CC BY
120
УДК 574.3:591.6
С. Б. ЧАЧИНА Ю. А. МАКАРОВ Е. В. ГОЛОВАНОВА
Омский государственный технический университет
Омский государственный педагогический университет
ВЛИЯНИЕ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА НА ПОПУЛЯЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЧЕРВЕЙ: EISENIA FETIDA, E. ANDREI И DENDROBENA VENETA_
В лабораторном эксперименте изучены показатели навозного червя (Е. fétida), калифорнийского червя (E. andrei) и дендробены венета (D. veneta) в условиях загрязнения субстрата дизельным топливом (при 20 г/кг и 40 г/кг). Наилучшая выживаемость и продуктивность отмечены у калифорнийского червя, который может быть использован для рекультивации почв, загрязненных дизельным топливом.
Ключевые слова: дождевые черви, загрязнение почв нефтепродуктами. Работа выполнена в рамках госзадания по проекту: «Факториальная экология дождевых червей в условиях естественных и антропически измененных ландшафтов Урала и Западной Сибири».
В исследованиях К. С. Козлова [1] на сплошное загрязнение почвенного профиля дизельным топливом различной концентрации (2,5 20 г/кг почвы) была установлена прямая зависимость смертности дождевых червей (Lumbricus rubellus) от концентрации поллютанта. Выявлен ряд токсичности поллю-тантов: нефть — дизельное топливо — бензин (токсичность увеличивается). С. Б. Чачиной и Е. В. Головановой [2 — 4] выявлено, что бензин в небольших концентрациях (0,1 %) не является веществом смертельным для навозных червей (Eisenia fétida). При внесении бензина увеличивается откладка коконов, выход ювенильных особей, возрастает численность люмбрицид. Противоречивые данные по этой проблеме требуют дальнейших исследований. Также остаётся открытым вопрос о видоспецифичном восприятии токсиканта. Необходимо определение вида, способного обитать в почвах, загрязнённых дизельным топливом в целях их рекультивации. Эта проблема особенно актуальна для г. Омска и Омской области, где уровень загрязнения нефтепродуктами уступает только уровню загрязнения тяжёлыми металлами.
Цель работы: изучение выживаемости и репродуктивного потенциала навозного червя (Е. fétida), калифорнийского червя (E. andrei) и дендробены венета (Dendrobena veneta) в условиях загрязнения субстрата дизельным топливом.
Научная новизна работы. Впервые выявлены особенности видоспецифичной реакции компостных червей на внесение дизельного топлива. Установлена достоверная разница по динамике общей численности и выживаемости половозрелых особей.
Практическое значение. В ходе исследования установлено, что вермикультуру дождевых червей (E. andrei) можно использовать для рекультивации почв, загрязнённых дизельным топливом.
Материал и методы исследования. Исследования проводились в период с ноября 2013 по январь 2014 г. Для каждого из трёх видов закладывались два варианта: 20 г дизельного топлива на 1 кг почвы (10 мл/л), во втором — по 40 г/кг дизельного топлива (20 мл/л). Каждый опыт выполнялся в трёхкратной повтор-ности.
Процесс контролировали по следующим показателям: численность общая, численность половозрелых особей, численность неполовозрелых особей, продуктивность общая и индивидуальная (количество коконов на сосуд и на половозрелого червя), выход ювенильных особей из коконов, соотношение возрастных состояний и вертикальное распределение в субстрате.
Полученные результаты были обработаны средствами Excel с выполнением операций описательной статистики и использованием рангового метода Фридмана [5, 6].
Результаты исследований. Динамика показателей при внесении дизельного топлива 20 г/кг почвы.
Динамика общей численности. На протяжении исследований наилучшими показателями отличался вид E. andrei, на втором месте по сумме рангов располагался вид D. veneta, на третьем — E. fetida (p<0,05) (рис. 1). Численность калифорнийского червя увеличилась за период исследований в 6,7 раза, дендробены — в 1,5 раза. В популяции навозного червя отмечалось уменьшение численности в 5,5 раза до 1,8/0 — 2,0 экз./сосуд. На конец исследований популяция была представлена исключительно коконами. Стабильностью роста общей численности отличался только калифорнийский червь. Несмотря на значительный прирост калифорнийских червей, он не свидетельствует о благополучии популяции, так как отмечено снижение численности половозрелых особей.
Рис. 4. Динамика общей численности червей при внесении дизельного топлива 40 г/кг
Рис. 5. Динамика общей продуктивности червей при внесении дизельного топлива 40 г/кг
Рис. 6. Динамика численности половозрелых червей при внесении дизельного топлива 40 г/кг
Динамика продуктивности. По общей продуктивности по сумме рангов на протяжении исследований отмечена та же тенденция, что и по общей численности. Наибольшие значения зафиксированы у калифорнийского червя, средние — у дендробены венеты, нименьшие — у навозного червя (p<0,05) (рис. 2). Пик откладки коконов отмечен на 14-й день исследований для калифорнийского и навозного червя и составил 7,3/5— 11 коконов на сосуд и 7,6/ 1 — 18 коконов на сосуд соответственно. У дендро-бены максмальные значения продуктивности были отмечены в конце исследований — 3,3/1—5 коконов на сосуд.
Индивидуальная продуктивность калифорнийского червя на протяжении эксперимента составляла 0,5/0,3 — 0,8 коконов на половозрелого червя, дендробены — 0,2/0,1 — 0,6. У навозного червя откладка коконов отмечалась только при втором снятии данных (5,5 коконов на половозрелого червя), затем гибель половозрелых особей сделала этот процесс невозможным.
Динамика численности половозрелых червей. В ходе эксперимента отмечено снижение численности половозрелых червей всех видов (рис. 3). Всего 10,44 % населения калифорнийских червей в варианте с внесением 20 г дизельного топлива на 1 кг почвы были представлены половозрелыми особями. Именно прирост числа поясковых люмбрицид говорит о созревании особей, вышедших из отложенных коконов в период воздействия. Численность половозрелых червей дендробены сократилась в 2 раза и составила 5,3/3 — 7 особей на сосуд. Половозрелые черви E. fétida погибли в течение первого месяца исследования.
Динамика показателей при внесении дизельного топлива 40 г/кг почвы. Динамика общей численности. На протяжении исследований отмечалась положительная динамика численности калифорнийских червей и снижение численности навозных червей и дендробены (рис. 4). Численность калифорнийского червя за период исследований увеличилась в 2,8 раза. Число навозных червей уменьшилось в 5 раз, а дендробена венета погибла через две недели после внесения в почву. Несмотря на значительный прирост численности калифорнийских червей, он не свидетельствует о благополучии популяции, так как отмечено снижение численности половозрелых червей.
Динамика продуктивности. На протяжении исследований откладка коконов отмечалась только у навозных дождевых червей и калифорнийских (рис. 5). В первый месяц исследования отмечен пик откладки коконов у навозного червя. К концу третьего месяца численность коконов у навозных червей сократилась в 2,5 раза и составила 0,7/0 — 2 кокона на сосуд. Число коконов калифорнийского червя росло пропорционально времени исследований.
Динамика численности половозрелых червей. В ходе эксперимента отмечено незначительное снижение численности половозрелых калифорнийских червей (рис. 6). Отмечена гибель поясковых навозных червей и дендробен в первый месяц исследования. Видоспецифичность по данному параметру достоверна на первом уровне значимости исследований.
Ароматические углеводороды, находясь в почвах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Высокая смертность дождевых червей в первые дни лабораторных опытов обуслов-
лена тем, что углеводородные фракции дизельного топлива хорошо растворимы в почвенной воде. Мигрируя по почвенному профилю, они расширяют ореол первоначального загрязнения, легко проникают в клетки организмов через мембраны при дыхании дождевых червей [7]. Видоспецифичную реакцию видов нельзя объяснить принадлежностью к морфо-экологическому типу, как это делает Л. К. Жеребцов [8], так как все исследуемые виды относятся к одному морфо-экологическому типу (питающиеся неразложившимися растительными остатками), к одной группе — почвенно-подстилочные виды. По данным И. Н. Титова, дендробена венета из изученных видов обладает наименее подходящими характеристиками для вермикультивирования [9]. З. А. Хик-ман с соавт. [10] отмечает, что смертность дендро-бены венета была прямо пропорциональна уровню загрязнения субстрата и объясняет это не только токсичностью дизельного топлива, но и ухудшением качества и доступности пищи для червей. Данный вывод подтверждается исследованиями М. Шефера с соавт. [11].
Заключение. Наибольшая устойчивость к загряз -нению почвы дизельным топливом отмечена у калифорнийского червя Е. апйггг. Таким образом калифорнийского червя можно использовать для рекультивации почв, загрязнённых дизельным топливом.
Библиографический список
1. Козлов, К. С. Влияние загрязнения почвы нефтепродуктами на дождевых червей : автореф. дис. ... канд. биол. наук : 03.00.16 / К. С. Козлов. - Томск, 2003. - 13 с.
2. Чачина, С. Б. Влияние дождевых червей (Eisenia fétida) и бактериального препарата «Байкал-М» на разложение нефти в почве / С. Б. Чачина, Е. В. Голованова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований / Российская академия естествознания, Европейская академия естествознания. Научный журнал. — 2013. — Ч. 3. — № 10. — С. 463 — 464.
3. Чачина, С. Б. Разложение нефти в почве при помощи дождевых червей (Eisenia fétida) и бактериального препарата «Байкал-ЭМ» / С. Б. Чачина, Е. В. Голованова // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы Земли. Человек. — 2013. — № 2 (124). — С. 114—118.
4. Чачина, С. Б. Толерантность навозного червя Eisenia fétida (Savigny, 1926) к загрязнению почвенного субстрата бензином / С. Б. Чачина, Е. В. Голованова, С. В. Сыксин // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы Земли. Человек. — 2013. — № 2 (124). — С. 118—123.
5. Голованова, Е. В. Особенности выращивания различных видов дождевых червей в лабораторных условиях / Е. В. Голованова, К. В. Погребная // Труды Зоологической комиссии : сб. науч. тр. Ежегодник. Вып. 3. — Омск : Издатель-Полиграфист, 2006. — С. 8—17.
6. Зайцев, Г. Н. Математический анализ биологических данных / Г. Н. Зайцев. — М. : Наука, 1991. — 184 с.
7. Артемьева, Т. И. Комплексы почвенных животных и вопросы рекультивации техногенных территорий / Т. И. Артемьева. — М. : Наука, 1989. — 111 с.
8. Жеребцов, А. К. Реакция дождевых червей на загрязнение почвы нефтью / А. К. Жеребцов // Проблемы почвенной зоологии : тез. докл. VIII Всесоюз. совещ. Кн. 1. — М. : Наука, 1984. — С. 102 — 103.
9. Титов, И. Н. Дождевые черви. Руководство по верми-культуре. В 2 ч. Ч. 1. Компостные черви / И. Н. Титов. — М. : МФК Точка опоры, 2012. — 284 с.
10. Hickman, Z. A. Increased microbial catabolic activity in diesel contaminated soil following addition of earthworms (Den-
drobaena veneta) and compost / Z. A. Hickman, B. J. Reid // Soil Biology & Biochemistry. - 2008. - № 40. - P. 2970-2976.
11. Schaefer, M. The inbiuence of earthworms and organic additives on the biodegradation of oil contaminated soil / M. Schaefer, J. Filser // Applied Soil Ecology. - 2007. - № 36. -P. 53-62.
ЧАЧИНА Светлана Борисовна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Химическая технология и биотехнология» Омского государственного технического университета (ОмГТУ), старший преподаватель кафедры биологии Омской государственной медицинской академии.
МАКАРОВ Юрий Александрович, студент группы ХТБ-420 ОмГТУ.
ГОЛОВАНОВА Елена Васильевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела организации и планирования научно-исследовательских работ, доцент кафедры биологии Омского государственного педагогического университета, начальник камеральной группы отдела экологических изысканий Проектного института реконструкции и строительства нефте- и газопроводов. Адрес для переписки: ksb3@yandex.ru
Статья поступила в редакцию 17.03.2014 г. © С. Б. Чачина, Ю. А. Макаров, Е. В. Голованова
УДК 59514239 К. В. ИВАНОВА
Омский государственный педагогический университет
ИНТРОДУКЦИЯ EISENIA FETIDA НА ФОНЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ АГРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВЫ ПШЕНИЧНОГО ПОЛЯ
В результате проведенных экспериментов были выявлены положительные изменения в структуре и составе почвы неустойчивого агроценоза как следствие жизнедеятельности Eisenia fetida. Показаны различия в свойствах почв до и после исследования, количественные и качественные изменения в популяциях E. f. в динамике проведения опытов. Данные представители люмбрицидов рассматриваются в качестве эффективных живых организмов для проведения мер в рамках биологической мелиорации почв.
Ключевые слова: биологическая мелиорация, биологическое загрязнение почвы, агроценоз, Eisenia fetida, люмбрициды, химический и физический составы почвы.
Систематическое проведение агротехнических мероприятий в неустойчивых агроценозах неизбежно ведет не только к деградации почвенного слоя, но и к нарушению биологических процессов, обеспечивающих обмен органическими соединениями и микроэлементами между почвой и растениями. В Омской области особую тревогу вызывает ежегодная деградация пахотных земель с уменьшением содержания элементов питания. Площадь почв с более низким содержанием гумуса, фосфора, калия ежегодно увеличивается на 100 — 150 тыс. га [1, с. 108].
Одной из актуальных проблем в Омской области является биозагрязнение земель. В процессе производственной деятельности хозяйствующих субъектов на территории Омской области ежегодно образуется около 18 тыс. тонн биологических отходов, из которых перерабатывается только 12,5 тыс. тонн [1, с. 113—114] Качество возделываемых почв напрямую зависит от мер, принимаемых для улучшения их структуры и физико-химических свойств через восстановление биологического круговорота органического вещества и газообмена.
Разработка мероприятий по восстановлению эксплуатируемых почв невозможна без понимания сте-
пени влияния на них животных организмов — представителей мезофауны, в частности дождевых червей. Определяющая роль люмбрицидов в процессах улучшения качества почвы обусловлена доминирующим участием в структурообразовании, увеличении скважности и аэрации, накоплении в почве легкорастворимых соединений, которые содержат элементы минерального питания в доступной для растений форме.
Факторы прогрессивного влияния жизнедеятельности дождевых червей на процессы преобразования и поддержания экологического равновесия почв, не подвергающихся антропогенному воздействию, успешно используются в вермикультивировании и получении биогумуса. Несмотря на то что поиск решения данных проблем идет достаточно давно и этому посвящено большое количество публикаций [2 — 7], вопросы возможности использования дождевых червей в качестве предмета биологической мелиорации различных типов обрабатываемых почв и вопросы переработки отходов птицеводства и животноводства с помощью люмбрицидов требуют дополнительного исследования в конкретных условиях. В аспекте решения данных проблем биологическую
