Влияние микроэлементов почвы на почвенную мезофауну города Омска Научно-практическая работа Работу обучающаяся кружка «Почвенная зоология»



страница1/5
Дата22.01.2019
Размер2.62 Mb.
ТипПрактическая работа
  1   2   3   4   5

Министерство образования Омской области

ГОУ ДОД «Омская областная станция юных натуралистов»

Зоология

Влияние микроэлементов почвы

на почвенную мезофауну города Омска

Научно-практическая работа


Работу выполнила:

обучающаяся кружка

«Почвенная зоология», ОблСЮН

Кушнарь Диана Константиновна

Научный руководитель:

Князев Станислав Юрьевич
Омск 2016

Содержание


Введение

3

Глава 1. Литературный обзор

5

    1. Принцип выделения мезофаунистической группы среди педобионтов

5

    1. Показатели мезофауны

8

    1. Роль почвенной мезофауны в устойчивости экосистем

12

    1. Почвенная мезофауна как индикатор антропического воздействия на биоценозы

15

    1. Тяжелые металлы в почве и почвенная мезофауна

19

Глава 2. Материалы и методы

20

Глава 3. Физико-географическое описание

24

Глава 4. Результаты исследований

28

Выводы

40

Список литературы

42

Введение

Актуальность темы. Недостаточность сведений о почвенных беспозвоночных затрудняет выделение региональных и свойственных зонам особенностей животного населения почв. Относительно полно изучены средне- и южнотаежные леса Европейской части СССР (Криволуцкий, 1994). Значительно меньше известно о почвенной фауне североевропейской, Западносибирской тайги и Сибири в целом (Стриганова, 2005; Голованова с соавт., 2010). Еще меньше известно о почвенном населении городов, хотя именно городские почвы подвержены сильному воздействию по сравнению с естественными почвами. Поэтому данные о педобионтах городских экосистем, как регуляторов стабильности крайне важны.

Почвенные беспозвоночные играют важную роль в жизни экосистем, являются одним из важнейших показателей их состояния и устойчивости. Велика роль почвенных беспозвоночных в переработке растительного опада (Стриганова, 205), процессах его гумификации и минерализации (Курчева, 1977). Весь комплекс почвенных животных в целом и отдельные его элементы весьма чувствительны к большинству факторов биотической и абиотической природы, специфично реагирует на изменения влажности, температуры, химического состава почвы, что позволяет успешно использовать его для диагностики и индикационных целей (Гиляров, Криволуцкий, 1980). Особенно большой интерес почвенные беспозвоночные представляют в изучении биологической продуктивности городских сообществ и её изменений под влиянием антропогенных факторов (Покаржевский, 1976).

Наиболее интересно использование почвенной мезофауны в биоиндикационных исследованиях (Криволуцкий, 1985). При этом не всегда учитывается комплексное изменение состава педобионтов, а берется отдельный тест объект по состоянию, показателей которого и ведётся оценка изменённости биома или содержания тяжелых металлов в среде по накопляемости их в организмах биоиндикаторов (Воробейчик, 1996, 1998; Воробейчик с соавт., 2007).

В крупных городах мезофауна почв находится в условиях комплексного воздействия антропогенных факторов, в том числе и геохимического давления техногенных потоков вещества. Крупные беспозвоночные легко учитываются путем ручной разборки почвенных проб (Гиляров, 1975). Не способные к значительному перемещению в почвенной толще, они адекватно реагируют на изменение экологической обстановки, что особенно показательно в связи с возросшим антропогенным воздействием на почву. Поэтому изучение эколого-фаунистических показателей почвенной мезофауны на территории Омска даст информацию о фактическом экологическом состоянии городских почв.



Цель работы: изучение влияния содержания микроэлементов в почве на почвенную мезофауну г. Омска.

Задачи:

  1. Проанализировать содержание микроэлементов (As, Zn, Cu, Cd, Pb) в почве г. Омска

  2. Изучить таксономическое разнообразие почвенной мезофауны г. Омска.

  3. Рассмотреть распределение видов, состава трофических групп, плотности, биомассы, вертикальное распределение относительно содержания микроэлементов в почве.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Принцип выделения мезофаунистической группы среди педобионтов

Почвенные животные, наряду с растениями и микроорганизмами, играют немаловажную роль в создании биологической активности почвы, в обогащении ее жизненно важными для роста и развития высших растений веществами (Гиляров, 1975).

Для одних дышащих воздухом животных почва представляется как система мелких пещер, для других - это плотная среда, оказывающая значительное механическое сопротивление при движении. Таких почвенных животных объединяют под названием мезофауна. Размеры представителей мезофауны почв от 1,5 до 20 мм. Мезофауна самая многочисленная часть почвенных животных (Виноградский, 1952), благотворно влияющих на качество и структуру почвы.

Почвенная фауна была классифицирована многочисленными западными авторами, включая Kevan (1962), Schaller (1968) и Wallwork (1970). Получили широкое признание классификации основанная на размерах тела, время, проведенное в почву; место или места обитания в почвенном профиле; кормления; и способ передвижения в почве, за основу берется размер тела (Wallwork, 1970).

Почвенная фауна в целом характеризуется небольшими размерами (Kuhnelt, 1976). Длина тела колеблется от 0,0002 см до более чем 20 см). Педобионтов на основании этой характеристики подразделяют на микрофауны, мезофауны и макрофауны. Микрофауна (размер тела от 0,0002 до 0,002 см) состоит из простейших. Мезофауна колеблется в диапазоне от чуть более 0,002 до 1 см, и включает в себя клещей, ногохвосток, пауков, псевдоскорпионов, личинок насекомых и многоножек и меньшей мере равноногих (Dunger, 1964). Макрофауна (от 1 см и более) включают дождевых червей, насекомых и крупных паукообразных, и живущих в почве позвоночных (Wallwork, 1970).

По классификации М.С. Гилярова к мезофауне относятся почвенные беспозвоночные средних размеров, выбираемые из почвы методом ручной разборки, размеры которых колеблются от нескольких милиметров до нескольких сантиметров (дождевые черви, пауки, насекомые и их личинки и т.д.). Подразделяются по способу питания на сапрофагов, фитофагов и зоофагов. (Гиляров, 1941).

Согласно классификации Н.М. Черновой (2004) почва для организмов разных размеров выступает как разная среда следовательно она выделяет мелких почвенных животных, которых объединяют под названием микрофауна (простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды и др.), почва - это система микроводоемов. По существу, это водные организмы. Они живут в почвенных порах, заполненных гравитационной или капиллярной водой, а часть жизни могут, как и микроорганизмы, находиться в адсорбированном состоянии на поверхности частиц в тонких прослойках пленочной влаги. Многие из этих видов обитают и в обычных водоемах.

Для дышащих воздухом несколько более крупных животных почва предстает как система мелких пещер. Таких животных объединяют под названием мезофауна. Размеры представителей мезофауны почв - от десятых долей до 2-3 мм. К этой группе относятся в основном членистоногие: многочисленные группы клещей, первичнобескрылые насекомые (коллемболы, протуры, двухвостки), мелкие виды крылатых насекомых, многоножки симфилы и др. У них нет специальных приспособлений к рытью. Они ползают по стенкам почвенных полостей при помощи конечностей или червеобразно извиваясь.

Более крупных почвенных животных, с размерами тела от 2 до 20 мм, называют представителями макрофауны. Это личинки насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др. Для них почва - плотная среда, оказывающая значительное механическое сопротивление при движении. Эти относительно крупные формы передвигаются в почве либо расширяя естественные скважины путем раздвигания почвенных частиц, либо роя новые ходы.

И мегафауна почв - это крупные землерои, в основном из числа млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь (слепыши, слепушонки, цокоры, кроты Евразии, златокроты (Чернова, Былова, 2007).

Существуют различные классификации почвенных организмов, составленные зарубежными и отечественными авторами, но при этом одни и те же организмы часто оказываются отнесенными в разные категории, поэтому мы придерживаемся классификации М.С. Гилярова, где педобионты четко разнесены.

Распределение педобионтов в почве весьма не однородно, виной этому является множество факторов биотические, абиотические и антропогенные. Основным фактором ограничивающим распространение педобионтов является влажность. (Проканова, 2005; Семенова, 1967) Представители мезофауны очень чувствительны к высыханию почвы. Основным средством спасения от колебания влажности воздуха для них является передвижение вглубь. Но для некоторых видов возможность миграции по почвенным горизонтам вглубь ограничивается изменением структурного состава и диаметра пор, поэтому передвижения по скважинам доступны только самым мелким видам. Более крупные представители мезофауны обладают приспособлениями, позволяющими переносить временные неблагоприятные условия: защитными чешуйками на теле, примитивной трахейной системой, частичной непроницаемостью покровов. (Гиляров, 1949) Отмечено, что при снижении влажности почвы, дождевые черви перестают питаться и инкапсулируются. (Соколов, 1956; Роднянская, 1957).

Почвенные животные заселяют, в основном, верхние (глубиной до 20-40 см) горизонты почвы, в сухих местностях лишь отдельные виды проникают на глубину нескольких метров (Новоселова, 2009) что чаще всего связанно с типом сложения почвы, ее структурой (Антощенков, 1992). Содержание комплекса солей, pH и содержание органического вещества или опада в почве также влияют на локализацию почвенных организмов. (Хотько и др., 1982; Криволуцкий, 1994) Так, например, Сатчел (Сатчел, 1955) установил, что некоторые виды дождевых червей имеют разную зависимость от pH почвы и потому разные виды часто обитают в почвах с разной кислотностью. При этом в процессе жизнедеятельности сами живые организмы влияют друг на друга. Почвенные животные часто обнаруживаются в таких местах, где скапливаются определенные педобионты, выделяя специфические вещества, организмы могут активировать или подавлять деятельность почвенных животных (Курчева, 1971).

1.2. Показатели мезофауны

Хорошими показателями состояния благополучия или нет, сообществ педобиотов, являются такие показатели как плотность, масса, видовое разнообразие, возрастная структура, вертикальное распределение, трофическая структура.

Изменения почвенной фауны, которая составляет до 95% по биомассе числу видов всего населения ландшафта. Может служить индикатором нарушенности среды на территориях, наиболее подверженных такому воздействию (Криволуцкий, 1975). Изучение сезонной динамики численности и вертикального распределения почвенных беспозвоночных позволяет более полно охарактеризовать комплекс и экологический состав фауны почв, а также дает ценные сведения о процессе почвообразования, водных, солевых, температурных режимах почвы (Криволуцкий, 1977). В частности изменения численности, возрастного состава и вертикального распределения почвенных организмов дают информацию о присутствие полютантов в почве и сообществе в целом (Воробейчик, 1995, 1998). В работе Е.Л. Воробейчика говорится о том что с приближением к источнику выбросов меняется характер вертикального распределения, таким образом что на фоновой территории около 40% беспозвоночных сосредоточенно в почве. При росте загрязнения для основных групп мезофауны прослеживается четкая закономерность - перераспределения плотности в подстилку, в которой на импактной территории сосредоточено около 90 % животных. Вероятным обьяснением этого может быть изменение водно-воздушных свойств почвы (Кайгородова, Воробейчик, 1996), что при высокой токсичности делает невозможным обитание в ней почвенных животных. С приближением к СУМЗу (Среднеуральский медеплавильный завод) численность, возрастной состав и вертикальное распределение дождевых червей изменяется подтверждая ранее описанную закономерность (Воробейчик, 1995, 1998).

Важной характеристикой почвенной мезофауны является состав трофических групп. М.С. Гиляров подразделяет по способу питания педобионтов на сапрофагов, фитофагов и зоофагов, они играют важную роль в процессах почвообразования и потребления органического вещества.

Зоофаги поедают других животных, выступая в роли хищников, или паразитов (стафилины).

Сапрофаги питаются мертвыми остатками растений, трупами животных, детритом, экскрементами (настоящие дождевые черви, личинки насекомых, слизни и др.).

В почве беспозвоночные рождаются, питаются, размножаются и умирают. Поэтому, естественно, они не могут не оказывать влияния на среду, в которой обитают. Влияние это разностороннее, но наиболее существенно их участие в разложении и гумификации растительных остатков. (Satchell, 1963). Свойственно это сапрофагам, составляющим обычно очень высокий процент, как по численности, так и по биомассе от всей почвенной фауны. Только там, где почва не имеет выраженной подстилки и бедна перегноем, сапрофаги могут уступать по числу и биомассе почвенным животным с другим характером питания (Гиляров, 1965).

К сапрофагом относят животных, питающихся тканями мертвой растительности. Одни из них поедают непосредственно опад, другие - экскременты потребителей растительного материала среди беспозвоночных и позвоночных, гниющую древесину, детрит (Курчева, 1971).

Среди почвенных беспозвоночных мезофауны довольно часто встречаются факультативные сапрофаги. Личинки некоторых насекомых - вредителей сельскохозяйственных и лесных культур, - являющихся фитофагами, при хороших условиях увлажнения и богатстве почвы разлагающимися растительными остатками могут переходить к питанию последними.

Преобладание той или иной трофической группы или наличие одной говорит о нарушениях внутри сообщества. Преобладание зоофагов в сообществе верный сигнал того что оно подверглось антропической нагрузке или загрязнении (Покаржевский, 1976).

Показатели видового богатства также являются важным фактором характеризующим сообщества педобионтов. В почве встречаются колоссальные количества беспозвоночных животных: простейших, коловраток, тихоходок, нематод, энхитреид, дождевых червей, брюхоногих моллюсков, мокриц, многоножек, клещей и прочих членистоногих. (Курчева, 1971).

Помимо большого числа постоянно привязанных к почве насекомых (ногохвостки, личинки двукрылых и жесткокрылых и др.) 98% видов свободно живущих представителей класса насекомых в какой-то период своей жизни тоже связаны с почвой (Гиляров, 1965). Выявлено, что основными и наиболее обычными группами почвенной мезофауны на исследованной территории являются: дождевые черви, многоножки, личинки и имаго пластинчатоусых жуков, долгоносиков, жужелиц, двукрылых, перепончатокрылых, проволочники. Представители других групп встречались единично в отдельных пробах (мокрицы, личинки мертвоедов и др.). Следует отметить что наиболее типичными представителями слагающими почвенную мезофауну территории Центральной России, Западной Восточной Сибири и дальнего востока являются три типа беспозвоночных: кольчатые черви, членистоногие и моллюски (Стриганова, 2005; Криволуцкий, 1987; Курчева, 1977; Ганин, 1997; Валькова, 2007).

Пространственное распределение почвенных животных - направление, разработкой которого занимались несколько поколений почвенных зоологов, как в нашей стране, так и за рубежом. (Гиляров, 1965).

Неравномерность пространственного распределения организмов известна давно и является одной из важнейших характеристик реакции организмов на факторы окружающей среды. Уже в 1946 году пространственное распределение почвенных животных было проанализировано Кроулом, который показал, что случайным оно является только у пауков, тогда как для других подстилочных обитателей оно определенно. Необходимость исследования пространственного распределения почвенных организмов очевидна, и ее исследования и временной динамики были поставлены на первое место среди приоритетных задач в почвенной экологии (Eijsackers, 2001), фактически наравне с исследованиями биоразнообразия и функционирования почвенных систем.

Изучение пространственного распределения почвенных организмов остается на переднем плане современных исследований, о чем свидетельствуют появляющиеся новые работы. Хотя изменчивость распределения почвенных организмов часто рассматривается как случайный шум, понимание ведущих факторов такой изменчивости может способствовать развитию представлений о факторах, регулирующих состав почвенной биоты и о ее функциональной роли в экосистемах. (Покаржевский, 2007) Пространственная иерархия факторов окружающей среды, внутренние популяционные процессы и внешние воздействия влияют на пятнистость распределения популяций почвенных организмов и экосистемные процессы, происходящие в масштабах от миллиметров до сотен метров. (Савин, 2004) Характеристика таких процессов - одна из основных целей дальнейших исследований для улучшения качества их оценки и понимания факторов, управляющих почвенными организмами, как по пространственной, так и по временной шкале.

Пространственный подход может помочь в выявлении факторов, ответственных за чрезвычайное высокое разнообразие организмов, живущих в почве. Ограниченное расселение многих представителей почвенной биоты, гетерогенность почвенных ресурсов и местные нарушения ведут к стохастической динамике пространственного распределения, что может играть важную роль в поддержании широты почвенного биоразнообразия и его функционирования. Благодаря роли пятнистости почвенной биоты в регулировании пространственного распределения ресурсов питательных веществ для растений, мутуалистов и антагонистов корней, пространственное распределение почвенных организмов, по видимому, действует как ведущая сила в пространственном распределении растений и в конечном итоге в структуре растительного разнообразия (Мешалкина, 2001).



1.3. Роль почвенной мезофауны в устойчивости экосистем

Почвенные животные, наряду с растениями и микроорганизмами, играют немаловажную роль в создании биологической активности почвы, в обогащении ее жизненно важными для роста и развития высших растений веществами. В процессе метаболизма животных происходит так же расщепление сложных органически веществ на легко минерализирующиеся соединения: мочевину, мочевую и гиппуровую кислоты, гуанин. Кроме того, они выделяют в свободном состоянии многие соли: хлориды, фосфаты калия, магния, натрия, кальция и т.п. (Курчева, 1971).

Свежие экскременты представителей мезофауны имеют, как правило, повышенное, по сравнению с окружающей почвой, содержание углерода, азота, фосфора, калия и т.п. По данным Битюцкого и др. (2007) дождевые черви экскретируют около 250 мкг орг. Дождевые черви играют в почве роль активных средообразователей, так как элементы их экскрементов становятся прекрасным энергетическим материалом для микроорганизмов и источником питательных веществ для растений. (Олейник, Демин, Бызов, 2007)

Сапрофаги мезофауны обогащают почву кальцием, извлекаемым из опада. Много углекислого кальция, аккумулирующегося в покровах тела поставляют многоножки и насекомые при неоднократных линьках, а так же раковинные моллюски при отмирании. (Курчева, 1971)

М.С. Гиляровым установлена тесная связь характера почвенного профиля, содержания и распределения в нем гумуса и мощности гумусового горизонта с видовым составом, характером миграции биомассой почвенных сапрофагов; выявлено, что возрастание численности крупных сапрофагов и общей численности всех почвенных беспозвоночных коррелирует с повышением содержания гумуса в почве. Почвенные животные играют огромную роль в возвращении в почву питательных веществ, выносимых из нее растениями. Они во много раз ускоряют разложение растительных остатков не только как потребители опада, но и как стимуляторы действий микроорганизмов.

По данным Гилярова, Криволуцкого и др. (1985), фитофаги являются вредителями. При высокой плотности расселения и в почве, наряду с положительным действием фитофагов на физические, водные, воздушные свойства, вследствие их роющей деятельности отрицательное влияние их в целом на процесс гумусообразования в целом превалирует. Это объясняется тем, что подгрызая корни живых растений, они значительно снижают биомассу поступления растительных остатков в почву.

Мезофауна влияет на аэробность почвы. Так, черви роют ходы и тоннели, улучшая воздушный баланс слоев почвы. На характеристики почвы оказывают значительное влияние муравьи. Однако влияние это строго локально и ограничено гнездом, где муравьи осуществляют активную роющую и строительную деятельность, а так же кормовой территорией. Для муравьев влияние отмечено в радиусе до 3 м от гнезда и до 1 м в глубину. Муравьи оказывают максимальное воздействие на процессы почвообразования в условиях, когда территории отдельных гнезд сливаются, и муравьи сплошь контролируют отдельные пространства.

Населяющие почву беспозвоночные способствуют перемешиванию почвенных горизонтов и увеличению скважности, а, следовательно, воздухо - и водопроницаемости почвы, содействуют образованию почвенной структуры. От состава и численности почвенного населения зависят скорость и характер разложения лесной подстилки, а также физико-химические свойства и профиль почв (Хотько, Чумаков, 1982).

Полноценное функционирование комплекса почвенных беспозвоночных обеспечивает благоприятные условия для существования и развития биотопа. Дождевые черви и многоножки не слишком подходят для сравнения различных экосистем по видовому составу, хотя они и доминируют по биомассе среди других групп почвенной фауны, при этом их нельзя не учитывать. Наоборот, насекомые и особенно жесткокрылые, - очень удачный объект для сравнения экосистем по видовому составу обитающих в них животных. (Покаржевский, Богач, Гусев, 1980).

Для устойчивого существования и функционирования экосистем необходимо сохранение связей между всеми основными элементами этих систем. Только в этом случае возможно нормальное течение многих процессов, в том числе и основы существования экосистем - круговорота веществ. В цепи преобразования органических веществ очень важным звеном является почва, так как в ней начинается и заканчивается биогенный круговорот. Именно почва помогает веществам и элементам снова включиться в биогенный круговорот через зеленые растения. При этом почва обладает уникальной способностью накапливать, а затем снабжать растения необходимыми для них элементами питания и водой. Таким образом, продуктивность наземных экосистем очень сильно зависит от плодородия почвы. В свою очередь, плодородие почвы и процессы почвообразования зависят от обитающих в ней живых организмов (Гиляров, Криволуцкий, 1985).

Животное население почв является важнейшим компонентом почвенных экосистем, разнообразие которого нельзя не контролировать. Пространственно - временная динамика разнообразия животного населения почв при различных режимах рекреационного использования лесных участков изучена недостаточно. Возникает необходимость отделить естественные колебания и антропогенные изменения разнообразия животного населения почв, разработать схему нормативных показателей разнообразия животного населения почв и предельно допустимых рекреационных нагрузок на лесные экосистемы в национальных парках. (Емец, 2002).

За последние годы среди различных направлений современной почвенной зоологии довольно широкое распространение получило индикационное направление. Ставящее задачей использовать отдельные виды или сообщества видов в качестве показателей среды.



1.4. Почвенная мезофауна как индикатор антропического воздействия на биоценозы

Основные понятия, встречающиеся в индикационной почвенной зоологии - это прежде всего индикаторы, индикация и индикационные признаки. Индикаторами называются виды или сообщества почвенных беспозвоночных, связанные с определенными экологическими условиями настолько, что данные условия могут быть распознаны по присутствию этих видов или сообществ.

Определение экологических условий по присутствию тех или иных индикаторов носит название почвенно-зоологической индикации. Индикационными признаками называются те или иные особенности видов или сообществ, которые могут быть показателями определенных условий среды, хотя сами эти организмы и сообщества не являются индикаторами этих условий. При этом нельзя забывать, что индикационное значение тех или иных видов или сообществ имеет относительный, географически обусловленный характер и что один и тот же вид в разных частях своего ареала характеризуется разным диапазоном требований в отношении режима почв, и выделение индикаторов носит чисто региональный характер. (Криволуцкий, 1999)

Антропогенное воздействие на территории, осваиваемые человеком, так или иначе приводит к изменению всего комплекса животных, населяющих данный ландшафт. Известно, что наибольшие воздействие на естественные сообщества и всю биосферу в целом оказывает человек, не является исключение и почвенный компонент. Можно выделить следующие формы антропогенного воздействия на почву:

1.Физическое воздействие (рекреация, выпас скота, тяжелая с/х техника, орошение, водная эрозия, открыта добыча полезных ископаемых, строительство, военные действия и т.п.).

2.Химическое загрязнение (промышленные выбросы, агрохимикаты, радиоактивные осадки, органические газы и жидкости и т.п.)

3.Биологическое загрязнение (объекты микробиологического производства белка и белково-витаминных концентратов, энтомоппатогенные бактерии, используемые в биологической борьбе с разного рода вредителями и т.п.).

Физические воздействия на почвы. Изменение почвенных параметров касается прежде всего сложения и структуры почвы снижения порозности, ухудшения аэрации, дренажа. Одним из примеров физического воздействия на почвенный покров являются рекреационные нагрузки, выделяют четыре стадии рекреационной дигрессии лесных сообществ. Основными индикационными параметрами являются: посещаемость, площадь тропиночной сети, проективное покрытие травянистого покрова, фаунистический состав и соотношение лесных и сорных видов, запасы подстилки и ее фракционный состав (Практические рекомендации., 1987). Высокие рекреационные нагрузки приводят к снижению видового разнообразия и исчезновению подстилочных форм педобионтов, подавляют общую биологическую активность.

При длительном сельскохозяйственном использовании почв наблюдается глубокая деградация почвенного биоценоза (Бабьева И, Зенова, 1989). Индикационными признаками являются: снижение общей биомассы и видового разнообразия, упрощение педокомплекса, снижение обилия и видового разнообразия сапрофагов, доминирование фитофагов, смена детритной пищевой цепи на пастбищную, увеличение патогенных форм микроорганизмов, частые вспышка массового размножения вредителей. Основными индикаторами нарушении такого типа являются комплексы почвенных беспозвоночных - структурные перестройки переходят в функциональные и приводят к локальным изменениям характеристик зонального типа биологического круговорота.

Биологическое загрязнение почв чужеродными микроорганизмами происходит в результате попадания в почву бытовых и сельскохозяйственных отходов и отбросов, а также за счет аэрозолей микробиологических производств. С бытовыми отбросами в почву могут попадать потенциально опасные микроорганизмы - патогенные и токсикогенные, способные вызывать кишечные инфекции и пищевые отравления у человека, эпидемические заболевания у животных, токсикозы растений.

Химическое загрязнение почв по своему воздействию значительно превосходит все виды физических воздействий. Изменение химических параметров почвы отражается прежде всего на росте и продуктивности отдельных видов и всего сообщества почвенных организмов в целом. Консументы и редуценты чаще всего испытывают косвенное влияние в результате изменения структуры фитоценозов, количественных и качественных перемен в доступности пищи. Это отражается на их активности, обилии разнообразии и возрастной структуре популяций. Химические изменения в силу своей сложности часто приводят к структурным изменениям на нескольких трофических уровнях.

Загрязнение почв тяжелыми металлами. Загрязнение почв металлами происходит в результате их поступления из атмосферы в виде сухих выпадений и с осадками (Boutron, 1988). Особенно это относится к организмам, потребляющим тяжелые металлы вместе с пищей непосредственно из почвы и включающим их в свой обмен веществ. Внесение в почву тяжелых металлов в конечном итоге вызывает снижение численности и разнообразия педобионтов, при этом возрастает доля один видов, которые приспособившись полностью занимают освободившуюся нишу.

Почва способна к самоочищению от несвойственных ей микроорганизмов. Они могут быть разной природы. В первую очередь это связано с отсутствием в почвенной среде условий, необходимых для развития попадающих извне микроорганизмов, а также неблагоприятного действия физических и химических факторов (кислотности, высушивания, солнечной радиации и т.д.). Другой механизм элиминации микроорганизмов - взаимодействие с членами почвенной биоты - выедание, лизис и др. (Гиляров, 1965).

При всем многообразии антропогенных факторов некоторые из них сходны по своей природе, характеру воздействия на живые организмы с естественными биотическими и абиотическими факторами, например, пастьба скота. Другие же совсем не характерны для природных комплексов, так как искусственно созданы человеком, например, часть минеральных удобрений, а также сельскохозяйственная деятельность отрицательно воздействует на природные сообщества и на организм каждого почвенного животного в частности. Замечено, что внесение в почву умеренных норм минеральных удобрений может оказать положительный эффект не только на растения, но прямо или косвенно положительно отразиться и на некоторых, играющих значительную роль в почвообразовательных процессах, группах животных (Тишлер, 1971). Однако внесение высоких концентраций минеральных удобрений в почву может отрицательно сказаться на тех же животных. При этом действие такого, очень естественного антропогенного фактора, как выпас скота на почвообитающих животных, тоже не однозначно.

Крупные почвенные беспозвоночные имеют большую индикационную ценность. (Чернова, Стриганова, 1999) Для экологического мониторинга применимы в первую очередь именно объекты мезофауны. Почвенная мезофауна чувствительна к реакции почвенных растворов. Изменение химизма среды обитания, физических свойств почв приводит к изменению численности и видового состава животных. В связи с этим многие исследователи считают мезофауну одним из лучших биоиндикаторов, так как все активно передвигающиеся виды реагируют на малейшее изменение среды варьированием численности и нарушением соотношений трофических групп. Наиболее удобными тест-объектами являются дождевые черви, щелкуны и их личинки, крупные жужелицы, некоторые виды мокриц, чернотелки и их личики (Захаров, Бызова, 1989).

1.5. Тяжелые металлы в почве и почвенная мезофауна

Урбанизация территорий – неизбежный и прогрессирующий процесс, сопровождающийся обострением экологических проблем, которые необходимо прогнозировать и по возможности оптимизировать. Важное место в исследованиях, связанных с экологическими проблемами урбанизации, занимает изучение почвенного покрова, так как устойчивость любой экосистемы,в первую очередь атмосферы и гидросферы, определяется именно состоянием почв (Добровольский, 1986)

В результате хозяйственной деятельности человека в городах в окружающую среду поступает избыточное по сравнению с природными уровнями количество многих элементов,в том числе тяжелых металлов, зачастую в соединениях и формах, не характерных для природных условий (Елпатьевский, 1981).

Городские почвы (урбаноземы) формируются в условиях больших антропогенных нагрузок, поэтому сильно отличаются от естественных аналогов. Даже при сравнительно низких уровнях техногенного загрязнения концентрации тяжелых металлов в почвах постоянно возрастают, металлы включаются в биогеохимический круговорот, накапливаются в звеньях трофических цепей питания флоры и фауны и практически не выводятся или слабо выводятся из экосистем.

Основными источниками поступления тяжелых металлов являются промышленные зоны, металлургические предприятия, нефтехимическая промышленность, ТЭЦ и автотранспорт.

Наибольшее распространение получили работы, связанные с изучением влияния химического загрязнения на разные компоненты природных экосистем, в т. ч. и на почвы и их обитателей (Rusek, 2000; Гонгальский, 2004). Территории, подверженные постоянному загрязнению химическими веществами (металлами), такие как импактные зоны металлургических заводов (Воробейчик, 2007; Spurgeon, 1999), – удобная модель для исследования воздействия поллютантов и трансформации природной среды, в частности ее почвенной биоты.

Работ же, посвященных изучению влияния выбросов (тяжеллых металлов) нефтеперерабатывающих производств и нефтехимических заводов (НХЗ) на накопляемость полутантов в почве, почвенную мезофауну и отдельных ее представителей, немного (Naidenko, 2002; Зейферт, 2011). В основном большая часть исследований нацелена на изучение влияния нефтепродуктов на отдельные группы педобионтов на участках аварийных розливов и месторождений (Карташев, 2011). Преобладающая часть работ направлена на изучение толерантности дождевых червей к нефтезагрязненным почвам и возможности использования группы для рекультивации почв (Карташев, 2011; Tang, 2011; Cermak, 2010).

Другим источником загрязнения урбаноземов является автотранспорт. Загрязнение воздуха и почв происходит не только при сжигании топлива в двигателях внутреннего сгорания, но и при истирании шин о поверхность дороги. Образуемая при этом пыль обогащена свинцом, цинком и кадмием (Сает, 1990).



Глава 2. Материалы и методы исследования

Исследования проводились в период с июня по сентябрь 2014 и 2016 г Точки сбора почвенных беспозвоночных и отбора почвы отмечены на карте (рис. 1). Сбор коллекции осуществлялся под руководством научного сотрудника, научно-исследовательской лаборатории систематики и экологии беспозвоночных ОмГПУ С. Ю. Князева. Сбор и определения всей коллекции проводился мной совместно с научным руководителем. Общий объем работ составил 80 площадок размером 50 х 50 см до глубины встречаемости по методу «конверта». Численность в пробах пересчитывалась на м2. Отбор и фиксация материала осуществлялись по стандартной методике, путем ручной переборки почвы [4]. Установление видов осуществлялось по определителю пауков В.П. Тыщенко [5], определителю семейств личинок жесткокрылых Е.А. Негробова [6], определитель насекомых европейской части СССР Б.М. Мамаева [7], определителю насекомых по личинкам Б.М Мамаева [8], жужелиц рода Carabus южной Сибири В.Г. Шиленкова [9], определителю многоножек-костянок СССР Н.Т. Залесской [10], определителю дождевые черви фауны России Т. С. Всеволодовой-Перель [11]. Всего проанализировано 1893 представителей почвенной мезофауны.

Материал для исследования отбирался– методом почвенных раскопок по М.С. Гилярову (1975). На каждом исследуемом участке было заложено по 5 экспериментальных площадок размерами 50 х 50 см. На каждой экспериментальной площадке пробы извлекались послойно 0-10, 10-20, 20-30… до глубины встречаемости. Грунт выкладывался на полиэтиленовую пленку послойно и из него выбирались все беспозвоночные организмы, которые составляли мезофауну. Собранные экземпляры фиксировались в спирте и помещались в емкостях соответственно «проба – емкость» для дальнейшей идентификации, определения таксона и составления коллекции. Данным методом было обработано 210 проб почвы с учетом горизонтов (слоев).

Камеральная обработка материала проводилась на базе научно-исследовательской лаборатории систематики и экологии беспозвоночных ОмГПУ.



Рис. 1. Карта города Омска с точками сбора.

Пробы почвы брались в разных частях города соответственно административным округам (Рис.1). Взятие проб почвы производилось в соответствии с п. 4.19 СП 11-102-97 (Госстрой России, 1997) из поверхностного слоя методом «конверта» (смешанная проба) на глубину 0,0–0,3 м.

Измерение pH почвенных образцов произведено с помощью почвенного pH-метра «Hanna HI 99121».

Очистка воды для озоления проб и анализа на содержания тяжёлых металлов в образцах выполнялась на системе водоподготовки Hydrolab серии HLP5 UV (Очищенная вода соответствует 1 и 2 классу чистоты).

Озоление проб почвы производилось согласно методическим указаниям по проведению разрушения проб почвы с использованием микроволновой системы «Минотавр-2».

Содержание тяжелых металлов в почвах определялось методом атомной абсорбции с электротермической атомизацией на комплексе спектрометра «Квант Z». Исследования проводились по следующей схеме (Рис. 2).




Рис. 2. Схема исследований


Каталог: sites -> default -> files -> uploads -> docs
docs -> Исследовательская работа ученицы мбоу
docs -> Программа Методы и системы преобразования энергии Обнинск 201 г. Общая характеристика образовательной программы
docs -> «Применение элементов алтайской культуры при планировании ландшафтного дизайна национальной гимназии»
docs -> Минестерство образования и науки РФ
docs -> Видового состава древесно кустарниковых пород центральной части первомайского парка
docs -> С. Мустафино муниципального района бакалинский район республики башкортостан


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©geo.ekonoom.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница