Научная статья на тему 'Влияние загрязнения чернозема обыкновенного свинцом и нефтью на численность и состав микроартропод'

Влияние загрязнения чернозема обыкновенного свинцом и нефтью на численность и состав микроартропод Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
143
59
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЧЕРНОЗЕМ / ЗАГРЯЗНЕНИЕ / НЕФТЬ / СВИНЕЦ / МИКРОАРТРОПОДЫ / BLACK SOIL / POLLUTION / OIL / LEAD / MICROARTHROPODS

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Колесников Сергей Ильич, Самохвалова Лидия Сергеевна, Жаркова Мария Геннадьевна, Казеев Камиль Шагидуллович

С увеличением количества нефти в черноземе численность микроартропод снижалась. Такая же закономерность наблюдалась до определенной концентрации свинца в почве (фон+250 мг/кг), после чего на высоких дозах (+500 и +1000 мг/кг) было зафиксировано возрастание численности микроартропод. Более устойчивыми к загрязнению свинцом проявили себя гамазовые клещи и клещи акароидно-тромбидиформного комплекса, а к воздействию нефти, напротив, — панцирные клещи и ногохвостки

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Колесников Сергей Ильич, Самохвалова Лидия Сергеевна, Жаркова Мария Геннадьевна, Казеев Камиль Шагидуллович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFECT OF POLLUTION OF ORDINARY BLACK SOIL WITH LEAD AND OIL ON THE NUMBER AND COMPOSITION OF MICROARTHROPODS

The number of microarthropods in the black soil decreased with an increase in the number of oil. The same pattern was observed until a certain concentration of lead in soil (von 250 mg / kg), after which high doses (500 and 1000 mg / kg) was recorded an increase in the number of microarthropods. Gamasid mites and ticks of akaroid-trombidiform complex have proven more resistant to lead, and armored mites and springtails to oil, vise versa

Текст научной работы на тему «Влияние загрязнения чернозема обыкновенного свинцом и нефтью на численность и состав микроартропод»

УДК 57.044; 631.46

ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО СВИНЦОМ И НЕФТЬЮ НА ЧИСЛЕННОСТЬ И СОСТАВ МИКРОАРТРОПОД

Колесников Сергей Ильич д.с-хн., профессор Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия

Самохвалова Лидия Сергеевна к.б.н.

Ростовский государственный медицинский колледж

Жаркова Мария Геннадьевна к.б.н.

Донской государственный технический университет

Казеев Камиль Шагидуллович д.г.н., профессор

Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия

С увеличением количества нефти в черноземе численность микроартропод снижалась. Такая же закономерность наблюдалась до определенной концентрации свинца в почве (фон+250 мг/кг), после чего на высоких дозах (+500 и +1000 мг/кг) было зафиксировано возрастание численности микроартропод. Более устойчивыми к загрязнению свинцом проявили себя гамазовые клещи и клещи акароидно-тромбидиформного комплекса, а к воздействию нефти, напротив, — панцирные клещи и ногохвостки

Ключевые слова: ЧЕРНОЗЕМ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ, НЕФТЬ, СВИНЕЦ, МИКРОАРТРОПОДЫ

UDC 57.044; 631.46

EFFECT OF POLLUTION OF ORDINARY BLACK SOIL WITH LEAD AND OIL ON THE NUMBER AND COMPOSITION OF MICROARTHROPODS

Kolesnikov Sergey Ilich Dr.Sci.Agr., professor

Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

Samohvalova Lidia Sergeevna Cand.Biol.Sci.

Rostov State Medicine University, Rostov-on-Don, Russia

Zharkova Mary Gennadievna Cand.Biol.Sci.

Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia

Kazeev Kamil Shagidullovich Dr.Sci.Geogr, professor

Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

The number of microarthropods in the black soil decreased with an increase in the number of oil. The same pattern was observed until a certain concentration of lead in soil (von 250 mg / kg), after which high doses (500 and 1000 mg / kg) was recorded an increase in the number of microarthropods. Gamasid mites and ticks of akaroid-trombidiform complex have proven more resistant to lead, and armored mites and springtails - to oil, vise versa

Keywords: BEACK SOIL, POLLUTION, OIL, LEAD, MICROARTHROPODS

ВВЕДЕНИЕ

Микроартроподы включают несколько крупных таксонов членистоногих. Критерием для выделения этой группировки является размер животных (доли миллим етра-миллиметры). Панцирные клещи и коллемболы являются деструкторами растительного опада, их роль неоценима в процессе гумификации почв. Они являются наиболее активными разрушителями растительных остатков среди организмов почвенной микрофауны. Плотность орибатид и ногохвосток достигает десятков — сотен тысяч, иногда миллионов особей на 1 м2 почвы.

Неудивительно, что роль этих организмов в жизни почвы трудно переоценить. К тому же, коллемболы являются группой животных, одной из первых, заселяющих безжизненные грунты и дающих начало формированию пионерных сообществ. Гамазовые клещи ведут хищный образ жизни и связаны пищевыми взаимоотношениями с ногохвостками. Темпы деструкции, характер трансформации органических веществ определяются трофической активностью коллембол, структурой сообщества и их суммарной численностью. Питаясь бактериями, гифами и спорами грибов, многие коллемболы стимулируют их рост и размножение, способствуют расселению микрофлоры в почве и растительном опаде. Коллемболы могут активно включаться в механизмы элиминации гельминтов, попадающих в почву в процессе развития.

Почвенные микроартроподы в силу своих особенностей (высокий уровень смертности и быстрое наращивание численности) чутко и быстро реагируют на изменения гидротермического и химического состава почв. Это делает их хорошими индикаторами экологического состояния почв [1-7].

В настоящей работе исследовано влияние загрязнения чернозема обыкновенного свинцом и нефтью на численность почвенных микроартропод.

МЕТОДИКА

Были проведены полевые модельные опыты на черноземе обыкновенном (североприазовском) в Ботаническом саду Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Мощность гумусового горизонта чернозема составляет 80 см, гранулометрический состав тяжелосуглинистый, реакция среды 7,7, содержание гумуса 4,1 %.

Были заложены делянки площадью 1 м2 и промежутками между ними 0,5 м. Повторность трехкратная.

Свинец вносили в почву в дозах 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мг/кг. Фоновое содержание свинца в почве — 15,3 мг/кг. Предельно-допустимая концентрация

(ПДК) свинца в почве составляет в России 32 мг/кг [8]. Использовали оксида свинца (II) — РЬО. Загрязнение почвы свинцом на 70-90% происходит в форме оксидов

[9].

Нефть вносили в почву в дозах 0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0 % от массы почвы. ПДК нефти в почве не разработана. Использованная в исследовании нефть характеризуется средней плотностью (0,8616 кг/м3), средним содержанием серы (1,34 %) и хлористых солей (73,0 мг/дм3), низким содержанием механических примесей (0,0060 %), массовая доля парафинов — 4,46 %.

Так как оксид свинца не растворим в воде, то для равномерного распределения в почве, его сначала растирали с небольшим количеством почвы в ступке, затем смешивали с большим объемом почвы в тазике, а потом максимально равномерно распределяли в верхнем слое почвы (0-20 см) делянки путем перекапывания. Нефть вносили поверхностно методом полива.

Дата закладки опытных делянок — 20 августа 2007 года. Через месяц на них была посеяна озимая пшеница (сорт Дончанка). Образцы почвы для определения численности и состава микроартропод были отобраны в мае 2008 года — через 270 суток от момента загрязнения почвы.

Численность микроартропод определяли по общепринятой методике (Гиляров, 1975). Отбор образцов почвы проводили 3 раза в течение мая-июня 2008 года (через 270 суток от момента загрязнения почвы) из верхнего горизонта 0-20 см. На каждой делянке брали по 5 смешанных образцов почвы металлической рамкой объемом 125 см3. Всего с каждого варианта было отобрано по 15 почвенных образцов.

Экстракцию микроартропод из почвы осуществляли на эклекторах при естественном освещении без электрического обогрева в течение 7 дней до полного высыхания с последующим хранением в 70%-ом спирте с добавлением глицерина. При ручной разборке проб под бинокуляром МБС-10 выявлялся состав микроартропод: панцирных клещей, относящихся к отряду Асап/огтег, подотряду 8агсор1'ф)гтен\ гамазовых клещей, относящихся к отряду РагаяШ/огтег, подотряду

Меъоъи^тМа. Клещей, относящихся к подотряду ТготЫсИ/огтея (тарсонемоидных, эндеостигматических, простигматических), а также акароидных клещей подотряда 8агсорИ/огте8, объединяли в акароидно-тромбидиформный комплекс. Остальных животных по своим мелким размерам относили к прочим беспозвоночным.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные данные (табл. 1, 2) отличаются значительным варьированием, что не дает возможности сделать достоверные выводы о влиянии загрязняющих веществ на микроартропод. В то же время можно отметить статистически не подтвержденные, но достаточно выраженные тенденции.

При загрязнении чернозема обыкновенного нефтью отмечается снижение численности микроартропод при увеличении количества загрязняющего вещества в почве по сравнению с контрольными показателями (табл. 1), что являлось вполне закономерным и ожидаемым. Однако вариабельность численности различных групп микроартропод имела определенные особенности.

На контрольном участке максимальную численность имели клещи акароидно-тромбидиформного комплекса и гамазовые клещи. При этом их численность на всех опытных участках (0,25-10%) уменьшалась по мере увеличения концентрации нефти, но даже на участке с максимальной концентрацией (10%) показатели численности этих групп микроартропод оставались выше других (панцирных клещей, ногохвосток), что позволяет предположить их большую устойчивость к загрязнению почвы нефтью.

Численность панцирных клещей на участке с минимальным загрязнением (0,25%) превалировала над контрольной (1,1 и 0,7 тыс. экз./м2 соответственно), однако по мере нарастания концентрации нефти их численность снижалась.

Численность ногохвосток закономерно снижалась по мере нарастания концентрации нефти (0,25-10%) и изначально была ниже численности ногохвосток контрольного участка (табл. 1).

Таблица 1

Влияние загрязнения чернозема обыкновенного нефтью на численность (тыс. экз./м2) различных групп микроартропод (Ботанический сад ЮФУ, 2008)

Содержание нефти, % Панцирные клещи Г амазовые клещи Ногохвостки Акароидно- тромбидифо рмный комплекс клещей Прочие беспозвоночные

Контроль 0,7+1,3 1,2+1,2 0,4+0,9 2,0+1,4 0,7+1,1

0,25 1,1+1,3 0,8+1,1 0,3+0,9 1,0+1,1 0,8+1,2

0,5 0,6+1,3 0,7+1,2 0,4+1,9 0,8+1,1 0,8+1,2

1,0 0,5+1,3 0,7+1,2 0,2+1,9 0,8+1,1 0,6+1,2

2,5 0,2+1,8 0,5+1,2 0,2+1,9 0,5+1,7 0,4+1,2

5 0,1+2,7 0,2+2,1 0,09+2,3 0,3+2,0 0,2+2,2

10 0,04+2,7 0,1+2,1 0,04+2,3 0,2+2,0 0,1+1,5

На участках с высокой концентрацией нефти (5-10%) численность всех групп микроартропод заметно уменьшилась по сравнению с более низкими концентрациями (0,25-2,5%) и контролем. При этом минимальная численность отмечена для панцирных клещей и ногохвосток (по 0,04 тыс. экз./м2) по сравнению с другими группами микроартропод.

При загрязнении чернозема обыкновенного свинцом тенденция к снижению численности микроартропод наблюдается до определенной концентрации металла в почве (фон+250 мг/кг). При повышении дозы загрязняющего агента (+500 и +1000 мг/кг) зафиксировано некоторое возрастание численности отдельных групп микроартропод (кроме ногохвосток) (табл. 2).

На контрольном участке максимальную численность имели панцирные клещи и клещи акароидно-тромбидиформного комплекса (2,3 и 7,9 тыс. экз./м2 соответственно), минимальную — гамазовые клещи (1,3 тыс. экз./м2). При небольших дозах загрязнения численность панцирных и гамазовых клещей сначала

снижается, а при более высоких дозах (+250; +500; +1000 мг/кг) начинает повышаться.

Таблица 2

Влияние загрязнения чернозема обыкновенного свинцом на численность (тыс.

экз./м2) различных групп микроартропод (Ботанический сад ЮФУ, 2008)

Содержани е свинца, мг/кг Панцирны е клещи Г амазовы е клещи Ногохвоста и Акароидно- тромбидиформны й комплекс клещей Прочие беспозвоночны е

Фон 2,3+2,1 1,3+1,1 1,4+1,0 7,9+2,0 1,6+1,3

+25 1,1+1,2 1,1+1,0 1,6+1,3 6,4+1,2 1,1+1,0

+50 0,9+1,4 1,0+1,2 1,4+1,0 9,1+2,0 1,0+0,9

+100 0,9+1,1 1,0+1,2 0,7+0,9 4,5+2,2 0,8+1,1

+250 1,0+1,6 0,6+0,8 0,5+1,1 2,5+1,8 0,6+0,9

+500 2,0+1,3 1,6+1,2 0,9+1,3 9,1+2,0 1,0+1,1

+1000 2,3+1,6 1,6+1,2 1,3+1,2 9,7+2,6 1,3+1,4

Численность клещей акароидно-тромбидиформного комплекса показала интересную, но незакономерную динамику: повышение дозы свинца вызывало как снижение численности клещей (+25; +100; +250 мг/кг), так и повышение их численности (+50; +500; +1000 мг/кг) по сравнению с контролем, потому трудно судить об устойчивости данной группы микроартропод к загрязнению чернозема обыкновенного свинцом.

Численность ногохвосток на опытных участках снижалась по мере нарастания дозы свинца, и на участке с максимальной концентрацией поллютанта их численность по сравнению с численностью других групп микроартропод была минимальна (1,3 тыс. экз./м2).

Численность панцирных клещей и прочих беспозвоночных (энхитреиды, нематоды и пр.) на участке с дозой загрязнения свинцом 0,25 мг/кг была выше

контрольной (табл. 2), а при увеличении концентрации загрязняющего вещества (0,5-10 мг/кг) отмечалось ее снижение.

Таким образом, разные группы микроартропод проявили различную устойчивость к свинцу и нефти. По степени устойчивости к загрязнению свинцом исследованные группы микроартропод расположились следующим образом: гамазовые клещи = клещи акароидно-тромбидиформного комплекса > ногохвостки > панцирные клещи.

По степени устойчивости к загрязнению нефтью исследованные группы микроартропод образовали следующий ряд: панцирные клещи > ногохвостки > гамазовые клещи > клещи акароидно-тромбидиформного комплекса.

Интересно, что более толерантные к загрязнению свинцом группы микроартропод оказались менее устойчивыми к воздействию нефтью, и наоборот.

Возможно, это связано с различиями в механизмах воздействия свинца и нефти на живые организмы. Механизм токсического действия свинца связан с нарушением у живых организмов обмена веществ в результате ухудшения проницаемости клеточных мембран и ингибирования ферментов [10]. Негативное воздействие нефти в большей степени косвенно и проявляется в ухудшении водно-воздушного режима почвы [11].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. При загрязнении чернозема нефтью проявилась статистически не достоверная, но достаточно выраженная тенденция снижения численности микроартропод при увеличении количества загрязняющего вещества в почве. При загрязнении свинцом такая тенденция наблюдалась до определенной концентрации металла в почве (фон+250 мг/кг), после чего на высоких дозах (+500 и +1000 мг/кг) было зафиксировано возрастание численности микроартропод.

2. Разные группы микроартропод проявили различную устойчивость к свинцу и нефти. По степени устойчивости к загрязнению свинцом исследованные группы

микроартропод расположились следующим образом: гамазовые клещи = клещи акароидно-тромбидиформного комплекса > ногохвостки > панцирные клещи. По степени устойчивости к загрязнению нефтью исследованные группы микроартропод образовали следующий ряд: панцирные клещи > ногохвостки > гамазовые клещи > клещи акароидно-тромбидиформного комплекса. Более толерантные к загрязнению свинцом группы микроартропод оказались менее устойчивыми к воздействию нефтью, и наоборот.

Исследование выполнено в рамках реализации Программы развития Южного федерального университета (213.01-24/2013-85; 213.01-24/2013-44).

Список литературы

1. ГиляровМ.С. Зоологический метод диагностики почв. М. 1965. 278 с.

2. Гиляров М.С. Почвенные беспозвоночные как индикаторы почвенного режима и его изменений под влиянием антропогенных факторов // Биоиндикация состояния окружающей среды Москвы и Подмосковья. М. 1982. С. 8-12.

3. Гиляров М.С., Стриганова Б.Р. Роль почвенных животных в разложении растительных остатков и круговороте веществ // Итоги науки и техники. Зоология беспозвоночных. М. 1978. С. 8-69.

4. Казадаев А.А., Кременица А.М., Симонович Е.И., Булышева Н.И., Везденеева Л.С. Почвенная фауна и плодородие почв. НМЦ «Логос», 2008. 114 с.

5. Стриганова Б.Р. Питание почвенных сапрофагов. М. 1980. 242 с.

6. Чернова Н.М. Особенности динамики микроартропод в пахотных почвах // Проблемы почвенной зоологии. Киев. 1981. С. 245-247.

7. Petersen Н., Luxton М.A. A comparative analysis of soil fauna populations and their role in decomposition processes // Oikos. 1982. Vol. 39. P. 287-388.

8. Химическое загрязнение почв и их охрана. М.: Агропромиздат, 1991. 303 с.

9. Горбатов B.C. Устойчивость и трансформация оксидов тяжелых металлов (Zn, Pb, Cd) в почвах // Почвоведение. 1988. №1. С. 35-43.

10.Торшин С.П., Уделънова Т.М., Ягодин Б.А. Микроэлементы, экология и здоровье человека// Успехи современной биологии. Т. 109. Вып. 2. 1990. С. 279-292.

11 .Трофимов С.Я., Аммосова Я.М., Орлов Д.С., Осипова Н.Н., Суханова Н.И. Влияние нефти на почвенный покров и проблема создания нормативной базы по влиянию нефтезагрязнения на почвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2000. № 2. С.30-34.

References

1. Gilyarov M.S. Zoologicheskij metod diagnostiki pochv. M. 1965. 278 s.

2. Gilyarov M.S. Pochvennye bespozvonochnye kak indikatory pochvennogo re-zhima i ego izmenenij pod vliyaniem antropogennyx faktorov // Bioindi-kaciya sostoyaniya okruzhayushhej sredy Moskvy i Podmoskov'ya. M. 1982. S. 8-12.

3. Gilyarov M.S., Striganova B.R. Rol' pochvennyx zhivotnyx v razlozhenii rastitel'nyx ostatkov i krugovorote veshhestv // Itogi nauki i texniki. Zoologiya bespozvonochnyx. M. 1978. S. 8-69.

4. Kazadaev A.A., Kremenica A.M., Simonovich E.I., Bulysheva N.I., Vezde-neeva L.S. Pochvennaya fauna i plodorodie pochv. NMC «Logos», 2008. 114 s.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Striganova B.R. Pitanie pochvennyx saprofagov. M. 1980. 242 s.

6. Chernova N.M. Osobennosti dinamiki mikroartropod v paxotnyx pochvax // Problemy pochvennoj zoologii. Kiev. 1981. S. 245-247.

7. Petersen H., Luxton M.A. A comparative analysis of soil fauna populations and their role in decomposition processes // Oikos. 1982. Vol. 39. P. 287-388.

8. Ximicheskoe zagryaznenie pochv i ix oxrana. М.: Agropromizdat, 1991. 303

s.

9. Gorbatov V.S. Ustojchivost' i transformaciya oksidov tyazhelyx metallov (Zn, Pb, Cd) v pochvax // Pochvovedenie. 1988. №1. S. 35-43.

10. Tor shin S.P., Udel'nova T.M., Yagodin B.A. Mikroe'lementy, e'kologiya i zdorov'e cheloveka//Uspexi sovremennoj biologii. T. 109. Vyp. 2. 1990. S. 279-292.

11. Trofimov S.Ya., Ammosova Ya.M., Orlov D.S., Osipova N.N., Suxanova N.I. Vliyanie nefti na pochvennyj pokrov i problema sozdaniya normativnoj bazy po vliyaniyu neftezagryazneniya na pochvy // Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 17. Pochvovedenie. 2000. №2. S.30-34.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.