CC BY
71
УДК 574.4: 595.7
А. Е. Пахомов
Днепропетровский национальный университет
ВЛИЯНИЕ КОПРОЛИТОВ ЛЮМБРИЦИД (ОЬЮОСИАЕТА, ЬиМБШСЮЛЕ) НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ПОЛЮТАНТАМИ В ЛЕСНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗАХ СТЕПНОЙ ЗОНЫ
Проаналізовано роль копролітів люмбрицид, як зоогенного чинника, в умовах забруднення ґрунту полютантами, їх вплив на спрямованість та хід мікробіологічних процесів, гомеостаз ґрунтів у лісових біогеоценозах степової зони.
Введение
В настоящее время в степном Приднепровье в связи с возросшей антропогенной нагрузкой экологическая обстановка оценивается как сильно напряженная с переходом в разряд критической. В наибольшей степени различные трансформационные процессы отмечаются в эдафотопе, где в конечном итоге фокусируются все формы антропогенного воздействия на экосистему. Поэтому чрезвычайно важным является выявление функциональных особенностей биоты, направленных на усиление экологической устойчивости эдафотопа.
В последнее время в лесных экосистемах степной зоны были проведены исследования влияния роющей и экскреторной деятельности позвоночных животных на процессы гомеостаза в условиях загрязнения [11]; подобные работы по влиянию на эдафотоп беспозвоночных животных практически отсутствуют.
Решению этой проблемы и посвящена данная работа, в которой сделана попытка выявить воздействие почвенной мезофауны (на примере дождевых червей) на изменение количественных показателей функциональных групп почвенной микрофлоры. О. Е. Марфенина [8] показала роль почвенных микробных организмов как «дезинфекторов» биосферы, очищающих ее от различных загрязнителей, в том числе от тяжелых металлов. Особенно большую роль в обеззараживании почвенного покрова играют микроорганизмы в иммобилизации металлов [4; 17; 18]. Важной функциональной особенностью микрофлоры является ее высокая степень адаптации к повышенному содержанию тяжелых металлов и способность концентрировать химические элементы почвы, закрепляя их в биомассе и выводя их из биотического цикла путем образования нерастворимых соединений [7]. Одними из важных компонентов микробного сообщества являются актиномицеты и олигонитрофилы.
Актиномицеты - это микроорганизмы-редуценты. Они на начальном этапе поступления органических веществ разрушают труднодоступные структурные компоненты растительного и животного происхождения и вместе с бактериями выполняют в экосистеме функцию по переработке органического вещества, поступившего в почву.
Олигонитрофилы - распространенные в почвах микроорганизмы, способные расти на субстрате с низкой концентрацией азотистых соединений и фиксировать свободный атмосферный азот [5]; они принимают участие во всех важнейших биологических этапах разложения органики.
© Пахомов А. Е., 2003 116
Материал и методы исследований
Для решения поставленных задач нами были поставлены эксперименты, выявляющие роль дождевых червей в развитии микрофлоры в условиях загрязнения среды тяжелыми металлами (РЬ, N1, Сф.
Эксперимент проводился в природных условиях на Присамарском международном биосферном стационаре в пристенной липо-ясеневой дубраве со звездчаткой. На участки почвы размером 1 х 1 м вносились соли азотокислого РЬ, N1 и Cd в концентрации 5 ПДК. Все исследования проводились одновременно и на контрольном участке липо-ясеневой-дубравы, который не подвергался действию токсических элементов. Пробы отбирались через 2 и 10 месяцев после внесения в почву полютантов из почвенных горизонтов до 25 см.
Отбор проб почвы и копролитов дождевых червей, транспортировка, определение и подсчет микрофлоры проводился по общепринятым методикам [1; 6; 8]. Согласно утверждениям Д. Г. Звягинцева [9], при проведении экологических исследований нет необходимости устанавливать все существующие в данной почве виды микроорганизмов, а достаточно ограничиться определением доминирующих форм или процессов.
Для изучения численности микроорганизмов почв использовался метод посева на плотные питательные среды: олигонитрофилы выращивались на среде Эшби, ак-тиномицеты - на среде Чапека [1]. Хотя метод посева на плотные питательные среды не используется для точного подсчета количества микроорганизмов, он дает общее предсталение о направлении и характере микробиологических процессов [10].
Результаты и их обсуждение
Нами был проведен анализ копролитов дождевых червей на присутствие в них таких групп микрофлоры как олигонитрофилы и актиномицеты с контрольных, не подверженных воздействию полютантов участков почв. Установлено, что в копроли-тах дождевых червей актиномицетов и олигонитрофилов больше, чем в почве, где обитают черви (табл. 1).
Таблица 1
Потенциальная активность микрофлоры в копролитах дождевых червей и местах их обитания в условиях загрязнения почвы солями Сй и РЬ
Г руппы микрорганизмов, питательная среда Экспозиция, мес. Количество микроорганизмов, млн. кл./г
Контроль При воздействии полютантов1
М1 Cd РЬ
Почва Копро- литы Почва Копро- литы Почва Копро- литы Почва Копро- литы
Олигонитрофилы, среда Эшби 2 0,9 ±0,1 6,8 ±1,4 1,6 ±0,6 6,1 ±2,1 2,8 ±1,1 3,4 ±1,4 2,2 ±0,9 4,7 ±1,8
10 2,1 ±0,6 18,0 ±1,2 3,8 ±1,9 16,1 ±1,7 8,3 ±2,5 17,6 ±3,1 2,6 ±0,8 7,4 ±2,6
Актиномицеты, среда Чапека 2 0,11 ±0,1 0,5 ±0,1 0,001 ±0,0 0,3 ±0,0 0,1 ±0,0 0,2 ±0,0 0,2 ±0,0 0,3 ±0,1
10 0,31 ±0,1 1,7 ±0,1 0,9 ±0,2 3,5 ±1,4 1,5 ±0,6 1,6 ±0,3 0,7 ±0,2 0,8 ±0,2
Примечание: 1 в почвенный горизонт 0-25 см вносились соли азотокислого РЬ, М и Cd в концентрации, равной 5 ПДК.
В местах воздействия различных полютантов (табл. 1) в почве отмечено увеличение количества микроорганизмов по сравнению с контрольным участком. Особенно эта тенденция прослеживается на участках с большей продолжительностью воздействия полютанта на эдафотоп (10 месяцев). Кроме этого выявлено увеличение количества микроорганизмов на зараженных полютантами участках почвы в копро-литах дождевых червей. Показатели этого увеличения ниже, чем в контрольных участках.
В естественных условиях, очевидно, идет несколько иной процесс (подавление в почве вегетативной микрофлоры полютантами). Мы же использовали в своих исследованиях метод посева на плотные питательные среды, где создавались наиболее благоприятные условия для развития микрофлоры, т. е. определяли не актуальную активность микрофлоры, а потенциальную, по которой нельзя судить о количественных характеристиках, а, как утверждает Е. Н. Мишустин [10], можно говорить лишь о направленности микробиологических процессов.
Таким образом, в копролитах дождевых червей происходит изменение численности функциональных групп микрофлоры, направленное в сторону ее количественного увеличения, как на контрольных, так и на подверженных воздействию полютан-тов участках почв. На последних эффективность деятельности дождевых червей ниже. Т. е. дождевые черви способствуют увеличению защитных свойств почвы, что благоприятно сказывается на микробиологической активности, которая значительно усиливает этот процесс.
В кишечнике дождевых червей и, особенно, в их экскрементах (копролитах) интенсивность микробиологических процессов намного выше чем в почве. Здесь образуются гумусовые вещества - фульвокислоты и гуминовые кислоты [14]. Это довольно активные вещества, которые могут образовывать прочные комплексные соединения со многими металлами. Таким образом, тяжелые металлы выводятся из круговорота веществ.
Адсорбция токсикантов органикой почвы и устойчивость этих связей зависит от реакции среды. Известно, что в кислой среде металлы более подвижны (из связанной переходят в ионную форму [2]), чем в нейтральной и щелочной. Повышение рН осуществляется за счет выделения Ca известковыми железами кишечного тракта Lumbricidae, активно вступающего в реакцию в процессе пищеварения [3; 14]. Таким образом, одно из важнейших следствий прохождения почвы и растительных остатков через кишечник животных - это нейтрализация и подщелачивание кислых продуктов распада органических соединений. В нейтральной и щелочной среде металлы прочно связаны, и комплексные соединения являются нерастворимыми, т. е. снижается токсическое действие тяжелых металлов на живые организмы.
В среде, лишенной влаги, прекращается питание большей части микроорганизмов. В копролитах червей, а также в переработанной ими почве содержится большое количество прочносвязанной воды. Это способствует сохранению почвенной влаги - необходимого условия для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов [13].
В обыкновенных черноземах степных биогеоценозов копролиты дождевых червей играют главную роль в микроструктурной организации гумусовых горизонтов. Масштабная структурообразующая деятельность люмрицид в почвах степных лесов способствует созданию копролитовых горизонтов, которые практически полностью состоят из зоогенных агрегатов [16].
Активность дождевых червей, увеличение количества микрофлоры в копроли-тах, способность накапливать в тканях значительное количество полютантов способ-
ствуют зоогенному снижению уровня загрязнения почв [12] и выводу токсических элементов из круговорота веществ. Однако при таком тесном взаимодействии микрофлоры и дождевых червей раздельно оценить значение каждого из них пока трудно.
Выводы
Таким образом, люмбрициды в условиях загрязнения почв полютантами, способствуя увеличению микробиологической активности, являются одним из зооген-ных факторов, способствующим процессам гомеостаза почв в степных биогеоценозах степной зоны.
Библиографические ссылки
1. Бабьева И. П., Агре Н. С. Практическое руководство по биологии почв. - М., 1971. - 126 с.
2. Думаускене-Дуж Р. Ф., Лугаускас А. Ю. Свинец-210 в почвах - как естесвенный фактор обитания микроорганизмов // Микробиологические процессы в почвах и урожайность сельскохозяйственных культур. - Вильнюс, 1978. - 94 с.
3. Зражевский В. Н. Дождевые черви как фактор плодородия лесных почв. - К., 1957. - 138 с.
4. Илялеттдинов А. Н. Иммобилизация металлов микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности // Микроорганизмы как компонент биогеоценоза. - М.: Наука, 1984. -С. 18-31.
5. Клевенская И. Л. К вопросу о применении некоторых микробиологических тестов для оценки свойств почв // Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. - М.: Наука, 1976. - С. 250-260.
6. Козловская Л. С. Методы изучения взаимоотношений почвенных беспозвоночных с микрооганизмами // Количественные методы в почвенной зоологии. - М.: Наука, 1987. -С. 178-185.
7. Легунова С. В. Микробоценоз в почвах с высоким содержанием тяжелых металлов // Тез. докл. науч. конф. «Биология почв антропогенных ландшафтов». - Д.: ДГУ, 1995. - С. 19.
8. Марфенина О. Е. Микробиологические аспекты охраны почв. - М.: МГУ, 1990. - 120 с.
9. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Ю. Г. Звягинцев, И. В. Асеева, И. П. Бабьева, Т. Г. Мирчинк. - М.: МГУ, 1980. - 224 с.
10. Мишустин Е. Н. Ассоциация почвенных микроорганизмов. - М.: Наука, 1975. - С. 17-71.
11. Пахомов А. Е. Биогеоценотическая роль млекопитающих в почвообразовательных процессах степных лесов Украины: в 2-х кн. - Кн. 2. Трофический тип воздействия. Биотехнологический процесс становления экологической устойчивости эдафотопа. - Д.: ДГУ, 1998. - 216 с.
12. Пахомов А. Е., Байбуз О. Н., Смирнов Ю. Б. Трансформация и транслокация тяжелых металлов в системе почва-растение-животное в экспериментальных и природных условиях // Вісник Дніпропетровського університету. Серія: Біологія, екологія. - Вип. 10, т. 1. - 2002. - С. 27-30.
13. Самедов П. А., Надиров Ф. Т. Влияние дождевых червей и мокриц на физикохимические и поверхностные свойства почвы // Почвоведение. - 1989. - № 8. - С. 109-115.
14. Стриганова Б. Р. Исследование роли мокриц и дождевых червей в процессах гумификации разлагающей древесины // Почвоведение. - 1968. - № 8. - С. 85-90.
15. Стриганова Б. Р. Питание почвенных сапрофагов - М., 1980. - 235 с.
16. Яковенко В. М. Екологічна роль біогенного мікроструктуроутворення лісових едафо-топів південного сходу України // Автореф. дис. ... канд. біол. наук. - Д., 2003. - 20 с.
17. Ehrlich H. L. Monganese as an energy source for bacteria // Environmental biogeocheimistry. -Vol. 2. Metals Transfer and Ecological Mass Balances (Ed. J. O. Nriaqu). - Ann Arbor, Michigan: Ann Arbor Science Publishers Inc., 1976. - P. 633-644.
18. Marcus Granato Evoluation of potential use of water hyacinths in tratment of ceanide-containing effluents // Biohydrometallurgical processing. - Universidad de Chile, 1995. -Vol. 11 - P. 211-217.
Надійшла до редколегії 22.04.03.
УДК 574.3:594.382.4
Е. Г. Румянцева
Калининградский государственный университет
ВОЗРАСТНАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИИ ВИНОГРАДНОЙ УЛИТКИ HELIXPOMATIA (MOLLUSCA, GASTROPODA) И ВЛИЯНИЕ НА НЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Встановлено, що в Калінінградській обл. структура популяції Helix pomatia (Mollusca, Gastropoda) зазнає значних змін під впливом експлуатації: зменшується доля новонарджених особин, знижується кількість виловлюваних вікових груп, змінюється вікова структура популяції в цілому.
Введение
Каждая популяция любого вида животных или растений обладает определенной возрастной структурой (выражены поколения, возрастные группы и т. д.). Возрастная структура популяции отражает такие важные процессы, как интенсивность воспроизводства, уровень смертности, скорость смены поколений. Изначально она обусловлена генетическими особенностями вида, которые по-разному реализуются в зависимости от условий существования каждой конкретной популяции и даже ее отдельных поколений. Деятельность человека может вносить существенные изменения в эти условия существования, влияя тем самым и на возрастной состав популяций, а потому изучение изменений возрастной структуры популяции под влиянием эксплуатации представляет особенный интерес.
Виноградная улитка Helix pomatia Linnaeus, 1758 в качестве объекта исследования в данной работе выбрана не случайно. В течение последних нескольких лет в Калининградской обл. ведется заготовка этого вида моллюсков с целью переработки для использования в пищу и экспорта [1].
В связи с этим предпринятое исследование становится особенно актуальным, тем более, что работ такого плана по изучению наземных моллюсков ранее не выполнялось.
Материал и методы исследований
Изучение возрастной структуры популяции виноградной улитки и влияния на нее эксплуатации проводилось на отдельной, изолированной природной популяции данного вида, обитающей в центральной части Калининградской обл. (в окр. г. Гвардейского).
Отличительной особенностью данной популяции является то, что одна ее часть обитает на охраняемой территории (доступ людей туда ограничен, эксплуатация невозможна), а в другой ее части, населяющей посещаемый людьми участок леса, ре-
© Румянцева Е. Г., 2003 120
