Реакция мезофауны городских почв на аномальные погодные условия Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

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 631.468:504.74(1-21)

РЕАКЦИЯ МЕЗОФАУНЫ ГОРОДСКИХ ПОЧВ НА АНОМАЛЬНЫЕ ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ1

© Е. С. САМОЙЛОВА, А. А. РАХЛЕЕВА Московский государственный университет, кафедра географии почв e-mail: [email protected]

Самойлова Е.С., Рахлеева А.А. - Реакция мезофауны городских почв на аномальные погодные условия // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2011. № 25. C. 421-426. - В работе сравнивается устойчивость мезофауны городских и природных почв перед неблагоприятными погодными условиями. В качестве неблагоприятных погодных условий выступали низкие показатели влажности почвы, которые были вызваны высокой температурой воздуха и отсутствием осадков в Москве летом 2010 г. В качестве индикатора устойчивости выступали изменения таких ценотических параметров как численность, биомасса, разнообразие мезофаунистических групп.

Ключевые слова: почвенная мезофауна, городские почвы.

Samoilova E.S., Rakhleeva A.A. - Urban soil’s macrofauna’s response to abnormal weather conditions // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2011. № 25. P. 421-426. - There is the comparison of macrofauna’s stability in urban and natural soils in the face of inimical weather conditions in this paper. The inimical weather conditions were low characteristics of soil moisture, which were caused by high air temperature and absence of precipitation in Moscow in summer 2010 year. As an indicator of stability were changes of such coenosis characteristics as quantity, biomass, variety of macrofauna’s groups.

Keywords: soil’s macrofauna, urban soils.

Хорошо известно, что беспозвоночные чутко реагируют на понижение влажности в почве. С точки зрения зоологии почва является средой, переходной между водной и наземно-воздушной, что отражается на почвенных организмах [4]. Особенно чувствительны к воздействию неблагоприятного фактора низкой влажности организмы, дышащие жабрами (Oniscoi-dea), а также организмы с поверхностью, лишённой плотных покровов (Gastropoda, Annelida, личинки насекомых и др.).

Мы предполагаем, что сообщества типично городских почв будут переносить аномальные погодные условия хуже, так как эти почвы существенно отличаются по своим свойствам от природных. Регулярное удаление естественного древесного опада на селитебных территориях может наносить многосторонний вред всем почвенным организмам, включая беспозвоночных животных. И первое, чего лишается почва в результате уборки листвы, это подстилочного горизонта почв, выполняющего роль изолятора, дольше сохра-

няющего в почве тепло и влагу. Кроме того, удаление опада приводит к нарушению структуры верхних почвенных горизонтов и их переуплотнению, что ухудшает водоудерживающие свойства почв [6].

В городских почвах формируются специфические ценотические взаимодействия. Комплекс мезофауны урбаноземов и реплантоземов лишён подстил-кообитающиххищников, менееразнообразен,посрав-нению с природными почвами, и как следствие, разбалансирован и в меньшей степени способен переносить пресс воздействия неблагоприятных факторов [8, 9].

Кроме того, организмы городских почв подвергаются влиянию множества других неблагоприятных антропогенных факторов, среди которых, прежде всего, загрязнённость почвенной среды поллютантами. При этом многие из них становятся более чуткими к воздействию дополнительных стрессоров.

В связи с этим, целью работы стала проверка гипотезы о большей чувствительности комплекса мезофауны типично городских почв, по сравнению с

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.

естественными к иссушению почвами, вызванному аномальными погодными условиями лета 2010 г.

РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ Почвенно-зоологические исследования проводились в сентябре 2006, 2007 и 2010 гг. сотрудниками, аспирантами и студентами кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова на территории Москвы (подзона южной тайги). Климат в районе города умеренно континентальный, количество осадков 500-550 мм, средняя температура января -10.2°С, средняя температура июля +18.1°С, сумма активных температур >10°С 2000-2200°С. Под влиянием города, разница между средними годовыми температурами воздуха в центре и на окраинах может составлять 2.0-2.6°С. Температура поверхности городской почвы также выше, чем в окружающей местности, причем разница может достигать 10°С. По этой причине в городе происходит ранний сход снега, увеличивается продолжительность вегетационного периода. Годовые суммы осадков повышены на 25 %, что существенно влияет на интенсивность плоскостной и овражной эрозии, стока, изменение физикохимических и биологических процессов в почве [10].

Работы проводились в пределах северо-западного административного округа г. Москвы в микрорайоне Тушино. Территория Тушино занимает 5.8 кв. км. С северо-востока его обрамляет Алешкинский лес. На востоке Северное Тушино примыкает к Химкинскому водохранилищу, на северо-западе и севере - к московской кольцевой дороге, на юге и юго-западе район граничит с жилым кварталом Южное Тушино.

Тушинский лесопарк на 57 % покрыт естественными ненарушенными почвами и довольно слабо загрязнён поллютантами городской среды, что позволяет его использовать в качестве фоновой территории для сравнения с городскими почвами [11].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Материал для исследований отбирался на трех пробных площадях:

1. Фоновый участок расположен на территории Алёшкинского леса Тушинского лесопарка. Участок расположен на водоразделе, слабо подвергнут антропогенным нагрузкам, расположен вдали от основных аллей и тропинок. На почву оказывается слабая рекреационная нагрузка. Почвообразующая порода -покровный суглинок. Растительность представлена сосняком неморальным. В составе растительности в верхнем ярусе Betula alba, Betula pendula, Quercus robur, Acer platanoides, в подлеске Sorbus aucuparia, Corylus avellana, в подросте Acer platanoides, Quercus robur, в травяном ярусе Equisetum sylvaticum, Dryopteris filix-mas, Aegopodium podagrarium, Glechoma hederacea, Impatiens noli-tangere, Stellaria nemorum, Urtica dioica, Oxalis acetosella, имеется также зелёномошный покров. Подстилка выражена хорошо (до 2 см), главным образом хвойная. Плотность проективного покрытия -70%. Плотность сомкнутости крон - 40%. Почва дерново-подзолистая легкосуглинистая на покров-

ном суглинке почва (далее на рисунках и в таблицах дерново-подзолистая)[11].

2. Участок на селитебной территории. Участок расположен вблизи жилого дома постройки начала 70-х годов. Эта территория представляет собой палисадник, изолированный со всех сторон асфальтовым покрытием. Площадь участка - около 60 м2. В составе древесной растительности Betula, Acer platanoides, Tilia cordata, Sorbus aucuparia, в травяном ярусе Sonchus oleraceus, Taraxacum oficinale, злаки. Подстилка отсутствует, проективное покрытие - 20%, сомкнутость крон составляет 25%. Почва - урбанозем мелкий среднесуглинистый на покровных суглинках [11] (далее урбанозем - типично городская почва, профиль которой включает хотя бы один подгоризонт урбик, образованный из пылевато-гумусного субстрата и городского мусора. Урбаноземы формируются на грунтах разного происхождения и на культурном слое, может быть подстилаемасфальтом, бетоном, коммуникациями и т. д. Профиль характеризуется отсутствием природных горизонтов до глубины 50 см [3]).

3. Участок на селитебной территории. Участок расположен вблизи жилого дома постройки 2003 г. Он представляет собой изолированный со всех сторон асфальтовой дорожкой газон, площадью около 40 м2. растительный покров здесь представлен злаками - густой газонной травой, а также отдельно встречаются Trifolium repens, Plantago major, Taraxacum oficinale. На участке проводилась посадка сирени (Syringa vulgaris). Проективное покрытие - 100%. Подстилка отсутствует. Почва:реплантоземлегкосуглинистыйна техногенных отложениях (далее реплантозем - почва, состоящая из маломощного гумусового, торфяно-компостногоили органо-минерального слоявещества, нанесённого на поверхность рекультивируемой породы из смеси насыпных грунтов. В основном формируется в районах городских промышленных и селитебных новостроек, на новых газонах [3]).

Отбор почвенной мезофауны проводился методом ручной разборки проб [5]. Пробы площадью 25 х 25 см отбирались в 4-5 повторностях. для нарушенных территорий обитаемой считалась толща 0-10 см, для фонового участка - 0-20, на фоновом участке пробы отбирались послойно - отдельно горизонт A0, слой 0-10 и слой 10-20 см. Из почв отбирались и фиксировались в 70° спирте (4% формальдегиде длялюмбрицид) представители почвенноймезофауны для дальнейшего определения, учёта и взвешивания. Люмбрициды определялись до вида с использованием определительных таблиц в книгах: «распространение и закономерности распределения дождевых червей фауны СССр» [7], «Структура и функционирование почвенного населения дубрав среднерусской лесостепи» [2] и «дождевые червифауныроссии» [1]. Прочие группы мезофауны определялись до семейств и отрядов. Взвешивание люмбрицид проводилось на технических весах, прочих групп - на аналитических.

На основе количественных данных были выделены доминантные комплексы обнаруженных групп мезофауны, а также комплексов дождевых червей.

почвенная зоология ►►►►►

Группы и виды, чья численность превышала 8% от суммарной относились к доминантам. Если численность превышала 20%, то такие группы и виды выделялись, как эудоминанты.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Численность мезофауны. На участке с дерновоподзолистой почвой общая численность мезофауны за 2006, 2007 и 2010 гг. изменялась в пределах 400 экз./м2. На участке с урбаноземом значения численности существенно варьировали по годам от 164.0 до

710.4 экз./м2. Это было вызвано высокой численностью на данном участке осенью 2007 г. представителей семейства Curculionidae (мы полагаем, что причинами большой численности и периодических вспышек опасных фитофагов на селитебной территории может быть отсутствие подстилкообитающих почвенных хищников, которое в свою очередь является следствием уничтожения опада на этих территориях).

На участке с реплантоземом отмечен рост численности мезофауны с 67.2 экз./м2 в 2006 г. до 268.0 экз./м2 в 2010 (рис. 1).

Рис. 1. Численность мезофауны на исследованных участках в экземплярах на м2.

В большинстве случаев основную долю в составе мезофауны по численности составляют люмбрициды. Чтобы оценить динамику прочих групп, мы приводим данные по общей численности за вычетом люмбрицид (рис. 1). Сильнее всего она менялась на участке с урбаноземом 86 экз./м2, 445 экз./м2, 67 экз./м2, что, как уже отмечалось, было связано с ростом численности представителей семейства Curculionidae в 2007 г.

Заметно, что численность почвенной мезофау-ны в целом ощутимо выше для фоновой территории с естественными почвами, чем для типично городских почв. Также отмечено, что на участке недавней застройки с реплантоземом идёт постепенное заселение почвбеспозвоночными,преждевсего,люмбрицидами. Научастке с урбаноземом в2010 г. наблюдаетсярезкое сокращениечисленностимезофауны,какпредставите-лей дождевых червей, так и прочих групп. Мы полагаем, что это следствие аномально жарких погодных условий лета 2010 г., не проявившееся на участке с ре-плантоземом из-за постепенного нарастания численности в ходе сукцессии и невыраженное на участке с дерново-подзолистойпочвойиз-завысокойрезистент-ностисообщества, близкогокестественному. Интерес-

но, что на участках с дерново-подзолистой почвой и с реплантоземом в 2010 г. общая численность мезофауны возросла, но при этом возросла главным образом за счёт комплекса люмбрицид, а численность прочих групп мезофауны в этом году значимо уменьшилась.

Биомасса мезофауны. В составе комплекса мезофауны, люмбрициды самые крупные организмы. При той высокой численности, которую они составляют в нашем исследовании, биомассы прочих групп мезофауны на их фоне пренебрежимо малы. Чтобы оценить состояние всего комплекса, нами рассматриваются биомасса люмбрицид (рис. 2) и общая биомасса без учёта люмбрицид отдельно (рис. 3).

Отмечено постепенное возрастание биомассы люмбрицид на участке с реплантоземом (до 30 г/м2), связанное, очевидно, с заселением этого участка люм-брицидами, а также сокращение биомассы на участке с урбаноземом в 2010 году (до 17 г/м2), как реакции на условия сильной жары и иссушения почвы летом 2010 года.

Состав мезофауны. На пробных участках за все время исследований обнаружено 17 групп мезофауны разной таксономической принадлежности (табл. 1).

Рис. 2. Биомасса люмбрицид на исследованных участках.

Рис. 3. Общая биомасса мезофауны участков без учёта люмбрицид.

Наибольшее разнообразие мезофауны на уровне высоких таксонов было отмечено на участке с дерново-подзолистой почвой. Здесь обнаружено 15 представителей. В урбаноземе и реплантоземе в состав мезофауны входит 11 групп (табл. 1). Интересно, что в дерново-подзолистой почве и урбаноземе разнообразие комплексов формируется разными способами. На парковой территории с сохранившейся естественной почвой оно достигается присутствием зональных подстилкообитающих хищников - литобиид, сенокосцев, пауков, нередко входящих в доминантный комплекс. В то время как в урбаноземе появляется множество фитофагов, таких как полужесткокрылые, личинки куркулионид, гусеницы.

Из года в год наблюдается постепенное заселение молодого участка с реплантоземом представителями почвенной мезофауны. Г рупповое разнообразие участка с 2006 по 2010 гг. существенно увеличилось и составило в 2010 г. 9 групп, несмотря на неблагоприятные климатические условия.

На участке с урбаноземом, отличавшимся высоким разнообразием в 2006 и 2007 гг. (10 и 9 групп соответственно - табл. 1), в 2010 году были обнаружены представители всего пяти групп мезофауны -олигохет, многоножек геофилид и диплопод, личинок

насекомых отряда Diptera и семейства Curculionidae. Такое резкое уменьшение группового разнообразия свидетельствует по всей видимости об испытанном системой стрессе в связи с аномальными погодными условиями.

Анализ доминантных комплексов мезофауны исследованных городских почв показал (табл. 2), что в 2010 г. на типично городских участках возросла доля дождевых червей. И в урбаноземе и в реплантоземе люмбрициды были эудоминантами и составляли более 20% от общей численности. В реплантоземе доля дождевых червей была максимальной и составила 74.6 % (табл. 1).

Состав дождевых червей. На исследуемых участках обнаружено пять видов дождевых червей. В табл. 3 приведены данные по видовому составу люм-брициддерново-подзолистойпочвыфоновогоучастка и урбанозема селитебной зоны за 2006, 2007 и 2010 гг. В составе люмбрицид три вида, входящих в морфоэкологическую группу видов, питающихся в подстилочном горизонте - Dendrobaena octaedra, Lumbricus sp. и Aporrectodea longa, а также два вида, представители собственно почвенной морфо-экологической группы, питающиеся в минеральных горизонтах почвы -A. caliginosa и A. rosea [7].

ПОЧВЕННАЯ ЗООЛОГИЯ ►►►►►

Таблица 1

Состав и процентное соотношение (%) мезофауны исследованных почв

микрорайона Тушино

Дерново-подзолистая Урбанозем Реплантозем

2006 2007 2010 2006 2007 2010 2006 2007 2010

Annelida. Oligochaeta

Lumbricidae 56.4 11 41.7 67.1 37.4 68.3 5.8 9.7 74.6

Mollusca. Gastropoda 0.8 3.5 3.2

Arthropoda. Arachnida

Aranea 7.9 33.9 13 2.4 0.5 29.3 41.9 1.5

Opiliones 1 3.4 1.7

Arthropoda. Myriapoda

Diplopoda 4 8.5 0.9 2.4 4.5 2.4

Geophilidae 9.9 3.4 2.6 8.5 9 17.1 1.5

Litobiidae 4 9.3 13 1.5

Insecta

Diptera 8.9 3.4 6.1 1.2 2.4 24.8 9.7 6

Hemiptera 1.7 1.2 1.4

Dermaptera 0.5

Lepidoptera (l) 0.9 1.5

Cicadidae 0.9

Coleoptera

Carabidae 1 2.5 1.7 2.4 0.5 10.5

Cantaridae 2.4 4.5

Staphylinidae 4 14.4 9.6 4.9 0.9 29.6 22.6 3

Curculionidae 3.4 0.9 3.7 45.5 9.8

Elateridae 3 4.2 3.5 12.9 4.5

Количество групп по годам 10 13 14 10 9 5 5 6 9

Общее количество групп, встреченных на участке 15 11 11

Таблица 2

Состав доминантных комплексов мезофауны исследованных почв микрорайона Тушино

Год Почва Эудоминанты (>20%) Доминанты (8-20%)

2006 Lumbricidae Diptera

Geophilidae

Aranea Lumbricidae

2007 Diplopoda

дерново- подзолистая Litobiidae

Coleoptera

Lumbricidae Aranea

2010 Litobiidae

Coleoptera

Год Почва Эудоминанты (>20%) Доминанты (8-20%)

2006 урбанозем Lumbricidae Geophilidae

2007 Lumbricidae Geophilidae

Curculionidae

2010 Lumbricidae Curculionidae

Geophilidae

2006 реплантозем Aranea Carabidae

Diptera

Coleoptera

2007 Aranea Lumbricidae

Coleoptera Diptera

Elateridae

2010 Lumbricidae

Таблица 3

Видовой состав и относительные обилия (%) люмбрицид в дерново-подзолистой почве и урбаноземе

Год Название почвы в •8 0 в сс « о £ £ 1 .§> ^ о в о U £ о ^ § <-2 Aporrectodea rosea a s e a а JE ^ 1 3 о “ Ч о & s S и •в S S ч

2006 Дерново-подзолистая 62.0% 17.0% 21.0%

Урбанозем 66.0% 13.0% 17.0% 4.0%

2007 Дерново-подзолистая 35.7% 28.6% 35.7%

Урбанозем 86.7% 10.8% 2.4%

2010 Дерново-подзолистая 64.5% 5.3% 30.3%

Урбанозем 40.0% 32.0% 28.0%

Отмечена меньшая доля подстилочных видов люмбрицид (Lumbrius sp., Dendrobaena octaedra) в урбаноземе, лишённом подстилки. Кроме того, осенью 2010 года на участке с урбаноземом наблюдалось уменьшение доли Aporrectodea caliginosa и замещение его другим собственно почвенным видом Aporrectodea rosea, а также норным видом Aporrectodea longa. Мы не можем утверждать, что это свидетельство неблагоприятных погодных условий. Возможно это нормальная флуктуация видового соотношения дождевых червей.

Т аким образом, результаты проведенных исследований показывают, что в городе устойчивость комплексов почвенной мезофауны в типично городских почвах при существующей системе обработки на сели-тебныхтерриторияхможетбытьсущественнопониже-на, что показано напримереурбанозема. В тоже время, молодыепочвы(реплантоземы),формирующиесяпри отсутствии древесной растительности могут на начальных этапах формирования быть хорошей средой для заселения почвенными беспозвоночными.

Благодарности. Авторы выражают искреннюю благодарность сотрудникам кафедры географии почв Т.В. Прокофьевой и И.А. Мартыненко за помощь и консультации при выборе пробных участков и определении почв. Кроме того, авторы признательны студентам и аспирантам кафедры, оказавшим большую помощь при сборе мезофауны: Попутникову Вадиму, Казанцевой Марии, Иванникову Федору, Калушину Ивану, Шлыковой Юлии и Горину Борису.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Всеволодова-ПерельТ.С.ДождевыечервифауныРос-сии. Кадастр и определитель. М.: Наука, 1997. 102 с.

2. Всеволодова-Перель Т.С. Определительная таблица дождевых червей // Структура и функционирование

почвенногонаселениядубравсреднерусскойлесосте-пи. М.: Наука, 1995. С. 126-132.

3. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Анропогенные почвы (генезис, гео-графия,рекультивация).Учебноепособие.Смоленск: Ойкумена, 2003. 268 с.

4. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. М., 1965. 278 с.

5. Гиляров М.С. Учёт крупных почвенных беспозвоноч-ных(мезофауны) //Методыпочвенно-зоологических исследований. М.: Наука, 1975. С. 12-30.

6. ЗахаровА.А.,БызоваЮ.Б.,УваровА.В.,ЗалесскаяН.Т., Ланина В.В., Мазанцева Г.П. и др. Почвенные бес-позвоночныерекреационныхельниковПодмосковья. М.: Наука, 1989. 233 с.

7. Перель Т.С. Распространение и закономерности распределения дождевых червей фауны СССР. М.: Наука, 1979. 272 с.

8. Рахлеева А.А., Строганова М.Н. Состав и структура почвенной мезофауны парковых территорий г. Москвы // Лесныеэкосистемыиурбанизация. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2008. С. 152-173.

9. Рахлеева А.А., Иванова А.Е., Марфенина О.Е., Прокофьева Т.В. Сукцессионная динамика сообществ почвенной биоты в мегаполисе (на примере г. Москвы) // Проблемы почвенной зоологии. Матер. XV Всерос. совещ. по почв. зоол. М., 2008. С. 303-304.

10. СтрогановаМ.Н.,АгарковаМ.Г.,МягковаА.Д.Почвы города Москвы: тревоги и надежды // Почва. Город. Экология / Ред. Г. В. Добровольский. М.: Фонд «За экономическую грамотность», 1997. С. 181-265.

11. СтрогановаМ.Н.,МартыненкоИ.А.,ПрокофьеваТ.В., РахлееваА.А.Физико-химическиеифизико-механи-ческие свойства урбанизированных лесных почв // Лесныеэкосистемыиурбанизация.М.:Товарищество научных изданий КМК, 2008. С. 90-125.