Биоиндикация почвы по беспозвоночным животным

Процесс взятия пробы проходит следующим образом. Сначала отмечают площадь пробы, забивая по углам квадрата колышки, натягивая между ними шнур. Рядом с площадкой раскладывают клеёнку, на которую потом помещают выбираемую лопатой из пробы почву. Вынутые на клеенку небольшие порции почвы, тщательно перебирают руками. Распределяют по поверхности клеёнки тонким слоем. Затем длинным пинцетом собирают дождевых червей, пересчитывают, а затем отпускают. Данные записываются в протокол отбора проб с каждой площадки. При изучении дорожно - тропиночной сети и других форм антропогенного воздействия на почву подсчитывают численность дождевых червей по уровням удаления от объекта загрязнения.

Выполнение этих исследований позволяет:

• Охарактеризовать загрязнение почвы и его вредное воздействие на экосистему.
• Установить влияние загрязнения почвы на численность дождевых червей.
• Установить степень загрязнения почвы в обследуемой местности.
• Своевременно обнаружить загрязненность почвы по количественному учету дождевых червей и вести контроль, за состоянием почвы в условиях антропогенного воздействия.

 

 

 1.3 Закономерности зонального распределения комплексов почвенных беспозвоночных

 

Важнейшей характеристикой структуры животного населения почв является соотношение трофических групп. На основе обобщения материалов разных авторов установлены общие закономерности зональных изменений почвенного комплекса животных (М. С. Гиляров, Ю. И. Чернов). От гумидных районов в к аридным снижается доля сапрофагов и возрастает роль фитофагов. От тундр до широколиственных лесов в животном населении зональных почв господствуют сапрофаги, составляя 80—99% общей зоомассы. Во всей лесной зоне основу комплекса сапрофагов составляют дождевые черви, энхитреиды, частично нематоды. В тундровой зоне равноценную с этими животными роль выполняют типулиды (двукрылые). Наиболее разнообразен комплекс сапрофагов в широколиственных лесах и в лесостепи: кроме дождевых червей и энхитреид, здесь существенную роль в почвообразовании выполняют кивсяки и мокрицы. С увеличением аридности условий к югу от лесостепи резко снижается доля сапрофагов в животном населении и резко увеличивается доля растительноядных. Сапрофаги составляют не более трети всей зоомассы (Ю. И. Чернов). Важно отметить, что значительная часть фитофагов заселяет почвенный ярус. Для таких переходных условий особенно характерно обилие факультативных почвенных фитофагов: личинок хрущей, чернотелок, некоторых мертвоедов, щелкунов, пыльцеедов и т. д.

В плакорных сообществах полосы сухих степей, пустынь и полупустынь почти полностью исчезают типичные сапрофаги, все фазы развития которых связаны с почвой, а сохраняются некоторые личиночные формы, непродолжительно пребывающие в почве или связанные с особыми локальными условиями.

В аридных зонах растительноядные позвоночные животные как по массе, так и по функциональной значимости в экосистеме не уступают беспозвоночным (Ю. И. Чернов; Ю. И. Чернов, К. С. Ходашева, Р. И. Злотин).

Аналогичная картина наблюдается в горных условиях. Так, сопоставление различных типов сообществ в горных районах Внутреннего Тянь-Шаня (Р. И. Злотин) отчетливо выявило усиление дифференциации трофического состава животного населения. В системе высотных поясов по мере изменения типа сообществ (влажные луга, остепненные луга, холодные степи, сухие степи, полупустыни, пустыни) увеличивается удельный вес фитофагов и хищников по сравнению с сапрофагами, но общая зоомасса падает.

В целом по мере увеличения суровости гидротермических условий существования в почве животные, участвующие в разложении, оказываются в более тесной связи с надземным блоком живой зеленой массы (И. В. Стебаев). В степях и пустынях среди беспозвоночных-деструкторов наиболее активной группой оказываются саранчовые. Поедая большую массу зеленых растений, они слабо ее усваивают, что приводит к накоплению экскрементов, масса которых во много раз превышает массу их тел. В результате разрушения челюстями клеточных оболочек растений внутри кишечника создаются условия для бурного развития микроорганизмов — типичных представителей почвенной микрофлоры, попадающей в кишечник с пищей (аммонификаторов, целлюлозоразрушителей и др.) (И. В. Стебаев, Н. Н. Наплекова и др.). Интенсивное разложение растительной массы совокупным действием ферментов и микроорганизмов насекомого увеличивает запас питательных веществ, высвободившихся из растительной массы. Часть микроорганизмов со временем отмирает, лизируется и становится источником белковой пищи фитофагов, другая часть — выбрасывается с экскрементами. Значение этого процесса особенно велико: зеленая масса сразу переходит в стадию разлагающейся подстилки, минуя длительные стадии ветоши и войлока.

Таким путем насекомые-фитофаги надземного яруса биогеоценоза ускоряют нисходящую ветвь круговорота веществ. Роль саранчовых очень важна для районов, характеризующихся дефицитом влаги в почве, потому что они, с одной стороны, значительно раздвигают пространственные границы процессов почвообразования выше поверхности самой почвы, а с другой — значительно ускоряют эти процессы (И. В. Стебаев, Л. Б. Пшеницына, О. Н. Шиляева).

Таким образом, пищевые связи животных и трофическая структура их комплексов являются ведущими факторами при определении их роли в почвообразовательных процессах.

 

 

 Глава 2. Результаты исследования биоиндикации почв по беспозвоночным животным

 

 2.1 Влияние техногенного загрязнения на почвенных беспозвоночных

 

Проведение модельного полевого опыта по влиянию сернистого ангидрида на педобионтов позволило получить фактические данные о структурных изменениях и проявлениях устойчивости сообщества при однократном «ударном» и слабых краткосрочных воздействиях.

Под воздействием комплекса отходов промышленных предприятий (источник эмиссии - ИЭ) отмечены все выявленные в полевых экспериментах признаки нарушения стабильности сообщества. Общая численность мезопедобионтов в непосредственной близости от ИЭ снижается почти вдвое, биомасса — более чем в пять раз относительно контроля. Это происходит за счет значительного сокращения численности литобиид, геофилид, диплопод, личинок двукрылых. При этом вблизи ИЭ фиксируются наиболее широкие флуктуации плотности большинства групп беспозвоночных во времени, что является признаком глубоких, долгосрочных, а возможно, и необратимых функциональных изменений сообщества.

Изменяется качественно и видовой состав ряда доминирующих групп. В импактной зоне исчезают некоторые моллюски, геофилиды, диплоподы, личинки двукрылых, преобладающие на фоновой территории. В то же время вблизи ИЭ появляются дождевые черви, повышается обилие энхитреид и личинок долгоносиков. Эти факты свидетельствуют о разной реакции беспозвоночных на изменения среды обитания под воздействием отходов сернокислотного производства.

 

Рис. 1. Соотношение плотности трофических групп мезопедобионтов обследованных участков лиственничника в течение трёх лет (I, II, III) по мере удаления от источника эмиссии (У 1 → У 3): 1 – хищники; 2 –сапрофаги; 3 –фитофаги.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Изменения видового состава некоторых групп беспозвоночных (экз/м2) лиственничника под воздействием отходов промышленных предприятий

Виды	Расстояние от ИЭ, км
	0,8	2	4,5
Gastropoda Discus pauper Euconulus fulvus Nesovitrea hammonis	- - -	15 2 1	17 1 2
Diplopoda Underwoodia kurtschevae Pacifiiulus amurensis Angarozonium amurense Uniramidesmus dentatus	8 - - -	3 - 2 0,3	6 4 21 -
Geophilomorpha Arctogeophilus macrocephalus Geophilus sp. Escarius japonicus Strigamia sulcata	11 1 - -	50 12 8 1	47 17 12 6

 

Внутри сообщества мезопедобионтов вследствие промзагрязнения существенно возрастает пресс хищников (рис. 5). Сильнее других откликаются сапрофаги, при этом в одних случаях речь может идти об ингибировании, а в других – об активизации их деятельности. Это определяется составом поллютантов, способных либо подкислять, либо подщелачивать почву. Появление земляного червя Eisenia nordenskioldi и исчезновение многоножек A. amurense и E. japonicus вслед за изменениями кислотности обитаемого слоя есть тому подтверждение.

 

 

Рис. 2. Соотношение трофических групп почвенной мезофауны (% от общей биомассы): 1 – хищники, 2 – сапрофаги, 3 – фитофаги; А — лес, Б — болото, В — луг.

Кроме того, беспозвоночные одной трофической группы неоднозначно откликаются на одно и то же воздействие, что неоднократно отмечалось и другими исследователями. Среди крупных сапрофагов численность минерализаторов (моллюски, диплоподы) снижается более чем в тридцать раз, а гумификаторов (энхитреиды, люмбрициды), напротив, возрастает. В результате соотношение функциональных трофических группировок изменяется в 40 раз.

Для характеристики влияния отходов производства на видовую структуру комплекса сапрофагов были рассчитаны выровненность по Пиелу и информационный индекс Шеннона. По мере приближения к ИЭ эти показатели уменьшаются с 1,85 до 0,16 и с 2,16 до 0,28 соответственно. Это свидетельствует об упрощении структуры сапротрофного блока, росте численности отдельных видов.

 

 

 

2.2 Влияние других внешних факторов

 

Аналогичная картина изменения пространственной структуры и динамики сообщества прослеживается при пожарах и рубках леса. При этом типе воздействия также отмечается резкое снижение общей биомассы педобионтов при нарастании степени нарушенности биотопа. Аналогично реагирует на это и их трофическая структура. Пирогенные перестройки сообщества мезопедобионтов вызваны, в первую очередь, разрушением среды обитания, а именно физического компонента экологической ниши. Происходит это в основном за счет полного исчезновения или уменьшения мощности подстилки, что сводит к минимуму объём обитаемого пространства, следовательно, вызывает рост конкуренции на участках, слабо затронутых огнём (рефугиумах). При уменьшении абсолютной численности беспозвоночных в основном угнетаются обитатели подстилочного горизонта. Пагубное влияние ежегодных палов на луговых педобионтов, особенно поверхностно обитающих, отмечается неоднократно. Такой характер изменения вертикальной структуры мезопедобионтов является закономерным для множества подобного рода воздействий.

На открытых местообитаниях периодические затопления также значительно обедняют комплексы почвообитающих животных. На лугах очень мало хищников, из них полностью отсутствуют подстилочно-почвенные литобииды и геофилиды. Из сапрофагов не встречаются подстилочные диплоподы, личинки бибионид и типулид. Эта трофическая группа представлена фактически одним видом земляных червей.

Механизированные ежегодные сенокосы монокультуры угнетающе влияют на биомассу мезопедобионтов. Напротив, умеренный выпас благоприятен для почвенных обитателей, в то время как чрезмерное выедание и вытаптывание пагубно сказываются на поверхностно-обитающих педобионтах (рис. 3).

 

Рис. 3. Соотношение численности (% от общей) поверхностно-подстилочных и собственно-почвенных обитателей: 1-поверхностно-подстилочные, 2 - собственно-почвенные.

 

При анализе влияния различных возмущающих факторов на характер структурных изменений сообщества мезопедобионтов становится очевидной неспецифичность внешнего воздействия, т. е. эффект от влияния не связан с происхождением возмущения. Аэрополлютанты, пожары, промышленные рубки, многолетняя вспашка осушенных болотных массивов одинаково влияют на беспозвоночных, вызывая:

1. Снижение численности/биомассы;

2. Депрессию и гибель  сапрофагов, и в первую очередь, минерализаторов;

3. Усиление пресса хищников;

4. Смену типа трофической  цепи с детритной на пастбищную;

5. Деградацию подстилочного  комплекса;

6. Изменения пространственного  распределения;

7. Обеднение видового  состава.

Чрезмерный сенокос на плакоре также негативно сказывается на почвенных беспозвоночных. Умеренный выпас способствует сохранению структуры почвы, следовательно, и мезопедобионтов. Периодические затопления, палы, сенокос на пойменных лугах влияют на структуру педобионтов с проявлениями, обозначенными в позициях 4-7, что приводит к максимальному упрощению комплекса, но не влияет на его существование во времени.

Эффект от воздействия зависит, во-первых, от уязвимости конкретного компонента экологической ниши, от перехода его в разряд критичных. Все виды воздействия на педобионтов (за исключением, вероятно, контактных ядов и проникающей радиации) реализуются через изменения тех или иных условий обитания, что в свою очередь может приводить к лимитированию их топической и трофической ресурсной базы. Это, на фоне остального, неизбежно порождает конкурентное напряжение. Во-вторых, эффект определяется характером воздействия: интенсивностью (амплитудой), скоростью нарастания нагрузки и повторяемостью воздействия.