастной и размерной структур населения некоторых групп. Так, например, для стафилинид отмечено возрастание доли имаго на разливах на 48 % по сравнению с контролем. У пауков здесь средняя масса одной особи значительно превосходит аналогичный показатель на чистых участках: (4,4 ± 0,5) мг в опыте и (2,4 ± 0,2) мг в контроле (проанализировано 1715 экз., различия достоверны при Р < 0,001). Для многоножек различий не обнаружено: (4,8 ± 0,6) мг в опыте и (4,8 ± 0,3) мг в контроле (421 экз.). Вероятно, из Arachnida на загрязненной территории способны выжить взрослые особи и более крупные виды, а для размерной и возрастной структуры Chilopoda (представленных практически одним видом) наличие нефти значения не имеет. Понятно, что все это может приводить к нарушению характерной для каждого типа леса системы трофических связей, а следовательно, и динамики численности популяций, а дальше - и стабильности всего биоценоза.
Таблица 1
Состав мезофауны таежных лесов Среднего Приобья (численность - экз./м2; биомасса - г/м2)
| Группа мезофауны |
Кедровники зеленомошные |
Кедровники долгомошные |
Сосняки лишайниковые |
Сосняки сфагновые |
| Oligocheta |
14,2+3,6 |
0,5±0,2 |
- |
|
| Mollusca |
9,6±4,2 |
5,6±2,2 |
- |
1,1±0,8 |
| Arachnida |
134,9±25,5 |
175,0±15,6 |
99,2±12,6 |
153,1±15,1 |
| Myriapoda |
30,4±10,1 |
19,0±4,8 |
8,0±2,6 |
22,9±7,8 |
| Insecta |
237,5±20,5 |
138,4+16,6 |
150,4±16,8 |
296,5±33,3 |
| Прочие |
4,6±1,8 |
3,2±1,2 |
|
|
|
Отряды Insecta
|
| Lepidoptera |
4,5 + 1,6 |
1,8 ± 0,4 |
- |
3,7 + 2,4 |
| Diptera |
31,7 ± 12,6 |
6,9± 1,8 |
16,0 ± 5,8 |
31,1 ± 7,7 |
| Homoptera |
80,2 ± 12,8 |
27,4 ± 8,6 |
4,8 ± 2,4 |
162,1 ±33,2 |
| Hemiptera |
3,8± 1,6 |
8,2 ± 3,6 |
- |
- |
| Hymenoptera |
16,0 ± 4,2 |
11,7 ± 3,4 |
8,0 ± 3,3 |
5,3 ± 2,8 |
| Neuroptera |
0,3 ± 0,1 |
1,0 ± 0,3 |
- |
- |
| Coleoptera |
99,2 ± 26,3 |
76,3± 22,1 |
100,8 ± 14,9 |
96,0 ± 12,8 |
| Прочие |
1,8 ±0,3 |
5,1 ± 2,0 |
20,8 ± 4,8 |
- |
|
Семейства Coleoptera
|
| Elateridae |
24,0 ± 14,6 |
10,1 ± 3,0 |
25,6 ± 5,3 |
0,5 ± 0,1 |
| Staphylinidae |
44,8 ± 8,6 |
49,1 + 8,8 |
60,8 ± 12,0 |
50,7 ±9,1 |
| Carabidae |
11,2 ± 2,2 |
9,4 ± 3,0 |
- |
6,4 ± 2,1 |
| Cantharidae |
11,5 ±3,0 |
7,7 ± 1,2 |
11,2 ± 5,6 |
6,4 ±2,8 |
| Scarabaeidae |
0,6 ± 0,4 |
- |
- |
- |
| Curculionidae |
0,7 ± 0,4 |
- |
- |
- |
| Прочие |
6,4 ± 2,2 |
- |
3,2 + 2,1 |
30,9 + 6,9 |
| ВСЕГО |
431,2 ±32,2 |
341,7 + 28,8 |
257,6 ± 19,7 |
473,6 ± 43,7 |
| БИОМАССА |
14,3 ± 1,8 |
1,5 + 0,2 |
1,1 ± 0,4 |
1,6 ± 0,3 |
Таблица 2
Влияние нефтяного загрязнения на численность почвенных беспозвоночных в кедровнике (13 % нефти в почве; экз./м2)
| Группа беспозвоночных |
Чистая почва |
Разлив нефти |
| Коллемболы |
14 440,0 ± 4160,0 |
15 360,0 ± 1960,0 |
| Клещи |
21 080,0 ± 2118,0 |
20 210,0 ± 3200,0 |
| Мезофауна |
450,8 ± 38,6 |
271,0 ± 22,7* |
· Различия достоверны при Р < 0,001
Таблица 3
Устойчивость основных групп мезофауны к нефтяному загрязнению (численность, % от контроля)
Группы мезофауны в порядке
выраженности их устойчивости |
Степень загрязнения (% нефти в подстилке) |
| слабая, до 10 |
средняя,10-20 |
сильная, > 20 |
| Chilopoda |
66,7 |
45,5 |
29 |
| Diptera |
65,6 |
32 |
27,5 |
| Insecta в целом |
58,7 |
47,3 |
12,1 |
| Coleoptera |
61,2 |
56,5 |
8,7 |
| Arachida |
63,1 |
33,2 |
3,6 |
| Homoptera |
45,5 |
21,2 |
0 |
| Mollusca |
30,5 |
8,3 |
0 |
| Oligochaeta |
111,5 |
50 |
0 |
Концентрация нефти в лесной подстилке, %
Влияние нефтяного загрязнения почвы на некоторые компоненты таежных экосистем: а - численность мезофауны; 6 - биомассу мезофауны; в - общее проективное покрытие живым напочвенным покровом (1) численность мелких млекопитающих (2) и количество устойчивого подроста кедра (3)
Таким образом, проведенные исследования позволяют говорить о том, что мезофауна почв таежных лесов в Среднем Приобье достаточно обильна и разнообразна для использования ее при оценке степени антропогенных нагрузок на биогеоценозы. Являясь одним из наиболее чувствительных компонентов, она позволяет учитывать слабые и локальные воздействия, что важно при нормировании техногенного загрязнения почв. В качестве индикаторов степени загрязнения наземных экосистем нефтепродуктами можно рекомендовать всех почвенных моллюсков, дождевых червей и один из самых массовых видов с повышенной чувствительностью к нефти - Newsteadia floccosa De Greer (Insecta, Homoptera).
