CC BY
58
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 25 2011
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 25 2011
УДК 595.713+631.484
Плотность ПОЧВЕННЫХ КОЛЛЕМБОЛ (HEXAPODA: COLLEMBOLA)
В ЗОНАХ ДЕЙСТВИЯ МЕДЕПЛАВИЛЬНЫХ КОМБИНАТОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ УРАЛА1
© Э. Р. НУРЛЫГАЯНОВА Уральский государственный университет им. А. М. Горького, кафедра зоологии e-mail: ella.nurlygajanova@usu.ru
Нурлыгаянова Э. Р. - Плотность почвенных коллембол (Hexapoda: Collembola) в зонах действия медеплавильных комбинатов таежной зоны Урала // Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2011. № 25. С. 395-398. -
Рассматривается общая плотность почвенных коллембол во вторичных березняках в градиенте загрязнения выбросами медеплавильных комбинатов Среднего Урала (средняя тайга) и Южного Урала (южная тайга). Анализ плотности коллембол для двух подзон таежной зоны Урала показал существенные отличия. На всех исследованных территориях средней тайги плотность коллембол оказалась выше, чем для аналогичных территорий южной тайги. Ключевые слова: коллемболы, градиент промышленного загрязнения, медеплавильный завод.
Nurlygajanova E. R. - Density of soil Collembola (Hexapoda: Collembola) in taiga zone of Ural under effect of cooper industry // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2011. № 25. P. 395-398. - The density of soil Collembola in the secondary birch forests along gradient of pollution near cooper industry plants of Middle and South Ural (middle and southern taiga respectively) were investigated. Collembola density analysis shows significant differences between middle and southern sub zones. It was revealed that the densities on the territory of middle taiga higher than in analogical areas of southern taiga.
Key words: collembola, gradient of industrial pollution, cooper smelting plant.
Отходы перерабатывающих предприятий цветной металлургии являются одним из наиболее мощных источников отрицательного воздействия на природу. С дымо-газовыми отходами в атмосферу поступает огромное количество кислых газов (сернистого, серого, фтора, угарного, углекислого и др.), окислов металлов (свинца, цинка, мышьяка, меди и др.), различных органических газов и канцерогенных веществ (четыреххлористого углерода, сероуглерода и др.). Т ак дымо-газовые выделения только медеплавильных предприятий на Урале поражают в разной степени ландшафты ориентировочно на площади 100 тыс. га. В районах этих предприятий формируются искусственные сернокислые ландшафты с «кислыми дождями», своеобразным засолением почв, изменением растительного покрова. в результате геохимически активного воздействия на почву формируются почвенно-геохимические аномалии [15]. Поступая в верхние горизонты почвы, тяжелые металлы и сера
связываются с гумусом, изменяя тем самым физикохимический составпочвы(увеличиваяеёкислотность, уменьшая влажность и т.д.). В результате подавляется деятельность беспозвоночных - минерализаторов (деструкторов) органики, что приводит к уменьшению необходимых для растений элементов питания, значительному снижению видового состава фитоценоза. Из-за локального (точечного) характера эмиссии поллютантов в экосистемах, окружающих эти заводы, создается хорошо выраженный градиент токсической нагрузки [7, 8].
Реакция сообщества почвенных животных на антропогенное нарушения часто проявляется значительно раньше, чем изменение химических, физиче-скихпараметровпочвы,определяемыхсуществующи-ми методами [2].
Коллемболы (Со11етЬо1а) - это группа мелких членистоногих, рассматриваемая в качестве класса внутри супракласса Hexapoda. На современном эта-
1 Материалы, представленные наВторой Всероссийскойс международнымучастиемполевой школе по почвенной зоологии и экологии для молодых ученых (Пенза, 12-16 сентября 2011 г.), проведенной при финансовой поддержке РФФИ (грант № 11-04-06824-моб_г), гранта Президента РФ (проект МД-4662.2010.04) и Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского.
пе исследований в мире насчитывается около 6 тыс. видов коллембол [6]. Коллемболы вместе с другими микроартроподами являются главными агентами образования почв. В определенных условиях они могут выступать единственными деструкторами живых и от-мершихтканей. Ногохвостки активно участвуютв почвообразовательных процессах, влияя на ход разложения органических веществ в сторону ускорения их гумификации и изменения качества гуминовых кислот, воздействуя на биологическую активность почв [10]. В настоящее время коллемболы признаны одной из ведущих групп для почвенно-зоологического мониторинга экосистем [3-5, 16, 17]. Выявлено, что в про-цессежизнедеятельностиколлемболывыработалиряд адаптаций(физиологических, поведенческих,популя-ционных) к обитанию на техногенно нарушенных территориях [4], но известны своей высокой чувствительностью к факторам окружающей среды. Рядом исследователей [16, 17] выявлено, что в условиях сильного промышленного загрязнения в сообществах ногохво-сток почти всегда отмечают смену доминирующих видов и преобладающих жизненных форм.
В настоящее время для территории России известен ряд исследований воздействия промышленных загрязнений (выбросов металлургических пред-приятий)на сообществаколлембол. Подобные работы проводилисьвокрестностяхЧереповецкогометаллур-гического комбината в Вологодской области [3], Сред-неуральскогомедеплавильногозаводавСвердловской области [4] и завода цветной металлургии «Северони-кель» на Кольском п-ове [5].
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследования проводились в разных экологогеографических подзонах таежной зоны Урала [14] -средней и южной тайге (рис. 1). В подзоне средней тайги - это район действия Красноуральского меде-
плавильного комбината (работает с 1932 г.). На данной территориипреобладаютслабо-,среднеподзолистыеи дерново-подзолистые почвы, среди которых встреча-ютсянебольшие массивыболотныхпочв. рельеф образован грядами, чередующимися с лощинами. доминирующими растительными сообществами являются сосняки зеленомошники и сосняки сфагновые, на юге -сосняки травяные. В западной и южной части территории большие площади занимают вторичные березняки. Травяной покров мелколистных лесов обилен и разнообразен, что связано с высоким уровнем грунтовых вод [8].
В подзоне южной тайги - это район действия Карабашского медеплавильного комбината ( работаетс 1837 г.), который находится на восточном склоне Южного Урала в подзоне сосново-березовых лесов и граничит с лесостепной зоной. рельеф представляет собой сложную систему урочищ, склонов, речных долин, что увеличиваетмозаичностьландшафта. Навершинахгор-ных гряд в настоящее время произрастают вейниково-брусничныеберезово-сосновыелесанафрагментарных и горно-лесных бурых неполноразвитых почвах [11].
Сбор материала проводился в июне-июле 2010 г. по стандартной методике, разработанной Н. М. Черновой [13]. Пробы (объемом 25 см3) располагали по линиям (трансектам) между деревьями: 1 - на приствольных участках, 2 - в середине проекции кроны, 3 - в окне полога. Линии проб закладывались в трехкратной повторности в разных участках биотопа, на расстоянии не менее 10 м друг от друга. Было взято по 15 проб с каждой исследуемой площадки, которые расположены на удалении 2.5 км (импактная зона), 7.5 км (буферная зона) и 14.5 км (фоновая зона) от источника эмиссии, с учетом преобладающего в этом регионе направления ветра. Коллембол экстрагировали на воронках Тулльгрена. Всего было отобрано 105 проб, из которых извлечено 52б экз. коллембол.
Рис. 1. Схема расположения исследуемых территорий [7]: средняя тайга: 1 - импактная зона (I С), 2 - буферная зона (II С), 3 - фоновая зона (III С); южная тайга: 4 - импактная зона (!а Ю), 5 - импактная зона (I Ю), 6 - буферная зона (II Ю), 7 - фоновая зона (III С).
39б
ПОЧВЕННАЯ ЗООЛОГИЯ ►►►►►
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Большинство обитающих в почве коллембол лишены сплошного защитного слоя кутикулы - эпикутикулы [1], поэтому они очень чутко реагируют на изменение температуры и влажности местообитания. Так высокие температуры и сухость воздуха приводят к большим отсевам популяций коллембол [13].
Как было отмечено ранее, исследование проводилось на территориях расположенных в двух таежных подзонах Урала - средней и южной тайге. Климатические и эудафические характеристики этих подзон, определяются главным образом геоморфологическими особенностями, обеспеченностью теплом и влагой [14]. Так, среднетаежная подзона характеризуется большим количеством осадков, более высокими значениями гидротермического коэффицента и более низкой суммарной температурой в сравнении с южнотаежной территорией (рис. 2-4).
1993 1994 1995
^Нсрелны тангі ♦ юиц тлигв
Рис. 2. Сумма осадков за 10° период (мм) [9].
М
I-
Гга
ттитгл ЫИЫЯГЗНГИ
Рис. 3. Гидротермический коэффициент (ГТК) за исследуемый период [9].
Анализ плотности коллембол для двух подзон показал существенные отличия. На всех исследованных территориях средней тайги плотность коллембол оказалась выше, чем для аналогичных территорий зоны южной тайги (рис. 5).
Так на двух импактных территориях плотность коллембол существенно отличается (36.8 и 4.2 экз./дм3, соответственно). В то же время плотность на импакт-ной территории средней тайги и на фоновой терри-
тории южной тайги практически одинакова (36.8 и 32. 5 экз./дм3, соответственно). На самих же фоновых территориях средней и южной тайги плотность коллембол отличается в 2.5 раза (89.0 и 32.5 экз./дм3, соответственно).
■’ ІП№ -I
Ї5СС -2ПОО -]5СС -
шс -
5СС -С
1994
1595
Гид
^^:^-тчяя "лита шгїїл тг-лгл
Рис. 4. Сумма положительных температур за 10° период [9].
Сі Краснеуральск Ют Кара баш
Ф' Н Ч
Рис. 5. Общая плотность коллембол в импактной, буферной и фоновой зонах средней (Красноуральск) и южной (Карабаш) тайги Урала.
Анализ общей численности по градиентам загрязнения показал, что для района действия Кара-башского медеплавильного комбината отмечена ранее выявленная тенденция [4] - повышение показателей общей численности в зоне промежуточного загрязнения (буферной), где она составила - 42.6 экз./дм3, в отличие от фоновой зоны - 32.5 экз./дм3 и импактной, где общая численность оказалась наименьшей -4.2 экз./дм3.
Для зоны действия Красноуральского медеплавильного комбината наблюдается типичная закономерность - равномерное снижение общей численности по мере приближения к источнику эмиссии. Так общая численность в импактной зоне падает в 2 раза (36.8 экз./дм3) по сравнению с фоновой (контрольной) зоной, где она составляет - 89.0 экз./дм3. Эта закономерность, снижение общей численности коллембол в 2-8развблизиметаллургическихзаводов,действующих более 50 лет, была ранее отмечена в ряде работ [4, 5, 17].
Такимобразом, можносделать вывод, что общая плотностьпочвенныхколлемболзакономерноизменя-
ется как в разных таежных подзонах (средней и южной тайге) Урала, так и по градиенту загрязнения березняков вторичных выбросами медеплавильных комбинатов Среднего и Южного Урала.
Благодарности. Автор благодарен С. Д. Вершининой (Середюк) и В. Л. Вершинину за руководство и ценные замечания при работе над статьей, П. В. Мещерякову за увлекательные лекции по почвоведению и возможность определиться с выбором объекта исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гиляров М. С., Семенова Л. М. Эволюция кутикулы членистоногих // Успехи соврем. биол. 1963. Т. 56. Вып. 2 (5). С. 208-227.
2. Гиляров М. С. Почвенные беспозвоночные как индикаторы почвенного режима и его изменений под влиянием антропогенных факторов // Биоиндикация состояний окружающей среды Москвы и Подмосковья. М., 1982. С. 8-11.
3. Кузнецова Н. А., Потапов М. Б. Изменение структуры сообществ почвообитающих коллембол (Hexapoda: Collembola) при промышленном загрязнении южнотаёжных сосняков-черничников // Экология. 1997. № 6. С. 435-441.
4. КузнецоваН.А.Населениепочвообитающихколлем-бол в градиенте загрязнения хвойных лесов выброса-миСреднеуральскогомедеплавильногозавода//Эко-логия. 2009. № 6. С. 1-10.
5. Макеева Н. Н., Потапов А. М. Почвообитающие кол-лемболы в градиенте загрязнения еловых лесов заводом «Североникель» // Лесное почвоведение: итоги, проблемы,перспективы.Сыктывкар,2007.С.129-130.
6. Потапов М. Б. Современные проблемы видовой таксономии класса collembola // Успехи соврем. биол. 1995. Т. 115. Вып. 1. С. 106-120.
7. Вершинин В. Л., Середюк С. Д., Черноусова Н. Ф., Толкачев О. В., Силс Е. А. Пути адаптогенеза наземной фауны к условиям техногенных ландшафтов / отв. ред. Л. М. Сюзюмова. Екатеринбург, 2006. 180 с.
8. Середюк С. Д. Экологические особенности, популяционная структура и видовые сообщества семейства Elateridaeвзонахтехногенноговоздействия.Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. Казань, 2004. 22 с.
9. Середюк С. Д. Структура почвенной мезофауны в ур-боценозах // Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития. М, 2010. С. 165-167.
10. Стебаев И. В. Изменение животного населения почв в ходе их развития на скалах и на рыхлых продуктах выветривания в лесо-луговых ландшафтах Южного Урала // Pedobiologia. 1963. Bd. 2. S. 265-309.
11. Фирсова В. П. Почвы таежной зоны Урала и Зауралья. М.: Наука, 1977. 176 с.
12. чернова н. М. Принципы количественного анализа населения коллембол // Фауна и экология ногохво-сток. М., 1984. С 29-43.
13. Чернова Н. М. Основные особенности структуры и динамики популяций почвенных ногохвосток (Collembola) // Экология популяций. М., 1991. С. 22-35.
14. Чикишев А. Г. Физико-географическое районирование Урала // Проблемы физической географии Урала. М., 1966. С. 7-84.
15. Шилова И. И., Махнев А. К., Лукьянец А. И. Геохимическая трансформация почв и растительности в районах функционирования предприятий цветной металлургии / / Экологические аспекты оптимизации техногенных ландшафтов. Свердловск, 1984. С. 14-35.
16. Bengtsson G., Rudgreen S. The Gusum case: a brass mill and the distribution of soil Collembola // Can. J. Zool. 1988. Vol. 66. P. 1518-1526.
17. Strojan C. L. The impact of zink smelter emissions on forest litter arthropods // Oikos. 1978. Vol. 31. P. 41-46.
