Влияние загрязнения чернозема обыкновенного свинцом и нефтью на численность и состав микроартропод

Микроартроподы включают несколько крупных таксонов членистоногих. Критерием для выделения этой группировки является размер животных (доли миллиметра-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) — PbO. 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 Acariformer, подотряду Sarcoptiformes; гамазовых клещей, относящихся к отряду Parasitiformer, подотряду Mesostigmata. Клещей, относящихся к подотряду Trombidiformes (тарсонемоидных, эндеостигматических, простигматических), а также акароидных клещей подотряда Sarcoptiformes, 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).

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).

Таблица 2.

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

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.

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.

микроорганизм чернозем свинец нефть клещ.

Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. М. 1965. 278 с.

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.

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.

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.

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

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

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.

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

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

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

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.