научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ НАСЕЛЕНИЯ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ-ХОРТОБИОНТОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВЫБРОСОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА Охрана окружающей среды. Экология человека

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ НАСЕЛЕНИЯ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ-ХОРТОБИОНТОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВЫБРОСОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА»

ЭКОЛОГИЯ, 2009, № 4, с. 303-313

УДК 574.4:504.054

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ НАСЕЛЕНИЯ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ-ХОРТОБИОНТОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВЫБРОСОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА

© 2009 г. А. В. Нестерков, Е. Л. Воробейник

Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 E-mail: nesterkov@list.ru Поступила в редакцию 08.10.2008 г.

Надземная фитомасса луговых растений и плотность населения беспозвоночных-хортобионтов оценены в 2006-2007 гг. с использованием биоценометра на вторичных суходольных лугах на трех участках, отличающихся по уровню загрязнения выбросами Среднеуральского медеплавильного завода (г. Ревда Свердловской обл.). По мере приближения к заводу сухая фитомасса снижается в 1.3-1.9 раза, до 100% возрастает доля злаков. Общее обилие беспозвоночных возле завода увеличено в 2-3 раза за счет сосущих фитофагов, доля которых достигает 80% от численности населения. Обилие грызущих фитофагов и зоофагов возле завода снижено, а отдельные таксоны полностью исчезли (моллюски, сенокосцы-фалангииды). Возможными причинами перестроек структуры населения хортобионтов могут быть изменения в физиологическом состоянии растений, видовом разнообразии и архитектуре травостоя, обусловленная этим модификация гидротермического режима в травянистом ярусе, а также прямой токсический эффект тяжелых металлов.

Ключевые слова: беспозвоночные-хортобионты, луга, травостой, биоценометр, насекомые, клопы, цикадки, трофическая структура, фитофаги, зоофаги, плотность населения, промышленное загрязнение, медеплавильный завод, тяжелые металлы, Средний Урал.

Начиная с классических работ В.А. Догеля и В.Н. Беклемишева, беспозвоночных травостоя принято рассматривать как отдельный ярус животного населения суши (Чернов, Руденская, 1975). Тесная связь хортобионтов с растительностью позволяет ожидать их выраженную реакцию на изменение структуры травостоя под действием различных пессимальных факторов, в том числе загрязнения. В отличие от других видов антропогенной нагрузки (выпас, сенокос, ирригация и пр.) функционирование хортобионтов в условиях действия промышленных выбросов изучено недостаточно. Только в единичных работах рассмотрена реакция населения целиком (Воро-бейчик и др., 1994) или относительно широкого набора групп (Perner et al., 2003). Больше внимания уделено отдельным таксонам: прямокрылым (Hoffman et al., 2002), равнокрылым (Glowacka et al., 1997), муравьям (Гилев, 1998), паукам (Tar-wid, 1987) и моллюскам (Rabitsch, 1996).

В то же время изучение всего населения беспозвоночных травостоя в рамках классического био-ценологического подхода необходимо для сравнительного анализа реакции отдельных групп внутри него и для сопоставления хортобионтов с другими компонентами биоты. Комплексное рассмотрение населения хортобионтов важно также для харак-

теристики его роли в биологическом круговороте, обсуждения вопросов структуры и устойчивости трофических сетей, связи продукции и разнообразия сообществ, взаимоотношений в системе "растения - фитофаги - зоофаги".

Цель настоящей работы - выявить закономерности изменения обилия и структуры животного населения луговых сообществ на уровне крупных таксонов и трофических групп беспозвоночных-хортобионтов под действием длительного загрязнения выбросами медеплавильного завода.

РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ

Работа выполнена в районе Среднеуральского медеплавильного завода (СУМЗ), расположенного на окраине г. Ревды Свердловской обл. СУМЗ действует с 1940 г. и считается одним из крупнейших источников промышленного загрязнения в России. Основные ингредиенты выбросов - Б02 и тяжелые металлы (Си, 2п, Сё и РЬ). Общий объем эмиссии в конце 1980-х годов составлял более 140 тыс. т/год, к середине 2000-х - снизился до менее 30 тыс. т/год. Характер техногенной трансформации экосистем подробно описан ранее (Во-робейчик и др., 1994). Пробные площади расположены в импактной (1 км к западу от завода),

буферной (4 км) и фоновой (30 км) зонах загрязнения в пониженных элементах рельефа на вторичных суходольных лугах, сформировавшихся на лесных полянах размером 3о0—5000 м2 в результате вырубки леса более 50 лет назад; почвы дерново-подзолистые.

Флористический состав лугов сильно различается между зонами нагрузки, что связано с исчезновением чувствительных видов разнотравья и замещением их более устойчивыми к загрязнению злаками. В фоновой зоне луга разнотравные, доминируют бодяк разнолистный (Cirsium hetero-phyllum Hill.), манжетка (Alchemilla sp.), лабазник (Filipendula sp.), нивяник (Leucanthemum vulgare Lam.), василек фригийский (Centaurea phrygia L.), купальница европейская (Trollius europaeus L.). Растительный покров сомкнутый, многоярусный, с развитой архитектурой из ветвящихся и переплетающихся травянистых растений. В буферной зоне луга разнотравно-злаковые с доминированием полевицы тонкой (Agrostis tenuis Sibtb.), щучки дернистой (Deschampsia caespitosa Beauv.), тимофеевки луговой (Phleum pratense L.), бодяка разнолистного, чины луговой (Lathyrus pratensis L.). Характеристики растительного покрова сходны с фоновыми показателями (значительная сомкнутость, развитые ярусность и архитектура). В им-пактной зоне луга злаковые с абсолютным доминированием полевицы тонкой и незначительным участием щучки дернистой и горицвета (Coronaria flos-cuculi A. Br.). Растительный покров сильно разрежен, ярусность не выражена.

Луга в разных зонах нагрузки различаются по характеру хозяйственного использования. В 20062007 гг. выпас скота и заготовка сена на всех участках отсутствовали. Ранее, до 2004 г. включительно, луга в фоновой зоне выкашивали ежегодно в середине лета. В буферной зоне ежегодное выкашивание было прекращено в середине 1990-х годов, в импактной - в конце 1980-х.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Материал собирали в течение двух лет, каждый год - в три тура, приуроченных ко второй половине летних месяцев. В 2006 г. даты туров были следующие: I - 21.06-01.07; II - 19-21, 26-29, 31.07-03.08; III - 12-18.08, 01-03.09; в 2007 г.: I -22, 24.06-02.07; II - 21-22, 26.07-01.08; III - 19-23, 26-29.08. Разорванный характер туров связан главным образом с дождями, на время которых учеты приостанавливали.

В работе использовали модифицированный биоценометр Конакова-Онисимовой (Фасулати, 1971), состоящий из металлической рамы размером 50 х 50 см, герметично соединенной с матерчатым мешком кубической формы, одна из боковых сторон которого сшита из мельничного газа

(диаметр ячеи 0.25 мм) и представляет собой светлый экран, а прочие - из брезента. В противоположной от экрана стенке прибора расположено отверстие с клапаном для учетчика. Биоценометр аккуратно устанавливали на ровной поверхности, все попавшие в него растения срезали ножницами на уровне почвы и извлекали через клапан; затаившихся на них насекомых собирали вручную. После извлечения растений беспозвоночных в биоценометре собирали при помощи специально модифицированного пылесоса с автономным источником питания. Особое внимание уделяли светлому экрану, на котором в массе скапливались беспозвоночные с положительным фототаксисом, а также почве и основаниям стеблей срезанных растений. Сбор пылесосом производили в два-три этапа, вплоть до прекращения появления новых объектов на экране. Затем биоценометр переворачивали и просматривали внутреннюю поверхность и швы, а также почву. Всех обнаруженных беспозвоночных умерщвляли этилацета-том; сформированную пробу упаковывали в пакетик из капроновой сетки, этикетировали и фиксировали в 70%-ном растворе этанола.

Пробные площади размером 50 х 50 м, по три в каждой зоне нагрузки, располагались на расстоянии 100-300 м друг от друга. Все учеты проводили в светлое время суток, в период от полного высыхания росы до захода солнца за кромку леса (примерно с 9-10 до 19-20 ч местного времени). Для устранения возможного смещения оценок в течение дня обследовали все три площади на одной из зон нагрузки, с каждой изымали равное количество проб. Порядок посещения площадок корректировали так, чтобы с каждой были представлены пробы, собранные в утренние, дневные и вечерние часы. Зоны нагрузки в течение тура также посещали поочередно. Места установки биоценометра выбирали случайно, но не ближе 5 м друг от друга. Объем выборки составил по 10 проб на пробную площадь за тур учета. Таким образом, за весь период собрано 540 проб (по 270 в каждый год) и более 41 700 экз. беспозвоночных. В лабораторных условиях беспозвоночных определяли с наибольшей возможной точностью, в основном до уровня семейств (клопов - до вида), и подсчитывали количество особей каждого таксона. Для каждой пробы растений измеряли общую воздушно-сухую массу, а также суммарную массу граминоидов (злаков и осок) с точностью до 0.1 г.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Промышленное загрязнение привело к существенным изменениям в обилии и структуре луговой растительности (рис. 1). Сухая надземная фи-томасса в импактной зоне снизилась в 1.3-1.9 раза по сравнению с фоновой. С приближением к заводу сильно возросла доля граминоидов - с 20-30%

Фитомасса, г/м2

450 г

400 350 300 250 200 150 100 50 0

JL

I I II I III

Фоновая

(а)

□ 1 □ 2

I II III Буферная

I II III Импактная

(б)

I II III

Фоновая

I II III Буферная

I II III Импактная

Зона нагрузки и тур учета

Рис. 1. Динамика надземной фитомассы травостоя в разных зонах нагрузки в 2006 г. (а) и 2007 г. (б). 1-Ш - туры проведения учетов; 1,2 - фракции фитомассы (1 - злаки и осоки; 2 - прочие виды). Вертикальная линия - ошибка среднего для общей фитомассы (учетная единица - площадка, п = 3).

Плотность, экз/м2 700 600 500 400 300 200 100 0

(а)

X

I II III

Фоновая

I II III Буферная

I II III Импактная

(б)

JL

IZ2

I

I II III I II III I II III Фоновая I Буферная I Импактная

Зона нагрузки и тур учета

Рис. 2. Динамика плотности населения беспозвоночных в разных зонах нагрузки в 2006 г. (а) и 2007 г. (б). 1-Ш - туры проведения учетов; 1-6 - трофические группы хортобионтов: 1 - грызущие фитофаги, 2 - сосущие фитофаги, 3 - грызущие зоофаги, 4 - сосущие зоофаги, 5 - гемофаги, 6 - прочие. Вертикальная линия - ошибка среднего для общей плотности (учетная единиц

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.

Показать целиком