Состояние почвенной мезофауны в урбанизированной среде города Ставрополя Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические 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 +502.55

СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОЙ МЕЗОФАУНЫ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ ГОРОДА СТАВРОПОЛЯ1

© Т. В. ДЕГТЯРЕВА Ставропольский государственный университет, кафедра физической географии, лаборатория почвоведения и геохимии ландшафта e-mail: dtb.70@mail.ru

Дегтярева Т. В. - Состояние почвенной мезофауны в урбанизированной среде города Ставрополя // Известия

ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2011. № 25. С. 345-349. - Проведена характеристика геохимических условий среды обитания почвенных беспозвоночных. Выявлена дифференциация состава почвенной мезофауны в пределах функциональных зон и ландшафтной структуры г. Ставрополя. Исследованы особенности биогеохимии дождевых червей в фоновых и городских условиях.

Ключевые слова: мезофауна, среда, биотопы.

Degtyareva T. V. - Status of soil mesofauna in the urbanized environment of the city of Stavropol // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2011. № 25. P. 345-349. - Characterization of geochemical environmental conditions of soil invertebrates was carried out. Differentiation of the composition of soil mesofauna in the range of functional areas and landscape structure of Stavropol was determined. The features of biogeochemistry of earthworms in the background and the urban environment were revealed.

Keywords: mesofauna, environment, biotopes.

В крупных городах мезофауна почв находится в условиях комплексного воздействия антропогенных факторов, в том числе и геохимического давления тех-ногенныхпотоковвещества.Крупныебеспозвоночные легко учитываются путем ручной разборки почвенных проб [4]. Не способные к значительному перемещению в почвенной толще, они адекватно реагируют на изменение экологической обстановки, что особенно показательно в связи с возросшим антропогенным воздействием на почву. Поэтому изучение эколого-фаунистических показателей почвенной мезофауны на территории Ставрополя даст информацию о фактическом экологическом состоянии городских почв.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ В условиях урбанизированных территорий изучение почвенных беспозвоночных с помощью ландшафтного подхода и функционального зонирования позволяет одновременно учитывать неоднородность природных условий и характер антропогенного воздействия на среду обитания почвенной мезофауны.

Территория г. Ставрополя характеризуется неоднородностью природных условий. В ее пределах выделяются морфологические единицы ландшафтной структуры города в ранге местностей: плакоры и склоны структурно-денудационных плато, пластовые эрозионно-денудационные равнины и речные долины [5]. Антропогенное воздействие на город проявляется в существовании более или менее четко выраженных функциональных зон: селитебной, промышлен-ной,лесопарковой,дачной,степной.Функциональные зоны города и основные ландшафтные единицы территории в совокупности формируют ландшафтнофункциональную структуру города.

В пределах ландшафтной структуры и функциональных зон г. Ставрополя почвенно-зоологические и биогеохимические исследования проводились осенью 2010 г., которая по климатическим показателям отличалась засушливостью после аномально жаркого лета. Такие климатические условия времени отбора непосредственно сказались на результатах исследования, характеризующихся в целом небольшим разно-

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.

образием почвенных беспозвоночных. Исследования включали изучение структуры населения геобионтов, определение особенностей состава и свойств почв (щелочно-кислотныхусловий,содержаниягумуса, металлов), уровней накопления элементов в почвенных беспозвоночных. При определении содержания приоритетных загрязнителей (меди, цинка, свинца, кадмия) использовались методы атомно-абсорбционной спектрометрии и вольтамперометрического анализа. В качестве фоновых (природных) рассмотрены параметры среды обитания и состав комплексов почвенных беспозвоночных природного музея-заповедника «Т атарскоегородище», непосредственноприлегающе-го к городской территории [2].

Материал почвенных беспозвоночных был отобран методом ручной разборки из объема почвы 25x25 см и на 25 см в глубину. Образцы почвенной мезофауны отбирались в пятикратной повторности (с каждого варианта). Отбор, фиксация ихранение образцов мезофауны осуществлялся согласно методике М. С. Гилярова [5]. Материал был идентифицирован с помощью руководства по энтомологической практике под редакцией В. П. Тыщенко [6].

Вычисление статистических характеристик (среднего арифметического М, ошибки среднего m, выборочного коэффициента корреляции r) проводилось с использованием программы Excel. Дальнейшая математическая обработка результатов включала вычисление показателей, характеризующих природные и антропогенные процессы аккумуляции и миграции

Состав почвенной мезофауны фоновой и городской территорий

В комплексах почвенной мезофауны в биотопах города и фоновой территории в период отбора обнаружены представители семейств дождевых червей ^ит-bricidae), костянок (Chilopoda), кивсяков (Diplopoda), геофилов ( Geophilus), щелкунов ( Coleoptera). Соотношение этих таксонов в различных типах биотопов различается (табл. 2). По составу почвенной мезофауны обследованные биотопы разделяются на два кластера: сообщества стаций с древесной растительностью (лесопарковая зона) и сообщества стаций с травянистой растительностью (остальные функциональные зоны).

вещества: коэффициента биологического накопления (Кб) (отношение содержания химического элемента в тканях беспозвоночных к их содержанию в почве),коэффициентаконцентрации(Кс)(отношение содержаниярассматриваемыхэлементоввопределен-ной системе к их природному «фоновому» уровню).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Геохимические особенности среды обитания почвенной мезофауны

Город Ставрополь располагается в подзоне обыкновенных мицелярно-карбонатныхчерноземовс выщелоченными глубоко-карбонатными черноземами. Антропогенная трансформация почв в условиях городаотражаетсянаизмененииихмикроэлементного состава, который во всех функциональных зонах превышает фоновые показатели. Наибольшие уровни содержания химических элементов определены в почвах промышленной зоны (табл.1). Наименьшие показатели содержания свинца и цинка в почве имеет дачная зона, минимальные концентрации меди и кадмия в почвах лесопарковой зоны. Диапазон колебаний значений рН в городских почвах весьма значителен - от 6,2 до 9,0. Нейтральные показатели рН преобладают в почвах лесопарков, рН более 8,0 достигает в промышленной, селитебной многоэтажной зонах города. Основные районы подщелачивания почв находятся в северной и центральной части территории. Почвы фоновой территории музея-заповедника имеют нейтральную реакцию (рН=7,4).

В фоновых биоценозах музея-заповедника под травянистой растительностью в соотношении трофических групп почвенных животных доля фитофагов 52 %, доля хищников - 48 %; под лесной растительностью преобладают сапрофаги (до 82 %), а хищники составили только 18 %.

В лесопарковой зоне формируется специфическое сообщество почвенных беспозвоночных лесных биотопов, в составе которых высоко участие кивсяков (65 %) и костянок (13 %), относительно низка доля са-профагов (дождевых червей). Во всех обследованных почвах травянистых биотопов в составе сообществ почвенной мезофауны преобладают сапрофаги (доля

Таблица 1

Некоторые показатели почв функциональных зон г. Ставрополя

Функциональные зоны Среднее содержание химических элементов, мг/кг Гумус, % рН

Cu Pb Cd Zn

Промышленная 154.0±10.6 233.6±20.6 16.0±4.2 84.0±22.6 7.2±0.8 8.4±0.1

Селитебная многоэтажная 69.0±4.4 75.0±3.9 27.8±0.45 98.0±3.3 6.9±0.07 8.2±0.09

Селитебная одноэтажная 72.8±3.4 169.0±4.4 33.7±0.83 71.0±5.7 6.6±0.14 7.9±0.13

Лесопарковая 41.3±4.7 37.0±6.8 5.1±0.9 31.3±6.3 7.1±0.12 7.7±0.09

Дачная 52.5±4.8 22.6±3.8 5.8±1.3 63.1±4.01 - -

Фоновая территория 29.0±1.5 19.6±2.3 0.6±0.04 35±4.6 7.4±0.9 -

дождевых червей в среднем 92 %); хищники немногочисленны. В почве газонов промышленной зоны обнаружены только дождевые черви и кивсяки. В структуре почвенной мезофауны селитебной многоэтажной зоны доминируют дождевые черви, относительно вы-

Состав комплексов беспозвоночных в почвах ландшафтных единиц г. Ставрополя неравномерный. Наблюдается увеличение численности и участия са-профагов (дождевых червей) от плакора к склонам речных долин; доля хищников при этом снижается (с 43 % до 15 %). В указанный период в структуре почвенной мезофауны плакора структурно-денудационных плато обнаружены представители 3 семейств: кивсяки (15 экз./м2), костянки (3 экз./м2), дождевые черви (24 экз./м2). В процентном соотношении доминируют сапрофаги - 57 %, доля хищников составляет 43 %. В сравнении со структурой почвенной мезофау-ны фоновой территории в комплексах почвенных беспозвоночных плакорных поверхностей г. Ставрополя доля дождевых червей находится на одинаковом уровне (57.0 % и 55.5 %); присутствуют кивсяки, отсутствуют геофилы, в 4 раза уменьшено участие костянок. В условиях плакора городской территории резко снижается разнообразие почвенной мезофауны.

В почвах склонов структурно-денудационных плато обнаружены дождевые черви в количестве 27 экз./м2, личинки щелкунов (6 экз./м2). В сравнении со структурой почвенной мезофауны фоновой территории музея-заповедника доля дождевых червей увеличена на 31 %. Участие дождевых червей в комплексах мезофауны почв эрозионно-денудационных равнин составило 75.4 % (43 экз./м2), костянок 14.0 % (8 экз./м2), кивсяков и геофилов по 5.3 % (3 экз./м2). В более увлажненных почвах склонов речных долин и балок в процентном соотношении дождевые черви со-ставляют84.5%(49экз./м2),кивсяки15.5% (9экз./м2).

Распределение химических элементов в дождевых червях

Блоку почвенных беспозвоночных свойственна ранняя реакция на загрязнения среды их обитания тяжелыми металлами. Известно, что представители мезофауны выступают активными их накопителями и чувствительными биоиндикаторами загрязнения почв являются дождевые черви [7]. Дождевые черви, обитающие в верхних слоях почвы, подвергаются воздействию токсикантов ихарактеризуютпервые стадии

сок процент геофилов и более низкая доля кивсяков. Биотопы селитебной одноэтажной зоны по составу почвенной мезофауны (94% дождевых червей и 6 % кивсяков) незначительно отличаются от дачной зоны, где присутствуют только дождевые черви.

загрязнения почв, они очень четко реагируют на природные и антропогенные изменения.

Сопоставление концентрации химических элементов в почвах и в дождевых червях показывает, что накопление элементов беспозвоночными не превышает их содержания в почвах г. Ставрополя. Между накоплением химических элементов дождевыми червями и их концентрацией в почве выявлена сильная корреляцияповсемэлементам.Коэффициентыкорре-ляции имеют значения от 0.79 (для меди) до 0.97 (для кадмия). Обнаруживается зависимость между накоплением элементов дождевыми червями и щелочнокислотными условиями почв (заметная положительная корреляция для меди и свинца г = 0.56-0.58 и отрицательная для цинка г = -0.34). Корреляционных связей между накоплением в организмах люмбрицид меди, свинца, цинка и кадмия и накоплением гумуса в почвах нет.

Анализ накопления химических элементов в тканях дождевых червей, обитающих в почвах раз-личныхфункциональныхзон, свидетельствует, чтоза-кономерности распределения металлов в организмах почвенных беспозвоночных четко отражают картину дифференциации загрязняющих веществ в почвах города. наибольшее накопление концентрации элементов в организмах дождевых червей выявлено преимущественно в промышленной зоне (табл. 3). Наименьшая аккумуляция металлов со значениями, приближенными к фоновымконцентрациям, прослеживается у дождевых червей, отловленных в лесопарковой и дачной зонах. для селитебных зон одноэтажной и многоэтажной застройки накопление меди, кадмия и цинка дождевыми червями осуществляется приблизительно на одном уровне. Исключением является свинец, которого организмы люмбрицидов в селитебной одноэтажной зоне накапливают на 40 % больше, чем в селитебной многоэтажной.

Средняя интенсивность биологического поглощения дождевыми червями всех рассматриваемых элементов относительно городских и фоновых почв музея-заповедника очень близка (табл. 4). В суще-

Таблица 2

Состав почвенной мезофауны в различных функциональных зонах города Ставрополя, %

Функциональные зоны Дождевые черви Кивсяки Геофилы Костянки Прочие

Промышленная 96 4 - - -

Селитебная многоэтажная 77 7 8 - 7

Селитебная одноэтажная 94 6 - - -

Дачная 100 - - - -

Лесопарковая 22 65 - 13 -

ствующихпокапределахзагрязнениягородскойсреды обитания черви в целом не изменяют биологические механизмы поступления микроэлементов.

определение коэффициентов концентрации (Кс) элементов в почвах и люмбрицидах относительно фоновых показателей территории музея-заповедника показывает, что в урбанизированных условиях Ставрополя происходит загрязнение химическими элементами и почв и обитающих в них почвенных животных (табл. 5). При этом накопление загрязнителей в тка-

нях беспозвоночных по сравнению с почвами несколько меньше - загрязнение медью составляет 93 % от загрязнения почв, загрязнение свинцом находится в пределах 58 % от загрязнения почв. Цинком почвы и дождевые черви загрязнены в среднем по городу одинаково - в 2.4 раза по сравнению с природным уровнем. Наибольшая интенсивность загрязнения почв и организмов дождевых червей выявлена для кадмия -превышения над «фоновыми» значениями достигают до 70 раз.

таблица 3

Содержание элементов в тканях дождевых червей г. Ставрополя, мг/кг

Функциональная зона Медь Свинец Кадмий Цинк

Лесопарковая 2б.б±3.б 22.0±4.2 7.4±0.б -

Промышленная 92.0±5.8 10б.5±12.3 З5.б±1.5 б5.5±4.5

Селитебная одноэтажная б0.4±3.8 94.0±8.2 1б.4±1.2 50.0±б.2

Селитебная многоэтажная б2.0±3.5 55.5±5.8 18.7±2.б 54.0±3.7

Дачная 48.0±4.8 23.б±4.2 3.4±1.0 18.0±2.4

Фоновая территория 22.0±3.2 12.3±1.б 0.5±0.04 23.2±2.б

таблица 4

Коэффициенты биологического накопления элементов в тканях дождевых червей г. Ставрополя

Функциональная зона Си Pb Cd Zn

Лесопарковая зона 0.б4 0.59 1.45 -

Промышленная зона 0.б0 0.4б 0.80 0.78

Селитебная одноэтажная 0.82 0.5б 0.49 0.71

Селитебная многоэтажная 0.89 0.70 0.7 0.55

Среднее по городу 0.74 0.58 0.8б 0.б8

Фоновая территория 0.7б 0.б3 0.84 0.б7

таблица 5

Коэффициенты концентрации (Кс) элементов в почвах (П.) и организмах дождевых червей (Д.ч.) г. Ставрополя

Функциональная зона Медь Свинец Кадмий Цинк

П. Д.ч. П. Д.ч. П. Д.ч. П. Д.ч.

Лесопарковая 1.4 1.2 1.9 1.8 8.5 14.8 - -

Промышленная 5.3 4.2 12 8.б 70.3 71 2.4 2.8

Селитебная одноэтажная 2.5 2.7 8.б 7.б 5б 33 2 2.1

Селитебная многоэтажная 2.4 2.8 3.8 4.5 4б 37 2.8 2.3

Среднее значение 2.9 2.7 б.б 5.б 45 39 2.4 2.4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Почвенный покров города испытывает антропогенное влияние человека, и в пределах функциональных зон формируются почвы различной степени антропогенной преобразованности. Антропогенная нагрузка на почвы города приводит к их загрязнению тя-

желыми металлами и смещению щелочно-кислотных условий среды в сторону подщелачивания. Все это ведет к постепенному изменению условий существования почвенных беспозвоночных.

Эколого-фаунистическиепоказателиструктуры почвенной мезофауны на урбанизированной террито-

рии определяются в первую очередь природными закономерностями их биотопического распределения, что совпадает с экспериментальными данными [1, 3], в которых показано, что наиболее глубоким дифференцирующим признаком сообществ почвенных беспозвоночных является тип растительности. Виды и степень антропогенной нагрузки являются менее значимым фактором и влияют опосредовано через изменение биогеохимических показателей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексанов В. В. Состав и распределение напочвенной мезофауны в городе Калуге // Известия Калужского общества изучения природы. Кн. 8 / Под ред. С. К. Алексеева и В. Е. Кузьмичева. Калуга: КГПУ им. К. Э. Циолковского, 2008. С. 123-128.

2. Археологический и природный музей-заповедник «Татарское городище» как природное наследие / Под ред. В. А. Шальнева. Ставрополь: СГУ, 1999. 100 с.

3. Бызова Ю. Б. О скорости образования и дифференци-ровки комплексов беспозвоночных в искусственных ценозах // Проблемы почвенной зоологии. Тбилиси: Мецниерба, 1987. С. 51-53.

4. Гиляров М. С. Учет крупных почвенных беспозвоночных // Методы почвенно-зоологических исследований / Под ред. М. С. Гилярова. М.: Наука, 1975. С. 12-21.

5. ДегтяреваТ.В.Геохимическиеособенностиландшаф-

тов г. Ставрополя (на примере распределения тяжелых металлов в почвах и растениях). Автореф. дис_

канд. геогр. наук. Ставрополь: СГУ, 2003. 22 с.

6. Руководство по энтомологической практике / Под ред. В. П. Тыщенко. Л.: Изд-во ЛГУ, 1983. 230 с.

7. Смирнов ю. Б. Изучение почвенной мезофауны целинных степей с целью биоиндикации загрязнения почв тяжелыми металлами // Беловежская пуща на рубеже третьего тысячелетия. Матер. научн.-практ. конф., Каменюки: БГУ, 1999. С. 397-398.