ЭКОЛОГИЯ, 2007, № 1, с. 55-60
УДК 631.468
РАЗЛИЧИЯ РЕАКЦИИ ГЕРПЕТОБИОНТОВ И ГЕОБИОНТОВ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ КОСОГОРСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА (ТУЛЬСКАЯ ОБЛ.)1
© 2007 г. К. Б. Гонгальский, Ж. В. Филимонова, |А. Д. Покаржевский, Р. О. Бутовский
Институт проблем экологии и эволюции им. АН. Северцова РАН 119071 Москва, Ленинский просп., 33 E-mail: kocio@mail.ru Поступила в редакцию 28.02.2006 г.
Изучено воздействие Косогорского металлургического комбината (Тульская обл.) на численность и биоразнообразие жужелиц, почвенной мезофауны, а также на трофическую активность почвенной биоты. Превышение концентраций металлов на опытном участке по сравнению с контролем достигало нескольких десятков раз. Численность крупных почвенных беспозвоночных (геобион-тов) и трофическая активность не уменьшались при приближении к комбинату, в то время как обилие и разнообразие жужелиц (герпетобионтов) резко снижались. Предполагается, что воздействие комбината на последних определяется изменением структуры экосистем. Различие реакций герпе-тобионтных и геобионтных групп мезофауны обусловлено различиями в экологических механизмах ответа популяций на воздействие комбината.
Ключевые слова: загрязнение, мезофауна, почвенные животные, трофическая активность, тяжелые металлы, bait-lamina test, Carabidae.
Почвенные беспозвоночные рассматриваются как эффективный инструмент контроля загрязнения почв, при котором изменяются структура населения, биоразнообразие и состояние их популяций (Гиляров, Криволуцкий, 1971; Воробейчик и др., 1994; Edwards, Bohlen, 1995; Бутовский, 2001). Для представителей мезофауны средой обитания является почва как целое, однако обитатели почвенных пор и пленок почвенной влаги в ряде случаев в большей степени зависимы от действия антропогенных факторов (Криволуцкий, 1994; Hopkin, 1989; van Straalen, L0kke, 1997; Crawford et al., 2005).
Представители герпетобия (жужелицы, ста-филиниды, пауки) как индикаторы состояния почв или загрязнения рассматриваются в большинстве случаев отдельно от популяций почвенной мезофауны, хотя в значительной степени связаны с ними как с ресурсами пищи и соответственно являются, скорее, отражением состояния этих ресурсов, чем собственно состояния почвенной среды. Показано (Филимонова и др., 2000; Pokarzhevskii et al., 2003), что несовпадение реак-
1 Публикуемая статья - одна из последних работ Андрея Дмитриевича Покаржевского (13.12.1946-25.06.2006), доктора биологических наук, профессора, заведующего лабораторией биоиндикации Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, одного из крупнейших специалистов в области геохимической экологии, экоток-сикологии, почвенной биологии и радиоэкологии, автора более 400 научных работ.
ций разных размерных групп почвенных беспозвоночных объясняется различиями загрязнения их микроместообитаний.
Цель данной работы - исследовать параллельно реакции популяций герпетобионтов и геобион-тов на один и тот же антропогенный фактор.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследования проводили с 1997 по 2000 г. в Тульской области в окрестностях Косогорского металлургического комбината. Профиль комбината - черная металлургия, основные загрязняющие агенты в выбросах - Fe, Pb, Zn, Cu, Cd, а также оксиды серы. Опытные участки были выбраны на разном удалении к юго-западу от источника загрязнения вверх по течению р. Воронки.
Участок 1 (0.4 км от комбината). Растительность представлена грабом обыкновенным (Carpinus betulus L.) с ивой (Salix sp.), сомкнутость крон 40%. Основу травянистого покрова составляют крапива двудомная (Urtica dioica L.) и сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria L.). Почвы аллювиальные, но их структура значительно изменена многолетними выбросами шлаков из печей металлургического комбината.
Участок 2 (3 км). Представлен дубом че-решчатым (Quercus robur L.) и ивой (Salix sp.) с вязом голым (Ulmus glabra Huds.) и кленом платано-
видным (Acer platanoides L.). Сомкнутость крон 50%. Кустарниковый ярус представлен жимолостью (Lonicera sp.). Почвы серые лесные.
Участок 3 (5 км). В древесном ярусе встречаются липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), береза повислая (Betula pendula Roth), осина (P. tremulae L.) и дуб черешчатый (Q. robur L.). Сомкнутость крон 90%. Кустарниковый ярус представлен бересклетом европейским (Euonymus eu-ropaea L.). Травянистый покров - осока волосистая (Carexpilosa Scop.) и хвощ луговой (Equisetum pratense Ehrh.). Почвы серые лесные.
Участок 4 (10 км). Представлен грабом обыкновенным (C. betulus L.) с ивой (Salix sp.). Сомкнутость крон 70%. Во втором ярусе - ольха обыкновенная (Alnus incana (L.) Moench.) и черемуха птичья (Padus avium L.). Почвы на участке аллювиальные.
Герпетобионтов исследовали на примере семейства жужелиц (Carabidae), которых собирали с помощью ловушек Барбера, установленных с мая по сентябрь 1997-1998 гг. по пять шт. на участок. В качестве ловушек использовали стеклянные банки емкостью 1 л с внутренним диаметром отверстия 7.5 см. Фиксатором служил 4%-ный раствор формалина; выемку материала проводили раз в две недели. Отдельно проводили сбор жужелиц для определения в них тяжелых металлов. Жуков собирали вручную и содержали 2-3 дня в пустых контейнерах со смоченной водой фильтровальной бумагой для освобождения пищеварительного тракта.
Крупных почвенных беспозвоночных (гео-бионтов) учитывали в 1998 г. методом ручной разборки почвенных проб, отобранных буром диаметром 9.5 см. На каждом участке отбирали по 10 проб, что является стандартом для экоток-сикологических исследований в Европе (van Straalen, L0kke, 1997). После разборки в каждой пробе стандартными методами определяли массу почвы (фракция <2 мм), щебня (от 2 до 5 мм), камней (>5 мм) и подстилки, а также рН (CaCl2), влагоудерживающую способность, потери при прокаливании (Аринушкина, 1970). Последний показатель условно принимали за долю органического вещества в пробе. Для каждого участка методом атомной абсорбции на приборе Perkin Elmer AAS 1100 в Департаменте экотоксикологии Свободного университета Амстердама (Нидерланды) было определено содержание тяжелых металлов в почве и подстилке (водорастворимая и обменная (0.01 M CaCl2) формы, а также валовое содержание) и нескольких видах жужелиц различных трофических и размерных групп.
Трофическую активность почвенной биоты оценивали в июле и августе 2000 г. методом приманочной пластинки (bait-lamina test) (von Törne, 1990). Пластинки из твердого пластика длиной
10-12 см с 16 отверстиями, заполненными смесью порошка листьев крапивы и микрокристаллической целлюлозы в соотношении 3:7, погружали вертикально в почву четырьмя лентами по 10 шт. на расстоянии между пластинками в ленте 10 см, а между лентами - 60 см. Долю перфорированных приманок определяли на 14-е сутки, что является достаточным сроком экспозиции для центра Европейской России (Гонгальский и др., 2003).
Статистическую обработку результатов проводили при помощи программ Statistica 6.0, Sigma Plot 4.0. Для всех параметров определяли среднее и стандартную ошибку. Критерий Манна-Уитни (U был использован для оценки различий пищевой активности на разных участках. Поскольку нами была использована только одна трансекта в градиенте загрязнения, для обработки результатов дисперсионный анализ не применялся (Козлов, 2003).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Состояние почв в окрестностях комбината.
Один из главных показателей воздействия Косо-горского комбината на почвы - высокие концентрации тяжелых металлов в них (табл. 1). По сравнению с контролем валовое содержание металлов на ближайшем к комбинату участке выше в несколько десятков раз для Mn (16.3) и Cd (92); для других металлов - от 1.6 (Fe) до 5.7 (Pb). Содержание железа на первом участке составляет около 55 г в 1 кг почвы, что обусловлено большим количеством в ней шлаков. Эта же особенность определяет, вероятно, и другие характеристики почвы ближайшего к комбинату участка, например pH почвы здесь 7.40 при 5.31 в контроле. Влияние комбината распространяется примерно на 5-км зону, на большем удалении содержание металлов в почве соответствует фоновому (van Straalen et al., 2001).
Сообщества почвенной мезофауны. На контрольном (4-м) участке при плотности почвенных беспозвоночных 644.7 ± 107.0 экз/м2 основу населения составляли (табл. 2) дождевые черви (77.6% от общего числа животных) и многоножки (12.2%). Плотность мезофауны на самом загрязненном участке была выше (750.0 ± 159.5 экз/м2), чем в контроле, но возросла доля многоножек до 31.6% населения. На промежуточных участках плотность мезофауны была значительно меньше.
Трофическая активность почвенной фауны, измеренная методом приманочной пластинки, на контрольном участке составляла 60.5% в июне и 61.4% в августе, на ближайшем к комбинату - 59.8 и 62.9% соответственно (рис. 1), на 2-м участке -57.4% в июне и 65.2% в августе, а на 3-м участке -27.3 и 31.6%. Таким образом, пищевая активность достоверно не отличалась между участками (кри-
Таблица 1. Физико-химические параметры и валовое содержание некоторых тяжелых металлов (мг/кг) в почвах в окрестностях Косогорского металлургического комбината (среднее ± стандартная ошибка) (по: Zaitsev et а!, 1998)
Параметр*
Участок
pH (CaCl2) 7.40 6.85 5.44 5.31
ВУС, % 73.71 ± 4.51 67.30 ± 3.20 98.97 ± 3.83 78.45 ± 1.76
ПП, % 10.4 ± 0.7 8.9 ± 1.1 10.0 ± 0.6 9.1 ± 0.6
Zn 2853 ± 367 983 ± 43 487 ± 34 653 ± 82
Fe 54600 ± 7323 28600±3663 18800±2160 3370 ± 3500
Mn 20400 ± 2260 2980 ± 385 2190±348 1260 ±186
Ni 43.1 ± 3.46 14.3 ± 0.93 13.4 ± 0.21 13.5 ± 0.27
Cd 0.92 ± 0.18 0.62 ± 0.04 0.23 ± 0.13 0.01 ± 0.01
Cu 58.6 ± 5.9 22.9 ± 4.0 13.7 ± 0.27 15.1 ± 1.6
Pb 54.9 ± 9.5 28.6 ± 2.3 9.8 ± 1.7 9.6 ± 0.5
* ВУС - влагоудерживающая способность почвы; ПП - потери при прокаливании.
терий Манна-Уитни U варьировал 0.910 до 0.984). Исключение составлял 3-й участок, расположенный в 5 км от комбината: трофическая активность почвенной биоты на нем была достоверно меньше, чем на всех остальных участках (р = = 0.002 при сравнении с контролем). Распределение участков по трофической активности и численности геобионтов совпадает.
ОБСУЖДЕНИЕ
Во
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.