Влияние нефтяного загрязнения на почвенных беспозвоночных (мезофауны) в таежных лесах Среднего Приобья

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 < 0,001;

по биомассе:

а = 5,20 ± 0,52; b = -0,10 ± 0,02; r = -0,79 ± 0,13 при Р < 0,001.

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 < 0,001). Для многоножек различий не обнаружено: (4,8 ± 0,6) мг в опыте и (4,8 ± 0,3) мг в контроле (421 экз.). Вероятно, из Arachnida на загрязненной территории способны выжить взрослые особи и более крупные виды, а для размерной и возрастной структуры Chilopoda (представленных практически одним видом) наличие нефти значения не имеет. Понятно, что все это может приводить к нарушению характерной для каждого типа леса системы трофических связей, а следовательно, и динамики численности популяций, а дальше - и стабильности всего биоценоза.

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 < 0,001

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.