Влияние промышленного загрязнения на комплексы почвообитающих беспозвоночных животных в окрестностях музея-усадьбы «Ясная поляна» (Щекинский район, Тульская обл.)

Р.О. Бутовский
Фонд «Устойчивое Развитие»
г. Москва

Аннотация. Исследовано влияние Косогорского металлургического комбината на комплексы почвообитающих беспозвоночных животных на расстояниях 0,4; 3, 5 и 10 км. Обсуждаются изменения видового разнообразия, структуры и численности доминантных видов, а также особенности накопления тяжелых металлов в связи с загрязнением почвы.

Наиболее изученным и распространенным типом антропогенного воздействия на окружающую среду остается химическое загрязнение. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят автотранспорт, энергетика, цветная и черная металлургия по валовым выбросам, а также по выбросам твердых (включая тяжелые металлы), жидких и газообразных веществ в целом. Наиболее сильно загрязняются почвы вокруг крупных промышленных предприятий (особенно химической и металлургической промышленности), больших городов, транспортных путей ((Государственный доклад..., 2006).

Известно, что беспозвоночные почвообитающие животные играют ключевую роль в поддержании почвенного плодородия, обладая высоким биоразнообразием в широком понимании (видовое богатство, многообразие морфологических форм и т.д.), численностью и экологической пластичностью. Проблемы экологии почвообитающих беспозвоночных животных в антропогенных экосистемах и роль этих исследований для понимания механизмов их функционирования не раз являлись предметом обсуждения экологов и зоологов (Бутовский, 2001).

В 1997-1998 гг. группой ученых из Москвы (Бутовский Р.О., Покаржевский А.Д.,Зайцев А.С., Гонгальский К.Б.) и Нидерландов (К.Вергуф, Н.ван Страален) в рамках международного проекта «Вызванные загрязнением изменения в пищевых сетях почвенных беспозвоночных» (грант NWO № N047-002-009) и под моим руководством было проведено комплексное исследование влияния Косогорского металлургического завода (КМЗ) на состояние почвы, подстилки и комплекса почвообитающих беспозвоночных животных в окрестностях музея-усадьбы «Ясная Поляна».

Воздействие на состояние почвы и подстилки. Источник загрязнения - Косогорский металлургический завод (Тульская область, Щекинский район) был построен в конце XIX века, причем на начало исследований последняя реконструкция была проведена в 1934 г.

Отбор проб проводили единовременно раз в месяц в 1997-1998 гг. на 4 участках, расположенных на различном расстоянии от КМЗ (рис. 1 ). Участки № 1 (0,4 км от завода) и 4 ( 10 км) были расположены в пойме реки Воронка, а участок № 2 ( 3 км) и 3 (5 км) - в широколиственных лесах на берегу водохранилища.

Рис. 1. Схема района исследований.

Анализ подстилки и почвы на исследуемых участках показал, что по ряду показателей участок № 1 отличается от остальных. Значения рН в почве и подстилке рядом с заводом были выше, чем на остальных участках. Максимальная влагоемкость почвы была самой низкой рядом с заводом, в то время как содержание органического вещества было одинаковым на всех обследованных участках. Содержание водорастворимых форм кальция и магния в почве снижалось с увеличением расстояния от завода. Однако в подстилке наибольшее содержание Ca и Mg было обнаружено на участках № 1 и 4 и наименьшее - на участке № 2.

Общее содержание металлов снижалось от участка № 1 к участку № 4. При этом содержание свинца в почве было наиболее высоким на участке № 2. Завод являлся основным источником загрязнения почвы и подстилки Fe, Mn, Ni, Zn, Cu. Дополнительным источником загрязнения экосистем Pb и Сd следует считать автомобильные дороги. При этом проведенный корреляционный анализ показал, что воздействие завода достоверно значимо на участке № 1, а автодороги - на участке № 2 (Zaitsev et al., 1998).

Воздействие на сообщества почвообитающих членистоногих. При сравнении комплексов жужелиц контрольного (10 км) и наиболее нарушенного (0,4 км от металлургического завода) промышленным воздействием участков отмечена перестройка их структуры. В опытном варианте были снижены плотность популяций, общее количество видов и количество редких видов жужелиц наряду с выраженными изменениями в структуре доминирования. Так, видовоеразнообразие у металлургического завода было выше, чем на контрольном участке за счет возрастания относительного обилия миксофитофагов в структурекомплекса (табл. 1).

Таблица 1

Показатели видового разнообразия комплексов жужелиц в рудеральных экосистемах в связи с удаленностью от металлургического завода (Тульская обл., 1997-1998 гг.)

Показатели	Расстояние от автодороги, км
Показатели	0,4	3,0	5,0	10,0
	1997 г.
H + m_Н	2,32±0,13	2,14±0,17	1,72+0,11	1,83±0,13
l+m_l	0,120±0,031	0,156±0,037	0,242+0,056	0,254±0,077
	1998 г.
H + m_Н	1,83±2,20	2,20±0,14	1,90±0,13	1,90±0,13
l+m_l	0,207±0,017	0,146±0,001	0,196 ±0,006	0,225±0,012

Условные обозначения: H + m_Н - индекс Шеннона; l+m_l - индекс Симпсона

Отмечено снижение количества видов пауков у завода (с 21 до 13) и снижение количества и относительногообилия видов пауков, которые принадлежали к почвенному и подстилочному комплексам (от 14 до 6 видов, в основном представителей сем. Linyphiidae). Плотность пауков на опытном участке была в 1,8 раз ниже, чем на контрольном (Бутовский, Танасевич, 1999).

Плотностьпопуляций панцирных клещей (орибатид) была минимальной на расстоянии 3 км от завода, с последующим достаточно стабильным ростом с удалением от завода (Gongalskу, Butovsky, 1999; Zaitsev, 1998).

Таким образом, в комплексах макро- (жужелицы, пауки) и микрочленистоногих (орибатиды) отмечен рост видового разнообразия и снижение плотности рядом с металлургическим заводом по сравнению с контрольным участком. У завода отмечается также изменение структурыжизненныхформ (у жужелиц зоофаги замещались миксофитофагами, у пауков возрастает относительное обилие поверхностных форм).

Воздействие на содержание тяжелых металлов в почвообитающих членистоногих. Содержание тяжелых металлов (Fe, Cd, Pb, Zn, Cu) в почве у металлургического завода (0,4 км) в 5-17 раз превышали их содержание в контрольном варианте (10 км).

Изучали представителей семи групп почвенных беспозвоночных с различными пищевыми стратегиями. Жужелицы, пауки и многоножки (губоногие) известны как активные полифаги-хищники, в то время как дождевые черви, коллемболы, мокрицы и исследованные орибатиды по пищевым предпочтениям относятся к сапрофагам и фитофагам.

Исследованные группы заметно различались по способности к накоплению тяжелых металлов, причем эти различия были выражены как между группами, так и между металлами. В целом способность к накоплению тяжелых металлов в группах беспозвоночных снижалось в ряду: Fe > Zn > Pb > Cu > Cd.

В табл. 2 приведены коэффициенты накопления (соотношения концентраций металла в животных, почве и подстилке) в различных группах животных.

Наиболее выраженные межгрупповые различия (в 100-300 раз) были обнаружены при накоплении наиболее опасных тяжелых металлов таких, как Cd и Pb (Butovsky, 1999).

По нашим данным жужелицы накапливали Cd, Cu и Pb в высоких концентрациях (наравне с дождевыми червями). В своих предыдущих работах мы установили, что жужелицы слабо накапливают тяжелые металлы при автодорожном и промышленном воздействиях по сравнению с другими почвенными беспозвоночными (Бутовский, 2001). Возможно, это объясняется повышенным содержанием тяжелых металлов в перезимовавших жуках или их высоким поверхностным загрязнением: к концу вегетационного сезона концентрации металлов одних и тех же видах жужелиц, отловленных на тех же участках, резко снижаются (Gongalsky, Butovsky, 1999).

В то же время полученные нами данные подтверждают выводы о том, что дождевые черви в наибольшей степени накапливают Pb и Cd; этот же вывод многократно подтвержден другими исследователями.

Нами не выявлено четких закономерностей в содержании тяжелых металлов в различных группах почвообитающих животных в связи с их пищевыми предпочтениями или таксономической принадлежностью.

Таблица 2

Коэффициенты накопления Cu и Zn различными таксонами почвообитающих беспозвоночных (отношение среднего содержания металлов в животных к валовому содержанию металлов в почве) (Butovsky, 1999)

Таксоны	Cd		Cu		Zn		Fe		Pb
Таксоны	Почва	Под.**	Почва	Под.	Почва	Под.	Почва	Под.	Почва	Под.
Дождевые черви	++	н/оп	-	-	+	+	-	-	+	+
Мокрицы	+	н/оп	+	+	-	-	-	-	-	+
Орибатиды	+	н/оп	+	+	+	+	-	-	+	++
Пауки	+	н/оп	-	-	+	+	-	-	+	-
Многоножки	-	н/оп	-	-	+	+	-	-	-	-
Коллемболы	-	н/оп	-	-	-	-	-	-	-	-
Жужелицы	++*	н/оп	-	+	+	+	-	-	+	++

* Условные обозначения: ++ Кн > 10; + 1 < Кн < 10; - Кн < 1

** Под. – подстилка, н/оп - не определяли

Изучение содержания тяжелых металлов в отдельных видах жужелиц (13 видов), мокриц (2 в.), дождевых червей (5 в.) и коллембол (4 в.) показало, что оно является видоспецифическим.

Сравнение содержания тяжелых металлов в исследованных группах, отловленных на опытном (0,4 км) и контрольном (10 км) участках показало, что хищные группы (в т.ч. пауки, жужелицы и многоножки) не накапливали Cd и Cu в опытном варианте. Кроме того пауки не накапливали Pb и Fe. Жужелицы накапливали в наибольших количествах Fe, а многоножки – Pb. Среди сапрофагов черви и мокрицы в наибольших количествах накапливали Cd, Zn и Cu.

Проведенные нами исследования и анализ литературных данных позволяет выявить перспективные группы почвенных беспозвоночных, которые могут использоваться для оценки химических антропогенных воздействий (табл. 3)(Бутовский, 2001).

Таблица 3

Перспективные группы беспозвоночных для оценки автодорожного и промышленного воздействия в полевых условиях по структурным параметрам

Таксономические группы	Функциональные группы
Панцирные клещи (орибатиды)	Фитофаги
Мезостигматические клещи (гамазовые)	Сапрофаги
Пауки	Зоофаги
Жужелицы	Паразиты

Список литературы

1.Бутовский Р.О., Танасевич А.В. Тяжелые металлы в пауках (Arthropoda: Aranei) // Агрохимия. 1999. N 11. С. 89-96.

2. Бутовский Р.О. Устойчивость комплексов почвообитающиъ членистоногих к антропогенным воздействиям.М.: Издательство День серебра. 2001. 322 с.

3. Государственный Комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2005 г., М.: Центр международных проектов, 2006. 510 с.

4. Zaitsev A.S., Verhoef S.C., Pokarzevskii A.D., Filimonova Z.V., Butovsky R.O. General description of the Kosaja Gora research area // In:Pollution-induced changes in soil invertebrate foodwebs (R.O.Butovsky, N.M.van Straalen eds.)Report No. D98013. Vrije Universiteit. Amsterdam. 1998. -P. 31-45.

5. Butovsky R.O. Heavy metals in invertebrate communities of polluted terrestrial ecosystems in Russia and Western Europe // Ibid. P. 87-99.

6. Gongalsky K.B., Butovsky R.O. The impact of a metallurgical plant on ground beetle communities (Coleoptera, Carabidae) // In:Pollution-induced changes in soil invertebrate foodwebs. Volume 2. (R.O.Butovsky, N.M.van Straalen eds.) Report No. D99017. Vrije Universiteit. Amsterdam. 1999.- P. 71-77.

7. Butovsky R.O., Verhoef S.C., Zaitsev A.S, van Straalen N.M. Heavy metals in different invertebrate groups as related to soil contamination // Ibid. - P. 117-129.

Назад к списку