Диагностические возможности почвенной мезофауны Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 595. 142

Соколова Татьяна Леонидовна

Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

boreech@yandex.ru

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЧВЕННОЙ МЕЗОФАУНЫ

В статье рассматриваются возможности использования почвенной мезофауны в целях биоиндикации. В качестве биологического фактора учитываются такие показатели, как численность, встречаемость, биоразнообразие почвенных беспозвоночных. На основе сравнения экологических условий местообитаний произведена попытка определить ведущие факторы, от которых зависит степень общности педофауны различных биогеоценозов.

Ключевые слова: биоразнообразие, почвенная мезофауна, биоиндикация, морфо-экологические группы.

""1 Тля сохранения и обеспечения нормаль-

I I ного функционирования природных / Д экосистем важно определить значение природных факторов и ресурсов в жизни общества и действительные масштабы различных антропогенных воздействий. Это особенно актуально в современных условиях, когда нарушения природной среды достигли критически опасных уровней и носят глобальный характер. Многие почвенные беспозвоночные имеют важное индикационное значение как для антропогенного изменения почв, так и при определении типа почв, ее состава, свойств и режима. Однако следует учитывать, что один и тот же вид в разных местах своего ареала может менять местообитания и, следовательно, служить индикатором на разные условия.

В последнее время получили распространение сравнительные исследования сообществ с использованием разных показателей обилия отдельных представителей почвенных беспозвоночных. Большинство методов основано на определении индексов общности (сходства) педофауны сравниваемых биогеоценозов. При сравнении сообществ почвенных животных в качестве признаков чаще всего используются входящие в них виды (или таксоны более высокого ранга). При этом могут быть исследованы как качественные признаки, если учитывается только присутствие или отсутствие вида, так и количественные, если в оценку сходства вводится степень соответствия каждого вида в сравниваемых биоценозах.

Сравнение экологических условий местообитаний позволяет определить те ведущие факторы почвенной среды, от которых зависит степень общности почвенного населения [1].

Используемый нами подход при сравнении различных почвенных экосистем основан на предположении о том, что почва как объект опреде-

ляется совокупностью факторов, в качестве которых наряду с физико-химическими свойствами, такими как состав элементов, сложение, плотность, выступают и биологические компоненты.

В качестве биологического фактора нами рассматривались следующие показатели обилия выбранной группы педобионтов: численность, встречаемость и число видов внутри таксона. Объектом исследование являлось семейство люм-брицид (Lumbricidae) города Костромы и Костромской области. Это обусловлено тем, что среди представителей почвенной мезофауны именно эта группа отличается количественным обилием и высокой степенью доминирования, а также взаимосвязью с основными почвенными параметрами и разнообразием морфо-экологичес-ких форм, приспособленных к обитанию в различных горизонтах почвы. По результатам проведенных исследований любрициды составили 80 процентов от общего числа, выявленных пе-домезобионтов.

М.С. Г иляров (1978) отмечал, что чем больше общих видов почвенных животных встречается в сравниваемых биогеоценозах, тем правильнее выводы о сходстве гидротермического, химического и биологического режимов сравниваемых почв, о близости типов земель, заселенных сходными комплексами почвенных животных.

Представители семейства Lumbricidae встречаются повсеместно как в пригородных, так и в городских биогеоценозах. В почвах района исследования нами обнаружено 11 видов люмбрицид. Из них такие виды, как Aporrectodea rosea, Lumbricus rubellus, Lumbricus castaneus, Octolasion lacteum, Dendrobaena octaedra и Aporrectodea caliginisa caliginisa, являются широко распространенными и экологически пластичными видами, которые обычны в лесных ценозах подзоны смешанных лесов европейской части РФ.

© Соколова Т.Л., 2010

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 3, 20101

13

Однако видовой состав люмбрицид в различных биотопах не одинаков, что обусловлено физико-химическими свойствами почв и экологическими особенностями видов. Максимальное видовое разнообразие зарегистрировано нами в смешанном лесу - парке в черте города Костромы и в агроценозе (по 7 видов). Такое разнообразие дождевых червей в агроценозе можно объяснить тем, что содержание гумуса в данном биотопе и влажность почв значительно выше по сравнению с почвами других биогеоценозов. При исследовании почв агроценоза выявлено, что содержание гумуса составляет 7,09%, а влажность 25,42%. При исследовании почв смешанного леса в пределах города Костромы также зарегистрированы достаточно высокие показатели влажности и содержание органического вещества в почве. Массовая доля органического вещества составила здесь 6,59%, а влажность - 25,78 процента. Однако данный объект подвержен большим антропогенным нагрузкам рекреационной зоны и автодороги.

В городских биогеоценозах, по сравнению со слабонарушенными, зарегистрированы более высокие показатели содержания в почве таких токсичных элементов, как свинец, мышьяк, кадмий и ртуть. Согласно результатам химического анализа, кислотность почв большинства городских биоценозов составляет от 5,6 до 6, что характерно для окультивированных дерново-подзолистых почв.

В биоценозах, удаленных от города, выявлено 10 видов люмбрицид. Поскольку основным показателем, лимитирующим распространение того или иного вида дождевых червей, является качество органического субстрата, его количество и доступность для олигохет, поэтому наименьшее видовое разнообразие было отмечено в почвах

березняка Макарьевского района. В данном биотопе выявлено 5 видов люмбрицид - Bimastus tenius, Octolasion lacteum, Lumbricus rubellus, Eiseniella tetraedra и Aporrectodea rosea. Индекс биоразнообразия по Симпсону в данном биоценозе составил 1,47. В результате изучения основных физико-химических параметров почв березняка Макарьевского района было обнаружено, что здесь отмечается самое низкое из всех обследованных нами пробных площадей, содержание гумуса, которое составило 3,52±0,53%, а влажность - 13,03±1,3%.

Анализ результатов исследования основан на попарном сравнении биотопов по видовому составу и численности семейства Lumbricidae. Попарное сравнение биотопов по видовому составу мы оценивали с помощью коэффициента Жаккара, результаты которого представлены в таблице 1. Данный коэффициент учитывает только число видов вне зависимости от их количественной представленности в сравниваемых биоценозах.

На основе коэффициента Жаккара по методу Маунтфорда проведен кластерный анализ, по результатам которого построена дендрограмма сходства исследуемых почв по видовому составу дождевых червей (рис. 1). На полученной дендрограмме видно разделение общей совокупности пробных площадей на две группы. Первую группу составляют почвы биоценозов, большинство которых значительно удалены от города Костромы и отличаются относительно слабой нару-шенностью подстилки. Анализ почв данных биотопов показал высокие показатели влажности и достаточно высокую долю органического вещества. Вторая группа представлена почвами пробных площадей, находящихся в черте города, где также отмечаются благоприятные условия для распространения люмбрицид, то есть имеются

Таблица1

Коэффициенты попарного сходства исследуемых биотопов по видовому составу дождевых червей

Биоценоз Березняк, Кострома Смешанный лес, Кострома Агроценоз, Кострома Агроценоз пригород Смешанный лес, Макарьев Березняк, Макарьев

Березняк, Кострома 0,44 0,5 0,56 0,3 0,5

Смешанный лес, Кострома 0,6 0,5 0,75 0,44

Агроценоз, Кострома 0,89 0,6 0,5

Агроценоз, пригород 0,56 0,4

Смешанный лес, Макарьев 0,3

14

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 3, 2010

_|_

1

2 5

о

4 о

'З з; ф

4 ё 5!

5 іП

0.6 05 0.4 03

02 0.1

Рис. 1. Дендрограмма фаунистическош сходства пробных площадей по видовому разнообразию дождевых червей.

Примечание: биоценозы 1 - смешанный лес Макарьевского района, 2 - березняк Макарьевского района,

3 - березняк вблизи завода «Силикатный кирпич» (г. Кострома), 4 - агроценоз в 10-ти км от города Костромы, 5 - агроценоз в черте города Костромы, 6 - смешанный лес «Берендеевка»

относительно высокие показатели влажности и содержание гумуса. Однако в этих почвах отмечается и значительное, по сравнению с предыдущей группой, содержание в почвах таких токсичных элементов, как свинец, содержание которого составило от 12,7 мг/кг до 17,3 мг/кг, кадмия - от

0,19 до 0,24 мг/кг и мышьяка - от 1,61 до 2 мг/кг.

Максимальные показатели сходства по видовому составу дождевых червей отмечены между почвами, где ведутся посадки кормовых культур. Почвы данных пробных площадей характеризуются наибольшей влажностью, которая составила от 14,66 до 25,42%, а содержание гумуса достигло порядка 7,09%.

При попарном сравнении биотопов по численности использованы формулы Жаккакра, модифицированные Ю.И. Черновым (1975). Результаты оценки численности люмбрицид исследуемых биогеоценозов представлены в таблице 2. Так, по общей численности почвенной мезофау-ны высокий индекс сходства отмечается между второй и пятой, шестой и седьмой пробными площадями, в почвах которых хорошо развита подстилка.

Показательным в отношении степени нару-шенности экосистем является и коэффициент доминирования по Симпсону [2]. Высокие показатели этого коэффициента говорят о нарушеннос-

Таблица2

Коэффициенты попарного сходства исследуемых биотопов по численности дождевых червей

Биоценоз 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 0,86 0,4 0,78 0,9 0,6 0,67 0,3 0,77 0,19

2 0,35 0,67 0,96 0,73 0,77 0,35 0,89 0,2

3 0,5 0,36 0,25 0,27 0,12 0,31 0,07

4 0,7 0,49 0,52 0,23 0,6 0,14

5 0,698 0,74 0,33 0,86 0,2

6 0,94 0,48 0,81 0,29

7 0,39 0,86 0,28

8 0,39 0,6

9 0,24

Примечание: 1 - березняк вблизи завода «Силикатный кирпич» (г. Кострома); 2 - смешанный лес «Берендеевка» (г. Кострома); 3 - агроценоз в черте г. Костромы; 4 - агроценоз в 10-ти км от г. Костромы; 5 - березняк (Красносельский район); 6 - смешанный лес (Красносельский район); 7 - смешанный лес (Антроповский район); 8 - агроценоз (Антроповский район); 9 - смешанный лес (Макарьевский район); 10 - березняк (Макарьев-ского район).

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 3, 2010

15

ти биогеоценозов. Максимальные показатели доминирования среди исследуемых городских биоценозов характерны для агроценоза, где коэффициент составил порядка 0,624. Тогда как из пригородных биотопов наибольшее значение данного показателя характерно только для смешанного леса, находящегося в Макарьевском районе, где индекс доминирования составил 0,687, что обусловлено, вероятно, и физико-химическими параметрами почвы.

Таким образом, распределение комплексов дождевых червей из семейства Lumbricidae тесно связано с физико-химическими свойствами почв, среди которых ведущими является влажность, тип

почв и массовая доля органического вещества. Этим обусловлено использование зоологических параметров почв при установлении сходства почвенных экосистем. Наблюдения за отдельными популяциями и комплексами видов почвенных беспозвоночных могут дать ценную информацию о состоянии биоты и ее изменениях в результате воздействия тех или иных факторов.

Библиографический список

1. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. - М.: Наука, 1965. - 273 с.

2. Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. - М.: Мир, 1992. - 184 с.

УДК 546.62; 661.183

Акаев Олег Павлович

доктор технических наук akaev@list.ru,

Цветкова Анна Дмитриевна

Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

polaris-ru@yandex.ru

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ УТИЛИЗАЦИИ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ФТОРИДА АЛЮМИНИЯ

В статье рассматривается возможность нанесения экологического ущерба окружающей среде в результате масштабного складирования на открытом воздухе кремнийсодержащих отходов производства фторида алюминия. Описаны возможные направления вторичного использования данных кремнийсодержащих отходов. Ключевые слова: экологический ущерб, почвы, кремнийсодержащие отходы, утилизация.

Производство фторида алюминия осуществляется на химических предпри-. ятиях России и стран Ближнего зарубежья (Украины, Белоруссии и др.). По имеющимся данным [6, с. 14] объем А№3, произведенного на ОАО «Воскресенские минеральные удобрения», составил (в тыс. тонн): в 2004 году - 11; в 2005 году - 9,8; в 2006 году - 9,8; в 2007 году -10; в 2008 году - 7,5. Производство фторида алюминия на ОАО «Аммофос» (г. Череповец) составило 22,5 тыс. тонн в 2007 году и 23 тыс. тонн в 2008 году [4, с. 4; 5, с. 4]. Технологическая схема производства фторида алюминия предполагает получение значительного количества побочного продукта оксида кремния (IV), так называемого кремнегеля. В процессе получения одной тонны фторида алюминия образуется около 0,36 т кремнегеля (в пересчете на 100% оксида кремния (IV)). Количество кремнегеля при производстве фторидов оценивают » 40 тыс. т/год [7, с. 158]. Большая

часть получаемых кремнийсодержащих отходов сбрасывается в отвалы на открытом воздухе. Подобное нерациональное складирование отходов занимает полезные земельные территории и наносит вред окружающей среде.

Целью настоящей работы является изучение негативного влияния кремнийсодержащих отходов на окружающую среду и рассмотрение направлений их утилизации.

Кремнегель - это полидисперсный продукт, представленный достаточно рыхлыми вторичными агрегатами частиц размером 0,4-120 мкм с преобладающим размером 40-50 мкм. Удельная поверхность Sуд, измеренная методом оптической микроскопии, составляет ~ 10 м2/г. После отделения на фильтре от маточного раствора А№3 диоксид кремния имеет влажность 40-50%. Основными сопутствующими компонентами являются А№3, А1(ОН)3, H2SiF6 в количествах, не превышающих 6,0%.

16

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 3, 2010

© Акаев О.П., Цветкова А.Д., 2010