Влияние нефтяного загрязнения на почвенных беспозвоночных (мезофауны) в таежных лесах Среднего Приобья
А. В. Соромотин
В статье содержатся сведения о структуре населения почвенных беспозвоночных мезофауны Среднего Приобья. На материалах многолетних исследований дается анализ влияния нефтяного загрязнения на комплексы почвенных беспозвоночных. Показано, что мезофауна почв по сравнению с фитоценозом и фауной мелких млекопитающих обладает повышенной чувствительностью к углеводородному загрязнению среды. Приводятся теоретические уравнения регрессии экспоненциального вида зависимости численности и биомассы почвенных беспозвоночных от концентрации нефти для зоны таежных лесов Среднего Приобья. Предлагаются индикаторные группы
В настоящее время при разработке мероприятий по снижению отрицательного воздействия нефтедобычи на природные комплексы большое внимание уделяется последствиям углеводородного загрязнения окружающей среды. Один из удобных объектов исследований — почвенные беспозвоночные, среди которых есть представители всех трофических групп гетеротрофных организмов. Общеизвестна четкая реакция педобионтов на изменения свойств почвы.
Материалы и методы
К мезофауне относятся крупные почвенные беспозвоночные, легко учитываемые при ручной разборке образцов грунта, такие как дождевые черви, многоножки, моллюски, имаго и личинки многих отрядов насекомых [I].
При проведении работ на территории разлива нефти, характеризующейся равномерным распределением загрязнителя, сходными лесорастительными условиями и однотипным микрорельефом, закладывали пробную площадь (100 м2). Для изучения абсолютных значений численности, биомассы и видового состава использовали наиболее универсальный и доступный способ учета — взятие почвенных проб 25 х 25 см с ручной послойной разборкой: лесная подстилка и далее через 5 см с повторностью от 10 до 50. Биомассу определяли по фиксированным в спирте беспозвоночным. В местах раскопок отбирали образцы почвы по интервалам глубин для определения содержания общего нефтепродукта. В сходных лесорастительных и почвенных условиях — в непосредственной близости от изучаемого разлива закладывали контрольную пробную площадь, на которой проводили работы в том же объеме, за исключением отбора образцов грунта. Отсутствие нефтепродуктов в почвах контроля определяли на месте с помощью хлороформа. Всего обследовано 20 разливов нефти, заложено 24 пробные площади, взято свыше 600 проб, учтено более 10 000 беспозвоночных.
Чтобы избежать чисто качественного подхода в определении дозы нефти, выражаемой иногда такими чисто технологическими понятиями, как «облигатная зона загрязнения», «факельная свеча», «порыв нефтепровода», не имеющими отношения к природе, под интенсивностью загрязнения понимается содержание общего нефтепродукта, выраженное в процентах от воздушно-сухой массы субстрата. Это позволяет реально оценить нагрузку токсиканта на биоценоз в конкретной точке в момент наблюдений, а для обработки материала использовать методы математической статистики.
Результаты и их обсуждение
Наиболее богата и многочисленна мезофауна в кедрово-зеленомошных лесах: за весь период наблюдений средняя численность превосходила аналогичный показатель в кедровниках долго-мошньгх и сосняках лишайниковых на 20,7 и 40,3 % соответственно, а биомасса — более чем в 10 раз (табл. 1). Большое распространение в регионе получили сфагновые леса и верховые болота, видовой состав мезонаселения которых значительно беднее при высокой общей численности, достигающей уровня в зеленомошниках.
Воздействие нефти и нефтепродуктов на комплексы мезофауны определяется в первую очередь интенсивностью загрязнения. Наибольшая гибель животных наблюдается в зонах с максимальным нефтяным загрязнением. Крупные беспозвоночные погибают при этом полностью [2-4]. Как показали исследования, нефтяное загрязнение резко отрицательно влияет на численность и биомассу мезофауны почв. Уравнение регрессии зависимости сохранности этих количественных характеристик сообществ беспозвоночных, выраженной в процентах от контроля, имеет вид:
у = ехр (а + bх).
Для таежных лесов Среднего Приобья значения коэффициентов следующие:
по численности:
а = 4,80 ± 0,35; b = -0,10 ± 0,01; коэффициент корреляции r = -0,86 ± 0,10 при Р
по биомассе:
а = 5,20 ± 0,52; b = -0,10 ± 0,02; r = -0,79 ± 0,13 при Р
Если сравнить чувствительность к нефти педобионтов и таких элементов таежных биоценозов, как живой напочвенный покров, подрост хвойных пород, а из консументов — мелких млекопитающих (мышевидные грызуны и насекомоядные), графики устойчивости которых показаны на рисунке, то очевидно, что мезофауна — один из наиболее чувствительных компонентов таежных экосистем к такому виду антропогенного воздействия. Снижение численности педобионтов наполовину вызывается 10 % -ным уровнем содержания нефти в лесной подстилке, тогда как соответствующее уменьшение общего проективного покрытия живым растительным покровом — 15 %, сохранности мелких млекопитающих — 25 %, количества жизнеспособного подроста кедра — даже 35 %, [5]. Литературные данные [3, 6] и результаты собственных учетов (табл. 2) показывают, что и среди почвенных беспозвоночных мезофауна наиболее чувствительна.
При рассмотрении устойчивости к углеводородному загрязнению основных групп мезофауны необходимо выделять уровни загрязнения почвы, так как реакция животных меняется в зависимости от дозы токсиканта. Мы разделили загрязнение на слабое — до 10 % нефти в лесной подстилке, когда сохраняется до 50 % педобионтов, среднее — от 10 до 20 %, когда численность падает еще наполовину, и сильное — более 20 % нефти в подстилке. Характер устойчивости к этим уровням загрязненности хорошо выражен в табл. 3.
Заметим, что наибольшую устойчивость, даже некоторое повышение численности, требующее специального исследования, проявляют дождевые черви (Eisenia nordenskioldi Eisen и Limbricus rubellus Hoff.). Многоножки, пауки и насекомые образуют группу организмов, сходных по степени реакции. Наиболее чувствительны моллюски (табл. 3).
При средней загрязненности Oligochaeta также наиболее устойчивы, a Mollusca — наименее. На участках с загрязнением более 20 % нефти ни дождевые черви, ни моллюски не встречаются — эта концентрация для вышеназванных групп предельна. Наибольшую устойчивость проявляют Chilopoda (Monotarsobius curtipes С. Koch).
Среди наиболее многочисленных отрядов насекомых особой устойчивостью при слабой дозе не выделяется ни один, при средней — преобладают имаго и личинки жуков (Staphylinidae, Carabidae), а при сильной — личинки двукрылых.
Нефтяное загрязнение приводит не только к резкому сокращению численности, но и к значительному обеднению группового состава мезофауны за счет таких малоустойчивых элементов, как почвенные моллюски, гусеницы совок, червецы, личинки мягкотелок, проволочников, долгоносиков.
На загрязненных территориях иногда наблюдается смещение возрастной и размерной структур населения некоторых групп. Так, например, для стафилинид отмечено возрастание доли имаго на разливах на 48 % по сравнению с контролем. У пауков здесь средняя масса одной особи значительно превосходит аналогичный показатель на чистых участках: (4,4 ± 0,5) мг в опыте и (2,4 ± 0,2) мг в контроле (проанализировано 1715 экз., различия достоверны при Р
Таблица 1
Состав мезофауны таежных лесов Среднего Приобья (численность — экз./м2; биомасса — г/м2)
Группа мезофауны
Кедровники зеленомошные
Кедровники долгомошные
Сосняки лишайниковые
Сосняки сфагновые
Oligocheta
14,2+3,6
0,5±0,2
–
Mollusca
9,6±4,2
5,6±2,2
–
1,1±0,8
Arachnida
134,9±25,5
175,0±15,6
99,2±12,6
153,1±15,1
Myriapoda
30,4±10,1
19,0±4,8
8,0±2,6
22,9±7,8
Insecta
237,5±20,5
138,4+16,6
150,4±16,8
296,5±33,3
Прочие
4,6±1,8
3,2±1,2
Отряды Insecta
Lepidoptera
4,5 + 1,6
1,8 ± 0,4
–
3,7 + 2,4
Diptera
31,7 ± 12,6
6,9± 1,8
16,0 ± 5,8
31,1 ± 7,7
Homoptera
80,2 ± 12,8
27,4 ± 8,6
4,8 ± 2,4
162,1 ±33,2
Hemiptera
3,8± 1,6
8,2 ± 3,6
–
–
Hymenoptera
16,0 ± 4,2
11,7 ± 3,4
8,0 ± 3,3
5,3 ± 2,8
Neuroptera
0,3 ± 0,1
1,0 ± 0,3
–
–
Coleoptera
99,2 ± 26,3
76,3± 22,1
100,8 ± 14,9
96,0 ± 12,8
Прочие
1,8 ±0,3
5,1 ± 2,0
20,8 ± 4,8
–
Семейства Coleoptera
Elateridae
24,0 ± 14,6
10,1 ± 3,0
25,6 ± 5,3
0,5 ± 0,1
Staphylinidae
44,8 ± 8,6
49,1 + 8,8
60,8 ± 12,0
50,7 ±9,1
Carabidae
11,2 ± 2,2
9,4 ± 3,0
–
6,4 ± 2,1
Cantharidae
11,5 ±3,0
7,7 ± 1,2
11,2 ± 5,6
6,4 ±2,8
Scarabaeidae
0,6 ± 0,4
–
–
–
Curculionidae
0,7 ± 0,4
–
–
–
Прочие
6,4 ± 2,2
–
3,2 + 2,1
30,9 + 6,9
ВСЕГО
431,2 ±32,2
341,7 + 28,8
257,6 ± 19,7
473,6 ± 43,7
БИОМАССА
14,3 ± 1,8
1,5 + 0,2
1,1 ± 0,4
1,6 ± 0,3
Таблица 2
Влияние нефтяного загрязнения на численность почвенных беспозвоночных в кедровнике (13 % нефти в почве; экз./м2)
Группа беспозвоночных
Чистая почва
Разлив нефти
Коллемболы
14 440,0 ± 4160,0
15 360,0 ± 1960,0
Клещи
21 080,0 ± 2118,0
20 210,0 ± 3200,0
Мезофауна
450,8 ± 38,6
271,0 ± 22,7*
· Различия достоверны при Р
Таблица 3
Устойчивость основных групп мезофауны к нефтяному загрязнению (численность, % от контроля)
Группы мезофауны в порядке
выраженности их устойчивости
Степень загрязнения (% нефти в подстилке)
слабая, до 10
средняя,10-20
сильная, > 20
Chilopoda
66,7
45,5
29
Diptera
65,6
32
27,5
Insecta в целом
58,7
47,3
12,1
Coleoptera
61,2
56,5
8,7
Arachida
63,1
33,2
3,6
Homoptera
45,5
21,2
Mollusca
30,5
8,3
Oligochaeta
111,5
50
Влияние нефтяного загрязнения почвы на некоторые компоненты таежных экосистем: а — численность мезофауны; 6 — биомассу мезофауны; в — общее проективное покрытие живым напочвенным покровом (1) численность мелких млекопитающих (2) и количество устойчивого подроста кедра (3)
Таким образом, проведенные исследования позволяют говорить о том, что мезофауна почв таежных лесов в Среднем Приобье достаточно обильна и разнообразна для использования ее при оценке степени антропогенных нагрузок на биогеоценозы. Являясь одним из наиболее чувствительных компонентов, она позволяет учитывать слабые и локальные воздействия, что важно при нормировании техногенного загрязнения почв. В качестве индикаторов степени загрязнения наземных экосистем нефтепродуктами можно рекомендовать всех почвенных моллюсков, дождевых червей и один из самых массовых видов с повышенной чувствительностью к нефти — Newsteadia floccosa De Greer (Insecta, Homoptera). –PAGE_BREAK–Список литературы
1. М. С. Гиляров, Методы почвеиио-зоологичсских исследований, М., Наука, 1975, 12-29.
2. С. М. Самосова, Т. И. Артемьева, Проблемы почвенной зоологии. Тез. докл. 6-го Всесоюз. совещания, Минск, Наука и техника, 1978, 207-208.
3. Т. И. Артемьева, Комплексы почвенных животных и вопросы рекультивации техногенных территорий, М., Наука, 1989.
4. А. В. Соромотин, Проблемы географии в Западной Сибири, вып. 1, Тюмень, 1992, 129-138.
5. С. Н. Гашсв, Экология, 1992, 2, -‘iO-48.
6. Т. И. Артемьева, А. К. Жеребцов, Т. М. Борисович, Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем, М., Наука, 1988, 82-99.