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
0
Mollusca
30,5
8,3
0
Oligochaeta
111,5
50
0
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).
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.