CC BY
25
УДК 631.468.52:632.125:631.452
ФОРМИРОВАНИЕ ЗООЦЕНОЗОВ МЕХАНИЧЕСКИ НАРУШЕННОЙ ПОЧВЫ В ПРОЦЕССЕ ЕЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ
И.В. Вершинина, аспирант, В.И. Титова, д.с.-х.н., А.А. Ветчинников, к.с.-х.н.
НижегородскаяГСХА, e-mail: vershinina.iv@ gmail.com
В работе представлена сравнительная характеристика формирования зооценозов нарушенной почвы при ее естественном залужении и при осуществлении биологической рекультивации. Отмечено, что на деградированных почвах формируется специфический фаунистический состав почвенного населения, который кардинально отличается от комплекса педобионтов естественных ценозов. При этом особо подчеркивается тот факт, что биологическая рекультивация способствует постепенному восстановлению сапрофильного комплекса почвенных животных, которые играют многофункциональную роль в почвообразовательных процессах.
Ключевые слова: механически нарушенные почвы, биологическая рекультивация почв, залежь, луговой ценоз, фа-унистические комплексы, микро- и мезофауна, сапрофильный комплекс.
FORMATION OF ZOOCOENOSIS OF MECHANICALLY DESTRUCTED SOIL DURING IT'S REHABILITATION
I.V. Vershinina, V.I. Titova, A.A. Vetchinnikov
In work the comparative characteristic of formation zoocoenosis the broken soil is presented at its natural meadowing and at realization biological recultivation. It is noticed, that on the degraded soils the specific faunistic structure of the soil population, which cardinally differs from a complex pedobiontes of natural coenosis is formed. Thus that fact is especially underlined, that biological recultivation promotes gradual restoration saprotrophic a complex of soil animals, which play a multipurpose role in processes of soil genesis.
Keywords: mechanically broken soils, biological rehabilitation of soils, fallow lands, the meadow coenosis, the faunistic complexes, micro- and mesofauna, the saprotrophic complex.
Следствием строительных и ремонтных работ, осуществляемых на объектах нефте- и газопроводов, является механическое нарушение почвенного покрова и ухудшение его агрономических характеристик в зоне воздействия. Нарушение почвенного покрова сельскохозяйственных угодий, как правило, сопровождается преобразованием, сокращением или деградацией среды обитания почвообитающих живых организмов, что в свою очередь ведет к трансформации структуры биотического сообщества агроэкосистемы. Как известно, зооценозы, наряду с фитоценозом и микробоценозом, являются неотъемлемым компонентом почвенной экосистемы, тем не менее при оценке воздействия техногенных факторов на агроландшафты чаще всего учитывают изменения физико-химических и агрохимических параметров почвы, варьирование показателей биологической активности изучаемой нарушенной территории, изменение состава и численности микрофлоры, а направление и скорость формирования комплекса почвенных животных зачастую остаются неучтенными.
Следует отметить, что педобионты способны интегрировать воздействие целого комплекса абиотических и биотических факторов, выполняя при этом активную многофункциональную роль в трансформации и перераспределении органического вещества, в деструкцион-ных и почвообразовательных процессах [1]. При этом разнообразие и численность беспозвоночных животных являются диагностическими признаками химического состава, физических параметров, гидротермических режимов субстрата, направления почвообразовательного процесса. Зоологические параметры достаточно точно, быстро и разнообразно реагируют на нарушения среды обитания, вызванные хозяйственной деятельностью человека [2], в связи с чем при оценке вторичных измене-
ний почвенных условий перспективно использовать зоологический метод диагностики почв, разработанный М.С. Гиляровым [3].
Цель работы состояла в исследовании разнообразия и обилия комплексов беспозвоночных животных механически нарушенной почвы при ее естественном залуже-нии и биологической рекультивации. Мониторингу были подвергнуты несколько участков, находящихся на территории СПК «Нижегородец» Дальне-Константиновского района Нижегородской области. В соответствии с данными хозяйства, анализируемая территория представлена светло-серыми лесными легкосуглинистыми почвами, сформированными на красных пермских глинах татарского яруса, обладающими генетически низкой степенью устойчивости к антропогенному воздействию. Содержание гумуса варьирует от 1,3 до 2,9%. Большая часть полей характеризуются повышенным и высоким содержанием подвижного фосфора и повышенным содержанием обменного калия. По показателю рНКс1 почвы характеризуются как слабокислые.
Особенности распределения фаунистических комплексов рассматривали на нескольких участках, два из которых в весенний период 2008 г. были нарушены вследствие осуществления работ по ремонту дефектных участков магистрального нефтепровода Горький-Рязань. При завершении работ по восстановлению аварийных частей трубопровода фирмой-подрядчиком были допущены нарушения в проведении технического этапа рекультивации, вследствие чего произошло перемешивание верхнего органогенного горизонта почвы и нижележащих минеральных горизонтов. Динамика показателей, характеризующих физико-химические и агрохимические свойства почвы, подвергшейся механическому нарушению, была изучена ранее и описана большей частью как
негативная [4]. На одном из нарушенных участков в силу ряда обстоятельств биологический этап рекультивационных работ проведен не был, вследствие чего в настоящее время эта территория может быть охарактеризована как многолетняя залежь со сформировавшимся на ней естественным путем фитоценозом, флористический состав которого представлен преимущественно сорно-рудеральной растительностью (вар. 1).
На другом нарушенном участке осенью 2008 г. была проведена биологическая рекультивация, которая заключалась во внесении 40 т/га торфо-навозного компоста и залужении территории многолетними бобово-злаковыми травами. С 2009 г. данный участок используется как сеяный сенокос (вар. 2). Фоновым объектом (контроль) при этом служила территория естественного луга, в рамках которого была выделена названная полоса отвода, не затронутая деятельностью по строительству и ремонту нефтепровода (вар. 3).
Исследования проводили в 2011-2012 гг. с мая по октябрь в три срока с учетом сезонной активности биоты. Микроартропод экстрагировали из почвы методом Тульгрена-Берлезе с подогревом электролампами. Подсчет числа коллембол и клещей осуществляли под бинокулярным микроскопом. Представителей мезофа-уны учитывали методом почвенных раскопок с последующей ручной разборкой проб. Пробы площадью 50 х 50 см (0,25 м2) отбирали послойно через 10 см до нижнего предела встречаемости почвенных беспозвоночных. Сбор фауны герпетобионтов проводили с помощью ловушек и ловчих канавок.
Заключения об изменении структуры зооценоза проводили на основе сравнения результатов анализа по изучению структуры сообщества почвенных животных на нарушенных почвах залежного участка при его естественном самозарастании (вар. 1), лугового угодья, на котором был осуществлен биологический этап ре-культивационных мероприятий (вар. 2) и почвы естественного лугового ценоза (вар. 3).
Результаты мониторинга позволяют говорить о том, что в первый сезон исследования (2011 г.) наиболее многочисленной группой педобионтов нарушенных почв залежи (участок без биологической рекультивации) и искусственного лугового ценоза (участок, где проведена биологическая рекультивация) были микроскопические почвенные животные-микроартроподы: коллемболы и клещи. Это связано с их эврибионтностью, которая выражается в том, что микрофауна обладает широкими гидро- и термопреферендумами и значительно большим спектром питания.
Данные, отражающие обилие микрофауны механически нарушенных рекультивируемых и нерекультивируемых почв и земель лугового ценоза представлены на рисунке 1. Достаточно высокая численность микроартропод отмечена
5 60000 ■ -
5 40000 ■ -
§ 20000
¡Е
Участок без рекультивации
Участок с рекультивацией
Естественный ценоз
ногохвостки
□ орибатиды
Рис. 1. Средняя численность (экз/м ) микроартропод в нарушенных нерекультивируемых и рекультивируемых почвах в сравнении с естественным луговым ценозом в среднем за 2011 г.
на участке, где был проведен биологический этап рекультиваци-онных мероприятий (вар. 2), плотность заселения территории которого достигала 7,7 тыс. экз/м2. На залежи (вар. 1) этот показатель был ниже практически в 2 раза и составил 4,48 экз/м2. Как в первом, так и во втором варианте большую часть населения микрофауны составляли коллемболы, их доля, относящаяся к общему числу мелких почвообитающих членистоногих как к единице, составила 0,75 и 0,71 соответственно. Пионерными группами коллембол нарушенных почв были эуэдафические внутрипочвенные депигментированные и поверхностные-верхнеподстилочные формы.
Следует отметить, что увеличение общего количества микро-артропод на участке с многолетними травами (вар. 2) происходило как за счет планомерного возрастания количества ногохвосток, так и за счет значительного роста численности клещей, что обусловлено проведенным на данной территории биологическим этапом рекультивации, который способствовал улучшению физических и агрохимических свойств почвы, тем самым формируя наиболее благоприятные условия (по сравнению с залежным участком) для жизнедеятельности орибатид и коллембол. Тем не менее, ни в одном из вариантов численность мелких членистоногих на 2011 г. не достигла того числа микроартропод, которое было отмечено в контроле (вар. 3).
Во второй сезон исследований (2012 г.) динамика численности микрофауны имела сходный характер - наименьшее число микроартропод было отмечено на залежи - 3,9 тыс. экз/м2 (вар. 1), значительно большее количество мелких членистоногих выявлено на рекультивируемом участке (вар. 2), при этом в почве эталонного луга (вар. 3) число коллембол и клещей значительно доминировало над таковым в нарушенных почвах (рис .2). Однако невозможно не подчеркнуть положительную динамику роста численности ориба-тид. Так, в 2012 г. на варианте 2 отмечен стабильный прирост числа панцирных клещей, которые являются биологическими индикаторами восстановления почвенного плодородия.
Наряду с анализом микрофауны нарушенных почв, было проведено исследование обилия мезофауны, позволяющее констатировать, что животное население почв залежного участка (вар. 1) значительно отличается от комплекса педобионтов, заселяющих территорию, которая засеяна многолетними травами (вар. 2). В отсутствии биологической рекультивации на техногенно измененном участке происходит формирование особого сообщества
80000
44563
70000 ■ -
50000 ■ -
30000 ■ -
30616
2254
10000 ■ -
1133
5403
0
о 60000 ■ -
S 30000 х
С
973
4989
Участок без рекультивации Участок с рекультивацией Естественный ценоз
□ ногохвостки □ орибатиды
Рис. 2. Средняя численность (экз/м2) микроартропод в нарушенных нерекультивируемых и рекультивируемых почвах в сравнении с естественным луговым ценозом в среднем за 2012 г.
почвенных беспозвоночных: наблюдается увеличение числа фитофагов за счет развития достаточной кормовой базы, при этом относительно многочисленной является хищная группа жуков.
Сапрофаги изучаемых почв в основной своей массе представлены олигохетами. Наименьшее количество люмбрицид обнаружено на залежном участке (вар. 1), где их число в среднем в 2 раза меньше, чем на территории, где был осуществлен биологический этап рекультивационных мероприятий (вар. 2). Малая численность дождевых червей в техногенно трансформированных ценозах связана с низким содержанием органического вещества, показатели которого вследствие механического нарушения почвы варьируют от 0,73 до 1,04% [5]. Доминирующим видом как в варианте 1, так и в варианте 2 является N. caliginosa, L. ter-restris. Обитание одних и тех же видов дождевых червей в разных экологических условиях вносит свои коррективы в их морфологические признаки. Так, на залежи (вар. 1) все половозрелые особи вида N. caliginosa были представлены практически лишенными окраски мелкими червями, длина которых не превышала 2,53,5 см. Под многолетними травами (вар. 2) особи данного вида обладали более крупными размерами и имели интенсивную пигментацию передней части тела.
Соотношение численности насекомых и дождевых червей в изучаемых нарушенных почвах различалось незначительно, при этом представители класса Insecta преобладали над люмбрицида-ми как в варианте 1, так и в варианте 2. Среди насекомых доминирующей группой были жесткокрылые (Coleoptera), численность которых представлена в таблице.
Сравнивая между собой показатели обилия насекомых изучаемых почв, можно говорить о том, что наибольшее число их наблюдалось на естественном лугу (вар. 3), при этом уровень
Групповой состав и средняя численность (экз/м2) некоторых почвенных беспозвоночных класса Insecta механически нарушенных почв в среднем за 2011 г.
Насекомые Залежь Многолетние травы Луг
Elateridae*/** 23,2/8,3 15,7/14,4 25,7/16,3
Carabidae*/** 10,5/12,6 7,2/11,3 8,3/6,3
Staphylinidae* 7,4 4,8 3,6
Melolonthinae* 3,2 4,3 14,3
* - имаго; ** - личинки.
численности жуков залежного участка (вар. 1) был достаточно высок, чуть менее обильна была фауна жесткокрылых на участке с многолетними травами (вар. 2), что связано с наличием достаточного количества доступных пищевых ресурсов. Доминирующей группой среди отряда жуков были щелкуны. Число отловленных жужелиц позволяет отнести их к содоминирующей группе организмов, количество которых было эквивалентным на всех вариантах. Личинки жужелиц, как и сами жесткокрылые, были обнаружены на почвах всех трех вариантах. К преобладающим личинкам насекомых относились проволочники, причем их количество на варианте 2 было незначительно меньше, чем на варианте 3, чему способствовала биологическая рекультивация. Общее количество личинок всех насекомых было выше в почве под многолетними травами (вар. 2), что вполне объяснимо наиболее благоприятным почвенным режимом для развития личинок будущих имаго.
Сходная тенденция в динамике численности мезофауны отмечена и в 2012 г: доминирование различных трофических групп остается относительно постоянным, но при этом отличительной особенностью второго сезона исследования являются изменения в обилии почвенных са-профагов, их число в варианте 2 (с рекультивацией) возрастает.
Таким образом, можно говорить, что биологическая рекультивация способствует увеличению численности люмбрицид и постепенному восстановлению трофической структуры почвенных сообществ, характерных для естественных ненарушенных ценозов. Возможно, что в течение ближайших 710 лет на участке с рекультивацией произойдет становление комплекса педобион-тов, число и видовое разнообразие которых будет максимально приближено к составу и обилию почвообитающих беспозвоночных природных биогеоценозов.
Литература
1. Бессолицина Е.П. Изменение структуры зооценозов почв подтаежного ландшафта в условиях техногенного воздействия // География и природные ресурсы, 1990, .№ 4. - С. 104-108.
2. Мордкович В.Г. Зооиндикация почв и почвенных процессов // Почвоведение, 1991, . 8. - С. 40-47.
3. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. - М.: Наука, 1965. - 276 с.
4. Титова В.И., Ветчинников А.А. Влияние строительно-ремонтных работ на нефтепроводе на эколого-агрохимическую характеристику почв // Агрохимический вестник, 2009, . 2. -С. 13-15.
5. Вершинина И.В. Структура почвенной мезофауны механически нарушенных земель // Актуальные проблемы экологии и природопользования: Мат. Всерос. научн.-практ. конф. РУДН. - М., 2012, Вып. 14, Ч. 2. - С. 67-74.
80000
44321
70000 ■ -
50000 ■ -
40000 ■ -
20000 ■ -
4140
10000 ■ -
0
